PT1204833E

PT1204833E - Método de fabrico de um reservatório de pressão

Info

Publication number: PT1204833E
Application number: PT00925744T
Authority: PT
Inventors: Ragnar Sandmark
Original assignee: Ragasco As
Priority date: 1999-04-29
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2010-12-02
Also published as: NO309667B1; CA2370167A1; EP1204833A1; ES2353729T3; CA2370167C; ATE483135T1; NO992095D0; NO992095L; WO2000066939A1; DE60045032D1; AU4438700A; US6582540B1; DK1204833T3; EP1204833B1

Description

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DESCRIÇÃO "MÉTODO DE FABRICO DE UM RESERVATÓRIO DE PRESSÃO"

Antecedentes da invenção A presente invenção refere-se a um método de fabrico de um recipiente de pressão compreendendo um revestimento interno feito de material polimérico, tal como poliolefinas ou um material semelhante, e uma camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras.

Estado da técnica

Os recipientes de pressão para fluidos têm diversas utilizações, tais como recipientes de gás em hospitais e recipientes de combustível para veículos automóveis, bem como numa escala menor, tais como recipientes de propano para fogões a gás em casas de campo, caravanas de campismo e pequenas embarcações ou barcos para utilização recreativa. Geralmente, esses recipientes são feitos de metal por motivos de segurança. Estes têm a desvantagem de serem pesados e difíceis de manusear.

Uma solução para este problema pode ser fabricar o recipiente de pressão com material compósito, tornando o recipiente mais leve e mais fácil de manusear. Igualmente, é importante ter em atenção a questão da segurança. Em particular, é importante que o recipiente seja resistente ao impacto, de modo a que as fugas e as explosões com possíveis lesões subsequentes nas pessoas possam ser evitadas. 2 A patente europeia 0 810 081 AI descreve um exemplo de uma solução em que o recipiente de pressão é feito de materiais compósitos, incluindo um método de fabrico de recipientes de pressão, em que um revestimento interno impenetrável ao gás feito de plástico é primeiro moldado por sopro e, em seguida, uma camada externa constituída por um plástico reforçado com fibras imerso num banho de resina é enrolada em torno do revestimento. Contudo, a camada interna e a camada externa deste recipiente de pressão não aderem de qualquer outra forma, o que origina a formação de bolsas de gás entre as camadas. Isto implica um risco de segurança, pois à medida que as bolsas de gás aumentam, o interior do recipiente fica sob pressão, o que pode provocar um colapso da camada interna. O colapso da camada de revestimento interno também pode ocorrer devido às condições de funcionamento, por exemplo ao esvaziar o recipiente, fazendo com que o interior do recipiente fique sob pressão, ou ao arrefecer, de modo a que a temperatura do fluído fique demasiado baixa. A indústria considera as propriedades adesivas e de molhabilidade geralmente fracas dos materiais plásticos como um problema. Algumas das razões para tal é o facto de diversos materiais plásticos terem superfícies químicas inertes e não porosas com tensões superficiais baixas. As propriedades adesivas e de molhabilidade dos materiais plásticos podem ser aumentadas, por exemplo mediante o tratamento por chamas ou o tratamento por descarga de efeito de coroa. O tratamento por chamas e o tratamento por descarga de efeito de coroa são caracterizados por o plasma ser gerado, ou seja, um gás muito reactivo compreendendo electrões livres, iões positivos e outros componentes químicos. Os mecanismos físicos são diferentes, mas o seu 3 impacto nas propriedades adesivas e de molhabilidade é semelhante. Os electrões livres, os iões positivos, os componentes metaestáveis e os radicais, juntamente com a radiação ultravioleta (radiação UV) sendo gerada nas áreas de plasma, podem afectar a superfície com energias suficientes para quebrar as ligações moleculares na superfície do material polimérico. Na superfície do material polimérico formam-se radicais livres muito reactivos que podem formar grupos funcionais químicos, ligar a grupos funcionais químicos ou reagir rapidamente na presença de oxigénio, de modo a serem formados grupos funcionais. Os grupos funcionais polares que podem aumentar a propriedade de ligação do material polimérico compreendem, entre outros, carbonilo (-0=0) , carboxilo (-C00H), hidroperóxido (-00H) e grupo hidroxilo (-0H). 0 pedido de patente internacional PCT/SE89/00187 descreve um método semelhante para aumentar a energia da superfície e a hidrofilização nas superfícies de materiais poliméricos. A patente no Japão JP 63215736 (resumo) ou a patente no Japão JP-59093632 (resumo) refere-se a métodos de tratamento de materiais poliméricos para melhorar as propriedades da superfície do material, mas destina-se a tarefas completamente diferentes da presente invenção. A patente WO A 98/30646 descreve um processo para obter uma melhor adesão entre as superfícies de dois compostos poliméricos e um produto compreendendo diversas camadas de polímero. Este objecto é fabricado de acordo com o processo descrito. Ao que parece, o termo produto refere-se a filmes e chapas com diversas camadas de polímero e não a objectos ocos como na presente invenção. Na reivindicação 1 da publicação, são indicadas três características do processo: 4 1) Os compostos poliméricos são unidos por meio de um tratamento por descarga de efeito de coroa, 2) as camadas estão em contacto entre si durante o tratamento por plasma e 3) o campo eléctrico passa pelas superfícies adjacentes dos compostos poliméricos.

De acordo com a presente invenção, o tratamento por descarga de efeito de coroa é uma parte do pré-tratamento antes da união da camada de revestimento interno e da camada externa de suporte de pressão. Além disso, a camada de revestimento interno não está em contacto com a camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras durante a fase de tratamento. A patente US 4,096,013 descreve brevemente um método de laminação de duas ou mais chapas quimicamente diferentes utilizando um método de laminação de duas ou mais chapas quimicamente diferentes através de descarga eléctrica com efeito de coroa da corrente alternada no ar e um aparelho para laminação de, pelo menos, duas chapas quimicamente diferentes para formar uma lâmina. Ao que parece, de acordo com a especificação, um objectivo da invenção é o facto de as chapas unidas serem livres de adesivos ou camadas de filme adesivo. A patente US 4,415,394 descreve um aparelho para aderir duas ou mais camadas mediante tratamento por descarga de efeito de coroa. O material é exposto ao tratamento por descarga de efeito de coroa antes de os produtos serem fabricados, em oposição à presente invenção, em que a camada de revestimento interno é uma parte concluída antes 5 de ser tratada, de modo a aumentar as propriedades adesivas e de molhabilidade.

De acordo com as patentes WO A 98/30646, US 4,096,013 e US 4,415,394, o tratamento por descarga de efeito de coroa é utilizado de modo a aumentar as propriedades adesivas e de molhabilidade dos materiais para aderir as camadas de polimero. O fabrico de filmes, folhas e lâminas de diversas camadas de polimero é descrito nestas publicações. Nenhuma destas publicações mostra que os adesivos são utilizados entre as camadas de polimero. Igualmente, não mostram que uma camada de revestimento/camada de polimero interno roda durante todo o processo. A patente EP 0353850 descreve um recipiente para gases de alta pressão compreendendo uma cobertura oca de material termoplástico com uma superfície interna e uma superfície externa, em que pelo menos uma está coberta com uma camada compreendendo um filme metalizado de material plástico e uma camada externa compreendendo enrolamentos fibrosos ligados à resina. O objectivo da presente invenção é evitar as desvantagens mencionadas acima. Ao utilizar um método de fabrico de um recipiente de pressão de acordo com a presente invenção, é possível fabricar um recipiente de pressão robusto e leve como uma peça única e igualmente fácil de manusear e resistente ao facto de o interior do recipiente ficar sob pressão.

Além disso, o nível no interior do recipiente deverá ser inspeccionado facilmente. 6

Resumo da invenção A presente invenção divulga um método de fabrico de um recipiente de pressão compreendendo uma camada de revestimento interno de material polimérico, tal como poliolefinas ou um material semelhante, e uma camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras. 0 método é caracterizado, durante a rotação da camada de revestimento interno em relação ao tratamento, à utilização e/ou ao equipamento de enrolamento, pelo tratamento do lado externo da camada de revestimento interno, de modo a aumentar as propriedades adesivas e de molhabilidade do material polimérico, pela utilização de um adesivo no lado externo da camada de revestimento interno e/ou em contacto directo entre o lado externo da camada de revestimento interno e o lado interno da camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras, para adesão da camada de revestimento interno e da camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras, e pelo enrolamento da camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras na camada de revestimento interno, em que a camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras (2) é feita de um material translúcido.

Numa forma de realização preferida, o tratamento do lado externo da camada de revestimento interno compreende o tratamento por chamas, como também o tratamento por descarga de efeito de coroa, se desejado, em conjunto com o tratamento com ozono, ou pode ser utilizado um método correspondente para melhorar as propriedades adesivas e de molhabilidade do material polimérico. 7

Descrição das figuras A presente invenção será descrita mais pormenorizadamente abaixo, relativamente às figuras, ilustrando uma forma de realização possível. A Fig. 1 é uma vista isométrica de uma camada de revestimento interno não tratada. A Fig. 2 ilustra um exemplo de como a camada de revestimento pode ser tratada. A Fig. 3 ilustra o enrolamento de uma camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras.

Descrição das formas de realização preferidas da invenção A Fig. 1 é uma vista isométrica de uma camada de revestimento interno 1 que não foi tratada. A camada de revestimento interno é feita de um material polimérico, tal como polietileno (polieteno) , e pode ser fabricada de uma forma conhecida em si mesma, por exemplo mediante moldagem por sopro, extrusão ou um método semelhante.

Conforme mencionado anteriormente, os materiais poliméricos têm propriedades adesivas e de molhabilidade fracas. Estas podem ser aumentadas mediante o tratamento da superfície do material polimérico. A Fig. 2 ilustra um exemplo desse tratamento, ou seja o tratamento por chamas do lado externo 3 da camada interna 1. Alguns métodos de tratamento são interessantes nesta ligação. Numa forma de realização preferida, o tratamento por chamas ou o tratamento por descarga de efeito de coroa, se desejado, em conjunto com o tratamento com ozono. 0 tratamento por chamas da superfície é realizado mediante o abrasamento da superfície com um queimador. A temperatura adiabática das chamas é de cerca de 1800°C. O tratamento por chamas utilizando excesso de ar, ou seja, se a mistura de combustível/ar tiver excesso de ar em relação ao combustível, fornece o melhor tratamento da superfície. Por outras palavras, a quantidade de ar em relação à quantidade de combustível pode ser expressa como a relação de excesso de ar λ, que é definida como: λ quantidade de ar quantidade de ar estequiométrica m t & * —— m_£ m {

em que λ = 1 corresponde à combustão estequiométrica, λ > 1 corresponde ao excesso de ar (pobre), λ < 1 corresponde à insuficiência de ar (combustível rico), e em que (ma/mf) corresponde à relação entre a quantidade do ar e a quantidade de combustível tal como existe e (ma/mf) st corresponde à relação entre a quantidade de ar e a quantidade de combustível na combustão estequiométrica. 9 A quantidade de ar em relação à quantidade de combustível pode iqualmente ser expressa como a relação de equivalência Φ: Φ “

•λ Q em que Φ = 1 corresponde à combustão estequiométrica, Φ < 1 corresponde ao excesso de ar (pobre), Φ > 1 corresponde à insuficiência de ar (combustível rico), e em que (mf/ma) corresponde à relação entre a quantidade de combustível e a quantidade de ar tal como existe e (mf/ma) st corresponde à relação entre a quantidade de combustível e a quantidade de ar na combustão estequiométrica.

Os principais componentes num aparelho de tratamento por chamas podem compreender: * um ou mais queimadores * unidade para fornecimento de ar/combustível e controlo da relação ar/combustível, incluindo uma válvula de corte para combustível A utilização do tratamento por chamas tem preferência em relação ao tratamento por descarga de efeito de coroa, uma vez que as tolerâncias correctas podem ser mais difíceis de obter devido a um tratamento irregular. Ao utilizar materiais inflamáveis, o tratamento por descarga de efeito de coroa pode ser uma solução de preferência. Outras 10 alternativas podem igualmente ser de interesse como, por exemplo, a utilização do tratamento por plasma/gás frio ou outros métodos para aumentar as propriedades adesivas e de molhabilidade do material polimérico. Além disso, os adesivos que endurecem quando expostos a radiação ultravioleta (radiação UV) podem ser utilizados, uma vez que essa utilização implica igualmente uma alteração das propriedades do material polimérico. A Fig. 3 ilustra o enrolamento de uma camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras 2 na camada de revestimento interno 1. Depois de as propriedades adesivas e de molhabilidade da superfície do material polimérico terem sido aumentadas, é possível obter a adesão entre a camada de revestimento interno 1 e a camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras 2. Um polímero epóxido (não ilustrado) ou um meio semelhante pode ser utilizado como um adesivo. O adesivo pode ser utilizado no lado externo 3 da camada de revestimento interno 1 antes do enrolamento da camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras 2 no lado externo 3 da camada de revestimento interno 1. Em alternativa, o adesivo pode primeiro ser utilizado no lado interno 4 da camada externa reforçada com fibras 2 antes da adesão do lado externo 3 da camada de revestimento interno 1. É igualmente possível utilizar o adesivo ao mesmo tempo da camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras 2.

Naturalmente, a camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras 2 também pode ser utilizada de outras formas apropriadas. Por exemplo, algumas alternativas de interesse podem ser a colocação manual, a utilização de revestimentos ou bandas pré-impregnados (colocação de 11 bandas), laminação por injecção, método RTM (moldagem por transferência de resina), entrelaçamento ou enrolamento filamentar. A camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras 2 é feita de um material translúcido, de modo a facilitar a verificação do nível no recipiente de pressão.

Lisboa, 23 de Novembro de 2010

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Método de fabrico de um recipiente de pressão, compreendendo uma camada de revestimento interno de material polimérico, tal como poliolefinas, ou semelhante, e uma camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras, caracterizado, durante a rotação da camada de revestimento interno (1) em relação ao tratamento, à utilização e/ou ao equipamento de enrolamento, pelo tratamento do lado externo (3) da camada de revestimento interno (1), de modo a aumentar as propriedades adesivas e de molhabilidade do material polimérico, - pela utilização de um adesivo no lado externo (3) da camada de revestimento interno (1) e/ou em contacto directo entre o lado externo (3) da camada de revestimento interno (1) e o lado interno (4) da camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras (2), para adesão da camada de revestimento interno (1) e da camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras (2), e - pelo enrolamento da camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras (2) na camada de revestimento interno (D , em que a camada externa de suporte de pressão reforçada com fibras (2) é feita de um material translúcido.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o tratamento do lado externo (3) da camada de revestimento interno (1) compreender o tratamento por chamas.

3. Método de acordo com a reivindicação 1,