PT916054E

PT916054E - Tubo com varias camadas

Info

Publication number: PT916054E
Application number: PT97932641T
Authority: PT
Inventors: Berend Jan Van Dijk; Rainer Borth; Jan Uilke Stoffelsma; Markus Wilhelmus Johann Besten
Original assignee: Poloplast Kunststoffwerk
Priority date: 1996-07-29
Filing date: 1997-07-29
Publication date: 2000-06-30
Also published as: ES2132051T1; CZ8048U1; SK114798A3; DE59701231D1; PL184122B1; CZ293937B6; DK9700296U3; HU1471U; ATE190387T1; DE29712989U1; WO1998004861A1; ES2132051T3; CZ266298A3; HU221559B; HUP0000254A3; IT237599Y1; FR2751724B3; ITMI970557U1; HU9700197V0; GR3033338T3

Description

DESCRIÇÃO "TUBO COM VÁRIAS CAMADAS" A invenção refere-se a um tubo com várias camadas, produzido por co-extrusão, eventualmente provido de uma embocadura moldada no próprio tubo, e cuja camada média é constituída por uma poliolefina com um enchimento de substância mineral.

Até à data os tubos destinados ao escoamento de águas residuais, feitos de poliolefinas, tais como o polipropileno (PP) ou o polietileno (PE), têm o inconveniente de requererem uma grande quantidade de material (espessura de parede) para atingir a rigidez exigida e apresentarem a longo prazo uma deformação definida quando solicitados à carga. Daqui resulta que os tubos de esgoto feitos de poliolefinas, com a rigidez nominal (SN) exigida para a aplicação, que é de SN4 (4 kN/m2) e de SN8 (8 kN/m2) , não serem suficientemente económicos quando comparados com tubos de PVC ou com tubos de câmara oca e apresentarem além disso um teor demasiado elevado de polímero.

Um outro inconveniente é o do fabrico da embocadura moldada no próprio tubo de poliolefina (PP ou PE). Até à data só era possível conseguir uma deformação precisa com recursos tecnológicos muito complexos (tanto no que se refere ao macho de expansão como também ao processo de sopragem). Ao utilizar este processo tornava-se necessário aceitar grandes tolerâncias para cumprir os valores exigidos para a contracção a longo prazo. Em consequência disto as tolerâncias demasiado grandes das medidas das embocaduras e as diferenças de valores de contracção faziam com que não se conseguisse um ajuste perfeito com as extremidades do tubo ou dos acessórios aos quais se pretendia ligar a embocadura. Além disso nos tubos de poliolefina (PP ou PE) os tempos de aquecimen- 1 to e de arrefecimento são relativamente longos, de modo que a cadência de produção e deste modo o rendimento da produção eram afectados na proporção directa da espessura de parede prevista.

Pela patente AT 0 000 643 UI ficou a ser conhecido um tubo de três camadas, cuja camada média é constituída por polipropile-no com um enchimento de 25 a 50 % em peso de talco. O elevado peso específico da camada média do tubo já conhecido (cerca de 1,2 g/cm3) faz com que se manifeste o inconveniente de um peso elevado quando as espessuras de parede tiverem valores mais elevados, nomeadamente devido a uma grande espessura da camada média . A invenção tem o objectivo de compensar os inconvenientes acima descritos dos tubos de poliolefina (PP ou PE). 0 objectivo da invenção é nomeadamente o de reduzir o teor de polímero do tubo, que é desvantajoso do ponto de vista ecológico e económico, para menos de metade do dos tubos até agora conhecidos, sem que as propriedades técnicas de aplicação do tubo sejam afectadas.

De acordo com a invenção, este objectivo atinge-se pela adopção de um tubo com as características enunciadas na reivindicação 1.

Formas de configuração preferenciais do tubo de acordo com a invenção encontram-se expostas nas reivindicações secundárias.

Numa das formas de realização o tubo de acordo com a invenção é um tubo com várias camadas que de preferência será fabricado por um processo de co-extrusão. O tubo com várias camadas é por exemplo composto por pelo menos uma camada portante, que de preferência será a camada média, feita a partir de uma poliolefina expandida e com um enchimento de substâncias minerais. 0 tubo 2

apresenta por exemplo uma camada exterior e uma camada interior, ambas de espessura reduzida. A invenção permite criar um tubo com dimensões na gama que vai de DN 100 até DN 1000, feito de poliolefina, designadamente de PP, tubo no qual as embocaduras podem ser moldadas directamen-te através de um processo continuo. No tubo de acordo com a invenção a rigidez radial do tubo não é inferior a 4 kN/m2 (ensaiado conforme a norma ISO/DIS 9969) para as espessuras mínimas de parede constantes da tabela. Para obter a camada média pode processar-se um material recirculado, um material regenerado ou um material reciclado. Pelos termos "material regenerado" e "material reciclado" entende-se no presente caso o seguinte: um material regenerado é um material recirculado cuja origem são desperdícios de produção que, por não terem outra utilização, entram de novo na sequência de produção. Um material reciclado é um material recuperado a partir de um produto que já foi utilizado e que depois foi transformado para obter um produto diferente ou também o mesmo produto.

No âmbito da presente invenção o termo "rigidez radial do tubo" é equivalente à "rigidez de cristã" (SN). SN é aquela rigidez que se opõe à carga aplicada na cristã de um tubo uma "deformação de cristã" definida de acordo com a norma ISO/DIS 9969. A rigidez de cristã opõe-se à rigidez axial do tubo. As diferenças de designação têm a sua origem no modo de observação das influências originadas pela aplicação da carga e pelo modo de assentamento do tubo e ainda no tipo de reacção (flexão, amolgação, flambagem, etc.) do tubo a estas cargas. Radial = deformação da secção transversal do tubo, por exemplo amolgação, axial = deformação ao longo do eixo longitudinal do tubo, por exemplo flexão.

De acordo com a presente invenção o aumento da rigidez do tubo ou do módulo de elasticidade é principalmente conseguido pela camada expandida e com enchimento de substância mineral. 3

A camada expandida, que pode ser a camada média de um tubo com três camadas, pode ter um enchimento à base de substâncias minerais, tais como o talco, a cré ou uma substância similar ou então uma mistura de várias substâncias minerais.

De acordo com a invenção dá-se preferência a que a camada expandida (camada média) seja constituída por polipropileno ou por polietileno. Neste contexto poderá muito bem prever-se que as camadas do tubo de acordo com a invenção sejam feitas a partir de uma mesma matéria sintética.

No tubo de acordo com a invenção uma camada exterior prevista do lado de fora da camada média expandida pode ter uma espessura de 0,2 a 2,0 mm. Uma camada interior prevista do lado de dentro da camada média expandida pode ter uma espessura de 0,2 a 3,0 mm. A camada interior pode por exemplo ser constituída por um co-polímero de polipropileno. O tubo de acordo com a invenção pode ter uma rigidez radial superior a 4 kN/m2.

Na fig. 1 encontra-se representado em corte um exemplo de realização de um tubo de acordo com a invenção. Se bem que no exemplo de realização que o desenho mostra se encontre representado um tubo com três camadas, deverá referir-se que a invenção não se limita a tubos com esta composição. Também é possível prever mais ou menos do que três camadas, por exemplo mais do que duas camadas não expandidas e/ou várias camadas expandidas. i

Para assegurar uma relação óptima entre uma resiliência suficientemente grande e uma elevada rigidez pode utilizar-se uma mistura constituída por 25 a 70 partes em peso de talco ou por uma poliolefina com um enchimento de 25 a 7 0 partes em peso de cré ou de uma mistura de cré e talco na proporção de 1:1, podendo a poliolefina por exemplo ser um PP (PP = polipropileno) ou então 4

um polímero homogéneo ou um co-polímero de PP ou ainda uma mistura de ambos.

Através do reforço com uma substância mineral e uma distribuição uniforme da substância mineral obtém-se uma rigidez na gama do módulo E de cerca de 2000 a 3500 N/mm2 no material que constitui a camada média. A adição de substâncias minerais tem o inconveniente de o peso do tubo aumentar significativamente. 0 peso específico de uma camada média de PP com um enchimento de 35 partes de talco é de 1,18 a 1,2 g/cm3. Com o auxílio de um agente de expansão a camada média com um enchimento de substância mineral é expandida durante o processo de extrusão, sendo o peso específico reduzido de preferência em pelo menos. 10 %, por exemplo de uns 1,2 g/cm3 iniciais, para um valor máximo de 1,08 g/cm3, de preferência para 0,8 a 0,9 g/cm3. O peso específico pode no entanto ser também por exemplo tão baixo como 0,2 g/cm3 ou mesmo inferior.

Este material é o material portante da camada média do tubo fabricado de acordo com a invenção. Devido ao elevado teor de enchimento com substâncias minerais da poliolefina que constitui a camada média e que será por exemplo o polipropileno (PP) obtém-se também uma entalpia menor ou uma maior condutibilidade térmica, que é vantajosa para conseguir um aquecimento ou um arrefecimento mais rápido e uniforme durante a moldagem da embocadura, que é a etapa de fabricação que se segue. A distribuição uniforme das espessuras de parede de todas as camadas do tubo e a das substâncias minerais no material da camada média, por exemplo, assegura também um grau de contracção controlável, tanto no tubo como também na embocadura.

As camadas exterior e interior do tubo reforçam os requisitos de resistência à pressão interior e as propriedades de resi-liência a temperaturas baixas. De acordo com a invenção as cama- 5

das interior e exterior podem ser constituídas por uma poliolefi-na, como por exemplo um co-polímero de PP.

Até à data os tubos feitos de poliolefina eram fabricados na maioria dos casos com uma única camada, o que conduzia a problemas nas fibras marginais que têm uma cristalização diferente, uma vez que não era possível definir ou produzir as diferentes zonas de cristalização com uma precisão suficientemente grande e as mesmas, além disso, oscilarem durante a produção, formando zonas não uniformes.

Uma vez que a cristalização é no entanto um factor muito importante para a resistência de curta e de longa duração à pressão interior e para a resiliência de um tubo, é desejável, para conseguir uma optimização destes valores mecânicos, que a quota-parte de cristalização seja uniformizada e afinada para um valor tão elevado quanto possível, especialmente no que se refere à camada interior. Quanto menor for a espessura da parede de um tubo em comparação com a superfície desse mesmo tubo, tanto melhor será possível controlar a cristalização durante o processo de arrefecimento e tanto mais fácil será possível manter constante (a um valor preestabelecido) a quota-parte de cristalização ao longo do comprimento e do perímetro do tubo.

Isto consegue-se por meio do tubo fabricado de acordo com a invenção, uma vez que aqui a camada reforçada com substâncias minerais e expandida, que será em número de pelo menos uma, assume uma parte essencial da capacidade de carga do tubo. Isto faz com que se torne possível manter bastante finas as camadas interior e exterior e adaptá-las às necessidades de cada caso, tal como se acaba de descrever. Adicionalmente pode utilizar-se, para aumentar os valores da resistência do tubo, um polipropileno parcialmente reticulado que, caso necessário, será misturado com polipropileno não reticulado. 6

As espessuras de parede encontram-se adaptadas às exigências mecânicas e químicas e são indicadas na tabela 1 sob a forma de uma espessura de parede total, referida aos respectivos tamanhos .

Tabela 1:

Dimensões e espessuras da parede de tubos com três camadas e uma rigidez de cristã de 4 kN/m2 (SN4) DN dl si min sm min sa min s total min s real [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] 110 110,00 0, 60 2, 30 0, 50 3,40 3, 70 125 125,00 0, 60 2,70 0, 50 3, 80 4,20 160 160,00 0, 60 3, 60 0, 50 4,70 5, 30 200 200,00 0, 60 4,70 0, 50 5, 80 6, 60 250 250,00 0,70 5,90 0, 60 7,20 8, 30 315 315,00 0, 80 7, 50 0, 70 9, 00 10, 40 400 400,00 1,00 9, 50 0, 80 11,30 13,20 500 500,00 1, 10 12, 00 0, 90 14,00 16, 50 600 600,00 1,20 15, 30 1,00 17,50 20, 80

Tabela 2

Dimensões e espessuras da parede de tubos com três camadas e uma rigidez de cristã de 8 kN/m2 (SN8) DN dl si min sm min sa min s total min s real [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] 110 110,00 0, 60 3, 00 0, 50 4,10 4, 60 125 125,00 0, 60 3, 50 0, 50 4, 60 5, 20 160 160,00 0, 60 4,70 0, 50 5, 80 6, 70 200 200,00 0, 60 6, 00 0, 50 7,10 8,30 250 250,00 0, 70 7,50 0, 60 8,80 10, 30 315 315,00 0, 80 9, 50 0,70 11,00 13, 00 400 400,00 1,00 12,10 0, 80 13, 90 16, 50 500 500,00 1,10 15, 30 0, 90 17, 30 20, 70 600 600,00 1,20 19, 40 1,00 21,60 26, 00 7

dl diâmetro exterior

Sa espessura de parede da camada exterior

Sm espessura de parede da camada média

Si espessura de parede da camada interior

Sges espessura de parede total

Sreal espessura de parede recomendada, a titulo de exemplo min valores mínimos respectivos A camada interior 2 e/ou a camada exterior 1 podem também ser feitas a partir de outras matérias sintéticas que não sejam a matéria sintética da camada média 3 e que poderá por exemplo ser o PP, sempre que estas camadas forem ligadas à camada média 3 por meio de produtos destinados a melhorar a aderência - isto é, por meio de mais duas camadas. Estas matérias sintéticas para a camada exterior e/ou para a camada interior 1 e 2 podem por exemplo ser:

Polietileno (PE)

Co-polímero de acrilonitrilo-estireno-butadieno (ABS) Co-polímeros de estireno e de acrilonitrilo (SAN)

Poliamida (PA) A invenção permite a aplicação de uma quantidade muito reduzida de polímero (melhoria do impacte ecológico), cumprindo mesmo assim todas as exigências que se colocam em relação a condutas de esgoto de águas residuais que não se encontram sujeitas a pressão, oferecendo maior economia quando comparados com tubos de parede simples e tubos em que só a camada média tem um enchimento. Além disso obtêm-se melhores propriedades relativamente a tubos com uma camada média que só é expandida (não reforçada e sem enchimento): parede mais fina para a mesma rigidez, maior rigidez a longo prazo, módulo E mais elevado, 8

melhor factor de fluência, maior capacidade de produção e melhor arrefecimento durante o fabrico.

Em relação a tubos com camadas médias (não expandidas), reforçadas unicamente com substâncias minerais, obtêm-se as seguintes vantagens: melhor isolamento térmico, melhor eficácia do isolamento térmico interior, redução de custos e peso mais reduzido.

No diagrama anexado como sendo a fig. 2 é realçada por meio de um sombreado a linhas cruzadas a zona preferencial de constituição de uma camada expandida, que de preferência será a camada média de um tubo com três camadas, cuja quota-parte de PP se situa de preferência entre os 20 e os 70 % e cuja quota-parte de substâncias minerais se situa igualmente de preferência entre os 25 e os 70 I. Em comparação com uma camada só reforçada por substâncias minerais, mas não expandida, o peso especifico é pelo menos 10 % inferior. A titulo de exemplo indica-se a composição de uma camada média, que contém 30 % de talco, 55 % de polipropi-leno e 15 % de quota-parte expandida desse mesmo PP. A titulo de exemplo pode descrever-se da seguinte maneira um exemplo de realização preferencial da presente invenção:

Um tubo, de preferência com uma embocadura conformada no mesmo por moldagem e que pode ser utilizado como tubo de esgoto e cuja rigidez radial é maior do que 4 kN/m2 para as espessuras de parede indicadas na tabela 1, é composto por três camadas 1, 2 e 3. A camada média 3 é constituída por uma poliolefina, que será designadamente o polipropileno, que será reforçado com 25 a 70 % em peso de substância mineral e que será expandido de maneira a obter-se um peso específico que é de preferência pelo menos 10 % 9 inferior ao peso especifico de uma camada média comparável, mas só reforçada, se bem que na mesma proporção. A camada exterior 1 e a camada interior 2 são de preferência feitas a partir da mesma matéria sintética de que é também feita a camada média 3. A camada média é de preferência reforçada com talco ou cré ou uma mistura destes dois ingredientes. A quantidade de polímero utilizada é menos do que metade da de tubos comparáveis não reforçados com substâncias minerais, nem expandidos.

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Claims

1. Tubo com várias camadas, de matéria sintética, caracterizado por pelo menos uma camada (3), de preferência a camada média (3) , ser constituída por uma substância mineral ou por uma poliolefina reforçada com uma mistura de substâncias minerais, estando a proporção de poliolefina nesta camada (3) compreendida entre 25 e 70 % em peso e por esta camada ter sido expandida, por formação de espuma, para uma densidade que é pelo menos 10 % mais baixa do que a densidade de uma camada não expandida, reforçada com substâncias minerais, de composição idêntica.
2. Tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por no tubo se encontrar conformada uma embocadura que constitui parte integrante do tubo.
3. Tubo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por a camada expandida (3) conter material reciclado proveniente de tubos feitos do mesmo material sintético.
4. Tubo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a matéria sintética que forma a camada expandida (3) conter até 50 % em peso de poliolefina reciclada.
5. Tubo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado por a espessura de parede da camada (3) ter pelo menos 50 % da espessura total da parede do tubo.
6. Tubo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado por a camada expandida (3) e/ou uma camada (2) disposta no interior da mesma ser constituída por polipropileno parcialmente reticulado. 1 7

Tubo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, carac- terizado por a camada expandida (3) e/ou a camada (2) dispos ta no interior da mesma ser constituída por uma mistura de polipropileno e polipropileno parcialmente reticulado.
8. Tubo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a mistura ser constituída por 10 a 50 % em peso, de preferência 15 a 25 % em peso, de polipropileno parcialmente reticulado, referido a 100 partes de base de polipropileno (por exemplo, co-polímero de polipropileno).
9. Tubo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 8, caracterizado por a camada expandida (3) receber um enchimento de substância mineral à base de talco e/ou de cré.
10. Tubo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 9, caracterizado por a camada média se encontrar expandida, por formação de espuma, até atingir uma densidade que pode ir até 0,9 g/cm3, sendo de preferência 0,8 g/cm3.
11. Tubo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5 e até 10, caracterizado por a camada expandida (3) ser constituída por polipropileno reforçado com substâncias minerais.
12. Tubo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 11, caracterizado por a camada exterior (1) e a camada interior (2) serem constituídas por polipropileno.
13. Tubo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 12, caracterizado por a camada interior (2) e a camada exterior (1) serem constituídas pela mesma poliolefina, que constitui também a camada média expandida (3), mas reforçada com substâncias minerais. 2
14. Tubo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 13, carac-terizado por a camada interior (2) apresentar uma maior percentagem média de material cristalizado, finamente disperso, do que a camada exterior (1).
15. Tubo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o polímero que constitui a camada média (3) apresentar uma maior percentagem média de material cristalizado, finamente disperso, do que a camada exterior (1).
16. Processo para a produção de um tubo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 15, caracterizado por o tubo ter sido fabricado segundo o processo da co-extrusão, com refrigeração pelo lado de fora e aquecimento pelo lado de dentro.
17. Processo de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por a formação de nódulos ou o maior grau de cristalização da camada interior (2) ser obtido de forma controlada.

Lisboa, 9 de Março de 2000 oficial da propriedade industrial 3