PT95370B - Processo para produzir um tubo de plastico de grande calibre e uma ferramenta de extrusao para executar esse processo - Google Patents

Processo para produzir um tubo de plastico de grande calibre e uma ferramenta de extrusao para executar esse processo Download PDF

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Petzetakis George A
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Description

O presente invento diz respeito a um produzir um tubo plástico ds grande calibre, em termoplástico oco com uma secção transversal extrutíido s o perfil de plástico oco é bobinado helicoidalmente num tambor em faixas contíguas com uma deformabilidade adequada e no qual, durante a operação de bobinagem, as faixas são soldadas umas às outras nas superfícies de contacto por meio de uma soldadura topo a topo com a aplicação de calor e pressão axial. 0 perfil de plástico oco que tem uma secção transversal rectangular alongada é moldada numa ferramenta de extrusão por forma a constituir um perfil multicelular que tem paredes exteriores constituintes do perfil e paredes divisórias interiores que definem as células, e em que ao mesmo tempo e/ou depois, arrefecimento interno das paredes exteriores do perfil e paredes interiores constituintes das células, obtém uma dimensão e uma resistência mecânica para que foi projectado, que são estáveis até uma determinada pressão crítica. 0 perfil calibrado multicelular tendo alcançado a resistência para que foi projectado é de novo aquecido na superfície de contacto atê à temperatura por das
'··' s.SSÍiÇ· necessária à soldadura do material termoplástico» A soldadura topo a topo entre as faixas é feita com uma pressão axial inferior à pressão critica correspondente à da resistência mecânica de projecto» □ invento diz ainda respeito a ferramentas ds extrusâo para executar o referido processo»
ν λ :· ύ >
Ο inventa diz respeito A produção de um tubo plástico de? largo cslibre? no qual um perfil termoplástico oco que tem uma secção rectangulsr transversal que é extrudido5 sendo o perfil termoplástico oco enrolado a um tambor em espiral em faixas contíguas e a adequada deformabilidade. e no qual as faixas são , soldadas junto às superfícies de contacto durante a operação de enrolamento por meio de uma soldadura topo a topo com a aplicação de calor e pressão axiais.- Basicamentes qualquer termoplástico apropriado para o fabrico de tubos pode ser utilizado para o
J plástico do qual ê feito o perfil termoplástico oco. Mais parti/ cularmentSg o plástico pode ser do grupo das poliolefinas5 tais como PE? PP? etc. 0 plástico pode ter um reforço integrado à base fibras e conter um recheio finamente divididos mais em particular um recheio mineral=
No processo de que este invento parte íDE-AS 23 ©8 418). o perfil termoplástico oco é um perfil com uma sá célula de secção transversal externa rectanguiar ou quadrada. 0 perfil termoplástico oco é extrudida com uma secção transversal interna substancialmente circular. Um líquido de arrefecimento é introduzido neste perfil termoplástico oco durante a extrusão. □ líquido de arrefecimento passa através de pelo menos uma faixa. Cada faixa é soldada às faixas contíguas na superfície de contac— x to das paredes do perfil termoplástico oco a uma temperatura adequada e sob uma pressão axial adequada.
As operaçoes acima referidos são baseados na ideia de que as flanges ou soldaduras com sobreposição podem ser dispensadas no fabrico dos tubos5 e em particular no dos tubos de grande calibre, feitos a partir de perfis plásticos ocos. As operações acima referidos baseiam-se no facto de o perfil de plástico oco poder ser bobinado sem dificuldades com faixas contíguas à temperatura de deformação. As pressões axiais necessárias para soldar as paredes adjacentes em contacta são então produzidas ds preferência cinemàticamente. Ao mesmo tempo, um núcleo de suporte produzido no perfil de plástico oco pela introdução do líquido de arrefecimento que funciona como se fosse um batente, por assim dizer. Isto permite a compressão ε o encalque adequados na direcção axial para se obter uma soldadura perfeita das superfícies das paredes em contacto adjacentes do perfil de plástico oco bobinado em espiral. Nas referidos operaçS-es, é possível assim ajustar as condiçSes em que a pressão axial produza uma deformação permanente ε muda a secção transversal do perfil de plástico oco durante a soldadura. Quer um quer outro acontecimentos dependem do valor que a pressão axial, i.e., o encalque ou a compressão atingem, do valor a que ae temperaturas atingem. bem como também do valor que o arrefecimento toma. Claro que o tubo é expelido para fora da bobine, mandril ou tambor. — As referidas operações t@m-se mostrado satisfatórios mas resultam em tubos de plástico de peso considerável para uma resistência mecânica de cáculo pré-determinado. Só podem ser produzidos com perfis de plástico ocos cuja secção transversal de forma rectangular defira pouco da secção transversal de forma quadrada.
Ao contrário do que acabámos tíe dizer. o objectivo deste invento é o de indicar um processo pelo qual seja possível o fabrico de tubos plásticos cora a técnica de construção descrita, com um peso reduzido mas que, no entanto, são capazes de atingir sem dificuldade uma resistência mecânica pré—determinadas.
Hsrg este fim, de acordo com o invento. α perfil de plástico oco tendo de uma maneira· geral uma secção rectangular alongada, e moldado numa ferramenta de extrusão para formar um perfil de células múltiplas tendo um perfil de paredes exteriores e paredes divisórias interiores e ao mesmo tempo e/ou depois,
através do arrefecimento interno das paredes -éxlleriores do perfil e das paredes divisórias interiores, toraa uma dimensão e uma resistência mecânica que sao estáveis até uma pressão crítica pré-determinadas o perfil multicelular calibrado uma vez que atingiu a resistência mecânica de cálculo é de novo aquecido na superfície de contacto até à temperatura de soldadura do material termoplástico» s a soldadura topo a topo entre as faixas e feita com uma pressão axial abaixo da pressão critica para a resistência mecânica de cálculo» 0 invento tem na sua base a consideração de que é possível obter uma redução considerável do peso sem prejudicar as propriedades de resistência mecânica, tendo em conta que o perfil de plástico oco utilizado tem uma secção transversal rectangular alongada e, que esta secção tem por sua vez uma pluralidade de células também rectangulares separadas umas das outras pelas paredes divisórias interiores» As paredes exteriores do perfil e as paredes divisórias interiores podem ser construídas com paredes de espessura relativamente fina, e isto permite uma redução de peso relativamente grande» No entanto, um perfil de plástico oco não pode sar bobinado num tubo da forma conhecida e jã descrita na introdução e ser soldado entre faixas pela aplicação de uma pressão axial= A menos que se tomem outras medidas, o perfil plástico oco sofreria uma protuberância para fora aquando da aplicação da temperatura de deformação e por acção da pressão axial necessárias para a execução da soldadura, 0 invento evita isto pelo arrefecimento interno que dá como resultado uma estabilização e alcançar-se a resistência mecânica ds cálculo» Para além disso, um perfil plástico oco alongado multi-celular deste tipo não pode ser usado sem um controlo da forma exterior, porque de outra forma as paredes exteriores do perfil cairiam para dentro da área das células» Isto provocaria distúrbios na foram que era visíveis e também prejudicaria o momento de inércia do perfil de plástico oco e afectaria ainda a rigidez angular e a estabilidade de todo o tubo» έ basicamente
incluindo usn perfil de plástico oco muiti-celular, por meio de vácuo» Contudo, o dimensionamento por vácuo não pode ser incorporado sem dificuldade no método descrito na introdução, no qual se baseia este invento e a que o inventa dá continuação» Q invento baseia-se na descoberta de que um adequado arrefecimento interno das paredes exteriores e das paredes divisórias interiores faz com que o perfil de plástico oco muiti-celular seja simultaneamente dimensionado exteriormente e alcance a resistência mecânica de cálculo (no sentido da engenharia convencionai/ de tal forma que possa sofrer a pressão axial necessária para fazsr a soldadura topo a topo entre as faixas adjacentes sem se correr o risco de se formarem protuberâncias» ísto é possível desde que a pressão axial não tenha que ser muito elevada» 0 que se pode atingir aquecendo as superfícies de contacto» A soldadura topo a topo entre as faixas pode sempre ser feita a uma pressão axial inferior à pressão critica da resistência mecânica de cálculo» 0 comprimento da secção transversal rectangular pode ser de i a 5 vezes- ou ainda maior do que a altura ou a espessura da secção transversal rectangular total do perfil de plástico oco» 0 perfil da plástico oco pode ter várias células»
J Em pormenor, há dentro do contexto do invento várias possibilidades de posterior desenvolvimento e construção» Em termos gerais, o arrefecimento interno é produzido por componentes de arrefecimento ds ferramenta de extrusão e/ou por componentes de arrefecimento com ela relacionados« A dimensão e a resistência mecânica são alcançados pelo gradiante de temperaturas durante o arrefecimento e pelo tempo de arrefecimento» De acordo com o modelo de realização» o arrefecimento interno é efectuado por um líquido de arrefecimento com uma temperatura de arrefecimento pré-determinada» Surpreendentemente, o invento também atinge dimensões externas do perfil de plástico oco muito exactasV
pelo arrefecimento interno se α procedimento descrito for levado a cabo s a resistência mecânica de cálculo tiver um valor adequado» No entanto» de acordo com o contexto do invento é possivel adicionalmente fazer o arrefecimento externo a fim de melhorar o dimensionamento externa ou conseguir essa resultado com ferramentas de dimensionamento» invento também dis respeito às ferramentas de extrusão para levar a cabo o processo que se acabou de descrever, e tal como é reivindicado por um lado nas reivindicações 5 e 6, e por outro nas reivindicações 7 e 8= invento é descrito a seguir com detalhe com referência aos desenhas que ilustram apenas um modelo de realização e onde 5
A Figura 1 é um alçado lateral esquemático de uma instalação constituída para o processo de acordo com o invento»
A Figura 2 é um corte segundo a linha A-A no produto representado na Figura 1 numa escala muito mais ampliada em comparação com a Figura 1«
A Figura 3 ε o pormenor B do produto que se mostra na Figura 2 numa escala ainda mais ampliada»
A Figura 4 ê um corte na direcção C—C na. Figura 1 em que se mostra uma parte do produto, numa escala ampliada em comparação com a Figura 1»
A Figura 5 é um corte na mesma escala da Figura 2 na direcção D-D feito no produto que se mostra na Figura í.
produto
que ss mostra na Figura 5»
A figura z é um corte correspondente à í-igura 2 através ds outro modelo ds realização da Figura í» e
A Figura 8 ê uma corte na direcção F-F através do produto da Figura 7»
A figura i mostra a cabeça de ferramenta de extrusâo (15 á qual está ligada uma extensão de arrefecimento C2>» Um tambor rotativo Í3) , que pode também ser designado por mandril de hobinageffis s que está representado do lado direita» Em pormenor» esta instalação pode de outra forma ser construída com um dimensionamento tal que possa corresponder às conhecidos operaçSes já descritos na introdução CDE-PS 23 @8 418)= A comparação das Figuras i e 4 mostrará que o perfil termoplástico oco <4> tendo uma secção transversal rectangular é extrudido e bobinado no tambor (3) com faixas contíguas com a adequada deformabi1 idade» Durante a operação de bobinaqem as faixas são soldadas umas ãs outras nas superfícies de contacto pela soldadura topo a topo C5) usando a pressão axial ε o calor»
Será evidente» particularmente na Figura 2» que o perfil de plástico oco C4) tem uma secção transversal rectangular alongada e é construído como um perfil multi—celular= No exemplo do modelo de realização há quadro células (6)» 0 perfil de plástico oco (4) tem paredes exteriores (7) s paredes divisórias internas C8)= é moldado na cabeça da ferramenta de extrusâo (í) numa ferramenta ds extrusâo apropriada e é dimensionada durante essa operação e/ou depois dela por um arrefecimento interno das paredes exteriores Í7) ε das paredes divisórias internas (8)» A dimensão resultante é uma dimensão externa, embora seja produzida
pelo arrefecimento interno. No entanto, ao mesmo tempo, o perfil de plástico oco <45, como um resultado deste arrefecimento interno, adquire uma dada resistência mecânica tíe cálculo que é estável até uma pressão critica pré-determinada, e isto aplica-se até ã temperatura de deformação. 0 tracejado duplo na Figura 3 mostra que o estático arrefecimento interno resulta por assim dizer na enformação do corpo e em último análise ê obtida uma estrutura em grade qus tem a referida resistência mecânica do cálculo. 0 perfil de plástico oco muiti-celular <45 dimensionada e com a resistência mecânica de cálculo apropriada foi mais uma vez aquecido à temperatura de soldadura do termoplástico nas superfícies de contacto <95, por exemplo, pela irradiação das correspondentes superfícies de contacto <95 com raios infravermelhos tal como é indicado pelas setas onduladas na Figura 2. A soldadura topo a topo <55 entre as faixas έ soldado com a pressão axial inferior à pressão crítica da resistência mecânica ds cálculo, tal como se indica nas setas da Figura 4. A pressão axial indicada pelas setas é geralmente à volta de 10 ou 15% menos do que o equivalente à pressão crítica da resistência mecânica de cálculo estabelecida. 0 arrefecimento interno é efectuado pelo líquido de arrefecimento, por exemplo água ou ó 1 eo.
acordo com o extrusão <í).
fis Figuras 5 e 6 ilustram detalhes ds uma ferramenta de extrusão Í105 espec ia. Imen te feita para realizar o método de invento e disposto na cabeça da ferramenta de A ferramenta de extrusão <105 compreende uma ferramenta exterior Cl1) e uma ferramenta exterior <125. Estando a última fornecida com mandris de formação das células <135. Estes são mandris ocos. Os mandris de construção das células <Í3) e/ou os componentes de arrefecimento <145 a eles ligadas são construídos de forma a poderem ser arrefecidos. Para este fim, um tubo de arrefecimento (155 é estendido ao longo de todo o comprimento dos mandris de construção das células (13) e os componentes de arrefecimento ligados (14) P mas de forma que o liquido de arrefecimento fornecido pelo tubo da arrefecimento (Í5) possa emergir deste último, é deflectida no fim dos mandris de construção de células (13) ou dos componentes de arrefecimento C14) e retorna ao longo do exterior do tubo de arrefecimento (15). 0 último pode ser de construção cora isolamento térmico. 0 líquido de arrefecimento pode também fluir em sentido inverso. A Figura 5 mostra parte da ferramenta exterior (11). Esta ferramenta poderia ser arrefecida. As operações descritas adaptam-se particularmente à produção de tubos de plástico de largo calibre da construção descrita feitos a partir de cloreto de polivinilo.
A construção ds uma outra ferramenta de extrusão (ÍG) para levar a efeito o processo de acordo com o invento é evidente a partir das Figuras 7 a 3. Esta ferramenta ds extrusão (10) também consiste de uma ferramenta exterior (11) e uma ferramenta interior (Í2)? tendo a última mandris de construção de células (13). Uma comparação das Figuras í e S mostrará que no modelo de realização de acordo com as Figura 7 e 8 os mandris de construção de células (13) e os componentes de arrefecimento (14) a eles ligados também ss estendem para a zona qus já não é rodeado pela ferramenta exterior (11). Os componentes de arrefecimento (14) adaptado aos mandris individuais estão relacionados cora os mandris (13). Os componentes de arrefscimento contãm reforços periféricos (16) em forma de anéis ou hélices. Ura tubo de retorno (17) para um arrefecedor é colocado no centro dos mandris- (13) e dos componentes ds arrefecimento (14). Tal como já foi dito o arrefecedor pode ser qualquer líquido arrefecedor, e particularmente água ou óleo. 0 arrefecedor pode ser alimentado por uma câmara anelar (18) entre o tubo de retorno (17) e as paredes exteriores dos componentes de arrefecimento. Ligado à uSaiars anelar (18) está um tubo abastecimento de arrefecimento (15) que circunda o tubo ds retorno
íi aos componentes de arrefecimento C14) o arrefecedor passa pelos furos (19) até à zona dos reforços (16) jâ mencionados. Os mandris (13) tâm furos de evacuação (20) para o arrefecedor pelo menos na área do fim dos mandris. Os furo (20) levam a uma câmara de evacuação anelar (21) que circunda o tubo de alimentação do arrefecedor ÍÍ5) a ela associado, 0 projecto também prsvs que um suh-fluxo do arrefecimento fluí por fora dos componentes de arrefecimento Ci4) na direcção da ferramenta de extrusão para as células (65 tal como se mostra nas sstas da Figura 8S o qual, por um lado5 aponta para a direcção de saída e? por outro Iado5 para os furos (20), 0 arrefecedor pode ser descarregado pelos tubos de retorno associados (17),
Enquanto que no modelo de realização que se mostra nas Figuras 2 a 6 as células C6) do perfil de plástico oco (4) tã® uma secção transversal rectangulsr no interior, ver—se—à na Figura 7 que as células (6) do perfil de plástico oco (4) neste caso t’s’m internamente uma secção transversal circular, Este modelo de realização da ferramenta de extrusão é particularmente ajustado para o fabrico de tubos de grande calibre de polieti— leno, Os perfis de plástico ocos C4) são primeiramente sxtrudidos da maneira convencional e depois passa pelo dimensionados de uma maneira geral numa área fora da ferramenta exterior (11) dos mandris (13), A operação de dimensionamento continua até ao fim dos componentes de arrefecimento (14) que, no entanto? são primeiramente usados para o arrefecimento» 0 arrefecedor que é expelido pela câmara ds evacuação anelar (21) está já aquecida sm comparação com o arrefecedor que saí dos componentes de arrefscifsento (14) 5 e isto auxilia à operação de dimensionamento.

Claims (7)

  1. gEIVINpICAqSESs, ls» - Processo para produzir um tubo plástico de grande calibre5 em que um perfil termoplástico oco com uma secção transversal rectangular é extrudido e o perfil de plástico oco S bobinado helicoidalmente num tambor em faixas contíguas com uma deformabllldade adequada e no qual durante a operação de bobinagem as faixas são saldadas umas âs outras nas superfícies de contacto por meio de uma soldadura topo a topo com a aplicação de calor e pressão axial? caracterizado pors
    - o perfil de plástico oco que tem uma secção transversal rectangular alongada ser moldado numa ferramenta de extrusão por forma a constituir um perfil multi-celular que tem paredes exteriores constituintes do perfil e paredes divisórias interiores que definem as células3 e em que ao mesmo tempo e/ou depois» por arrefecimento interno das paredes exteriores do perfil e das paredes interiores constituintes das célulass se obtém uma dimensão e uma resistência mecânica para que foi projectado? que são estáveis até uma determinada pressão critica;
    — o perfil calibrado multicelulsr tendo alcançado a resistência para que foi projectado ser de novo aquecido na superfície de contacto até à temperatura necessária á soldadura do material termoplástico;
    a soldadura topo a topo entre as faixas ser feita com uma pressão axial inferior â pressão crítica correspondente -à da resistência mecânica de projecto»
    Í3
    -s
  2. 2â, - Processo de acordo rizado por o arrefecimento interno de arrefecimento da ferramenta de arrefecimento a ela ligados.
    ser produzido por componentes extrusão e/ou componentes de
  3. 3ê= - Processo ds acordo com as reivindicações 1 e 2 caracterizado por a dimensão e a resistência mecânica para que foi projectado serem estabelecidas pelo gradíante de temperatura durante o arrefecimento e pelo tempo de arrefecimento.
  4. 4s, — Processo de acordo com as reivindicações ia 3, caracterizado por o arrefecimento interno ser efectuada por um líquido de arrefecimento a uma temperatura de arrefecimento pré-determinada,
  5. 5â, - Ferramenta de extrusão para executar o processo de acordo com qualquer das reivindicações í a 43 constituída por uma parte interior s outra exterior5 sendo a ferramenta interior que tem os mandris necessários à constituição das células.» caracterizada por os mandris de constituição das células e/ou os componentes de arrefecimento a eles ligados^ que têm uma forma que se adapta à secção transversal das células, serem construídos por forma a poderem ser arrefecidos,
  6. 6ê - Ferramenta de extrusão ds acordo com a reivindicação 5,, caracterizado por a ferramenta exterior e/ou os elementos de arrefecimento a ela ligados serem construídos por forma s. poderem ser arrefecidos,
  7. 7â - Ferramenta de extrusão para executar o processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4? incluindo uma ferramenta exterior e outra intsrior5 tendo a ferramenta interior mandris de formação das células.» caracterizada pors
    ·.
    - os componentes ds arrefecimento-érfâ^iiados aos mandris individuais estarem a ele ligados e terem reforços periféricos espaçados coro a forma de anéis ou hélices»
    - o tubo de retorno para o líquido de arrefecimento estar colocado no centro do mandril e os componentes de arrefecimento e o liquido de arrefecimento estarem adaptados para serem alimentados por uma câmara anelar entre os tubos de retorno e as paredes exteriores dos componentes de arrefecimento, estando liqado à câmara anelar um tubo de fornecimento do liquido de arrefecimento envolvendo o tubo de retorno nos mandriss emergindo o líquido de arrefecimento na área dos reforças através de furos na extremidade dos componentes de arrefecimento,
    - os mandris terem furos de evacuação para o liquido de arrefecimento pelo menos nas extremidades dos mandris, conduzindo os referidos furos a uma câmara ds extracção ansiar que envolve o tubo de fornecimento do liquido de arrefecimento a ela ligado,
    - um sub-fluxo do liquido de arrefecimento fluir para fora componentes de arrefecimento e para dentro das células na direcção da extrusão o qual pode ser descarregado por meio do tubo de retorno já referido, / Sâ - Ferramenta de extrusão de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por os mandris3 os componentes de arrefecimento , os tubos de retorno e os tubos de fornecimento do liquido de arrefecimento terem uma secção transversal circular.
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