ES2264949T3 - Tubo, empalme para tubos o pieza de conexion de plastico, extrusionado, moldeado por inyeccion o por soplado. - Google Patents

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Abstract

Tubo, empalme de tubos o pieza de conexión, extrusionado, moldeado por inyección o por soplado, de plástico para la construcción de tuberías para medios líquidos, pastosos o gaseosos, con un cuerpo de tubo formado a partir de al menos tres capas con una capa interior (2) y una capa exterior (3) de un material básico y una capa intermedia (4) de un material básico, así como de al menos un material de aporte, caracterizado porque la capa interior (2), la capa intermedia (4) y la capa exterior (3) del tubo, empalme de tubos o pieza de conexión están compuestos de un material polimérico con un polipropileno copolímero random como material básico, porque la capa intermedia contiene a) polipropileno copolímero random con una proporción de peso del 50 al 90 por ciento en peso, que muestra un contenido de etileno del 2 al 6 por ciento en peso y un valor de MFR de 0, 3 a 10 g/10 min a 190°C de temperatura de prueba y 5 kg de peso de carga, b) fibras de vidrio, bolas de vidrio o vidrio en polvo o mezclas de estos materiales con una proporción de peso del 10 al 50 por ciento en peso, c) un aditivo de unión para unir la matriz del polipropileno copolímero random con las fibras de vidrio y/o las bolas de vidrio y/o el vidrio en polvo, porque los aditivos contra medios agresivos, especialmente medios oxidantes y reductores, se incorporan en las zonas amorfas del material polimérico semicristalino de la capa interior (2) que está en contacto con el medio que vaya a transportarse y porque las cargas y aditivos se integran en las zonas amorfas del material polimérico de la capa intermedia (4) como un material de barrera para la disminución de una migración de los aditivos de la capa interior (2) en la capa exterior (3) del tubo, empalme de tubos o pieza de conexión.

Description

Tubo, empalme para tubos o pieza de conexión de plástico, extrusionado, moldeado por inyección o por soplado.
La presente invención trata de un tubo, empalme de tubos o pieza de conexión, extrusionado, moldeado por inyección o por soplado, de plástico para la construcción de tuberías para medios líquidos, pastosos o gaseosos, con un cuerpo de tubo formado a partir de al menos tres capas con una capa interior y una capa exterior de un material básico y una capa intermedia de un material básico, así como de al menos un material de aporte. Además, la invención se refiere a un proceso para la fabricación del material compuesto inicial de la capa intermedia del tubo, empalme para tubos o pieza de conexión.
Los campos de utilización de tubos de metal, especialmente de cobre, acero galvanizado, acero fino y, en una pequeña parte, de plomo, están limitados por determinados parámetros de medios como el valor pH, la velocidad de circulación y la temperatura de funcionamiento. El comportamiento de corrosión de tubos metálicos y la salida de metal pesado en tubos de plomo y cobre limitan las posibilidades de uso de tubos metálicos en tuberías de agua potable y en las tuberías necesarias para la industria alimentaria. Además resulta que la producción de metales, la extracción de minerales, el transporte de minerales y la fundición de minerales, así como la fabricación de tubos metálicos ya no es económica en muchos casos ni sostenible en cuanto al deterioro del medio ambiente.
Por los motivos nombrados anteriormente, cobran importancia los tubos de plástico para la producción de tuberías en los distintos campos de utilización como el abastecimiento de agua potable, la técnica de calefacción, la industria alimentaria, la construcción de aparatos, así como la industria química.
Las ventajas de los tubos de plástico frente a los tubos metálicos son una mayor resistencia frente a los medios agresivos y las incrustaciones, una mejor resistencia a la corrosión, un mejor efecto aislante, idoneidad higiénica, un peso más ligero, una técnica de conexión y un montaje más sencillo y un equilibrio medioambiental más ventajoso.
Los plásticos empleados para la fabricación de tubos como el cloruro de polivinilo, el polietileno reticulado y sin reticular, el polibuteno y el polipropileno que pueden reforzarse mediante capas interiores o exteriores de metal, especialmente de aluminio, se diferencian por el polímero utilizado y por las distintas propiedades mecánicas que resultan, así como por la técnica de conexión. Para conectar tubos y piezas de conexión de plástico llegan a utilizarse sistemas de sujeción, de atornillado, de presión, de aplastamiento y de casquillo corredizo, sistemas de adhesión y la soldadura con elementos de tubuladura de calefacción.
El contacto permanente con medios oxidantes y reductores en tuberías de plástico empeoran las propiedades mecánicas y químicas del plástico empleado como material del tubo. La macromolécula del material del tubo tiene una longitud determinada y un número determinado de afieltrados en cadena uno debajo de otro. La longitud de la cadena y el tipo de afieltrados determinan, en primer lugar, el cuadro de propiedades del material del tubo. Entre los componentes cristalinos del material polimérico utilizado preferiblemente como material del tubo se encuentran zonas amorfas, no cristalinas, que se ocupan de la movilidad de los componentes cristalinos en los polímeros y que consiguen cierta elasticidad y resistencia del material del tubo.
Para evitar daños en el material polimérico utilizado en los tubos pueden incorporarse, en las zonas amorfas, aditivos como los desactivadores metálicos, aceptores de cloro, aceptores de ácido, barredores radicales, estabilizadores UV, estabilizadores de procesamiento y termoestabilizadores de larga duración. Estos aditivos deben integrarse en la matriz polimérica con una extracción estable pero con capacidad de migración.
Los aditivos pueden moverse en las zonas amorfas del material polimérico. Este efecto es conveniente para que el aditivo necesario pueda desplazarse al lugar que está en contacto con el medio, donde se desarrolla un efecto de protección contra los medios agresivos y se protege las cadenas de polímeros de daños.
Una desventaja decisiva en los tubos de un material polimérico con aditivos consiste en que una proporción considerable de aditivos migra por las zonas amorfas de la capa interior a través de la capa intermedia hasta la capa exterior de los tubos en la que no son necesarios los aditivos. Si se consume o modifica la efectividad de los aditivos por su mecanismo de protección, comienzan, en la capa interior de los tubos que está en contacto con el medio que fluye por los tubos, a dañarse las moléculas, la llamada degradación de cadenas. El material del tubo se vuelve frágil, duro y propenso a las roturas. El espesor de pared del tubo se reduce debido a la abrasión y a la degradación de cadenas. Por último, la presión interior del tubo conduce a la rotura del tubo. La aparición de estas degradaciones del material del tubo depende mucho del medio y de la temperatura. La rapidez de deterioración aumenta sobreproporcionalmente al incrementarse la temperatura del medio.
Se conoce un tubo de plástico del tipo nombrado al principio por la EP 0 470 605 A1. El material básico del tubo es poliamida y la capa intermedia está reforzada con fibras de vidrio. Un tubo adecuado debe mostrar especialmente una permeación lo suficientemente baja contra los combustibles.
En el punto de referencia Database WPI Section Ch, Week 198613 Derwent Publications Ltd., London, GB; Class A88, AN 1986-085463 XP002199613 & JP 61032743 A (SHOWA DENKO KK), 15. Febrero 1986 (1986-01-15) puede encontrar información sobre un tubo de tres capas que se compone de polietileno, copolímero de etilenpropileno y una mezcla de éstos. La capa intermedia muestra fibras de vidrio para conseguir una rigidez y una resistencia a los agentes atmosféricos suficiente. También se consigue una buena capacidad de soldadura.
Para fabricar un tubo de dos capas, se propone un proceso de extrusión según el punto de referencia Database WPI Section Ch, Week 197506 Derwent Publications Ltd., London, GB; Class A32, AN 1975-09680W XP002199614 & JP 49 050060 A (TOA NENRYO KOGYO KK), 15. Mai 1974 (1974-05-15). Con el fin de facilitar la suficiente estabilidad de las capas, éstas pueden contener fibras de vidrio.
En el punto de referencia J. Comyn, Polymer Permeability, Elsevier Applied Science Publishers Ltd., London, New York, 1988, S. 126 - 145, se trata el fenómeno de la permeabilidad de oxígeno en las sustancias poliméricas que conducen a una oxidación no deseada de los polímeros. Para evitar o limitar una permeación, se incluyen aditivos en el material polimérico.
La CA-A-1273768 hace referencia a un proceso para la fabricación de tubos de plástico reforzados con fibras y a un dispositivo para la fabricación de éstos. Para ello, se coextrusiona un primer, un segundo y un tercer material de plástico.
Se conoce un tubo de presión de varias capas de plástico por la WO-A-9741376. El tubo se fabrica mediante extrusión, y como material se utiliza el polipropileno al que se añade fibras de refuerzo de vidrio.
En la EP-B-0358178 se describe un tubo de plástico de varias capas que comprende una capa intermedia de polipropileno y proporciones de fibras de vidrio.
Según la WO-A-9801346, un recipiente compuesto de material polimérico muestra componentes para reducir la permeabilidad frente a los gases.
El punto de referencia Nielsen, Models for the Permeability of filled Polymer Systems, J. Macromol. Sci.-(Chem.), 1997, S. 929 - 942, se ocupa de la problemática de la reducción de la permeabilidad de los plásticos.
En la circular DE.Z.: KWD nº. 996 del 11 de junio de 1999 se describe un tubo de varias capas de polipropileno de la empresa aquatherm GmbH, D-57439 Attendorn, que también es objeto del prospecto DE.Z.: Fusiotherm, Rohrleitungssystem Technik & Produkte, Stand 4/99, o del prospecto DE.Z.: Fusiotherm, Pipe System, "Technique & Products", Edition 10/99.
La función de la invención se basa en el desarrollo de tubos, empalmes de tubos y piezas de conexión de plástico para la construcción de tuberías para medios líquidos, pastosos o gaseosos, con una alta resistencia mecánica, química y térmica.
La función según la invención se soluciona de la siguiente manera: La capa interior (2), la capa intermedia (4) y la capa exterior (3) del tubo, empalme de tubos o pieza de conexión están compuestos de un material polimérico con un polipropileno copolímero random como material básico, la capa intermedia contiene
a)
polipropileno copolímero random con una proporción de peso del 50 al 90 por ciento en peso, que muestra un contenido de etileno del 2 al 6 por ciento en peso y un valor de MFR de 0,3 a 10 gramos/10 minutos a 190ºC de temperatura de prueba y 5 kilogramos de peso de carga,
b)
fibras de vidrio, bolas de vidrio o vidrio en polvo o mezclas de estos materiales con una proporción de peso del 10 al 50,
c)
un aditivo de unión para la unión de la matriz de polipropileno copolímero random con las fibras de vidrio y/o las bolas de vidrio y/o el vidrio en polvo, los aditivos contra medios agresivos, especialmente medios oxidantes y reductores, se incorporan en las zonas amorfas del material polimérico semicristalino de la capa interior y/o la capa intermedia que está en contacto con el medio que vaya a transportarse, y las cargas y aditivos se integran en las zonas amorfas del material polimérico de la capa intermedia como un material de barrera para la disminución de una migración de los aditivos de la capa interior en la capa exterior (3) del tubo, empalme de tubos o pieza de conexión.
Mediante el efecto de barrera de la capa intermedia reductora de migración de los tubos, empalmes de tubos o piezas de conexión, quedan los componentes aditivos eficaces en la capa interior, la cual entra en contacto con el medio que circula por una tubería. Se evita la derivación y la migración de los aditivos en capas o zonas de tubos, empalmes de tubos y piezas de conexión que no entran en contacto con el medio que circula por una tubería. También se reduce la difusión de gases y líquidos desde el exterior a través de la pared de tubos en el medio que circula por una tubería. Debido al efecto de barrera de la capa intermedia aumenta la resistencia química y térmica de la capa interior. Mediante la concentración duradera y continua de los aditivos en la capa interior que está en contacto con el medio que circula de los tubos, empalmes de tubos y piezas de conexión, se reacciona satisfactoriamente a la acción de iones metálicos catalíticos y a la acción oxidante de oxígeno, ácidos y lejías, así como al cloro libre y a otros halógenos también a altas temperaturas de funcionamiento y se incremente la resistencia a estos medios. El tubo de plástico caracterizado por una estructura de capas se caracteriza además por una alta resistencia a la tracción y a la flexión, su fácil manejo y procesamiento, buenas propiedades higiénicas, así como una buena insonorización a los ruidos de flujo que se producen en la circulación del tubo de un medio líquido.
La invención se explica a continuación mediante ilustraciones esquemáticas que representan lo siguiente:
Fig. 1 una vista desarrollada de un tubo para la producción de tuberías y
Fig. 2 una representación transversal ampliada del tubo según la sección I de la fig. 1.
El tubo de plástico según las figuras 1 y 2 para la producción de tuberías para medios líquidos, pastosos y gaseosos, que se utiliza preferiblemente como tubo de agua y que puede fabricarse mediante extrusionado, moldeo por inyección o por soplado, tiene un cuerpo de tubo 1 construido en capas con una capa interior 2 y un capa exterior 3 de un material básico, así como una capa intermedia 4 de un material compuesto que se compone de un material básico y al menos un material de aporte.
El material básico de la capa interior 2 y de la capa exterior 3 del tubo de plástico es polipropileno copolímero random.
El material compuesto de la capa intermedia 4 del tubo de plástico se compone de un polipropileno copolímero random 5 con una proporción de peso del 50 al 90, preferiblemente del 60 al 80 por ciento en peso, fibras de vidrio 6, bolas de vidrio 7 ó vidrio en polvo 8 ó mezclas de estos materiales con una proporción de peso del 10 al 50, preferiblemente del 20 al 40 por ciento en peso, así como un aditivo de unión para la unión de la matriz de polipropileno copolímero random con las fibras de vidrio 6 y/o las bolas de vidrio 7 y/o el vidrio en polvo 8.
El polipropileno copolímero random del material compuesto de la capa intermedia 4 tiene un contenido de etileno del 2 al 6 por ciento en peso y un valor de MFR (valor Melt Flow Rate) de 0,3 a 10 gramos/10 minutos a 190ºC y de una carga de 5 kilogramos.
El aditivo de unión para la unión de la matriz de polipropileno copolímero random y fibras de vidrio, bolas de vidrio o vidrio en polvo o las mezclas de estos materiales de la capa intermedia 4 del cuerpo de tubo 1 se compone de un compuesto de silano.
El etileno se añade al material compuesto para reducir la fragilidad causada por el material de fibras y para proporcionar elasticidad suficiente al material.
Se añaden materiales auxiliares como lubricantes y aditivos como estabilizadores ópticos y térmicos al material compuesto de la capa intermedia 4 y/o al material básico de la capa interior 2 del tubo de plástico.
Para la fabricación del material compuesto inicial de la capa intermedia 4 del tubo de plástico, un polipropileno copolímero random plastificado o semilíquido se transforma en una unidad de composición en un material compuesto homogéneo con pequeños segmentos de fibras de vidrio de una longitud inicial de 0,1 a 6 milímetros o con fibras de vidrio sin fin que se muelen en el proceso de mezcla y/o con bolas de vidrio y/o vidrio en polvo, así como, en caso necesario, estabilizadores y aditivos, mostrando las fibras de vidrio un tex entre 500 y 5000.
El tubo de plástico puede fabricarse en una máquina que esté equipada con tres extrusoras para el extrusionado de la capa interior 2, la capa intermedia 4 y la capa exterior 3.
Para soldar el tubo de plástico con empalmes para tubos o piezas de conexión, se calienta el extremo del tubo que vaya a unirse y la pared interior del orificio del empalme para tubos o piezas de conexión con una herramienta hasta que salga el plástico, ésta está formada por una conexión térmica eléctrico para calentar el extremo del tubo y un mandril térmico eléctrico para calentar la pared del orificio del empalme para tubos o de la pieza de conexión. A continuación, se separa el tubo y el empalme para tubos de la herramienta y el extremo del tubo se introduce en el orificio del empalme para tubos, de modo que las dos piezas puedan soldarse una con la otra.
El nuevo tubo de plástico de varias capas puede utilizarse para la producción de tuberías para líquidos, especialmente para tuberías de agua potable y de gases, y pueden aplicarse en la industria química, en la construcción de aparatos y en la industria alimentaria.

Claims (10)

1. Tubo, empalme de tubos o pieza de conexión, extrusionado, moldeado por inyección o por soplado, de plástico para la construcción de tuberías para medios líquidos, pastosos o gaseosos, con un cuerpo de tubo formado a partir de al menos tres capas con una capa interior (2) y una capa exterior (3) de un material básico y una capa intermedia (4) de un material básico, así como de al menos un material de aporte,
caracterizado porque
la capa interior (2), la capa intermedia (4) y la capa exterior (3) del tubo, empalme de tubos o pieza de conexión están compuestos de un material polimérico con un polipropileno copolímero random como material básico, porque la capa intermedia contiene
a)
polipropileno copolímero random con una proporción de peso del 50 al 90 por ciento en peso, que muestra un contenido de etileno del 2 al 6 por ciento en peso y un valor de MFR de 0,3 a 10 g/10 min a 190ºC de temperatura de prueba y 5 kg de peso de carga,
b)
fibras de vidrio, bolas de vidrio o vidrio en polvo o mezclas de estos materiales con una proporción de peso del 10 al 50 por ciento en peso,
c)
un aditivo de unión para unir la matriz del polipropileno copolímero random con las fibras de vidrio y/o las bolas de vidrio y/o el vidrio en polvo,
porque los aditivos contra medios agresivos, especialmente medios oxidantes y reductores, se incorporan en las zonas amorfas del material polimérico semicristalino de la capa interior (2) que está en contacto con el medio que vaya a transportarse y porque las cargas y aditivos se integran en las zonas amorfas del material polimérico de la capa intermedia (4) como un material de barrera para la disminución de una migración de los aditivos de la capa interior (2) en la capa exterior (3) del tubo, empalme de tubos o pieza de conexión.
2. Tubo de plástico según la reivindicación 1,
caracterizado porque
la capa interior (2), la capa intermedia (4) y la capa exterior (3) están hechas del mismo material polimérico como material básico.
3. Tubo de plástico según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque
se añaden materiales auxiliares como lubricantes al material compuesto de la capa intermedia (4) y/o al material básico de la capa interior (2).
4. Tubo de plástico al menos según la reivindicación 1,
caracterizado porque
el material básico de la capa exterior (3) contiene lubricante.
5. Tubo de plástico al menos según la reivindicación 1,
caracterizado porque
el material compuesto de la capa intermedia (4) y/o el material básico de la capa interior (2) contienen o contiene aditivos como estabilizadores ópticos y térmicos.
6. Tubo de plástico al menos según la reivindicación 1,
caracterizado porque
los aditivos como estabilizadores ópticos y térmicos se incorporan en el material básico de la capa exterior (3).
7. Tubo de plástico según la reivindicación 1,
caracterizado porque
el aditivo de unión del material compuesto de la capa intermedia (4) del tubo de plástico se compone de un compuesto de silano.
8. Tubo de plástico según la reivindicación 1,
caracterizado porque
la proporción de peso del propileno copolímero random es del 60 al 80%.
9. Tubo de plástico según la reivindicación 1,
caracterizado porque
la proporción de peso de las fibras de vidrio, de las bolas de vidrio o del vidrio en polvo o de las mezclas de estos materiales es del 20 al 40 por ciento en peso.
10. Proceso para la fabricación del material compuesto inicial de la capa intermedia del tubo de plástico al menos según al reivindicación 1
caracterizado porque
un polipropileno copolímero random plastificado se transforma en una unidad de composición en un material compuesto homogéneo con pequeños segmentos de fibras de vidrio de una longitud inicial de 0,3 a 6 mm o con fibras de vidrio sin fin que se muelen en el proceso de mezcla y/o con bolas de vidrio y/o vidrio en polvo, así como, en caso necesario, estabilizadores y aditivos, mostrando las fibras de vidrio un tex entre 500 y 5000.
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