TUBO DE POLIETILENO RETICULADO QUE TIENE UN FORRO DE POLIETILENO DE ELEVADA DENSIDAD DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona a un tubo de polietileno reticulado ("PEX") tal como se utiliza en sistemas de distribución de agua, y particularmente en sistemas de agua caliente. El tubo PEX es susceptible a los agentes oxidantes los cuales, durante el tiempo, se disipan a través del plástico provocando la degradación oxidativa. Tal degradación del tubo PEX ocurre mediante la reacción con, y la difusión de, oxígeno de la atmósfera; y mediante la reacción de agentes oxidantes tales como cloro y ácido hipocloroso presente en el fluido llevado por el tubo junto con la difusión en el tubo de oxígeno disuelto en el fluido. La susceptibilidad a la degradación mediante la reacción con cloro libre presente en el agua potable, se describe en el artículo titulado "Prueba de Resistencia al Cloro de Materiales para Tubería de Polietileno Reticulado" por P. Vibien, et al. de Jana Laboratories Inc., Ontario Canadá, y W. Zhou et al. de University of Illinois at Chicago, Chicago Illinois, U.S. A. El problema La tubería de polietileno ( "PE" ) comúnmente se utiliza para sistemas de agua fría (10°C-35°C) para agua potable, irrigación a presión elevada en el rango de
aproximadamente 650 kPa (80 psig) a 1490 kPa (200 psig) , y aguas residuales de drenaje, una selección de LLDPE (PE de baja densidad lineal) , MDPE (PE de media densidad) o HDPE (PE de elevada densidad) siendo dirigida por las condiciones de uso del tubo. El PE reticulado ("tubo PEX" ) se utiliza para agua caliente y fría doméstica (10°C-115CC) así como en aplicaciones de calentamiento radiante. El agua a temperaturas alrededor de 100°C, bajo presión en el rango de aproximadamente 997 kPa (130 psig) a aproximadamente 1135 kPa (150 psig) , romperá la tubería. El daño debido al cloro y al ácido hipocloroso en el agua se ha encontrado que es dañino en PEX desde dentro del tubo, si no tanto, como el oxigeno u otros agentes oxidantes. El objeto es proteger el tubo PEX contra el daño oxidativo durante largo tiempo, hasta aproximadamente 50 años. Esta invención se relaciona a la tubería de capa múltiple flexible (comúnmente referida como "tubo") que tiene una capa externa o funda externa de polietileno reticulado (la abreviación reconocida para la cual es "PEX") y una capa interna o núcleo tubular de polietileno de elevada densidad ("HDPE") , en donde el polímero en el núcleo tiene una sustancialmente más elevada densidad que el polímero en la funda externa. El polietileno ("PE") se considera generalícente como que es "polietileno de elevada densidad" o "HDPE" cuando su densidad es menor de 0.941 g/CD A (véase
Encyclopedia of Chemical Technology by Kirk & Othmer, Vol . 17, página 704, 1996) . Debido a que la pared del tubo de capa múltiple es predominantemente PEX, el tubo de capa múltiple se refiere a "tubo PEX de capa múltiple" . La tubería de plástico significa una nomenclatura de diámetro particular de tubo de plástico en el cual el diámetro exterior de la tubería es igual al tamaño nominal más 3.175 mm o 0.125" (pulgada) . La nomenclatura de diámetro exterior del tubo de plástico comprende ANSI B 36.10. Por conveniencia, y en consideración al uso común, la tubería de plástico tiene un diámetro nominal en el rango de 7 mm a 152 mm que se refiere de aquí en adelante como "tubo" . Se conoce bien en la técnica para someter el polietileno a una variedad de procesos de reticulación para producir PEX. Los procesos de reticulación incluyen la adición de peróxido, adición de compuestos AZO, irradiación de haz de electrón, y adición de silano, cada uno del cual se conoce que mejora ciertas propiedades físicas y químicas del polietileno. En particular, la reticulación se ha mostrado para incrementar la temperatura útil máxima, reducir la fluencia, mejorar la resistencia química, incrementar la resistencia a la abrasión, mejorar la característica de memoria, mejorar la resistencia al impacto, y mejora a la resistencia a la grieta de tensión ambiental comparada al polietileno no reticulado. Por ejemplo, la Patente
Norteamericana No. 4,117,195 describe un método para producir el tubo PEX utilizando PEX injertado de silano; la Patente Norteamericana 5,756,023 describe diversos métodos para producir PEX; y la Patente Norteamericana 6,284,178 describe un método para hacer PEX que tiene bajo valor de extracción de bastante metanol (utilizando el estándar ANSI/NSF 61) , de modo que califica para el uso en sistemas de agua potable. Es bien reconocido que PEX necesita protegerse de la degradación oxidativa, aunque también es conocido que el cloro y el ácido hipocloroso (HOC1) son de igual modo perjudiciales al tubo PEX si no, tanto como los agentes oxidantes en la atmósfera. En el PEX protector contra los degradantes atmosféricos, antioxidantes que se agregan al PEX. Un poco de esfuerzo se ha dirigido hacia la protección de la tubería PEX en los sistemas de distribución de agua en el cual la degradación ocurre no sólo del oxígeno en la atmósfera aunque también del cloro y HOC1 en la migración de agua del agua en el tubo. Para proporcionar protección en el sistema de distribución de agua, un tubo de capa múltiple tiene PEX como el núcleo y una capa de barrera al oxígeno fuera de la capa PEX que se describe en la publicación PCT WO 99/49254 ; para superar las limitaciones mecánicas del tubo PEX que se une adhesivamente a una capa externa de poli {alcohol etilen-co-vinílico) ("EVOH") con otra capa de adhesivo que se establece
para prevenir la fisura del tubo, que de otra manera debe ocurrir, cuando el tubo se expande. No se proporcionan detalles suficientes para permitir que uno determine la efectividad de la combinación sin una cantidad indebida de experimentación. El EVOH se conoce que es un material resistente a la difusión de oxígeno, pero se hidroliza en agua y es susceptible a la degradación por el cloro y el ácido hipocloroso. La Patente Norteamericana 4,614,208 describe un tubo de capa múltiple que tiene PEX como el núcleo y una capa intermedia de ("EVOH") , que se cubre con una capa externa de polietileno resistente al impacto. Si uno reconoce la importancia de la protección desde dentro, se espera que uno pueda unir adhesivamente un núcleo tubular (o anular) de un polímero no hidrolizable a la superficie interna del tubo PEX, de este modo formando una capa de barrera que protege el PEX contra la degradación del cloro y el ácido hipocloroso. Aunque, no existe sugerencia en la técnica de qué polímero proporciona tales propiedades en el diámetro delgado, en el rango de tan delgado como 0.025 mm (1 mil) por 7 rara (0.25") tubo de diámetro nominal, en 1.52 mm (0.06") espesor de 152 mm (6") tubo de diámetro nominal. No existe ninguna sugerencia de qué selección de polímero es co-extruíble en ese espesor bajo sustancialmente las mismas condiciones de extrusión como PEX.
A partir de lo anterior, será evidente que el problema de hacer frente con la degradación del tubo PEX se dirige en diversas formas, pocas de las cuales se enfocan en los efectos de término largo perjudicial del cloro deiiberablemente agregado al agua. La efectividad de HDPE fue sorprendente debido a que es susceptible a la degradación por cloro y H0C1 en agua a temperatura elevada alrededor de aproximadamente 80°C, y presión elevada alrededor de aproximadamente 274 kPa (25 psig) durante un periodo largo de tiempo más de 20 años; también se espera que la cristalinidad más elevada de HDPE debe hacerla mucho más resistente a la oxidación que PEX. Adicionalmente , es igualmente bien conocido que la tensión circular de HDPE en 80°C disminuye rápidamente como una función de tiempo; existe una disminución visible después de sólo 10 horas; la disminución acelera después de 100 horas, y en el término de ] 000 horas la tensión circular en la falla para HDPE es sólo 2 MN/m" después de que ha iniciado con una tensión circular de cierre a 8 MN/m2 (véase "Novel Crosslinking Method for Polyethylene" por H.G. Scott y J.F. Humphries, páginas 82-85, Modern Plastics, Marzo 1973) . Visualizando esta disminución 4 veces en la tensión circular a 80°C uno no debe considerar de igual manera el uso de HDPE en combinación con PEX. A diferencia de, la tensión circular de PEX a 80°C reduce lentamente como una función de tiempo; en el término
de 1000 horas de la tensión circular en la falla para PEX en 7 MN/m' después de haber iniciado con una tensión circular alrededor de 11 MN/m2 (véase "Novel Crossl inking Method for Polyethylene" por H.G. Scott y J.F. Humphries, páginas 82-85, Modern Plastics, Marzo 1973) . Debido a que los sistemas de tubería de agua caliente típica se diseñan para la operación a 80°C, existe aún más razón para interesarse por la disminución en la tensión circular la cual debe contribuirse por el HDPE. Una disminución de 4 veces en la tensión circular de HDPE a 80°C comparado con la susceptibilidad mucho menor de PEX en la misma temperatura, se encuentra aceptable para el tubo PEX con una vida útil esperada de aproximadamente 50 años debido a (i) la resistencia adecuada de HDPE a la degradación debida al cloro y ácido hipocloroso en el agua durante ese periodo y (ii) la escasa tensión circular de HDPE no afecta la tensión circular del laminado PEX-HDPE proporcionando el espesor de pared del núcleo HDPE sea menor que 1.52 mm (0.06") para el tubo PEX de gran diámetro nominal para hacerse, principalmente 152 mm (6") . De este modo, un tubo de capa múltiple en el cual la pared PEX típicamente es de aproximadamente 10 veces o más el espesor que la pared de su núcleo HDPE tubular más profundo, proporciona protección excelente contra la degradación de los químicos en el agua llevada en el tubo. Para el tubo sin SDR-9 (relación de
diámetro estándar) que tiene un diámetro nominal de 7 mm (0.25") y 10 mm (0.375") la relación del diámetro nominal especificado en el espesor de pared máximo del núcleo HDPE tubular- interno es el tubo de 28 por 7 mm, y el tubo de 40 por 10 mm, el espesor de pared mínimo de PEX siendo 1.57 mm para el tubo de 7 mm y el tubo de 1.78 mm por 10 mm . El tubo SDR- 9 tiene un diámetro nominal, en el rango de 13 mm (0.5") a 152 mm (6") la relación del diámetro nominal especificado máximo en el espesor de pared máximo del núcleo HDPE tubular interno que es el rango estrecho de 52 a 100, el espesor de pared mínimo de PEX siendo un tubo de 1.78 mm por 13 mm y el tubo de 17.24 mm por 152 mm. Para proporcionar un tubo PEX principal que tenga resistencias mejorada al ataque de la oxidación por agentes oxidantes, particularmente por cloro y ácido hipocloroso llevado dentro del tubo, el tubo PEX se extruye sobre y se une por fusión a un núcleo tubular interno de pared delgada de HDPE . Un proceso de etapa sencilla para formar un tubo PEX de capa múltiple tiene al menos doble capa (tubo de doble capa) que produce el tubo que tiene un núcleo tubular interno de HDPE que tiene un espesor de pared máximo en el rango de aproximadamente 28 a 100 veces más pequeño que el diámetro nominal del tubo en el rango de 7 mm (0.25") a 152 mm (6") , la relación más pequeña (28) se atribuye al diámetro más
pequeño de tubería sin SDR-9 {7 ram o 0.25") y el más grande (100) siendo atribuible al tubo de gran diámetro SDR-9 generalmente hecho, siempre que el PEX y el HDPE son co-extruibles bajo condiciones de temperatura similares, esto es, dentro de 50°C de uno al otro. Este núcleo anular delgado de HDPE proporciona resistencias mejorada para el ataque por agentes oxidantes tales como cloro y ácido hipocloroso sin disminución significante de la tensión circular del tubo de capa múltiple, esto es la resistencia circular que disminuye menos de 15%. El núcleo anular delgado de HDPE es críticamente relacionado al espesor de la pared total del tubo PEX en capa múltiple que se hace, como debe necesariamente conformar un requerimiento del espesor de pared para el PEX solo, cuyo espesor se especifica por códigos de tubería, y el diámetro de la capa anular delgada se requiere para sustancialmente ser uniforme, esto es, que tiene menos de + 0.05 ran variante en el espesor- de pared para el tubo en el rango de 13 mm a 51 mm de diámetro nominal. Aunque HDPE el cual no se retícula es efectivo, el HDPE reticulado es igualmente efectivo siempre que no sea de ese modo reticulado en forma pesada como no siendo extruible en el proceso de etapa sencilla utilizado en la presente. Si se desea, HDPE puede ser pesadamente reticulado después de que el tubo se forma, por ejemplo, por irradiación con un haz de electrón de intensidad adecuada; el tubo pesadamente
reticulado resultante puede entonces formarse en un tubo de doble capa en un proceso de dos etapas en el cual el tubo HDPE reticulado se avanza como un manguito en una boquilla en el cual el PEX se extruye sobre el HDPE, proporcionando que la inflexibilidad relativa del tubo sea aceptable. Estos y otros objetos se logran por la co-extrusión de un tubo de capa múltiple que tiene un núcleo tubular interno de HDPE y al menos una capa externa de PEX, en donde el HDPE tiene una densidad en el rango de 0.941 g/cc a 0.963 g/cc y una capa externa contigua es PEX. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los objetos anteriores y adicionales de la invención serán mejor entendidos por referencia a la descr.pc i ón detallada siguiente, acompañados con ilustraciones esquemáticas de modalidades preferidas de la invención, en las cuales las ilustraciones como los números de referencia se refieren a los elementos similares: La Figura 1 es una vista en corte transversal que no está a escala, de un tubo de doble capa que tiene un núcleo tubular interno de HDPE y una capa externa de PEX, La Figura 2 es una vista en corte transversal que no está a escala, de un tubo de triple capa que tiene un núcleo tubular interno de HDPE y capas externas sucesivas, la capa más externa se tiñe o pigmenta de acuerdo con un código predeterminado, esto es, se colorea.
La Figura 3 es una vista en corte transversal que no está a escala, de un tubo de quíntuple capa que tiene un núcleo tubular interno de HDPE, una capa intermedia de PEX cohesivamente unida a la superficie externa del núcleo HDPE, y una capa de barrera externa de un copolímero alcohol etilenviní lico ( "EVOH" ) adhesivamente unido con una capa de adhesivo en la superficie externa de la capa PEX. La Figura 4 es una gráfica que muestra (i) la tensión circular como una función de tiempo para una capa sencilla de tubo HDPE de diámetro nominal de 13 mm, (i i) tensión circular como una función de tiempo para una capa sencilla de tubo PEX de diámetro nominal de 13 mm y (iii) tensión circular como una función de tiempo para un tubo de doble capa en el cual el núcleo tubular interno es HDPE, que tiene un espesor de pared de 0.05 mm y la capa contigua externa es PEX la cual conforma a las dimensiones SDR-9. El tubo de capa múltiple específico tiene una capa externa de PEX y un núcleo tubular de HDPE, si SDR-9 o sin SDR-9, es resistente al cloro y H0C1 en agua, y tiene sus tancialmente el mismo diámetro externo como el tubo PEX convencional. El extruido tiene un diámetro nominal en el rango de aproximadamente 7 mm (0.25") a 10 mm (0.375") para el tubo sin SDR-9 que tiene un espesor de pared en el rango de 1.57 mm (0.062") a 1.78 mm (0.070") respectivamente; y tiene un diámetro nominal en el rango de 13 mm (0.5") a
152 mm !6") para el tubo SDR-9 que tiene un espesor de pared en rango de aproximadamente 1.78 mm (0.070") a 17.29 mm (0.681") respectivamente como se especifica en ASTM F876 y F877, el espesor de pared depende del diámetro nominal particular; las dimensiones totales del tubo novedoso cumplen las especificaciones establecidas por su uso en un ambiente de selección; el espesor del núcleo, en cada caso, es suficiente para la degradación oxidativa sustancialmente nula de la capa externa PEX mediante los agentes oxidantes presentes en el agua potable. El espesor de la pared de] núcleo tubular se mide en la dirección radial y el espesor de la pared de la funda externa contigua de PEX, si una o más capas de PEX, al menos es tan gruesa como el espesor de pared mínimo autorizado por el código de tubería para un tubo que tiene el diámetro nominal especificado. Con referencia a la Figura 4, se muestra la tensión circular medida como se especifica por ASTM D2837 por el tubo hecho de varios tipos de polietileno a través del cual el agua a 82°C (180 F) se mantiene. Parece que la curva continúa establecida a través de los puntos que representan la tensión circular del tubo HDPE en varios intervalos de tiempo muestran que la disminución en la tensión circular visiblemente se inicia poco después de la prueba, y ha disminuido 15% después de sólo 10 horas; al término de 40 horas de la tensión circular en la falla para HDPE es sólo 3
MN/m2 después que tiene inicio con una tensión circular de cierre a 8 MN/n . Estos resultados confirman aquellos obtenidos por Scott et al. (supra) . Con referencia ahora a la curva para el tubo de doble capa, se procura que no existe disminución visible en la tensión circular debido al núcleo interno de HDPE, aún después de 1500 horas. En una modalidad preferida, la pared del núcleo interno HDPE se extruye del HDPE comercialmente disponible que tiene una densidad en el rango de aproximadamente 0.95 a 0.96 g/cm3, el espesor de HDPE el más elevado de su cristal inidad . El núcleo interno HDPE contiene auxiliares de procesamiento conocido como estabilizadores, antioxidantes, ant iozonantes , y similares que pueden estar presentes en una cantidad de 10 ppm a aproximadamente 7 partes por cien de HDPE. Los antioxidantes primarios preferidos son fenoles inhibidos, incluyendo aquellos comercialmente disponibles como Irganox® 1010, 1076 y B215, antioxidantes secundarios que incluyen aquellos comercialmente disponibles como Irgafos® 168 y Irganox® PS802, la función como estabilizadores de procesamiento térmico; pigmentos que incluyen dióxido de titanio y negro de hume, y, lubricantes incluyendo auxiliares de flujo fluorinados. La funda externa PEX es preferiblemente PEX reticulada en un nivel de gel mayor de 65% como se midió de
acuerdo con AST D2765, y más preferiblemente, PEX reticulado en un nivel de gel mayor de 70%. La reticulación en el PEX puede producirse ya sea químicamente mediante grupos funcionales reactivos, o por la reacción de radical libre; el formador es típicamente efectuado con reticulación de silano, mientras el último se efectúa ya sea por irradiación o con un agente de reticulación de pex'óxido como por ejemplo en el proceso Engel . La reticulación irradiativa típicamente ocurre a temperatura ambiente por bombardeo de electrón con control crítico. Más preferido es la reticulación con los grupos vinilalcoxisilano injertados en la estructura principal de PE en un proceso de extrusión separado. Los gránulos del PE injertado se mezclan con una concentración base que contiene un catalizador, estabilizador, pigmento, auxiliar de proceso, antioxidante, etc., y se extruye para producir un tubo PE parcialmente reticulado. Este tubo además se retícula por la exposición al agua. El proceso preferido para hacer PEX se conoce en la técnica como proceso Sioplas y el proceso Monosil, con el proceso Sioplas siendo preferido. En el proceso Sioplas, una resma de polietileno se funde y se agrega viniltx-imetoxisilano o viniltrietoxisilano en el polietileno fundido junto con un catalizador, tal como un iniciador de peróxido. Los sitios de reacción funcionales por lo tanto se
forman en las cadenas de polímero de polietileno en las cuales ocurrirá la reticulación, típicamente por la exposición a la humedad. La resina injertada se granula y almacena para más tarde utilizarse en los contenedores tal como bolsas forradas de lámina, para proteger la resina de la humedad . Una concentración base que contiene el catalizador ("concentración base de catalizador") se prepara antes de que se mezcle con la resina injertada. Esta concentración base típicamente incluye una cantidad predeterminada de PE; un catalizador, tal como un dilaurato de dibut iles año ; un antioxidante primario, tal como un fenol inhibido comercraímente disponible como Irganox® 1010, 1076 y B215; y un antioxidante secundario comercialmente disponible como Irgafos- 168, y Irganox* PS 802. Adicionalmente , un estábil izador a la luz (UV) de amina inhibido ta] como Tinuvm6 111 y pigmentos tales como dióxido de titanio y negro de humo pueden también utilizarse. La concentración base de catalizador típicamente se granula para facilidad de mezclado con la resina injertada en el extrusor convencional.
La concentración base de resina y catalizador injertado es usualmente combinada en una relación específica, fundida y mezclada juntas y extruidas . Cuando la resina de polietileno injertada y la concentración base de catalizador se mezclan juntas, la reticulación del pelietíleno en los
sitios de injerto de silano se acelera. El material sale del extrusor y se enfría típicamente. Para producir el tubo de capa múltiple de esta invención, un proceso de co-extrusión se utiliza. En el proceso de co-extrusión, dos o más extrusores utilizan, un extrusor para cada material o capa en el tubo. Para un tubo de doble capa, dos extrusores se utilizan; y para un tubo de triple capa, tres extrusores se utiliza. Los extrusores típicamente se colocan 90° entre sí. Los diversos extrusores se alimentan en un cabezal de boquilla de tubo de capas múltiples tal como es comercialmente disponible de Rollepaal y se ilustra en su folleto de ventas. La temperatura de cada una de las diversas zonas a lo largo de la longitud axial longitudinal del cabezal de boquilla permite que la temperatura de cada zona se ajuste para gradualmente calentar la lámina que se forma. Un primer extrusor fluye PEX en un primer puerto en el cabezal de boquilla, y un segundo extrusor fluye HDPE en un segundo puerto en el cabezal de boquilla. A partir del segundo puerto, el HDPE fluye en las ramificaciones de distribución que están en comunicación abierta con una zona anular interna, y luego sobre un mandril frustocónico . A partir del primer puerto, el PEX fluye en ramificaciones de distribución que están en comunicación abierta con una zona anular externa y luege sobre el HDPE que fluye sobre el mandril. Cuando el
núcleo interno tubular de HDPE hace contacto con la superficie interna del tubo PEX externo se forma, una lámina tubular de doble capa se forma en la cual la doble capa se funden unidas juntas, o se unen cohesivamente, de manera que ningún adhesivo se requiere. Para retener su fo?:ma cilindrica y tamaño predeterminado, el tubo de doble capa se pasa a través de los bloques dimensionados cuando se enfrían debajo de su temperatura de fusión. El campo de la co- extrusión es bien conocido en la técnica y, para brevedad, no se necesita describirse en mayor detalle en esta especificación. Una vez que el tubo de doble capa se extruye, la reticulación para la capa PEX se completa en el nivel deseado (en forma usual de aproximadamente 70-85% de nivel de gel) por la exposición a la humedad. La exposición a la humedad puede ser por humedad atmosférica (humedad) ; la reticulación puede acelerarse utilizando agua o vapor caliente. En la descripción anterior, el material referido como PEX puede reticularse parcialmente al momento de mezclar y extruir pero además se retícula en el nivel deseado después de que se forma el tubo. La invención será mejor entendida haciendo referencia a los dibujos en los cuales la Figura 1 muestra un tubo 10 de doble capa que tiene una capa 12 de núcleo tubular interna de KDPE, y una funda 14 externa de una capa sencilla de PEX. Haciendo referencia a la Figura 2, se muestra un
tubo 20 de triple capa que tiene un núcleo 22 interno de HDPE y una funda externa que comprende la primera y segunda capas 24 y 26 externas unidas por fusión sucesivas, contiguas respectivamente, de PEX, cada una radial y sucesivamente fuera de la capa 22 interna, la segunda capa 26 de PEX que es más externa. La función de la capa 26 más externa, además de reforzar la primera capa 24, es para diferenciar una sección de tubo por una aplicación particular (por ejemplo agua caliente) de otra sección por otra aplicación (por ejemplo agua fría) . Por ejemplo, es deseable utilizar en forma diferente PEX codificado por color de sustancialmente la misma densidad, cada pigmento con un pigmento de color seleccionado, para producir la segunda capa 26. La segunda capa 26 puede pigmentarse con pigmento rojo para indicar un tubo para llevar agua caliente, y con pigmento azul para indicar un tubo para llevar agua fría, de este modo facilitando la iris Lalación del tubo. Haciendo referencia a la Figurar 3 , se muestra una modalidad de un tubo 30 de gran diámetro, típicamente mayor de 25 mm (1") de diámetro nominal, que tiene quíntuple capa sucesiva, cada una contigua con la capa precedente, el núcleo siendo la capa 32 más interna de HDPE. Una capa 34 intermedia de PEX se une por fusión en la superficie externa del núcleo 32, y una capa 38 de barrera al oxigeno de EVOH se une adhesivamente a la superficie externa de la capa PEX con una
capa 35 adhesiva. La capa 38 EVOH atenúa la migración de los gases atmosféricos, particularmente oxígeno, el cual se conoce que es dañino en una caldera de agua. Para producir un tubo de capa múltiple con una funda externa de EVOH, un proceso de co-extrusión se utiliza. En este proceso de co-extrusión, cuatro o cinco extrusores se utilizan, un extrusor para cada material diferente se extruye como una capa. Una boquilla especialmente diseñada recibe los extrusores de cinco extrusores cada uno extr ido formando una de la quíntuple capa ilustrada en la Figura 3. El diseño de la boquilla generalmente es similar al diseño de una boquilla Rollepaal . Aunque EVOH proporciona una capa 38 de barrera conveniente, la selección del material no es estrechamente crítica, ningún material de barrera al oxígeno efectivo, extruible puede sustituirse por el EVOH. Para mejor protección, el EVOH, o tanto las capas 38 como 40 pueden reemplazarse con lámina de aluminio, o un material diferente al polietileno que presenta una barrera a la difusión de oxígeno. Alternativamente, en adición a esa proporcionada por EVOH, la hoja de aluminio (no mostrada) puede adhesivamente asegurarse sobre el EVOH con un adhesivo 40 adecuado que unirá el aluminio al EVOH. El tubo de capa múltiple como se muestra en las Figuras 1-3 tiene un diámetro nominal en el rango de 7 mm
(0.25" sin SDR- 9) a un máximo de aproximadamente 152 mm (6" SDR- 9) y un espesor de pared en el rango de aproximadamente 1.57 mm (0.062") a aproximadamente 17.29 mm (0.681"), respectivamente. El diámetro nominal del tubo así como su diámetro interno se estipula por los códigos de plomería, cuando es el diámetro exterior mínimo y máximo del PEX para aquel del tubo de diámetro nominal. Por lo tanto, el espesor de pared máximo de la capa HDPE interna se establece por el diámetro interior mínimo, el espesor mínimo de PEX, y el diámetro exterior máximo del tubo, especificado por el código. Esto puede ser mejor entendido haciendo referencia a la sección de conformidad dimensional siguiente. Conformidad Dimensional Las dimensiones siguientes (dadas en pulgadas en paréntesis) se especifica por AST F-876 y F-877 por un tubo SDR- 9 PEX particular que tiene una pared de PEX únicamente: Día. nominal Día, exterior Espesor- de Pared
19 mm 22.22 mm ± 0.10 2.47 mm + 0.25
(0.75 pulg.) (0.875 pulg. + 0.004) (0.097 pulg . i- 0.010) Las dimensiones anteriores especifican un espesor de pared PEX mínimo de 2.47 mm y un espesor de pared PEX máximo de 2.72 mm; de este modo, en un tubo PEX/HDPE de doble capa el espesor de pared máximo de la capa HDPE interna es 0.25 mm (10 mils) . El espesor de pared mínimo de HDPE se establece por
el grado de protección buscado en la posibilidad técnica de extruir el espesor de pared sustancialmente uniforme mínimo deseado de HDPE deseado. Un ejemplo siguiente proporciona dos secciones de tubo PEX que tiene el mismo diámetro nominal, una primera sección que tiene una capa HDPE interna 0.05 mm (2 mi 1 s ) de grueso, y una segunda sección que tiene una capa HDPE interna de 0.010 mm (4 mils) de grueso; y el efecto de espesor de cada capa interna tiene cuando las tolerancias requeridas se mantienen para ser aceptables por código. Rango de Espesor Espesor de Pared Rango de Espesor de Pared de Pared PEX (mm) de Capa Interna (mm) de Tubo Total 2.47-2.67 0.05 2.52-2.72 (0.097-0.105 pulg.) (0.002 pulg.) (0.099-0.107 pulg . ) 2.47-2.62 0.10 2.57-2.72 (0.097-0.103 pulg.) (0.004 pulg.) (0.101-0.107 pulg.) El espesor de pared de la capa interna de núcleo tubular de polietileno de elevada densidad se mide en la dirección radial, está preferiblemente en el rango de aproximadamente 0.025 mm (1 mil) , típicamente por el tubo de diámetro pequeño menor de 25 mm de diámetro nominal, a aproximadamente 0.50 mm (20 mils) por el tubo de gran diámetro hasta aproximadamente 152 mm en diámetro nominal. El tubo PEX se extruye continuamente, por lo que la longitud arbitraria en la cual el tubo entonces se enrolla en
un carrete grande a partir de la cual se desenrolla y corta en una longitud especificada; alternativamente, el extrusor se corta en secciones de longitud deseada. El tubo puede ensamblarse utilizando establecimientos de tipo rizado estándar como son comercialmente disponibles y bien conocidos en la técnica. EJEMPLO 1 Un tubo de doble capa, ilustrado en la Figura 1, se hace co-extruyendo una capa interna HDPE no reticulada y una capa externa PEX . Los componentes internos de boquilla de extrusión de 25.4 mm (1") se modifican configurando la placa tomando en consideración para las estructuras de tubería de doble capa. La estructura del tubo se establece para extruir una capa HDPE delgada dentro de la capa externa PE injertada de si laño reticulable de espesor. Una resina base PE injertada de silano comercialmente disponible (Flexet 5100 de AT Plastics) tiene una densidad de 0.945 g/cm3 medida de acuerdo con ASTM D1505 y un índice de fusión de 35 g/10 minutos medido de acuerdo con ASTM D1238 (190°C y 21.6 Kg) se mezclo con una concentración base de catalizador comercialmente disponible (Flexet 728 de AT Plastics) que tiene un índice de fusión de 1.5 g/10 minutos medido de acuerdo con ASTM D1238 (190°C y 2.16 Kg) , y una densidad de 0.935 g/cm3 medida de acuerdo con ASTM D1505. La mezcla contuvo 96% en peso de PE injertado de
silano y 4% en peso de la concentración base de catalizador. La mezcla se alimenta en una tolva ubicada en el extrusor de tornillo sencillo 2 1/2" Davis - Standard . El extrusor se equipó con una poliolefina de propósito general que procesa una placa de tornillo y suspensión. Las condiciones de procesamiento se establecen en la Tabla I siguiente: TABLA I Variable Condiciones Punto de referencia zona 1 165.5°C (330°F) Punto de referencia zona 2 168.3°C (335°F)
Punto de referencia zona 3 171.1°C (340°F)
Punto de referencia zona 4 173.9°C (345°F)
Punto de referencia de boquilla 1 182.2°C (360°F)
Punto de referencia de boquilla 2 182.2°C (360°F) Punto de referencia de boquilla 3 185°C (365°F) Punto de referencia de boquilla 4 185°C (365°F) KP de Tornillo 24 Amps de Tornillo 7 Un extrusor de tornillo sencillo de 1 1/2" Davis-Standard (designación general) se utilizó para extruir la capa interna HDPE. La resina base HDPE tuvo una densidad de 0.953 g/cm3 medida de acuerdo con ASTM D4883. El porcentaje en peso de 0.044 de un pigmento de color azul se presentó en el HDPE.
Los granulos de HDPE se alimentaron en una tolva ubicada en el extrusor. El extrusor se equipó con una placa
de tornillo y suspensión de procesamiento de poliolefina de propósito general. Las condiciones de procesamiento se establecen en la Tabla II siguiente: TABLA II Variable Condiciones Punto de referencia zona 1 168.3°C (335°F)
Punto de referencia zona 2 171.1°C {340oF)
Punto de referencia zona 3 173.9°C (345°F)
Punto de referencia zona 4 176.7°C (350°F)
Punto de referencia de abrazadera 179.4°C (355°F)
Punto de referencia de boquilla 1 182.2°C (360°F)
RPM de Tornillo 10 Amps de Tornillo 5.1 U tubo de doble capa se co-extruyó en una relación de 40 kg/hr, teniendo un espesor de capa interna promedio de 0.1b mm (0.006") y un espesor de capa externa promedio de 2.74 mm (0.108") . El diámetro exterior promedio fue 33.0 mm (1.298") . El tubo co-extruido se colocó en baño de agua establecido a 82 °C durante 16 horas en reticulación adicional de la capa externa PEX. El tubo final de este modo tuvo una capa externa PEX que tiene un contenido mayor de 70% cuando se midió de acuerdo con ASTM D2765. El tubo de doble capa con capa interna HDPE protectora se comparó por la resistencia de oxidación en un
tubo PEX de capa sencilla de formulación idéntica y dimensiones similares. Las muestras se expusieron durante 2800 horas en un ambiente oxidativo más elevado de acuerdo con el Protocolo de Resistencia de Cloro NSF P171 en las condiciones siguientes: 105°C, 57 psi, 4.0 ppm libre de cloro y pH=6.8. Los recortes radiales se cortaron de 0.020" y 0.040" a profundidades en la superficie interna de la tubería. Tres muestras se tomaron a 0.020" de profundidad y dos muestras a 0.040". Estas muestras entonces se probaron por el Tiempo de Inducción de Oxígeno de acuerdo con ASTM D-3895. La relación oxidativa relativa (OIT del tubo lineado en la profundidad X/OIT radial del tubo sin forrar en la profundidad X radial) se presenta en la Tabla III siguiente: TABLA III Profundidad Radial Relación Oxidativa Relativa (Tubo de Capa Sencilla = 1.0) o .02011 i .82 0.020" 1.73 0.020" 1.56 0.040" 1.31 0.040" 1.37 La relación oxidativa relativa siendo mayor de 1 a aproximadamente las profundidades radiales, se evidencia que el tubo forrado de HDPE tuvo mejor resistencia oxidativa que el tubo no forrado.