ES2285437T3 - Procedimiento de fabricacion en continuo de tubos en material plastico con estiramiento biaxial y linea de fabricacion para este procedimiento. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de fabricación en continuo de tubos en material plástico con estiramiento biaxial, según el cual se realiza un bosquejo (E) por extrusión, se trae este bosquejo a temperatura de orientación molecular, se le hace sufrir una dilatación radial sometiéndola a una presión interna de fluido aplicada entre dos obturadores (7, 11) distantes axialmente, y se garantiza una calibración (8) y un enfriamiento (9) ejerciendo al mismo tiempo una tracción axial sobre el tubo en salida, caracterizado por el hecho de que se aplica (13) del exterior contra la pared del bosquejo en al menos una zona sometida a la dilatación radial una presión antagonista a la presión interna, siendo esta presión antagonista más débil que la presión interna para no hacer obstáculo a la dilatación, pero siendo suficiente para garantizar un crecimiento controlado de la dilatación, con un grosor de material sensiblemente constante sobre una misma circunferencia.

Description

Procedimiento de fabricación en continuo de tubos en material plástico con estiramiento biaxial y línea de fabricación para este procedimiento.

La invención se relaciona con un procedimiento de fabricación en continuo de tubos en material plástico con estiramiento biaxial, según el cual se realiza un bosquejo por extrusión, se trae este bosquejo a temperatura de orientación molecular, se le hace sufrir una dilatación radial sometiéndola a una presión interna de fluido aplicada entre dos obturadores distantes axialmente, y se garantizan una calibración y un enfriamiento ejerciendo una tracción axial sobre el tubo en salida.

Se sabe que las propiedades finales del material del tubo dependen de la dilatación radial. Para un diámetro exterior y un grosor dado del bosquejo, cuanto más importante es la dilatación radial más importante, más elevadas son las características mecánicas del material del tubo terminado. No obstante, con dilataciones radiales relativamente importantes, variaciones de grosor sobre una misma circunferencia pueden aparecer en el tubo terminado, lo que corresponde a una excentración de este tubo. Además, alargamientos longitudinales variables pueden aparecer, lo que no es compatible con las especificaciones del producto.

FR-A-2 806.956, en nombre de la sociedad solicitante, se refiere a un procedimiento de fabricación en continuo de tubos en material plástico de la clase definida anteriormente.

US 5 948.332, que corresponde a WO 95/25627, se refieren también a un procedimiento de fabricación en continuo de tubos en material plástico con estiramiento biaxial, pero se obtiene la dilatación radial del bosquejo haciendo pasar este bosquejo permanentemente sobre un mandril. Para garantizar una determinada uniformidad del grosor del tubo siguiendo toda su sección, este documento prevé medios de regulación del esfuerzo resistente encontrado por el tubo cuando pasa sobre el mandril. Estos medios hacen intervenir los paneles que calientan dispuestos en sectores en torno al bosquejo y un sistema de control sensible a una medida de grosor del tubo terminado. La variación de la temperatura de los paneles que calientan se controla según los sectores. Esta instalación es compleja y la utilización de los paneles que calienta y actúan del exterior no conduce a una homogeneidad de características del material en todo el grosor de la pared. El tiempo de respuesta, cuando se controlan algunas modificaciones, es relativamente largo debido al tiempo demandado por los intercambios térmicos.

La invención tiene por objeto, sobre todo, proporcionar un procedimiento de fabricación en continuo de tubos en material plástico que permita suprimir o por lo menos reducir significativamente la excentración del tubo terminado y las variaciones de alargamiento longitudinal, incluso en una dilatación radial relativamente importante.

Según la invención, un procedimiento de fabricación en continuo de tubos en material plástico con estiramiento biaxial, de la clase definida anteriormente, es caracterizado por el hecho de que se aplica del exterior contra la pared del bosquejo en al menos una zona sometida a la dilatación radial una presión antagonista a la presión interna, siendo esta presión antagonista más débil que la presión interna para no suponer un obstáculo en la dilatación, pero siendo suficiente para garantizar un crecimiento controlado de la dilatación, con un grosor de material sensiblemente constante sobre una misma circunferencia.

La presión antagonista se puede aplicar solo en las zonas localizadas más susceptibles de un crecimiento no dominado en ausencia de esta presión antagonista.

La presión antagonista puede ejercerse mecánicamente. Esta presión se ejerce ventajosamente a la entrada del calibrador.

La invención es también relativa a una línea de fabricación para la aplicación del procedimiento definido anteriormente, implicando: una extrusora para la formación de un bosquejo; al menos un recipiente de puesta a temperatura de orientación molecular del bosquejo; un dispositivo de dilatación radial del bosquejo; un calibrador y un dispositivo de enfriamiento del tubo, y al menos una tirador abajo a la salida del tubo, estando esta instalación caracterizada por el hecho que comprende en la zona de dilatación radial, medios para ejercer una presión antagonista contra la pared exterior del bosquejo.

Ventajosamente, los medios para ejercer la presión antagonista contra la pared exterior del bosquejo son medios mecánicos.

Estos medios mecánicos pueden estar constituidos por ruedecillas o rodillos, que tienen ventajosamente una banda de rodamiento en material plástico. El eje de una ruedecilla puede ser soportado por una consola montada rotativa en torno a un eje ortogonal a la dirección longitudinal del tubo. La ruedecilla puede ser aplicada por un medio elástico o por un tornillo de presión contra la pared del bosquejo.

Cuatro ruedecillas distribuidas sobre la circunferencia pueden estar previstas para un diámetro medio de tubo. Para diámetros más importantes, seis ruedecillas o incluso más pueden estar previstas, distribuidas siguiendo la circunferencia.

Ventajosamente, un dispositivo de control está previsto para modular la presión antagonista en función del grosor del tubo medido más abajo.

La invención consiste, aparte de las disposiciones expuestas anteriormente, en un cierto número de otras disposiciones, la cual será más explícitamente tratada más adelante con respecto a los ejemplos de realización descritos en detalle con referencia a los dibujos anexados, pero que no son de ninguna manera restrictivas. Sobre estos dibujos:

Fig.1 es un esquema en corte de una parte de una línea de fabricación que aplica el procedimiento de la invención.

Fig.2 es una vista en perspectiva de la entrada del calibrador provisto de ruedecillas para ejercer la presión antagonista.

Fig.3 es un esquema de una variante de realización de los medios para ejercer el empuje antagonista,

Fig.4 es un esquema de otra variante de realización de los medios para ejercer la presión antagonista, y

Fig.5 es una curva representativa del aumento del diámetro de un tubo colocado en la abscisa y expresado en milímetros, según la presión interna, expresada en bares, colocado en la ordenada.

Al referirse a los dibujos, en particular, en la Fig. 1, se puede ver una línea de fabricación 1 aplicando el procedimiento de la invención. La producción se desarrolla continuamente de arriba, sobre la izquierda de la Fig. 1, de abajo, hacia la derecha de la Fig. 1.

La línea de fabricación incluye, de una manera conocida por ejemplo según FR-A-2 806.956, un conjunto 2 esquemáticamente representado que incluye una extrusora abastecida en material termoplástico a partir de una tolva. Un bosquejo E del tubo sale a una temperatura relativamente elevada, del orden de 150ºC o más, y cruza uno o más recipientes de enfriamiento tales como 3, que contienen generalmente agua, para reducir sensiblemente la temperatura del bosquejo E.

Un tubo metálico 4, coaxial al bosquejo E, se fija en la extrusora y se extiende hacia la derecha según la Fig. 1. Este tubo 4 comprende, hacia su extremo axial cerrado alejada de la extrusora, al menos una apertura radial 5.

El último recipiente termorregulado 3, es decir, el situado lo más a la derecha posible según la Fig. 1, está previsto para llevar el bosquejo E a una temperatura situada en la gama de las temperaturas de orientación molecular. Para el PVC, esta temperatura se sitúa en una gama de 90ºC a 110ºC.

A la salida del recipiente 3 se fija un anillo 6 que permite chapar el bosquejo sobre un tapón interno 7 adoptado alrededor del tubo 6, más arriba de o de las aperturas 5.

El bosquejo E se encuentra al aire libre en una zona A situada axialmente entre el anillo 6 y la entrada de un calibrador 8 esquemáticamente representado. Este calibrador 8 está dispuesto en un recipiente de enfriamiento 9, por ejemplo con aspersión de agua al vacío. A la salida del recipiente 9, el tubo T, en el estado terminado, pasa en una tiradora 10 que ejerce el esfuerzo de tracción necesario en toda la línea para el arrastre del tubo y el bosquejo.

En régimen permanente de funcionamiento, un tapón de abajo 11 es colgado, por ejemplo por un cable 12, en el extremo cerrada del tubo 4. El tapón interno 7 y el tapón 11 constituyen dos obturadores distantes axialmente que definen una habitación cerrada C en la cual un fluido bajo presión, preferiblemente del aire, es introducido por el conducto 4 y el orificio 5.

La presión interna de fluido causa una dilatación radial del bosquejo a la salida del anillo 6 para alcanzar el diámetro interno del calibrador 8 como se ilustra esquemáticamente en la Fig. 1, cuando se establece el régimen permanente.

Para la fase transitoria de comienzo se puede proceder, tal como se describe en FR-A-2 806 956.

Las propiedades finales del material del tubo T dependen de la dilatación radial del bosquejo entre el anillo 6 y el calibrador 8. Mas esta dilatación radial es importante, y más las características mecánicas del material del tubo son elevadas.

Pero se ha percibido que más allá de una determinada índice de dilatación radial, la "burbuja" generada en la zona A se deforma y pierde su simetría de revolución en torno a su eje geométrico. Resultando una excentración del tubo final, con grosores diferentes sobre una misma circunferencia, y alargamientos longitudinales variables, no compatibles con las especificaciones del producto.

Estas comprobaciones experimentales han podido ser explicadas con ayuda del diagrama de la Fig.5 que ilustran la variación de diámetro exterior de un bosquejo E según la presión interna en bares. El bosquejo en cuestión tiene un diámetro exterior de cerca de 58 mm, cuando la presión interna relativa es nula. Por supuesto, las explicaciones son válidas para diámetros diferentes.

La curva de la Fig. 5 pasa por un máximo M, con tangente paralela al eje de las abscisas, para un diámetro exterior de cerca de 92 mm y una presión interna de 10 bares. Para los diámetros inferiores a los que corresponde al punto M, la relación presión/deformación es creciente. Más allá del punto M, la relación presión/deformación se vuelve decreciente. Este fenómeno está principalmente vinculado a un estiramiento del material más allá del umbral de flujo. Resultando una clase de fase inestable y mal dominada. La presión interna que había sido necesario aplicar para inflar el bosquejo hasta el máximo M, que corresponde al umbral de flujo, se vuelve superior a éste lo que permite al material continuar alargándose radialmente.

Para diámetros más allá de los que corresponde al punto M, el crecimiento de la burbuja no se controla bien, lo que explica las deformaciones disimétricas de la sección.

Para superar este obstáculo y, en particular, para poder beneficiarse de un índice de dilatación radial superior al que corresponde al punto M, sin por ello crear diferencias de grosor según la sección circular, la invención prevé reducir la dificultad en la pared del bosquejo aplicando por el exterior una presión antagonista, o contrapresión, que viene a deducirse de la presión interna.

Una solución simple consiste en aplicar la presión antagonista mecánicamente por ruedecillas 13 dispuestas en la entrada del calibrador 8. Preferiblemente, la banda de rodamiento de las ruedecillas 13 es en material plástico. El eje de rotación 14 de las ruedecillas es ortogonal al eje geométrico X-X del bosquejo E. el eje 14 (Fig. 2) es soportado, en cada extremo, por un cojinete previsto en una pestaña 15 de un soporte 16 que encapsula la ruedecilla 13 del lado opuesto al bosquejo. El soporte 16 se fija en una plaquita 17 sensiblemente paralela al eje geométrico X-X del bosquejo E. La plaqueta 17 se articula en su extremo alejada de la ruedecilla 13, y próxima al calibrador 8, sobre un eje transversal 18 ortogonales al eje geométrico X-X del bosquejo. El eje 18 es soportado por una placa 19 cuyo plano es perpendicular al eje XX. La placa 19 se bloquea contra la cara de entrada del calibrador 8 o del recipiente 9, por ejemplo por sujeción con ayuda de una corona 20 (Fig. 2) presionada por tornillos contra la cara de entrada. Al aflojar la corona 20, es posible regular la posición angular de las placas 19 en torno al eje geométrico X-X.

La ruedecilla 13 y la plaquita 17 se someten ventajosamente al empuje de un resorte de compresión 21, en dirección del eje geométrico X-X. Este resorte 21 está en apoyo, en un extremo, contra la cara de la plaquita 17 opuesta a la ruedecilla 13 y, en su otro extremo, contra una lámina 22 fijada en la placa 1.

En variante, como se ilustra en la Fig. 3, el resorte 21 puede ser sustituido por un tornillo de presión 23 adoptado en un agujero fileteado de la lámina 22 y que apoya contra la plaquita 17. El ajuste de la presión ejercida por la ruedecilla 13 se obtiene por atornillamiento o destornillamiento del tornillo 23.

Según otra variante ilustrada en la Fig. 4, el resorte 21 puede ser sustituido por un gato neumático o hidráulico 24 cuya presión de fluido se domina con el grosor del tubo T. Este grosor es detectado por un captador 25, en particular, con ultrasonidos, situado por ejemplo en la salida del recipiente de enfriamiento 9. El gato 24 está dispuesto, como el resorte 21, entre la lámina 22 y la plaquita 17. El gato 24 aplica la ruedecilla 13 contra la pared de la burbuja según una presión en función del grosor de salida, de manera que se mantenga este grosor con el valor deseado. Esta variante permite regular automáticamente la producción en continuo de un tubo, con una excentración mínima.

Según otra variante no representada, los rodillos 13 pueden ser sustituidos por simples dedos con punta redondeada, en un material con un bajo coeficiente de fricción, que se apoyan contra la pared externa del bosquejo E. Según aún otra posibilidad, la presión antagonista exterior sería ejercida con la ayuda de un fluido que actúa contra las zonas de la pared exterior del bosquejo

La presión antagonista, o contrapresión, puede ser localizada en las zonas de crecimiento no controlado de la burbuja. Gracias a la consistencia y a la rigidez del material, es posible limitar las zonas de intervención a un reducido número, dependiente del diámetro del tubo.

En el ejemplo ilustrado en la Fig.2, las ruedecillas 13 están previstas en cuatro zonas sensiblemente con ángulo recto. Una solución tal puede aplicarse a un bosquejo cuyo diámetro de burbuja (diámetro a la entrada del calibrador 8) es aproximadamente de 100mm. Según la Fig.2 las cuatro ruedecillas 13 se instalaron sobre cada una de las cuatro generadoras, alta, baja, derecha e izquierda del bosquejo. Cuando la burbuja se infla, estas ruedecillas 13 se colocan al contacto del material. El grosor del tubo biorientado sobre las cuatro generadoras que corresponden a las ruedecillas 13 se mide hacia abajo y se compara con valores objetivo del pliego de condiciones. Se aplica entonces una presión, por ejemplo regulada manualmente, a la pared de la burbuja por medio de este sistema sobre la o las generadoras en contacto con la ruedecilla.

Para un diámetro aproximadamente de 200 mm., se prevé preferiblemente seis zonas con ruedecillas de contrapresión.

La contrapresión exterior debe aplicarse de manera que no genere prácticamente ninguna fricción ni enfriamiento localizado de la capa de superficie de la pared del tubo.

Se podría prever hacer soportar cada ruedecilla por una corona montada rotativa en torno al eje X-X, y de controlar la posición angular de la ruedecilla en torno al eje X-X en función de la posición angular de una variación de grosor detectada por captadores 25 distribuidos alrededor del tubo T.

El funcionamiento de la línea de fabricación y más concretamente medios de contrapresión formados por las ruedecillas 13 resultan de las explicaciones que preceden.

Según la invención, se puede garantizar un grosor casi uniforme sobre todas las secciones circulares de un tubo, incluso si se sufre una dilatación radial más allá del punto M (Fig. 5). A partir de un bosquejo de diámetro exterior dado, se amplían así las posibilidades de diámetro exterior final. En particular, se pueden obtener tubos de clase superior (el nivel de la clase depende del aumento relativo del diámetro del bosquejo) que presenta propiedades mecánicas superiores.

A título orientativo y no restrictivo, la fluctuación del grosor de un tubo en una sección circular que puede ir de 0.3 a 0.5 mm para un tubo de diámetro 100 mm aproximadamente según un procedimiento del estado de la técnica, se reduce a menos de a
0.1 mm con la invención.

Claims (11)

1. Procedimiento de fabricación en continuo de tubos en material plástico con estiramiento biaxial, según el cual se realiza un bosquejo (E) por extrusión, se trae este bosquejo a temperatura de orientación molecular, se le hace sufrir una dilatación radial sometiéndola a una presión interna de fluido aplicada entre dos obturadores (7,11) distantes axialmente, y se garantiza una calibración (8) y un enfriamiento (9) ejerciendo al mismo tiempo una tracción axial sobre el tubo en salida, caracterizado por el hecho de que se aplica (13) del exterior contra la pared del bosquejo en al menos una zona sometida a la dilatación radial una presión antagonista a la presión interna, siendo esta presión antagonista más débil que la presión interna para no hacer obstáculo a la dilatación, pero siendo suficiente para garantizar un crecimiento controlado de la dilatación, con un grosor de material sensiblemente constante sobre una misma circunferencia.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la presión antagonista solo se aplica en las zonas localizadas más susceptibles de un crecimiento no controlado en ausencia de esta presión antagonista.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que la presión antagonista se ejerce a la entrada de un calibrador (8).

4. Procedimiento según una de las pretensiones anteriores, caracterizado por el hecho de que la presión antagonista se ejerce mecánicamente.

5. Línea de fabricación para la aplicación de un procedimiento según una de las pretensiones 1 a 4, que comprende: una extrusora (2) para la formación de un bosquejo; al menos un recipiente (3) de puesta a temperatura de orientación molecular del bosquejo; un dispositivo (4,.5,.7, 11) de dilatación radial del bosquejo; un calibrador (8) y un dispositivo de enfriamiento (9) del tubo, y al menos un tirador inferior (10) a la salida del tubo, caracterizada por el hecho de que implica, en la zona (A) de dilatación radial, medios (13,21; 13,23; 13,24) para ejercer una presión antagonista contra la pared exterior del bosquejo
(E).

6. Línea de fabricación según la reivindicación 5, caracterizada por el hecho de que los medios para ejercer una presión antagonista contra la pared exterior del bosquejo son medios mecánicos (13).

7. Línea de fabricación según la reivindicación 6, caracterizada por el hecho de que los medios mecánicos están constituido por ruedecillas (13).

8. Línea de fabricación según la reivindicación 7, caracterizada por el hecho de que el eje (14) de una ruedecilla es soportado por una consola (16) montada rotatoria en torno a un eje (18) ortogonal a la dirección longitudinal (X-X) del tubo.

9. Línea de fabricación según la reivindicación 8, caracterizada por el hecho de que la ruedecilla (13) es aplicada por un medio elástico (21) contra la pared del bosquejo.

10. Línea de fabricación según la reivindicación 8, caracterizada por el hecho de que la ruedecilla (13) es aplicada por un gato (24) con fluido, y un dispositivo de control está previsto para modular la presión antagonista en función del grosor del tubo medido (25) hacia abajo..

11. Línea de fabricación según la reivindicación 7, caracterizada por el hecho de que cuatro ruedecillas (13) distribuidas sobre la circunferencia están previstas para un diámetro medio de tubo.