Tubería estratificada cruzada y método para fabricarla.

Una tubería que tiene un eje longitudinal (43), una pared (42) formada a partir de una película (20) estratificada cruzada,

en donde la película (20) estratificada cruzada tiene dos bordes largos (24, 25) que son paralelos al eje longitudinal (43), en donde la tubería está soldada en una región de solape limitada por los dos bordes largos (24, 25), en donde la película (20) estratificada cruzada comprende:

una primera capa que tiene una primera dirección (21) de orientación definida por una orientación de cadenas moleculares en la primera capa, con respecto a una proyección (30) del eje longitudinal (43) de la tubería sobre la pared (42) de la tubería,

una segunda capa que tiene una segunda dirección (22) de orientación definida por una orientación de cadenas moleculares en la segunda capa, con respecto a la proyección (30) del eje longitudinal (43) de la tubería sobre la pared (42) de la tubería,

una de las capas comprende una película de polímero; caracterizada porque cada una de la primera y segunda direcciones (21, 22) de orientación forma un ángulo con una magnitud de α con respecto al eje longitudinal (43), en donde un ángulo de sobrecruzamiento entre la primera y segunda direcciones (21, 22) de orientación es sustancialmente igual a dos veces α; y en donde la primera y segunda direcciones (21, 22) de orientación están seleccionadas para incrementar la resistencia de la tubería a la deformación longitudinal resultante de la presión del fluido interno, y α tiene un valor entre 50º y 60º.

Tubería estratificada cruzada y método para fabricarla Referencia cruzada a solicitud relacionada Esta solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente británica nº GB 0717679.5, presentada el 12 de septiembre de 2007, y de la solicitud de patente de Estados Unidos nº 12/166, 346, presentada el 2 de julio de 2008.

Campo La invención se refiere a tuberías para transportar líquidos, y métodos para fabricar tales tuberías.

Antecedentes Las tuberías flexibles para transportar líquidos que están reforzadas con fibras trenzadas son conocidas, y se utilizan para fines tan variados como mangueras contra incendio, mangueras hidráulicas y tuberías de riego. Las tuberías tienen generalmente una construcción multicapa en la cual un cuerpo de tubería preformado que comprende un material de sustrato flexible tal como un polímero adecuado, está unido a al menos una capa de tejido o capa que comprende una malla de fibras naturales o artificiales. Las fibras comprenden típicamente al menos dos conjuntos de fibras, estando un primer conjunto de fibras orientado en un primer ángulo con respecto al eje de la tubería y entrecruzándose sobre un segundo conjunto de fibras orientado en un segundo ángulo con respecto al eje de la tubería. El ángulo con el cual está orientado un conjunto de fibras con respecto al eje de la tubería se denomina convencionalmente "ángulo de sesgo".

Las fibras de refuerzo proporcionan a las tuberías resistencia al desgarro incrementada, durabilidad e integridad estructural generalmente mejorada, así como resistencia al esfuerzo generado por la presión de los líquidos para cuyo transporte se utilizan las tuberías. Los esfuerzos generados por la presión del líquido sobre una pared que contiene el líquido son el esfuerzo longitudinal, el esfuerzo circunferencial y el esfuerzo radial. El esfuerzo longitudinal es paralelo a un eje a lo largo de la longitud de la tubería y típicamente provoca que la tubería se estire y se alargue. El esfuerzo circunferencial es el esfuerzo que hace que el material de la tubería se estire circunferencialmente con respecto al eje de la tubería. El esfuerzo radial actúa radialmente para empujar la pared de la tubería hacia fuera con respecto al eje.

El número y tipos de capas y/o conjuntos de fibras en una tubería dada y sus respectivos ángulos de sesgo están configurados para proporcionar a la tubería la deseada capacidad de soportar los diversos esfuerzos a los cuales es previsible que se vea sometida la tubería durante su uso previsto. Para algunas aplicaciones, por ejemplo las mangueras contra incendio, un conjunto de fibras tiene a menudo un ángulo de sesgo igual a aproximadamente 0°, con fibras que discurren longitudinalmente a lo largo de la tubería, paralelas al eje de la tubería. Un segundo conjunto de fibras tiene a menudo un ángulo de sesgo de 90°, con fibras orientadas de manera sustancialmente perpendicular al eje de la tubería. El documento US 6, 217, 975 describe una cinta de material, "elemento de lámina extensible", que comprende fibras que generan esfuerzos en el material que hacen que la cinta se alabee para formar un tubo cuando se desenrolla la cinta desde un carrete. La patente afirma que la tecnología para producir el material podría ser utilizada para "conductos de cables, tuberías de agua, tuberías de alcantarillado, tuberías de drenaje y riego, ...".

Para algunas tuberías se desea que el cambio en la longitud de la tubería generado por cambios en la presión de líquido dentro de la tubería esté minimizado. Para este tipo de tuberías, las fibras de refuerzo están orientadas típicamente con un ángulo de sesgo, denominado convencionalmente "ángulo de sesgo neutro", que tiene una magnitud igual a aproximadamente 54, 7°. Típicamente, la tubería comprende al menos un conjunto de fibras orientadas con un ángulo de sesgo neutro positivo igual a +54, 7º con respecto al eje de la tubería, que cruza sobre al menos un segundo conjunto de fibras orientadas con un ángulo de sesgo neutro negativo igual a -54, 7° con respecto al eje de la tubería. Las dos fibras en el al menos un primer conjunto de fibras y al menos un segundo conjunto de fibras se cruzan en un ángulo de "sobrecruzamiento" de 109, 4°.

Aunque toda deformación originada en una tubería a causa de esfuerzos debidos a la presión del líquido puede ser problemática en una aplicación dada, en el caso de las largas tuberías flexibles que se utilizan a menudo para el riego en la agricultura, el esfuerzo longitudinal y la deformación longitudinal resultante, es decir, el alargamiento, pueden ser particularmente molestos. La deformación longitudinal total con la que se alarga una tubería cuando es sometida a un esfuerzo longitudinal dado es proporcional a la longitud de la tubería. Cuanto más larga es la tubería, mayor es la cantidad total en la que ésta se alarga para una magnitud dada de esfuerzo longitudinal.

Las tuberías para riego suelen tener accesorios de riego, tales como emisores y/o diversos accesorios, sea en la propia tubería o sea unidos a la misma, para liberar agua desde las tuberías a las plantas para cuyo riego se utiliza la tubería, o bien para distribuir el agua a otras tuberías de riego, denominadas convencionalmente "ramales". Generalmente, las tuberías y emisores están dispuestos con precisión respecto a las plantas a las cuales proporcionan agua las tuberías, y la emisión de agua a través de los emisores está generalmente controlada con cuidado. En tuberías flexibles para agricultura, el alargamiento puede provocar que la tubería se "enrosque" o se

combe y obstaculice la salida del agua desde los accesorios de riego, y también que desplace sustancialmente los accesorios de riego lejos de sus posiciones previstas.

El documento US 2007/0074776 describe una tubería para riego conocida.

Compendio Un aspecto de algunas realizaciones de la invención se refiere a proporcionar una tubería para transportar fluidos que tiene resistencia mejorada al esfuerzo longitudinal generado por la presión de los fluidos que conduce.

Un aspecto de algunas realizaciones de la invención se refiere a proporcionar un método para fabricar la tubería que es relativamente simple y barato.

Un aspecto de algunas realizaciones de la invención se refiere a proporcionar material adecuado para producir una tubería para transporte de fluido que tiene resistencia mejorada al esfuerzo longitudinal.

De acuerdo con un aspecto de algunas realizaciones de la invención, el material comprende una película estratificada cruzada que comprende una primera capa de película de polímero opcionalmente orientado que tiene una primera dirección de orientación opcionalmente estratificada a una segunda capa de película de polímero que opcionalmente tiene una segunda dirección de orientación girada con respecto a la primera dirección de orientación en un ángulo sustancialmente igual a dos veces el ángulo de sesgo neutro.

Las películas estratificadas cruzadas que comprenden capas de película de polímero que tienen direcciones de orientación cruzadas son típicamente películas relativamente baratas que se utilizan para producir productos de coste relativamente bajo, tales como bolsas de plástico, láminas de embalaje y láminas impermeabilizantes para el sector de la construcción. Los ángulos con que se cruzan las direcciones de orientación de las capas están configurados generalmente para proporcionar una resistencia incrementada de las películas al desgarro. Para muchas aplicaciones, las películas estratificadas cruzadas tienen un ángulo de cruce sustancialmente igual a 90°.

Los autores de la presente invención han observado que una película en general estratificada cruzada, resiste preferencialmente el estiramiento a lo largo de direcciones de orientación de la película y características de la película que caracterizan a las direcciones de orientación que sorprendentemente parecen proporcionar a la película cualidades estructurales que son similares a las que serían proporcionadas por fibras de refuerzo orientadas a lo largo de las direcciones de orientación. En consecuencia, los autores de la presente invención han determinado que se pueden configurar películas estratificadas cruzadas para que tengan suficiente estabilidad estructural de modo que puedan ser utilizadas para formar tuberías relativamente baratas adecuadas para transportar líquidos.

Además, los autores de la presente invención han determinado que si una película estratificada cruzada, que en lo sucesivo se denomina un "estratificado cruzado en ángulo neutro", tiene un ángulo de cruce sustancialmente igual a dos veces el ángulo de sesgo neutro, se puede conformar la película para... [Seguir leyendo]

1. Una tubería que tiene un eje longitudinal (43) , una pared (42) formada a partir de una película (20) estratificada cruzada, en donde la película (20) estratificada cruzada tiene dos bordes largos (24, 25) que son paralelos al eje longitudinal (43) , en donde la tubería está soldada en una región de solape limitada por los dos bordes largos (24, 25) , en donde la película (20) estratificada cruzada comprende:

una primera capa que tiene una primera dirección (21) de orientación definida por una orientación de cadenas moleculares en la primera capa, con respecto a una proyección (30) del eje longitudinal (43) de la tubería sobre la pared (42) de la tubería,

una segunda capa que tiene una segunda dirección (22) de orientación definida por una orientación de cadenas moleculares en la segunda capa, con respecto a la proyección (30) del eje longitudinal (43) de la tubería sobre la pared (42) de la tubería,

una de las capas comprende una película de polímero; caracterizada porque cada una de la primera y segunda direcciones (21, 22) de orientación forma un ángulo con una magnitud de α con respecto al eje longitudinal (43) , en donde un ángulo de sobrecruzamiento entre la primera y segunda direcciones (21, 22) de orientación es sustancialmente igual a dos veces α; y en donde la primera y segunda direcciones (21, 22) de orientación están seleccionadas para incrementar la resistencia de la tubería a la deformación longitudinal resultante de la presión del fluido interno, y α tiene un valor entre 50º y 60º.

2. Una tubería según la reivindicación 1, en la cual el ángulo de sobrecruzamiento entre la primera y segunda direcciones (21, 22) de orientación se sitúa entre 106º y 114º.

3. Una tubería según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en la cual la primera y segunda direcciones (21, 22) de orientación están seleccionadas para tener en cuenta la fricción entre una pared externa de la tubería y una superficie sobre la cual está previsto que la tubería descanse, con lo que se incrementa la resistencia a la deformación tanto longitudinal como circunferencial.

4. Una tubería según la reivindicación 3, en la cual el ángulo α de la primera dirección (21) de orientación con respecto a la proyección (30) del eje longitudinal (43) de la tubería sobre la pared (42) de la tubería es igual a 59°, y el ángulo α de la segunda dirección (22) de orientación con respecto a la proyección (30) del eje longitudinal (43) de la tubería sobre la pared de la tubería es igual a 59°.

5. Una tubería según la reivindicación 1, en la cual la película de polímero comprende una película de poliolefina orientada.

6. Una tubería según la reivindicación 1, en la cual la película de polímero comprende un material del grupo de materiales consistente en: polietileno de alta densidad, HDPE, orientado; PE de alta densidad de peso molecular alto/ultra-alto, HMHDPE/UHMHDPE, orientado; polietileno de baja densidad, LDPE, orientado; y/o polietileno lineal de baja densidad, LLDPE, orientado.

7. Una tubería según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en la cual el ángulo α de la primera dirección

(21) de orientación con respecto a la proyección (30) del eje longitudinal (43) de la tubería sobre la pared (42) de la tubería es igual a 59°, y el ángulo α de la segunda dirección (22) de orientación con respecto a la proyección (30) del eje longitudinal (43) de la tubería sobre la pared (42) de la tubería es igual a 59°.

8. Un método para fabricar una tubería según la reivindicación 1 que es resistente a la deformación longitudinal resultante de la presión del fluido interno, que comprende:

formar una película (20) estratificada cruzada que tiene un eje (30) y que comprende una primera capa de una película que tiene una primera dirección (21) de orientación, y una segunda capa de una película que tiene una segunda dirección (22) de orientación; y

asegurar juntos bordes (24, 25) opuestos de la película (20) estratificada cruzada para formar una tubería que tiene una pared (42) de tubería y un eje (43) longitudinal paralelo a los bordes (24, 25) asegurados y al eje (30) .

9. Un método según la reivindicación 8, en el cual el ángulo de sobrecruzamiento entre la primera y segunda direcciones (21, 22) está entre 106º y 114°.

10. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, en el cual la primera y segunda direcciones (21, 22) de orientación están seleccionadas para tener en cuenta la fricción entre una pared externa de la tubería y una superficie sobre la cual está previsto que la tubería descanse, con lo que se incrementa la resistencia a la deformación tanto longitudinal como circunferencial.

11. Un método según la reivindicación 10 en el cual el ángulo α de la primera dirección de orientación con respecto a una proyección del eje longitudinal de la tubería sobre la pared de la tubería es sustancialmente igual a 57° a 61º, y el ángulo de la segunda dirección de orientación con respecto a la proyección del eje longitudinal de la tubería sobre la pared de la tubería es igual a 57° a 61º.