IT201800006714A1 - Tubo multistrato per il trasporto di fluidi in pressione. - Google Patents

Description

TUBO MULTISTRATO PER IL TRASPORTO DI FLUIDI IN PRESSIONE

La presente invenzione concerne un tubo multistrato per il trasporto di fluidi in pressione. In particolare la presente invenzione concerne un tubo multistrato per il trasporto di fluidi in pressione, quali idrocarburi (es. oli minerali, lubrificanti, glicoli, etc.), che trova preferibilmente impiego nei settori degli impianti oleodinamici, macchine industriali, macchine di movimentazione, macchine di sollevamento.

È ben noto che per consentire un adeguato trasporto di fluidi, specialmente quando questi sono fluidi oleosi o idrocarburi in pressione, occorre utilizzare un tubo multistrato dotato di specifiche caratteristiche strutturali e chimico-fisiche. Il materiale che costituisce lo strato del tubo a diretto contatto con il fluido trasportato deve infatti possedere elevata impermeabilità agli oli e agli idrocarburi, oltre ad avere elevata resistenza all’attacco da parte dei componenti costituenti il fluido trasportato. Tubi multistrato noti per il trasporto di fluidi in pressione, oltre a possedere tale resistenza chimica devono altresì possedere elevate prestazioni meccaniche, ad esempio elevata resistenza allo scoppio per un aumento della pressione interna, alla compressione e all'urto. Infine, tali tubi devono essere dotati di flessibilità tale da poter essere maneggiati con una certa facilità in fase sia di produzione sia di utilizzo ed essere avvolti su bobine per lo stoccaggio e il trasporto degli stessi.

Numerose sono le combinazioni di materiali proposte nell'arte nota per la realizzazione di tubi multistrato per applicazioni nei suddetti campi.

Sono, ad esempio, noti tubi multistrato comprendenti dall’interno verso l’esterno: uno strato interno realizzato in materiale elastomerico, posto a contatto con il fluido da trasportare; uno strato di rinforzo intermedio realizzato in materiale metallico o tessile e uno strato esterno in materiale elastomerico.

Solitamente lo strato di rinforzo ha la funzione meccanica di contrastare la pressione esercitata del fluido in pressione trasportato, prevenendo in questo modo lo scoppio del tubo, mentre lo strato interno in materiale elastomerico ha caratteristiche di impermeabilità e resistenza all’attacco da parte dei fluidi trasportati. Lo strato esterno, invece, funge da strato protettivo degli strati interni.

Sono inoltre noti i cosiddetti tubi multistrato ibridi comprendenti uno strato interno in materiale elastomerico, uno strato intermedio di rinforzo realizzato in materiale metallico o tessile e uno strato esterno realizzato in materiale termoplastico.

Un esempio di questi tubi multistrato ibridi è descritto nel documento EP 2290278, che descrive un tubo multistrato comprendente uno strato interno realizzato in materiale elastomerico, uno o più strati intermedi di rinforzo intrecciati o spiralati realizzati in materiale metallico o tessile e uno strato esterno realizzato in materiale termoplastico, come ad esempio poliuretano.

Il range di temperatura entro cui è possibile utilizzare un tubo multistrato dipende principalmente dal materiale con cui sono realizzati lo strato interno e quello esterno. Ciascun materiale, sia esso elastomerico o termoplastico, possiede infatti un proprio range di temperatura all’interno del quale le sue prestazioni si mantengono costanti. A temperature fuori dal suddetto range il materiale può degradarsi, ad esempio fondendo, rendendo quindi inadeguato il suo utilizzo a quelle temperature.

A seconda delle temperature entro cui è previsto che il tubo debba essere utilizzato è quindi necessario scegliere una particolare combinazione di materiali per gli strati interno ed esterno, tale da rendere il tubo idoneo all’utilizzo in quelle specifiche temperature.

Ad esempio, un tubo multistrato ibrido comprendente uno strato interno elastomerico e uno strato esterno di poliuretano presenta il limite di non poter essere utilizzato a temperature relativamente alte, ad esempio superiori a circa 80°C, dal momento che oltre quella temperatura il poliuretano comincia a deteriorarsi.

In generale, tubi le cui prestazioni sono correttamente mantenute a basse temperature presentano lo svantaggio di perdere le suddette prestazioni quando la temperatura sale e, viceversa, tubi che operano correttamente ad temperature elevate presentano scarse prestazioni a basse temperature. Questo limita la scelta del tipo di tubo da installare al range di temperatura di utilizzo e obbliga l’utilizzatore ad installare tubi di struttura e composizione differenti per differenti range di temperatura di utilizzo.

Sarebbe invece auspicabile poter disporre di tubi multistrato in grado di essere usati indifferentemente a temperature basse o alte, ossia in un intervallo di temperatura più ampio rispetto a quello dei tubi dell’arte nota.

La Richiedente si è dunque posta il problema di sviluppare un tubo multistrato per il trasporto di fluidi in pressione che fosse idoneo all’utilizzo in un ampio range di temperature, ad esempio da -60°C a 150°C.

La Richiedente ha ora trovato che tale problema, e altri che verranno meglio illustrati nel seguito, può essere risolto da un tubo multistrato ibrido in cui lo strato interno è in materiale elastomerico e lo strato esterno è composto di un materiale polimerico comprendente polietilene reticolato a silani; tra i due strati è interposto almeno uno strato intermedio di rinforzo comprendente fili metallici o fibre tessili.

È stato trovato, infatti, che l’uso di un materiale polimerico comprendente polietilene reticolato a silani come strato esterno permette di ottenere tubi utilizzabili in un più ampio intervallo di temperature. I tubi mantengono inoltre un’elevata flessibilità e sono significativamente più leggeri dei tubi dell’arte nota, in particolare dei tubi aventi gli strati interno ed esterno in materiale elastomerico, a parità di prestazioni richieste. Il polietilene reticolato, infatti, conferisce una resistenza meccanica e termica adeguata pur essendo utilizzato in forma di strato a ridotto spessore. Inoltre, effettuando la reticolazione del polietilene per mezzo della tecnica “a silani” il processo produttivo risulta di facile ed economica attuazione.

In un primo aspetto, la presente invenzione riguarda pertanto un tubo multistrato per il trasporto di fluidi in pressione che comprende, dall’interno verso l’esterno:

- uno strato interno comprendente un materiale elastomerico vulcanizzato;

- almeno uno strato di rinforzo comprendente una pluralità di fili metallici e/o fibre tessili;

- uno strato esterno estruso comprendente polietilene reticolato a silani.

In un secondo aspetto, la presente invenzione concerne l’uso del suddetto tubo multistrato per il trasporto di un fluido in pressione.

Nell’ambito della presente descrizione e delle rivendicazioni allegate, con fluidi “in pressione” si intendo i fluidi circolanti in un tubo ad una pressione nell’intervallo 20 - 1300 bar.

Preferibilmente i fluidi in pressione trasportati sono scelti tra: idrocarburi, oli minerali, lubrificanti, glicoli, acqua e fluidi similari.

Il materiale elastomerico che forma lo strato interno può essere scelto senza particolari limitazioni tra i materiali elastomerici comunemente impiegati per realizzare i tubi multistrato dell’arte nota. Il materiale elastomerico può essere una gomma naturale o una gomma sintetica vulcanizzabili, quali ad esempio la gomma nitrilica, la gomma stirene-butadiene (SBR), i copolimeri butadiene-acrilonitrile (NBR), i polimeri del clorobutadiene (neoprene®). Più preferibilmente, il materiale elastomerico è un copolimero butadiene acrilonitrile.

Il materiale elastomerico che forma lo strato interno è in forma vulcanizzata.

Lo strato interno delimita, internamente rispetto al tubo, una cavità per il trasporto dei fluidi in pressione. Preferibilmente, il diametro di tale cavità è compreso tra 3/16 di pollice e 2 pollici. Lo strato interno è quindi a diretto contatto con il fluido trasportato.

Il materiale elastomerico ha preferibilmente un valore di durezza compreso fra 60 e 95 Shore A (UNI EN ISO 868).

Il materiale elastomerico ha preferibilmente un valore di carico di rottura compreso fra 5 e 30 MPa (UNI 6065).

Il materiale elastomerico ha preferibilmente un valore di allungamento a rottura compreso fra 100 e 300% (UNI 6065).

Il materiale elastomerico ha preferibilmente un valore di modulo 100 % compreso fra 1,0 e 15,0 MPa (UNI 6065).

In accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione, il tubo multistrato comprende uno o più strati di rinforzo (o guaine), ciascuno comprendente fili metallici o fibre tessili. I fili metallici sono preferibilmente intrecciati o spiralati. In accordo con un’altra forma di realizzazione dell’invenzione, le fibre tessili sono preferibilmente intrecciate o spiralate.

Preferibilmente, i fili metallici sono fili di acciaio, mentre le fibre tessili sono scelte preferibilmente fra: fibre aramidiche, fibre di nylon, fibre di polivinil alcool, fibre di poliestere e loro combinazioni.

L’almeno uno strato di rinforzo che circonda lo strato interno è predisposto per aumentare la resistenza meccanica del tubo multistrato; in particolare, l’almeno uno strato di rinforzo è scelto in modo tale da consentire al tubo di rispettare i requisiti di resistenza allo scoppio stabiliti dagli specifici standard di settore.

Lo strato di rinforzo può comprendere uno o più dei seguenti elementi: una guaina di fili di acciaio o di fibre tessili eventualmente intrecciati o spiralati. Lo strato di rinforzo può anche comprendere più guaine intrecciate o spiralate, eventualmente sovrapposte l'una alle altre e formate ad esempio da fili metallici o fibre tessili intrecciati. In tal caso, fra due guaine successive è preferibilmente interposto un sottile strato di gomma naturale o sintetica, chiamato gergalmente "foglietta", e avente lo scopo di aumentare l'adesione delle due o più guaine.

Preferibilmente lo strato di rinforzo è in grado di aderire allo strato interno e a quello esterno, permettendo di fissare meccanicamente gli strati ed evitare scorrimenti reciproci.

Vantaggiosamente lo strato di rinforzo e le eventuali guaine possono essere impregnati dal materiale elastomerico dello strato interno e/o dal polietilene dello strato esterno, ad esempio a seguito del processo di produzione del tubo multistrato per estrusione. Ciò migliora ulteriormente l'adesione dei vari strati gli uni agli altri.

Lo strato esterno che circonda l’almeno uno strato di rinforzo del tubo multistrato secondo la presente invenzione è realizzato in un materiale comprendente polietilene reticolato a silani.

Il polietilene utilizzabile ai fini della presente invenzione ha preferibilmente un valore di durezza compreso fra 60 e 95 Shore A (UNI EN ISO 868).

Il polietilene ha preferibilmente un valore di carico di rottura superiore a 5, più preferibilmente compreso fra 5 e 30 MPa (ISO 527-2).

Il polietilene ha preferibilmente un valore di allungamento a rottura superiore a 400%, più preferibilmente compreso fra 400% e 800% (ISO 527-2).

Il polietilene ha preferibilmente un valore di modulo 100 % compreso fra 1,0 e 15,0 MPa (ISO 527-2).

In accordo con una forma preferita di realizzazione, lo strato esterno del tubo in polietilene reticolato a silani ha vantaggiosamente uno spessore compreso tra 0,2 e 1,5 mm, ancora più preferibilmente ha uno spessore compreso tra 0,3 e 1,0 mm. Tale spessore dello strato di polietilene reticolato conferisce al tubo adeguata resistenza meccanica e termica, senza né irrigidire eccessivamente il tubo, che mantiene quindi un’adeguata flessibilità, né aumentarne significativamente il peso.

In particolare, i tubi multistrato secondo la presente invenzione possono essere impiegati con continuità a temperature in un ampio range di valori, ad esempio nell’intervallo da -55°C a 145°C.

Ai fini della presente descrizione e delle annesse rivendicazioni con il termine “con continuità” si intende che il tubo può operare per un tempo indefinito alle suddette temperature, senza soluzione di continuità. Inoltre, quando utilizzato per brevi periodo di tempo, il tubo multistrato può essere utilizzato anche ad una temperatura inferiore, come ad esempio a -60°C, oppure ad una temperatura superiore, come ad esempio a 150°C.

La caratteristica dello strato esterno di avere uno spessore compreso tra 0,2 e 1,5 mm permette inoltre di ridurre il peso per unità di lunghezza del tubo multistrato rispetto ai tubi multistrato conosciuti in arte nota. La riduzione del peso rende, vantaggiosamente, il tubo dell’invenzione di facile maneggevolezza.

Il tubo multistrato secondo la presente invenzione può essere realizzato con i dispositivi e le tecniche note all’esperto del ramo.

In accordo con un ulteriore aspetto della presente invenzione, il tubo multistrato viene preferibilmente prodotto tramite un processo che comprende le fasi di:

a) estrudere uno strato interno anulare in materiale elastomerico;

b) applicare su detto strato interno anulare almeno uno strato di rinforzo comprendente fili metallici e/o fibre sintetiche;

c) sottoporre detto strato interno anulare e detto almeno uno strato di rinforzo a vulcanizzazione per vulcanizzare detto materiale elastomerico;

d) estrudere uno strato esterno anulare comprendente almeno un polietilene aggraffato con silani su detto strato di rinforzo;

e) reticolare detto polietilene aggraffato con silani per ottenere il tubo multistrato.

Preferibilmente, la vulcanizzazione è effettuata in autoclave in presenza di vapore.

La reticolazione a silani del polietilene può essere effettuata con i processi noti all’esperto del ramo, preferibilmente con il processo comunemente denominato Sioplast®. In accordo con il processo Sioplast®, un polimero di polietilene aggraffato con un composto vinilsilanico (es. viniltrimetossisilano), eventualmente pre-miscelato con almeno un catalizzatore di idrolisi e altri additivi (es. pigmenti, plastificanti, ecc.) viene estruso sullo strato di rinforzo per formare lo strato esterno. La reticolazione del polietilene può avvenire in condizioni ambientali. Preferibilmente, la reticolazione può essere accelerata immergendo il tubo comprendente lo strato di polietilene in acqua calda (es. 60-95°C).

Il polietilene aggraffato con composti vinilsilanici può essere preparato secondo l’arte nota, ad esempio trattando il polietilene con un composto alcossivinilsilanico in un’unità di miscelazione (es. estrusore bivite o co-impastatore), ad una temperatura ad esempio di 50 – 150°C, in presenza di un composto perossidico in grado di promuovere l’ancoraggio dei gruppi alcossivinilsilanici alle catene del polietilene (iniziatore radicalico).

Il processo produttivo secondo la presente invenzione presenta il vantaggio di permettere la realizzazione di un tubo multistrato con un bilancio particolarmente favorevole fra prestazioni e costi di produzione, in particolare rispetto ai processi che prevedono la reticolazione a perossidi di materiali polimerici termoplastici. Questi ultimi processi infatti, necessitano di impianti costosi ed uno stretto controllo delle condizioni operative, in particolare della temperatura di estrusione per non innescare la decomposizione dei perossidi e quindi l’inizio della reticolazione.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione riguarda l’uso del tubo multistrato, come precedentemente descritto, per il trasporto di un fluido in pressione, preferibilmente ad una temperatura nell’intervallo da -60°C a 150°C.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Tubo multistrato per il trasporto di fluidi in pressione che comprende, dall’interno verso l’esterno: - uno strato interno comprendente un materiale elastomerico vulcanizzato; - almeno uno strato di rinforzo comprendente una pluralità di fili metallici e/o fibre tessili; - uno strato esterno estruso comprendente polietilene reticolato a silani.
2. 2. Tubo secondo la rivendicazione 1, in cui il materiale elastomerico è scelto tra: gomma naturale, gomma nitrilica, gomma stirene-butadiene, copolimero butadiene-acrilonitrile, polimeri del clorobutadiene.
3. 3. Tubo secondo la rivendicazione 2, in cui il materiale elastomerico è un copolimero butadieneacrilonitrile.
4. 4. Tubo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i fili metallici e/o le fibre tessili sono intrecciati o spiralati.
5. 5. Tubo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i fili metallici sono fili di acciaio.
6. 6. Tubo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui le fibre tessili sono scelte fra: fibre aramidiche, fibre di nylon, fibre di polivinil alcool, fibre di poliestere e loro combinazioni.
7. 7. Tubo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui lo strato esterno ha uno spessore compreso tra 0,2 e 1,5 mm.
8. 8. Tubo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui lo strato interno delimita, internamente rispetto al tubo, una cavità per il trasporto dei fluidi in pressione di diametro compreso tra 3/16 di pollice e 2 pollici.
9. 9. Procedimento per produrre un tubo multistrato secondo la rivendicazione 1 comprendente le fasi di: a) estrudere uno strato interno anulare in materiale elastomerico; b) applicare su detto strato interno anulare almeno uno strato di rinforzo comprendente fili metallici e/o fibre sintetiche; c) sottoporre detto strato interno anulare e detto almeno uno strato di rinforzo a vulcanizzazione per vulcanizzare detto materiale elastomerico; d) estrudere uno strato esterno anulare comprendente almeno un polietilene aggraffato con silani su detto strato di rinforzo; e) reticolare detto polietilene aggraffato con silani per ottenere detto tubo multistrato.
10. 10. Uso del tubo multistrato secondo la rivendicazione 1 per il trasporto di un fluido in pressione.
11. 11. Uso secondo la rivendicazione 10 ad una temperatura nell’intervallo da -60°C a 150°C.