BR0214229B1

BR0214229B1 - aparelho para extrusão de um polìmero fundido.

Info

Publication number: BR0214229B1
Application number: BRPI0214229-5A
Authority: BR
Inventors: Alain Leveque
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2011-06-28
Also published as: TWI239284B; WO2003043798A1; DE60203819D1; KR100927521B1; CA2468078C; US20030128623A1; JP4303115B2; AU2002366104A1; CA2468078A1; EP1448356A1; DE60203819T2; JP2005509542A; TR200401013T2; PL370527A1; EP1448356B1; ATE293531T1; PT1448356E; TW200305491A; DK1448356T3; IL161117A0

Description

"APARELHO PARA EXTRUSÃO DE UM POLÍMERO FUNDIDO"

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um aparelho para misturarmateriais termoplásticos, e mais especificamente, a roscas para mistura dediversos polímeros, que podem ser utilizadas em extrusores e máquinas demoldagem por injeção.

Antecedentes da Invenção

A utilização de roscas para extrudar, combinar e moldar polímeropor injeção é bem conhecida. Analisando a Figura 1, nota-se uma roscaconvencional (11) para uso na fusão e mistura de polímeros. A rosca inclui trêszonas: uma zona de alimentação (13), uma zona de compressão ou transição(15) e uma zona de medição (17). A rosca (11) é abrigada em um cilindro oco(19) que possui um diâmetro interno constante e superfície interna suave. Aresina de polímero, que pode apresentar-se em qualquer forma tal comopelotas, grânulos, flocos ou pó, é alimentada por meio de uma abertura (21) nocilindro (19) para dentro da zona de alimentação (13), onde a rosca (11) girapara embalar e empurrar, em seguida, o polímero para a zona de compressão(15). O polímero é fundido na zona de compressão (15) e transportado emseguida para a zona de medição (17), onde o material fundido éhomogeneizado. Em seguida, a fusão homogeneizada é extrudada, moldadapor injeção ou processada adicionalmente.

A rosca (11) inclui uma haste de rosca (23) que contém umrosqueamento posicionado em espiral em volta da haste (23) para formarpassos (25). Os passos são caracterizados pela sua profundidade, que é aaltura do passo (25) acima da haste (23), e pela sua inclinação, que é adistância (P) entre dois passos adjacentes (25) mais uma largura de passo. Odiâmetro externo (OD) da rosca (11) inclui a profundidade de passo (25) acimae abaixo da haste (23), enquanto o diâmetro da raiz (RD) da rosca (11) ésomente o diâmetro da haste (23), sem incluir a profundidade dos passos (25).

A Patente US 3486192 descreve um elemento de mistura paraincorporação a uma rosca de extrusão, elemento de mistura este que é exibidona Figura 2. O elemento de mistura (30) é um cilindro alongado com superfícieque é trabalhada com as ranhuras de superfície (32) e (34) que são separadaspor regiões elevadas (36). As ranhuras de entrada (32) são abertas naextremidade do elemento de mistura de frente para a extremidade do elemento(30) do qual o polímero é alimentado pela rosca para o elemento de mistura eas ranhuras de entrada (32) são fechadas na extremidade oposta do elementode mistura. As ranhuras de saída (34) são abertas na extremidade do elementode mistura de frente para a extremidade do elemento (30) em direção à qual opolímero é descartado e as ranhuras de saída (34) são fechadas naextremidade oposta do elemento de mistura. As regiões (36) formam umabarreira entre as ranhuras de entrada (32) e as ranhuras de saída (34), masexiste um espaço entre o topo das regiões e a superfície interna do cilindro(19). O elemento de mistura (30) gira com o movimento da haste de rosca (23)e por ele é direcionado. A rotação da rosca força o polímero fundido para asranhuras de entrada (32) do elemento de mistura (30), sobre o topo das regiões(36) por meio do espaço entre as regiões (36) e a superfície interna do cilindro(19), e para fora, por meio das ranhuras de saída (34). A fusão de polímero ésubmetida à alta tensão de cisalhamento à medida que é comprimida entre otopo das regiões (36) e a superfície interna do cilindro (19). Configuraçõesadicionais de elementos de mistura de rosca encontram-se descritas naPatente US 6136246.

Com elementos de mistura como os descritos acima, tornou-sedifícil à obtenção de grau muito elevado de mistura de polímero sem gerar, aomesmo tempo, aquecimento excessivo do polímero, o que freqüentementecausa degradação do polímero. Conseqüentemente, existe a necessidade deroscas de mistura para uso em extrusores e máquinas de moldagem porinjeção que atinja grau muito elevado de mistura e homogeneização, mas quenão gere aquecimento ou degradação indevida do polímero. Também existe anecessidade de roscas com elemento de mistura que gere elevado grau de mistura de polímero, mas não restrinja o fluxo do polímero por meio da rosca,de forma a realizar reduções das velocidades de rotação da rosca e taxas derendimento gerais de resina de polímero necessárias. O que é necessário,portanto, é um aparelho que produza fusão homogênea a partir de diversospolímeros, sem causar degradação substancial das resinas de polímero.

Descrição Resumida da Invenção

A presente invenção refere-se a um aparelho para mistura demateriais termoplásticos e, mais especificamente, a roscas para a mistura dediversos polímeros, roscas estas que podem ser utilizadas em extrusores emáquinas de moldagem por injeção. O aparelho inclui um cilindro que possui umespaço oco no seu interior, com seção cruzada substancialmente redonda e eixolongitudinal, em que o espaço oco do cilindro possui superfície interna e roscamontada de forma giratória no espaço oco do cilindro. A rosca é montadacoaxialmente com o eixo longitudinal do espaço oco do cilindro, de forma atransmitir o material de polímero por meio do espaço oco do cilindro a partir deuma extremidade de entrada do espaço oco do cilindro para uma extremidadede saída do espaço oco do cilindro quando a rosca é rotacionada. A roscacontém uma haste de rosca com rosqueamento que se estende em espiral emvolta da haste de rosca, de modo a formar uma série de passos e a rosca possuiuma zona por meio da qual o polímero fundido é transportado. A rosca possuiárea de seção cruzada entre passos adjacentes da rosca que é igual à alturaradial em que o rosqueamento da rosca dos passos adjacentes estende-seacima da haste de rosca multiplicada pela largura entre passos adjacentes. Arosca possui uma porção dentro dessa zona por meio da qual o polímero fundidoé transportado, em que a porção de rosca não possui rosqueamento de rosca ea haste de rosca forma um elemento de mistura que contém uma extremidadede entrada direcionada para a extremidade de entrada do espaço oco do cilindroe uma extremidade de saída direcionada para a extremidade de saída do espaçooco do cilindro.

O elemento de mistura da rosca compreende uma superfície emforma de tambor que se estende acima da haste de rosca e que é coaxial coma haste de rosca. Esta superfície em forma de tambor contém uma séne deranhuras de entrada sobre a superfície em forma de tambor que se estendemem direção geralmente axial com as aberturas de ranhuras na extremidade deentrada do elemento de mistura, em que as ranhuras de entrada terminamantes de atingirem a extremidade de saída do elemento de mistura, e umasérie de ranhuras de saída sobre a superfície em forma de tambor que seestendem em direção geralmente axial com as aberturas de ranhuras naextremidade de saída do elemento de mistura, sendo que as ranhuras de saídaterminam antes de atingirem a extremidade de entrada do elemento de mistura.A série de ranhuras de saída alterna-se com a série de ranhuras de entrada, detal forma que, as ranhuras de entrada e de saída sejam contíguas entre sisobre uma porção da superfície do elemento de mistura. As regiões que seestendem entre as ranhuras de entrada e as ranhuras de saída, separam asranhuras de entrada das ranhuras de saída, com o comprimento de cadaregião sendo substancialmente igual ao comprimento da porção contígua dasranhuras de entrada e de saída adjacentes. Cada uma das regiões contémuma superfície superior que se estende pelo comprimento da região que possuiespessura entre as ranhuras de entrada e de saída de menos de 2 mm. Asuperfície superior das regiões estende-se em direção à superfície interna docilindro oco, mas sem tocá-la. O espaço entre a superfície superior dasmencionadas regiões e a superfície interior do espaço oco do cilindro é depreferência menor do que 0,5 mm.

De acordo com a presente invenção, existe uma área decisalhamento em seção cruzada da região correspondente a cada região que éigual ao comprimento da região multiplicado pelo espaço entre a região e asuperfície interna do espaço oco do cilindro, e a soma das áreas decisalhamento em seção cruzada da região para todas as regiões do elementode mistura seja maior ou igual a 95% da área de seção cruzada de fluxo entreos passos adjacentes da rosca por meio da qual passa o polímeroimediatamente antes de entrar no elemento de mistura.

Breve Descrição das Figuras

A Figura 1 é uma vista lateral de uma rosca convencional;

A Figura 2 é uma vista lateral de uma parte de um elemento demistura convencional sobre uma rosca;

A Figura 3 é uma vista lateral de um elemento de mistura sobreuma rosca de acordo com a presente invenção; e

A Figura 4 é uma vista em seção cruzada do elemento de misturaexibido na Figura 3.

Descrição Detalhada da Invenção

A presente invenção refere-se a um aparelho de mistura que podeser utilizado em uma máquina de moldagem por injeção ou um extrusor. Oaparelho de mistura inclui uma rosca com haste de rosca que contémrosqueamento em posição espiral em volta da haste de rosca, de modo aformar uma série de passos. A rosca possui três zonas: uma zona dealimentação, uma zona de compressão e uma zona de medição e, durante autilização, é montada em um barril cilíndrico oco que contém uma paredecilíndrica interna preferencialmente suave que permite que a rosca gire nointerior do cilindro oco. Um elemento de mistura é incorporado à zona demedição da rosca para aumentar a mistura de polímero sem induzir aocisalhamento ou a compressão excessiva do polímero sendo misturado.

Da forma utilizada no presente, a expressão "zona dealimentação" designa aquela zona da rosca em que o material é introduzido enão foi totalmente fundido. Quando o polímero for introduzido na forma degranulados de polímero, os granulados encontram-se presentes na zona dealimentação na sua forma a granel não fundida.

A expressão "zona de compressão" designa aquela zona da roscaem que o material está sendo comprimido e fundido. No caso de granulados depolímero, por exemplo, os granulados estão presentes na zona de compressãoem estado de transição entre a sua forma a granel e a sua forma fundida. Asparedes do cilindro oco dentro do qual a rosca rotaciona, são aquecidas nazona de compressão para fundir o polímero misturado pela rosca.

A expressão "zona de medição" designa aquela zona de umarosca em que o material tenha sido totalmente fundido e o polímero fundido éhomogeneizado. No caso de granulados de resina, os granulados estãopresentes em forma completamente fundida. As paredes do cilindro oco podemser aquecidas na zona de medição para ajudar a manter a temperatura dopolímero fundido.

Um passo da rosca é caracterizado pela sua profundidade, que édefinida como a altura do passo acima da haste de rosca, pela sua largura epela sua inclinação, que é definida como comprimento de passo (a distânciaentre duas voltas adjacentes do passo sobre a haste de rosca) mais umalargura de passo. Caso um passo possua inclinação de 25 mm, isso significaque, quando a rosca for rotacionada por uma vez, o polímero no passo émovido axialmente em 25 mm na rosca.

A "área de seção cruzada de fluxo" entre passos adjacentes deuma rosca é igual à profundidade do espaço anular entre a haste de rosca (23)e a superfície interior do cilindro oco (19) multiplicada pela largura dainclinação. A largura (W) da inclinação pode ser calculada por meio da fórmulaa seguir:

W = P (cos Θ) - e

em que "Θ" é o ângulo do passo em comparação com a direçãoperpendicular aos eixos longitudinais da rosca, "P" é a inclinação e "e" é aespessura do passo.

No aparelho de mistura de acordo com a presente invenção, arosca inclui pelo menos um elemento de mistura na zona de uma rosca pormeio da qual o polímero fundido é direcionado. O elemento de mistura nãorestringe a passagem de polímero, mas ao mesmo tempo, induz um grau muitoelevado de mistura de polímero. Em uma realização preferida da presenteinvenção, o elemento de mistura está localizado na zona de medição da rosca.

O elemento de mistura é localizado preferencialmente onde a zona decompressão encontra a zona de medição da rosca, ou perto desse local.

Alternativamente, o elemento de mistura, pode estar localizado em outro localda zona de medição, incluindo a terceira porção mais baixa da zona demedição. Em uma realização alternativa da presente invenção, a rosca poderáser aquela com zona de alimentação e zona de compressão, mas sem a zonade medição, com um elemento de mistura localizado na extremidade da zonade compressão onde o polímero foi fundido. Em uma outra realizaçãoalternativa da presente invenção, a rosca poderá ser elaborada com zona dealimentação seguida por zona de compressão que, por sua vez, é seguida poruma zona de medição muito curta de não mais de um passo, com o elementode mistura localizado no final dessa zona de medição muito curta.

Uma realização preferida do elemento de mistura do aparelho demistura de acordo com a presente invenção é mostrada nas Figuras 3 e 4. Oelemento de mistura (40) é um cilindro alongado com superfície trabalhada amáquina ou moldada com ranhuras de superfície (42) e (44) que sãoseparadas por regiões elevadas (46). As ranhuras de superfície (42) e (44)contêm preferencialmente uma seção cruzada curva, tal como seção cruzadaarredondada, ou as seções cruzadas de ranhuras parabólicas mostradas naFigura 4. As ranhuras de entrada (42) são abertas na extremidade do elementode mistura de frente para a extremidade do elemento (40) do qual o polímero éalimentado pela rosca para o elemento de mistura e as ranhuras de entrada(42) são fechadas na extremidade oposta do elemento de mistura. As ranhurasde saída (44) são abertas na extremidade do elemento de mistura de frentepara a extremidade do elemento (40) em direção ao qual o polímero édescarregado, e as ranhuras de saída (44) são fechadas na extremidadeoposta do elemento de mistura. As regiões (46) formam uma barreira entre asranhuras de entrada (42) e as ranhuras de saída (44), mas existe um espaçoentre o topo dessas regiões e a superfície interna do cilindro (19). O cilindro doelemento de mistura gira com o movimento da haste de rosca (23) e por ele édirecionado. A rotação da rosca força o polímero fundido para as ranhuras deentrada (42) do elemento de mistura (40), sobre o topo das regiões (46) pormeio do espaço entre os topos das regiões (46) e o interior do cilindro (19), epara fora por meio das ranhuras de saída (44).

De acordo com uma realização alternativa da presente invenção,as ranhuras e regiões sobre a superfície do elemento de mistura podem serdispostas em ângulo para o eixo de rotação do elemento de mistura e a rosca.As ranhuras de entrada, ranhuras de saída e as regiões que separam asranhuras de entrada das ranhuras de saída, por exemplo, podem enrolar-se deforma helicoidal em volta da superfície do elemento de mistura. De acordo comuma outra realização alternativa da presente invenção, a largura das ranhurasde entrada (42) pode ser aumentada em direção às suas extremidades abertase estreitado em direção às suas extremidades fechadas, e as ranhuras desaída (44) podem tornar-se complementares, de tal forma que também sejammais largas em direção às suas extremidades abertas e mais estreitas emdireção às suas extremidades fechadas, enquanto as regiões (46) mantêm umalargura substancialmente uniforme ao longo do seu comprimento.

No aparelho de mistura de acordo com a presente invenção, oespaço entre os topos das regiões (46) e a superfície interior do cilindro oco(19) é menor do que 0,5 mm e, de maior preferência, é menor do que 0,3 mm,mas mais do que 0,05 mm. Este baixo grau de espaço gera um elevado graude cisalhamento do polímero à medida que passa sobre as regiões (46). Esteelevado cisalhamento aquece rapidamente e mistura todas as porções dopolímero à medida que o polímero é comprimido entre as regiões (46) e ointerior do cilindro oco. A fim de evitar sobreaquecimento e possíveldegradação do polímero, a espessura das regiões (46) é mantida inferior a 2mm, de maior preferência, menos do que 1,4 mm e, de preferência aindamaior, menos do que 1 mm. Este espaço estreito e largura de região muitopequena possibilita a indução de grau de cisalhamento muito elevado nopolímero por um período de tempo muito curto. A curta duração do estado dealto cisalhamento evita que o polímero seja sobreaquecido, o que poderá deoutra forma causar a degradação dos polímeros que estão sendo misturados.

Preferencialmente, as ranhuras de entrada (42) e as ranhuras desaída (44) são mais do que três vezes mais profundas que o espaço entre asregiões (46) e o cilindro (19). Prefere-se ainda que as ranhuras de entrada (42)e as ranhuras de saída (44) sejam pelo menos quatro vezes mais largas que aespessura das regiões (46). As ranhuras de entrada (42) e as ranhuras desaída (44) geralmente possuem profundidade de 1 a 6 mm e largura de 4 a 15mm, dependendo do tamanho da rosca. Por exemplo, Na rosca descrita noexemplo 1, cada uma das ranhuras de entrada (42) e ranhuras de saída (44)possui profundidade de 2,8 mm e largura de 11 mm, enquanto o topo de cadaregião de frente para o cilindro (19) possui espessura de 0,7 mm e o espaçoentre o topo das regiões (46) e a superfície interna do cilindro de 0,25 mm.

A "área de cisalhamento" de um elemento de mistura é definidacomo o espaço entre as regiões (46) e o interior do cilindro oco (19)multiplicado pelo comprimento da região ("L" na Figura 3) multiplicado por duasvezes o número de ranhuras de entrada. De acordo com a realização preferidada presente invenção, a área de cisalhamento de cada elemento de misturaincorporado à rosca é maior ou igual a 95% da área de seção cruzada de fluxoentre os passos adjacentes da rosca, por meio da qual o polímero passaimediatamente antes de entrar no elemento de mistura. De maior preferência, aárea de cisalhamento de cada elemento de mistura é maior ou igual à área deseção cruzada de fluxo entre os passos adjacentes da rosca, por meio da qualo polímero passa imediatamente antes de entrar no elemento de mistura. Deacordo com uma realização de maior preferência da presente invenção, a áreade cisalhamento de cada misturador é de 100% a 120% da área de seçãocruzada de fluxo entre os passos adjacentes da rosca por meio da qual opolímero passa imediatamente antes de entrar no elemento de mistura. Aofornecer um elemento de mistura com área de cisalhamento que sejasubstancialmente igual ou maior que a área de seção cruzada de fluxo, oelemento de mistura não restringe o índice de produção do polímero da rosca.

Descobriu-se que o aparelho de mistura de acordo com apresente invenção é eficaz quando a rosca possui baixa taxa de compressãovolumétrica. A taxa de compressão é expressão da quantidade de resina depolímero comprimida ou pressionada pela rosca durante o processamento. Ataxa de compressão volumétrica é o volume de um passo da rosca naseção de alimentação dividido pelo volume de um passo na seção de mediçãoda rosca. Na prática, para roscas que possuem inclinação constante, a taxade compressão pode ser calculada por meio da equação simplificada aseguir:Taxa de compressão = (profundidade do passo na zona de alimentação)(profundidade do passo na zona de medição)

As roscas de alta compressão geralmente utilizadas paramateriais poliméricos cristalinos ou semicristalinos possuem taxa decompressão superiores a cerca de 2,5. As roscas de compressão padrão, quesão geralmente utilizadas no processamento de materiais amorfos, possuemrazões de compressão de cerca de 1,8 a 2,5. Roscas com taxa de compressãode menos de 1,8 são consideradas como providas de baixa taxa decompressão.

Uma rosca de baixa compressão volumétrica pode ser projetadade acordo com os princípios do Pedido de Patente (PCT) WO 99/56937 eadaptada para a resina de polímero sendo moldada por injeção. Nessasroscas, o fluxo de massa de resina de polímero é equilibrado ao longo docomprimento da rosca, de tal forma que exista ganho de pressão constante aolongo da rosca, sem picos de pressão.

O aparelho de mistura de acordo com a presente invenção podeser utilizado para misturar uma ampla variedade de polímeros e aditivos depolímeros. A rosca de acordo com a presente invenção pode ser empregadaem uma máquina de extrusão ou em uma máquina de moldagem por injeção,tal como uma máquina de moldagem por sopro e injeção. Descobriu-se que arosca é especialmente útil para a extrusão e moldagem por injeção decombinações de diversos polímeros. Embora a presente invenção tenha sidoilustrada com uma rosca que contém uma rosca e um elemento de mistura, oescopo da presente invenção inclui uma rosca que contém dois ou mais doselementos de mistura descritos acima, ou um aparelho que contém duas oumais dessas roscas. Embora a presente invenção tenha sido ilustrada nocontexto de uma rosca que contém um passo, o escopo da presente invençãoinclui uma rosca que contém mais de um passo.A presente invenção é ilustrada adicionalmente pelos exemplos aseguir. Os exemplos destinam-se unicamente a propósitos ilustrativos e não sedestinam a limitar a presente invenção. Modificações de detalhes podem serrealizadas sem abandonar o escopo da presente invenção.

Exemplos

Exemplo 1 ε Exemplo Comparativo 2No Exemplo 1, uma rosca de acordo com a presente invenção foielaborada e utilizada para moldar por injeção uma resina termoplástica depoliacetal. A resina de poliacetal foi introduzida na zona de alimentação naforma de granulados que possuem diâmetro de cerca de 2 a 4 mm. A resina depoliacetal é Delrin® 500P, resina de poliacetal combinada com cerca de 1% empeso de estabilizantes térmicos adicionados e agentes lubrificantes, que possuiponto de fusão de 177 0C (ISO 3146 método C2) e taxa de fluxo de fusão de 15g/10 min por meio de técnicas padrão (ISO 1133) sob temperatura de 190 0Ccom peso de 2,16 kg e que é disponível por meio da Ε. I. Du Pont de Nemours& Company (DuPont) de Wilmington, Delaware, Estados Unidos.

A rosca do Exemplo 1 possui uma zona de alimentação, umazona de compressão e uma zona de medição e possui baixa taxa decompressão volumétrica, conforme revelado no pedido de Patente (PCT) WO99/56937. A rosca incorporou um elemento de mistura conforme descrito acimacom relação às Figuras 3 e 4. O elemento de mistura estava localizado noinício da zona de medição, onde a zona de compressão encontra a zona demedição. A rosca foi fabricada inteiramente com aço de nitruração com durezade 83 HRA e as dimensões estabelecidas abaixo.

No Exemplo Comparativo 2, foi fabricada uma rosca como a roscado Exemplo 1, exceto pelo fato de que não incluiu um elemento de mistura eesta rosca foi utilizada para moldar por injeção a mesma resina termoplásticade poliacetal que foi empregada no Exemplo 1.As roscas utilizadas no Exemplo 1 e no Exemplo Comparativo 2possuíam as seguintes dimensões:

Exemplo 1

<table>table see original document page 14</column></row><table>

No Exemplo 1 e no Exemplo Comparativo 2, a rosca foi utilizadaem uma máquina de moldagem por injeção que possui força de travamento de150 ton e equipada com um cilindro com 30 mm de diâmetro. O cilindro foiconectado a uma ferramenta de molde com duas cavidades que possui volumede cerca de 40 cm3. Foi utilizado um tempo de ciclo de moldagem de cerca deum minuto. Durante cada ciclo, a rosca foi girada por cerca de quatro segundossob taxa de 190 rpm para mover o polímero fundido para uma porçãoacumuladora do cilindro localizada entre a extremidade da rosca e a cavidadedo molde. A rosca foi avançada em seguida por impulso de 6,7 cm, de forma ainjetar o polímero acumulado na cavidade do molde. O polímero foi mantido emcristalização na cavidade de molde por cerca de 55 segundos antes daremoção do artigo moldado da cavidade de molde e o ciclo foi repetido. Orendimento total da rosca foi de 55 kg/hora. A temperatura do cilindro foiajustada em 200 °C na zona de alimentação, 210 °C na zona de compressão e215 °C na zona de medição e seção acumuladora. A temperatura do molde foiajustada a 90 °C. No Exemplo 1, a temperatura do polímero que sai da roscafoi cerca de 2 °C mais alta que a temperatura do cilindro, o que demonstra queo processo de mistura causou pouco aquecimento adicional da fusão depolímero, muito embora fosse utilizado um elemento de mistura no Exemplo 1.

Barras de teste de tensão em forma de ossos para cães forammoldadas por injeção na ferramenta de molde de duas cavidades sob taxa decerca de uma operação de moldagem por minuto. As barras de tensão forampreparadas de acordo com a ISO 294 e possuíam comprimento total de 16,6cm com uma porção restrita que possuía 8 cm de comprimento, 1 cm delargura e 4 mm de espessura. Durante cada operação de moldagem, a roscagiratória dosou, em primeiro lugar a fusão de polímero antes da parada eimpulsão de 6,7 cm em direção axial, a fim de forçar o polímero na cavidade demolde.

Dez barras de tensão moldadas com cada rosca foramselecionadas aleatoriamente para teste de tensão de acordo com ISO 527-1.As propriedades mecânicas das barras testadas foram as seguintes:

<table>table see original document page 15</column></row><table>A consistência do resultado para o alongamento na quebra é bomindicador da homogeneidade da fusão de polímero que foi utilizada para afabricação da barra. Pode-se observar que o alongamento mínimo foi 18%maior para as barras fabricadas com a rosca de acordo com a presenteinvenção que para as barras fabricadas com a rosca do Exemplo Comparativo2. Pode-se observar que a maior consistência obtida com a rosca de acordocom a presente invenção não foi atingida sob custo de degradação do polímeroque teria reduzido a resistência à tensão das barras de teste.

Exemplos 3.4 ε Exemplo Comparativo 5

No Exemplo 3 e 4, uma rosca com elemento de mistura, conformedescrito acima no Exemplo 1, foi utilizada na máquina de moldagem por injeçãodo Exemplo 1 para moldar por injeção as composições de resina termoplásticade poliacetal da mesma formulação, mas que foram introduzidas na seção dealimentação da rosca em diferentes formas. No Exemplo 3, os componentes dacomposição foram previamente combinados em operação de combinaçãoseparada antes da moldagem por injeção. No Exemplo 4, os componentes dacomposição foram introduzidos diretamente para a rosca de moldagem porinjeção sem operação anterior de combinação prévia. No ExemploComparativo 5, a máquina de moldagem por injeção utilizada nos Exemplos 3 e4 foi utilizada para moldar por injeção a resina de múltiplos componentes doExemplo 4, mas a rosca empregada foi a rosca do Exemplo Comparativo 2,que não incluiu elemento de mistura.

No Exemplo 4 e no Exemplo Comparativo 5, a resina de poliacetalfoi um homopolímero de polioximetileno na forma de microesferas com diâmetromédio de 0,25 mm e distribuição gaussiana de tamanhos de partícula que variamde 0,06 mm a 0,50 mm. Estabilizante térmico e agentes lubrificantes na forma depó fino foram misturados com as microesferas de poliacetal em um funil comlâmina de mistura giratória para formar uma mistura geral composta de cerca de1% de estabilizantes térmicos e agentes lubrificantes adicionados.

No Exemplo 3, a resina termoplástica utilizada foi resina depoliacetal Delrin® 500P, homopolímero de polioximetileno previamentecombinado com cerca de 1% em peso de estabilizantes térmicos e agenteslubrificantes adicionados e que é disponível por meio da Ε. I. du Pont deNemours & Company (DuPont) de Wilmingon1 Delaware1 Estados Unidos. Estaresina previamente combinada encontrava-se na forma de granulados quepossuem diâmetro de cerca de 2 a 4 mm e apresentou ponto de fusão de177°C (ISO 3146 método C2) e taxa de fluxo de fusão de 15 g/10 min por meiode técnicas padrão (ISO 1133) à temperatura de 190 0C com peso de 2,16 kg.

A combinação prévia dos estabilizantes e agentes lubrificantes foi realizada demodo convencional, utilizando um extrusor de polímero de rosca única. Ohomopolímero de polioximetileno, estabilizantes térmicos e agentes lubrificantespresentes na composição do Exemplo 3 foram os mesmos utilizados no Exemplo4 e no Exemplo Comparativo 5 e estes componentes estavam presentes nasmesmas proporções na composição combinada previamente do Exemplo 3,conforme foi utilizado no Exemplo 4 e no Exemplo Comparativo 5.

Nos Exemplos 3, 4 e no Exemplo Comparativo 5, as resinas forammoldadas por injeção com uma máquina de moldagem por injeção que possuiforça de travamento de 150 ton e equipada com um cilindro com 30 mm dediâmetro. O cilindro foi conectado a uma ferramenta de molde com duascavidades que possui volume de 40 cm3. Foi utilizado um tempo de ciclo demoldagem de cerca de um minuto. Durante cada ciclo, a rosca foi girada porcerca de quatro segundos sob taxa de 190 rpm para mover o polímero fundidopara uma porção acumuladora do cilindro localizada entre a extremidade darosca e a cavidade do molde. A rosca foi avançada em seguida por um impulsode 6,7 cm, de forma a injetar o polímero acumulado na cavidade do molde.

Permitiu-se a cristalização do polímero na cavidade do molde por cerca de 55segundos antes da remoção do artigo moldado da cavidade do molde e darepetição do ciclo. O rendimento total da rosca nos Exemplos 3, 4 e noExemplo Comparativo 5 foi de 55 kg/h.

Nos Exemplos 3, 4 e no Exemplo Comparativo 5, a temperaturado cilindro foi ajustada em 200 °C na zona de alimentação, 210 °C na zona decompressão e 215 °C na zona de medição e seção acumuladora. Atemperatura do molde foi ajustada em 90 °C. Em cada exemplo, a temperaturado polímero que sai da rosca foi menor do que 4°C mais alta que a temperaturado cilindro, o que demonstra que o processo de mistura causou poucoaquecimento adicional da fusão de polímero, mesmo quando o elemento demistura foi utilizado nos Exemplos 3 e 4.

Barras de teste de tensão em forma de ossos de cães forammoldadas por injeção na ferramenta de molde com duas cavidades sob taxa decerca de uma operação de moldagem por minuto. As barras de tensão forampreparadas de acordo com ISO 294 e possuíam comprimento total de 16,6 cmcom porção restrita com 8 cm de comprimento, 1 cm de largura e 4 mm deespessura.

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A consistência do resultado para o alongamento na quebra é bomindicador da homogeneidade da fusão do polímero que foi utilizado para afabricação da barra. Pode-se observar que, com a rosca de acordo com apresente invenção, o alongamento mínimo para a composição combinadapreviamente (Exemplo 3) não foi significativamente reduzido quando a etapa decombinação foi eliminada e os mesmos componentes foram alimentadosdiretamente para a rosca de moldagem por injeção (Exemplo 4). Entretanto, aoutilizar-se uma rosca sem elemento de mistura de acordo com a presenteinvenção no Exemplo Comparativo 5 e alimentar-se os mesmos componentesdiretamente para a rosca de moldagem por injeção, o alongamento na quebramínimo foi reduzido em mais de 20%. Pode-se observar que a maiorconsistência é obtida com a rosca de acordo com a presente invenção, mesmoquando os componentes de uma formulação de resina não forem combinadosantecipadamente.

Uma vantagem da moldagem por injeção diretamente a partir decomponentes individuais é que não é necessária uma operação de combinaçãode extrusão separada para combinar todos os componentes da formulação daresina. A combinação é realizada na unidade de moldagem por injeção. Esteprocesso produz artigos moldados com propriedades mecânicas equivalentesàs que podem ser produzidas utilizando resinas combinadas previamente.

Antes da presente invenção, as propriedades mecânicas eraminferiores, especialmente o alongamento médio na quebra, devido as partículasnão fundidas ou não misturadas que foram injetadas nas barras de tensão.

Surpreendentemente, pode-se observar que o alongamento até a quebra parao artigo moldado fabricado diretamente a partir de uma mistura bruta depoliacetal, estabilizantes térmicos e agentes lubrificantes é substancialmente omesmo de artigos moldados fabricados a partir de granulados combinadaspreviamente da mesma composição.

Claims

1. APARELHO PARA EXTRUSÃO DE UM POLÍMEROFUNDIDO, que compreende:- um cilindro que contém um espaço oco no seu interior comseção cruzada substancialmente redonda e um eixo longitudinal, em que o ditoespaço oco do cilindro contém uma superfície interna;- uma rosca montada de forma giratória no espaço oco do cilindro,em que a dita rosca é montada coaxialmente com o eixo longitudinal do espaçooco do cilindro, a dita rosca é montada para transmissão de um materialpolimérico através do espaço oco do cilindro de uma extremidade de entradado espaço oco do cilindro para uma extremidade de saída do espaço oco docilindro quando a rosca é rotacionada, a dita rosca possui uma haste de roscacom rosqueamento que se estende em espiral em volta da haste de rosca, demodo a formar uma série de passos, sendo que a dita rosca possui uma zonapor meio da qual um polímero fundido é conduzido;- a rosca possui uma área de seção cruzada de fluxo entre passosadjacentes da rosca que é igual à altura radial que o rosqueamento dos passosadjacentes estende-se acima da haste de rosca, multiplicada pela largura entreos passos adjacentes;- a dita rosca contém uma porção no interior da zona por meio daqual polímero fundido é transportado, sendo que a porção de rosca não contémrosqueamento e a haste de rosca forma um elemento de mistura que contémuma extremidade de entrada direcionada para a extremidade de entrada doespaço oco do cilindro e uma extremidade de saída direcionada para aextremidade de saída do espaço oco do cilindro, sendo que o dito elemento demistura compreende:- uma superfície em forma de tambor que se estende acima dahaste de rosca que é coaxial com a haste de rosca;- a dita superfície em forma de tambor possui uma série deranhuras de entrada sobre a superfície em forma de tambor que se estende emdireção geralmente axial com aberturas de ranhura na extremidade de entradado elemento de mistura, sendo que as ditas ranhuras de entrada terminamantes de atingirem a extremidade de saída do elemento de mistura;- a dita superfície em forma de tambor possui uma série deranhuras de saída sobre a superfície em forma de tambor que se estendem emdireção geralmente axial com aberturas de ranhura na extremidade de saída doelemento de mistura, sendo que as ditas ranhuras de saída terminam antes deatingirem a extremidade de entrada do elemento de mistura, a dita série deranhuras de saída alterna-se com a dita série de ranhuras de entrada, de talforma que as ditas ranhuras de entrada e de saída sejam contíguas entre si aolongo de uma porção da superfície do elemento de mistura;- regiões que se estendem entre as ditas ranhuras de entrada eranhuras de saída que separam as ditas ranhuras de entrada das ditasranhuras de saída, em que o comprimento de cada região é substancialmenteigual ao comprimento da porção contígua das ranhuras de entrada e de saídaadjacentes, caracterizado pelo fato de que cada uma das referidas regiõespossuem superfície superior que se estende pelo comprimento da região quepossui espessura entre as ranhuras de entrada e de saída de menos de 2 mm,cada superfície superior das ditas regiões estende-se em direção à superfícieinterna do cilindro oco, mas sem tocá-la e o espaço entre cada superfíciesuperior das ditas regiões e a superfície interna do espaço oco do cilindro émenor do que 0,5 mm;sendo que existe uma área de cisalhamento de seção cruzada deregião correspondente a cada região que é igual ao comprimento da regiãomultiplicado pelo espaço entre a superfície superior da região e a superfícieinterna do espaço oco do cilindro, e a soma das áreas de cisalhamento deseção cruzada da região para todas as regiões do elemento de mistura é maiorou igual a 95% da área de seção cruzada de fluxo entre os passos adjacentesda rosca por meio dos quais o polímero passa imediatamente antes de entrarno elemento de mistura.

2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a soma das áreas de cisalhamento de seçãocruzada de região para todas as regiões do elemento de mistura é maior ouigual a 100% da área de seção cruzada de fluxo entre os passos adjacentes darosca, por meio da qual o polímero passa imediatamente antes de entrar noelemento de mistura.

3. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a soma das áreas de cisalhamento de seçãocruzada da região para todas as regiões do elemento de mistura está entre 100% e 120% da área de seção cruzada de fluxo entre os passos adjacentesda rosca por meio da qual o polímero passa imediatamente antes de entrar noelemento de mistura.

4. APARELHO, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que a soma das áreas de cisalhamento de seçãocruzada da região para todas as regiões do elemento de mistura é maior ouigual a 102% da área de seção cruzada de fluxo entre os passos adjacentes darosca por meio da qual o polímero passa imediatamente antes de entrar noelemento de mistura.

5. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que cada superfície superior das regiões que seestendem pelo comprimento das regiões possui espessura entre as ranhurasde entrada e de saída de 0,2 mm a 1,4 mm, e o referido espaço da região entrea superfície superior das ditas regiões e a superfície interna do espaço oco docilindro encontra-se na faixa de 0,1 mm a 0,3 mm.

6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a zona de rosca por meio da qual o polímerofundido é conduzido inclui uma zona de medição próxima à extremidade desaída do cilindro e o elemento de mistura encontra-se localizado na referidazona de medição.

7. APARELHO, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que a zona de medição possui extremidadesopostas^e existe um ponto intermediário entre as extremidades opostas dazona de medição, e o elemento de mistura está localizado entre o dito pontointermediário e a extremidade da zona de medição direcionada para aextremidade de entrada do espaço oco do cilindro.

8. APARELHO, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que o elemento de mistura está próximo daextremidade da zona de medição direcionada para a extremidade de entradado espaço oco do cilindro.

9. APARELHO, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que a rosca possui uma zona de alimentação e umazona de compressão e, sendo que a relação entre o volume de passo na zonade alimentação e o volume de passo na zona de medição é de menos de 1,8.

10. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o elemento de mistura inclui pelo menos trêsranhuras de entrada e pelo menos três ranhuras de saída.

11. APARELHO, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que o elemento de mistura inclui pelo menos cincoranhuras de entrada e pelo menos cinco ranhuras de saída.

12. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o espaço oco do cilindro possui formatocilíndrico.

13. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o aparelho é parte de um extrusor de polímero.

14. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o aparelho é o extrusor de polímero de umamáquina de moldagem por injeção.

15. APARELHO, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que a zona de medição não possui mais de umpasso, e sendo que o elemento de mistura encontra-se localizado naextremidade de saída da zona de medição.