BR102014019925A2

BR102014019925A2 - Processo de fabricação de filmes tubulares e filmes planos com o uso de extrusoras co- rotantes, contra-rotantes e mono roscas de alta capacidade de homogeneização

Info

Publication number: BR102014019925A2
Application number: BR102014019925-0A
Authority: BR
Inventors: Brian Elias Moura Herman
Original assignee: Brian Elias Moura Herman
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2018-01-02

Abstract

processo de fabricação de filmes tubulares e filmes planos com o uso de extrusoras co-rotantes, contra-rotantes e mono roscas de alta capacidade de homogeneização que foi desenvolvida com a finalidade de possibilitar um processo da extrusão, usando extrusoras dupla-roscas co-rotantes contra- rotantes e mono roscas de alta capacidade de homogeneização que engloba em uma mesma etapa de fabricação, todas as outras etapas necessárias quando se utiliza o processo de produção com extrusoras mono roscas. o uso destas extrusoras proporciona o emprego direto de todos os componentes sem a necessidade de preparação prévia de qualquer item em separado. o emprego deste equipamento também proporciona o uso de maior concentração de componentes como o carbonato de cálcio.

Description

(54) Título: PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE FILMES TUBULARES E FILMES PLANOS COM O USO DE EXTRUSORAS CO-ROTANTES, CONTRA-ROTANTES E MONO ROSCAS DE ALTA CAPACIDADE DE HOMOGENEIZAÇÃO (51) Int. Cl.: B29C 47/08; B29C 49/08; B29C 47/00; B29C 55/28 (52) CPC: B29C 47/08, B29C 49/08, B29C 47/0054, B29C 47/0021, B29C 47/0026, B29C 55/28 (73) Titular(es): HERMAN BRIAN ELIAS MOURA (72) Inventor(es): HERMAN BRIAN ELIAS MOURA (74) Procurador(es): INTERAÇÃO MARCAS E PATENTES LTDA (57) Resumo: PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE FILMES TUBULARES E FILMES PLANOS COM O USO DE EXTRUSORAS COROTANTES, CONTRA-ROTANTES E MONO ROSCAS DE ALTA CAPACIDADE DE HOMOGENEIZAÇÃO que foi desenvolvida com a finalidade de possibilitar um processo da extrusão, usando extrusoras dupla-roscas corotantes contra- rotantes e mono roscas de alta capacidade de homogeneização que engloba em uma mesma etapa de fabricação, todas as outras etapas necessárias quando se utiliza o processo de produção com extrusoras mono roscas. O uso destas extrusoras proporciona o emprego direto de todos os componentes sem a necessidade de preparação prévia de qualquer item em separado. O emprego deste equipamento também proporciona o uso de maior concentração de componentes como o Carbonato de Cálcio.

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1/8 “PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE FILMES TUBULARES E FILMES PLANOS COM O USO DE EXTRUSORAS CO-ROTANTES, CONTRAROTANTES E MONO ROSCAS DE ALTA CAPACIDADE DE HOMOGENEIZAÇÃO”.

001 Refere-se o presente pedido de patente de invenção, a um “PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE FILMES TUBULARES E FILMES PLANOS COM O USO DE EXTRUSORAS CO-ROTANTES, CONTRA-ROTANTES E MONO ROSCAS DE ALTA CAPACIDADE DE HOMOGENEIZAÇÃO” que foi desenvolvida com a finalidade de possibilitar um processo da extrusão, usando extrusoras dupla-roscas co-rotantes contra-rotantes e mono roscas de alta capacidade de homogeneização que engloba em uma mesma etapa de fabricação, todas as outras etapas necessárias quando se utiliza o processo de produção com extrusoras mono roscas comuns o uso de extrusoras co-rotantes contra-rotantes e mono roscas de alta capacidade de homogeneização proporciona o emprego direto de todos os componentes sem a necessidade de preparação prévia de qualquer item em separado. O emprego deste equipamento também proporciona o uso de maior concentração de componentes como o Carbonato de Cálcio em forma de pó.

002 A primeira máquina extrusora para termoplásticos surgiu em 1935, criada por Paul Troester na Alemanha. Antes só eram usadas para borracha, aquecidas por vapor, tanto com rosca, como com pistão. Depois de 1935 começaram a aparecer máquinas com aquecimento elétrico. Enquanto isso, o princípio básico de extrusoras com duas roscas foi concebido na Itália por Roberto Colombo.

003 Nesta época todas as máquinas eram alimentadas com matéria-prima já fundida, mas a partir da década de 50 começaram a aparecer estudos científicos sobre transporte e plastificação de material sólido.

004 Normalmente o polímero sólido, em grãos, flocos ou pó, previamente colocado na máquina é aquecido, plastificado e pressionado pela extrusora para

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2/8 dentro do canal de uma matriz, cuja parte frontal possui uma abertura no formato da seção transversal do produto pretendido.

005 A máquina extrusora de plásticos possui vários componentes, que variam de número, dimensão, função e sofisticação conforme o tipo de processo, geometria e especificações do produto, tamanho de produção, etc. Contudo, alguns elementos fundamentais são encontrados em toda extrusora, pois são responsáveis pela alimentação, plastificação e transporte da matéria-prima até a matriz de extrusão, onde o plástico é conformado. Alguns autores afirmam que a extrusora é a mais importante peça do maquinário da indústria de processamento de polímeros, pois participa ou compõe todos os principais processos de transformação. Esta afirmação é feita porque muitos profissionais da área costumam denominar de “extrusora” a unidade responsável pela alimentação, plastificação e transporte de máquinas para outros processos de transformação de polímeros, como injeção e sopro. No mais empregado tipo de máquina sopradora, por exemplo, o parison é formado por um conjunto de elementos que não deixam de ser os mesmos de uma máquina extrusora de tubos de PVC [policloreto de vinila]. (CEFET, 2004).

006 Pode-se dizer, então, que as extrusoras têm a função de plastificar, homogeneizar e transportar o plástico até a matriz, forçando o material a passar por sua abertura, tomando assim sua forma.” (CEFET, 2004).

007 O processo de filme de balão, é um dos principais métodos de fabricação de produtos de filme. É usado em uma grande variedade de produtos, desde simples filmes monocamada até estruturas multicamada utilizadas em embalagens de alimentos. Os filmes geralmente têm menos de 0,254 mm em espessura, embora um filme de balão possa ter até 0,5 mm. (DOW, c2011).

008 Uma extrusora consiste essencialmente de um cilindro em cujo interior gira um parafuso de Arquimedes (rosca sem-fim), que promove o transporte do material plástico. Este é progressivamente aquecido, plastificado e comprimido,

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3/8 sendo forçado através do orifício de uma matriz montada no cabeçote existente na extremidade do cilindro. O aquecimento é promovido ao longo do cilindro e no cabeçote, geralmente por resistências elétricas, vapor ou óleo. O material assim amolecido e conformado é submetido a um resfriamento. Desta forma, o processo de extrusão pode ser utilizado para obtenção de filmes de PEBD [polietileno de baixa densidade], para uso como saco plástico, ou tubos de PVC [policloreto de vinila] ou PE [polietileno].

009 A extrusora de filme é constituída basicamente de um tubo contendo um parafuso ou rosca sem fim, e que é utilizado na extrusão de plásticos. A extrusão consiste num processo de fabricação de um semi-manufaturado contínuo de plástico ou elastômero. O plástico é alimentado na parte traseira do tubo, sendo conduzido para a parte frontal do tubo pela rosca em rotação.

010 Durante esse percurso, o plástico é aquecido por ação de resistências elétricas e do atrito com o parafuso. No final do percurso, deverá estar totalmente plastificado ou fundido, sendo então comprimido contra uma matriz que conterá o desenho do perfil a ser aplicado ao plástico. Ao sair, o semimanufaturado é resfriado e bobinado, e passa para a última etapa do processo, o corte e solda. (MC PLÁSTICOS LTDA., c2006b).

011 As extrusoras mais empregadas são as extrusoras de rosca sem fim, principalmente as monofuso. As extrusoras recíprocas são utilizadas como unidade de plastificação de injetoras e de alguns modelos de sopradoras. Em extrusão, são mais vantajosas apenas para algumas aplicações bastante específicas. As extrusoras de disco e tambor são ainda menos encontradas, pois, em linhas gerais, são máquinas experimentais. As extrusoras de rosca sem fim são utilizadas em todos os principais tipos de extrusão, tendo a mesma concepção básica, embora difiram significativamente quanto ao seu aspecto e equipamentos pós-extrusão (necessários para o resfriamento, calibragem,

5/16 puxamento e algumas operações posteriores, como corte, estiramento ou bobinamento).

012 De acordo com o Centro Federal de Educação Tecnológica (2004), as extrusoras podem ser utilizadas não só para a produção de artigos plásticos, mas também para a preparação de matéria-prima. Extrusoras com dois parafusos paralelos (bifuso ou rosca dupla) especiais são muito empregadas para misturar um ou mais polímeros e aditivos, produzindo pellets de materiais compostos, para futura transformação por injeção, sopro ou extrusão.

013 Independentemente do tipo e configuração, o conjunto extrusora-matriz deve executar cinco funções principais:

- Transporte de material sólido;

- Plastificação;

- Transporte de material plastificado;

- Homogeneização (mistura);

- Conformação (pela matriz e calibradores).

014 Para cada processo é exigido um diferente grau de homogeneização do polímero. Por isso, nem todas as máquinas são boas misturadoras. Uma máquina convencional de rosca simples para extrusão de perfis de PE [polietileno], por exemplo, não é tão boa misturadora como uma máquina para composição de matéria-prima.

015 “Transporte de sólidos e plastificação não acontecem em extrusoras que usam a resina já fundida para o processamento. Porém, a maioria das extrusoras é alimentada por partículas sólidas.” (CEFET, 2004).

016 Quase 100% dos equipamentos atualmente empregados na produção de artigos extrudados são máquinas de rosca sem fim. Destas, as de rosca dupla contra-rotantes têm emprego voltado principalmente à extrusão de tubos e perfis de PVC [policloreto de vinila]. Na extrusão de filmes, filamentos, chapas para

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5/8 termoformagem, tubos e perfis de PE [polietileno], PP [polipropileno] e PS [poliestireno], praticamente apenas as máquinas monofiiso são empregadas.

017 Ocorre que as extrusoras monofiiso não permite a obtenção de filmes com adição de diferentes componentes para que sejam conferidas diferentes qualidades e funcionalidades técnicas. Para que se possam adicionar estes componentes na resina base de Polietileno é necessário fazer uma preparação prévia destes componentes, pois extrusoras mono-roscas são ineficientes para a homogeneização de diferentes materiais.

018 Devido a esta necessidade de se preparar antecipadamente os aditivos ou componentes que se pretende façam parte do mesmo produto tais como o Carbonato de Cálcio, tem-se o emprego de mais etapas no processo com mais emprego de mão de obra, gasto de energia, uso de vários equipamentos, fazendo que com isso se tenha os custos de fabricação bastante aumentados.

019 Assim o primeiro objetivo da presente invenção é a obtenção de filmes com adição de diferentes componentes, principalmente os componentes que são em forma de pó, para que sejam conferidas diferentes qualidades e funcionalidades técnicas, através da utilização de extrusoras dupla roscas corotantes, que comporta uma alta capacidade de homogeneização de diferentes materiais em um só processo.

020 É também objetivo da presente a utilização extrusoras dupla-roscas corotantes, CONTRA-ROTANTES E MONO ROSCAS DE ALTA CAPACIDADE DE HOMOGENEIZAÇÃO que englobam em uma mesma etapa de fabricação, todas as outras etapas necessárias quando se utiliza o processo de produção com extrusoras mono roscas. O uso de extrusoras corotantes, contra-rotantes e mono roscas de alta capacidade de homogeneização proporciona o emprego direto de todos os componentes sem a necessidade de preparação prévia de qualquer item em separado principalmente os que estão em forma de pó tais como o carbonato de Cálcio e o Dióxido de Titânio. O emprego

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6/8 deste equipamento também proporciona o uso de maior concentração de componentes como o Carbonato de Cálcio, entre 15 e 50%.

021 Outro objetivo do presente pedido e a introdução de uma bomba de engrenagens que desenvolve a função de bombear a resina plástica fundida para dentro do cabeçote tomando o fluxo da resina plástica fundida uniforme e em alta pressão o que confere ao processo estabilidade e uniformidade do produto. 022 A extrusoras co-rotantes, contra-rotantes e mono roscas de alta capacidade de homogeneização podem ser alimentadas pelas matérias-primas desejadas, que estão sob qualquer forma: pós, grânulos, flocos, pedaços de película de polímero para reciclar, líquidos, o aditivo é, preferivelmente, um sólido ou um líquido, dessa forma o material não necessita ser composto primeiramente em uma extrusora monofuso ou de qualquer outra natureza.

023 o processo da invenção é caracterizado pelo fato de que a aplicação de alta pressão ocorrer através da introdução na extrusora co-rotante, contrarotantes e mono roscas de alta capacidade de homogeneização, de uma bomba de engrenagens posicionada na saída da assim denomidada extrusora, a dita bomba vai permitir um controle da pressão, e em particular, vai permitir que a pressão na entrada da matriz tubular seja sempre a mesma assegurando um fluxo constante de massa.

024 A matéria prima é alimentada por meio de um ou mais alimentadores. Cada dispositivo de alimentação pode conter de uma a várias unidades de dosagem. O polímero é alimentado, por si só ou em combinação com aditivos. 025 Esta alimentação pode ocorrer em um ou mais funis de alimentação, de preferência na secção traseira da rosca. No entanto, alguns aditivos podem ser adicionados mais tarde, por exemplo em um segundo funil.

026 Durante o processo, a mistura é transportada, misturado e comprimido os materiais de acordo com a configuração das roscas e a velocidade de rotação das mesmas. O desenho dos elementos da rosca, a velocidade de rotação delas e a

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7/8 temperatura são determinadas de acordo com os materiais utilizados na obtenção do filme.

027 Uma característica primordial da presente invenção é que a matéria-prima não necessita de ser composta em outra extrusora, o que significa que os polímeros e os aditivos podem ser usados sob qualquer forma (pó, grânulos, flocos, pedaços de película de polímero para reciclar, líquidos ), e não apenas sob a forma de granulados. Assim, elimina-se o primeira extrusão comumente utilizada podendo-se obter um filme através de extrusão de polímero bruto e aditivos, como tal, em um único procedimento.

028 Na presente invenção um dos materais utilizados pode ser a poliolefina . A poliolefina é, preferencialmente, de polietileno ou de polipropileno, em particular polietileno de baixa densidade, polietileno de baixa densidade linear, polietileno de alta densidade, polietileno de ultra-elevado peso molecular, de polietileno reticulado , alta densidade de polietileno reticulado, polietileno de média densidade, polietileno de muito baixa densidade, e polyprolpylene isotático, bem como seus copolímeros e suas misturas. Biopolietileno também conhecido como polietileno renovável.

029 Os aditivos também podem ser adicionados . Tais aditivos são de preferência seleccionados a partir do grupo que consiste em cargas minerais ou naturais (tais como carbonato de cálcio), fibras orgânicas ou inorgânicas, polímeros reciclados e matrizes de líquidos. Os aditivos são de preferência sob a forma sólida ou líquida.

030 Para que se possa obter uma perfeita compreensão do que fora desenvolvido, são apensos desenhos ilustrativos aos quais fazem-se referências numéricas em conjunto com uma descrição pormenorizada que se segue, onde a: 031 A Figura 1 mostra uma vista em perspectiva da extrusora.

032 Como ilustra a figura e em seus pormenores, o “PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE FILMES TUBULARES E FILMES PLANOS COM O

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USO DE EXTRUSORAS CO-ROTANTES, CONTRA-ROTANTES E MONO ROSCAS DE ALTA CAPACIDADE DE HOMOGENEIZAÇÃO compreendido por uma extrusora dupla rosca (1) provida superiormente de um alimentador (2) dotado ou não de dispositivo dosador, sendo a secção frontal das roscas (3) verifica-se flange de ligação (4) seguida por uma bomba de engrenagens (5) acionada por um eixo cardã (6) ligado a um redutor (7) comandado por um motor (8), sendo a bomba de engrenagens (5) a matriz tubular (9) por tubo flangeado (10).

033 Com base no descrito e ilustrado, podemos verificar que o PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE FILMES TUBULARES E FILMES PLANOS COM O USO DE EXTRUSORAS CO-ROTANTES, CONTRA-ROTANTES E MONO ROSCAS DE ALTA CAPACIDADE DE HOMOGENEIZAÇÃO traz enormes vantagens, uma vez que a mistura de componentes (de distribuição e/ou de dispersão) é melhorada, sendo possível aumentar o teor de aditivos na película, em comparação com o teor máximo de aditivos nos filmes fabricados pelo sistema convencional. As propriedades, em particular, a aparência e as propriedades mecânicas, de um filme contendo altas quantidades de enchimento, por exemplo, carbonato de cálcio, são melhoradas quando a referida película é fabricada pelo processo da dupla rosca em etapa unica em comparação com um filme fabricado por um processo de duas etapas convencional.

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Claims

REIVINDICAÇÃO

1- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE FILMES TUBULARES E FILMES PLANOS COM O USO DE EXTRUSORAS CO-ROTANTES, CONTRAROTANTES E MONO ROSCAS DE ALTA CAPACIDADE DE HOMOGENEIZAÇÃO caracterizado por um processo de alta pressão para a preparação de uma película de polímero por extrusão - sopragem pelo fato de compreender as seguintes etapas sucessivas:

- uma alimentação de um extrusora co-rotante, atráves de alimentadores com a matéria-prima que consiste em polímeros e aditivos, referida matéria-prima não necessita de ser composta em uma primeira etapa na extrusora monofuso e do aditivo compreender fibras sólidas;

- passar a matéria-prima pela dupla roscas corotantes contra-rotantes e mono roscas de alta capacidade de homogeneização, que comporta uma alta capacidade de homogeneização de diferentes materiais em um só processo;

- passar o materaial extrudado por uma bomba de engrenagens posicionada na saída da dupla rosca;

- pela bomba de engrenagens possibilitar o controle da pressão, de modo que a pressão na entrada da matriz tubular seja sempre a mesma assegurando um fluxo constante de massa.
2- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE FILMES TUBULARES E FILMES PLANOS COM O USO DE EXTRUSORAS CO-ROTANTES, CONTRAROTANTES E MONO ROSCAS DE ALTA CAPACIDADE DE HOMOGENEIZAÇÃO de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pela extrusora ser de dupla rosca.
3- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE FILMES TUBULARES E FILMES PLANOS COM O USO DE EXTRUSORAS CO-ROTANTES, CONTRAROTANTES E MONO ROSCAS DE ALTA CAPACIDADE DE HOMOGENEIZAÇÃO de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pela

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2/3 saída das duplas rosca receber o acoplamento de uma bomba de engrenagens.
4- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE FILMES TUBULARES E FILMES PLANOS COM O USO DE EXTRUSORAS CO-ROTANTES, CONTRAROTANTES E MONO ROSCAS DE ALTA CAPACIDADE DE HOMOGENEIZAÇÃO de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelas duplas roscas serem alimentadas diretamente através de funis alimentadores de matéria prima.
5- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE FILMES TUBULARES E FILMES PLANOS COM O USO DE EXTRUSORAS CO-ROTANTES, CONTRAROTANTES E MONO ROSCAS DE ALTA CAPACIDADE DE HOMOGENEIZAÇÃO de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pela extrusoras co-rotantes contra-rotantes e mono roscas de alta capacidade de homogeneização ser alimentada pelas matérias-primas desejadas, que estão sob qualquer forma: pós, grânulos, flocos, pedaços de película de polímero para reciclar, líquidos, o aditivo é, preferivelmente, um sólido ou um líquido, eliminando que o material seja composto primeiramente em uma extrusora monofuso.
6- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE FILMES TUBULARES E FILMES PLANOS COM O USO DE EXTRUSORAS CO-ROTANTES, CONTRAROTANTES E MONO ROSCAS DE ALTA CAPACIDADE DE HOMOGENEIZAÇÃO de acordo com a reivindicação 1 caracterizado bomba de engrenagens que desenvolve a função de bombear a resina plástica fundida para dentro do cabeçote tomando o fluxo da resina plástica fundida uniforme e em alta pressão o que confere ao processo estabilidade e uniformidade do produto.
7- PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE FILMES TUBULARES E FILMES PLANOS COM O USO DE EXTRUSORAS CO-ROTANTES, CONTRAROTANTES E MONO ROSCAS DE ALTA CAPACIDADE DE

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HOMOGENEIZAÇÃO de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo processo proporciona o uso de maior concentração de componentes como o Carbonato de Cálcio.

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