BR112014025867B1

BR112014025867B1 - método de produção de produto de isolamento de lã mineral moldado

Info

Publication number: BR112014025867B1
Application number: BR112014025867-8A
Authority: BR
Inventors: Gert R. Julius Mueller; Robert W. Zembrodt; Charles Fitch Appley; Walter A. Johnson; Steven Lee Collings
Original assignee: Knauf Insulation Gmbh
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2021-02-23
Also published as: US20180104860A1; MX2014012666A; US10889026B2; US20200384668A1; CA2870898A1; US20150091209A1; WO2013158853A1; EP2838703A1; US11318639B2; EP2838703B1; CA2870898C

Abstract

SISTEMA DE MOLDAGEM, E PROCESSO DE MOLDAGEM Um processo de moldagem (100) compreendendo a etapa de inserção de uma peça em bruto não curada (102) em uma cavidade de molde (14) formada em um sistema de moldagem, tal peça em bruto não curada incluindo fibras e ligante não curado, transferência de calor do sistema de moldagem para um gás pressurizado fresco (108) para estabelecer um gás pressurizado quente, injeção do gás pressurizado quente para dentro da cavidade de molde (110), e transferência de calor (112) do gás pressurizado quente para a peça em bruto não curada para causar a cura do ligante não curado e estabelecer um produto curado (114). 1/1

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A ARQUIVOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica prioridade, de acordo com o 35 U.S.C. seção 119(e) (Código dos Estados unidos) para o Pedido Provisório U.S. N° de Série 61/625888, despositado em 18 de abril de 2012, e Pedido Provisório U.S. N° de Série 61/779713, despositado em 13 de março de 2013, ambos os quais são expressamente incorporados aqui por referência.

ANTECEDENTES

[002] A presente descrição se refere a um processo para fabricar um produto de isolamento e, em particular, a um processo de moldagem. Mais particularmente, a presente descoberta se refere a um processo de moldagem para fabricar um produto de isolamento onde o ligante incluído no produto para isolamento é curado durante o processo de moldagem.

SUMÁRIO

[003] Um molde para a fabricação de um produto curado pode incluir uma primeira ferramenta de molde e uma segunda ferramenta de molde. A segunda ferramenta de molde pode ser acoplada à primeira ferramenta de molde para se mover em relação à primeira ferramenta de molde entre uma posição aberta e uma posição fechada, na qual uma cavidade de molde é formada entre a primeira e a segunda ferramentas de molde, quando a segunda ferramenta de molde está na posição fechada.

[004] Em algumas configurações, um sistema de moldagem pode incluir uma primeira unidade de molde e uma segunda unidade de molde. A segunda unidade de molde pode se mover em relação à primeira unidade de molde entre uma posição aberta e uma posição fechada na qual uma cavidade de molde pode ser formada entre a primeira e a segunda unidades de molde, quando a segunda unidade de molde está na posição fechada. A segunda unidade de molde pode ser acoplada a uma fonte de calor para fazer com que a segunda unidade de molde tenha uma temperatura de moldagem. A temperatura de moldagem pode ser configurada para curar um ligante incluído em uma peça em bruto não curada.

[005] Em algumas configurações, a primeira unidade de molde pode ser formada para incluir uma passagem em conexão fluida com uma fonte de gás pressurizado. A primeira unidade de molde pode ainda ser formada para incluir uma matriz de orifícios formados na primeira unidade de molde, que são dispostos de modo a abrir para dentro da passagem para fazer com que o gás pressurizado se comunique através da passagem com a cavidade de molde quando a segunda unidade de molde está na posição fechada. À medida que o gás pressurizado flui através da passagem, o calor pode ser transferido da unidade de molde para o gás pressurizado para fazer com que seja estabelecido um gás pressurizado quente antes de o gás pressurizado quente entrar na cavidade de molde.

[006] Em algumas configurações, a segunda unidade de molde pode ser formada para incluir uma passagem em conexão fluida com uma fonte de gás pressurizado. A segunda unidade de molde pode ser ainda formada para incluir uma matriz de orifícios formados na segunda unidade de molde que são dispostos de modo a abrir para dentro da passagem para fazer com que o gás pressurizado se comunique, a partir da passagem, com a cavidade de molde quando a segunda unidade de molde está na posição fechada. À medida que o gás pressurizado flui através da passagem, o calor pode ser transferido da unidade de molde para o gás pressurizado para fazer com que seja estabelecido um gás pressurizado quente antes de o gás pressurizado quente entrar na cavidade de molde.

[007] Em algumas configurações, a primeira e a segunda unidades de molde podem ser formadas para incluir uma passagem em conexão fluida com uma fonte de gás pressurizado. A segunda unidade de molde pode ainda ser formada para incluir uma matriz de orifícios que são dispostos de modo a abrir para dentro da passagem de cada unidade de molde para fazer com que o gás pressurizado se comunique, a partir de cada passagem, com a cavidade de molde quando as unidades de molde estão na posição fechada. À medida que o gás pressurizado flui através das passagens, o calor pode ser transferido das unidades de molde para o gás pressurizado para fazer com que seja estabelecido um gás pressurizado quente antes de o gás pressurizado quente entrar na cavidade de molde.

[008] Em algumas configurações, o gás pressurizado quente pode ter uma temperatura de gás quente. A temperatura do gás quente pode ser aproximadamente igual à temperatura de moldagem. A temperatura do gás quente pode ser pelo menos cerca de 100 graus Fahrenheit, por exemplo, pelo menos: cerca de 120 graus Fahrenheit a cerca de 150 graus Fahrenheit, cerca de 200 graus Fahrenheit a cerca de 250 graus Fahrenheit, ou cerca de 300 graus Fahrenheit. A temperatura do gás quente não pode ser mais do que cerca de 500 graus Fahrenheit, por exemplo, não mais do que: cerca de 450 graus Fahrenheit, cerca de 400 graus Fahrenheit, ou cerca de 350 graus Fahrenheit.

[009] Em algumas configurações, a passagem pode incluir uma porção de perímetro e uma porção de distribuição. A porção de perímetro pode ser disposta para se prolongar em torno de um perímetro da segunda unidade de molde para fazer com que o calor seja transferido da segunda unidade de molde para o gás pressurizado para fazer com que seja estabelecido um gás pressurizado quente. A porção de distribuição pode estar em comunicação fluida com a porção de perímetro e em comunicação fluida com a matriz de orifícios para fazer com que o gás pressurizado quente seja entregue à cavidade de molde. A passagem pode ser configurada para fazer com que a temperatura de gás quente do gás pressurizado quente seja alcançada antes de o gás pressurizado quente se mover através da matriz de orifícios.

[010] Em algumas configurações, o gás pressurizado pode ter uma temperatura de gás frio. A temperatura do gás frio pode ser aproximadamente igual à temperatura ambiente. A temperatura do gás frio não pode ser mais do que cerca de 80 graus Fahrenheit, por exemplo, não mais do que: cerca de 70 graus Fahrenheit, ou cerca de 60 graus Fahrenheit. A temperatura do gás frio pode ser de pelo menos cerca de 50 graus Fahrenheit, por exemplo, pelo menos de cerca de 40 graus Fahrenheit.

[011] Um processo de moldagem pode incluir várias etapas. O processo de moldagem pode incluir uma etapa de inserção de uma peça em bruto não curada na cavidade de molde formada em um sistema de moldagem. A peça em bruto não curada pode incluir fibra e ligante não curado.

[012] Em algumas configurações, o processo de moldagem pode incluir uma etapa de transferência de calor do sistema de moldagem para um gás pressurizado fresco para que seja estabelecido um gás pressurizado quente. O processo de moldagem pode incluir uma etapa de injeção do gás pressurizado quente para dentro da cavidade de molde.

[013] Em algumas configurações, o processo de moldagem pode incluir a etapa de transferência de calor do gás pressurizado quente para a peça em bruto não curada para causar a cura do ligante e estabelecer um produto curado. O processo de moldagem pode incluir uma etapa de transferência de calor do sistema de molde para a peça em bruto não curada para causar a cura do ligante não curado.

[014] Em algumas configurações, o ligante não curado pode ser substancialmente isento de formaldeído. O ligante pode ser a base de em um sistema ligante de componente carboidrato/componente contendo nitrogênio, isto é, o(s) componente(s) carboidrato e o(s) componente(s) contendo nitrogênio podem ser os principais componentes do ligante não curado. Por conseguinte, a quantidade total do pelo menos um componente carboidrato e do pelo menos um componente contendo nitrogênio no ligante não curado por peso seco pode ser, pelo menos, 20% em peso com base no peso total do ligante não curado. Por exemplo, a quantidade total do pelo menos um componente carboidrato e do pelo menos um componente contendo nitrogênio por peso seco do ligante não curado pode ser, pelo menos, 30% em peso, 40% em peso, 50% em peso, 60% em peso, 70% em peso, 80% em peso, 905 em peso, 95% em peso, ou 98% em peso.

[015] A quantidade de ligante presente, em peso, no produto moldado expressa como perda ao fogo (LOI do inglês Loss on Ignition), não pode ser de mais de cerca de 25%, por exemplo não mais de: cerca de 20% ou cerca de l8%; ela pode ser de pelo menos 5%, por exemplo, pelo menos: cerca de 8%, cerca de 10% ou cerca de 12%.

[016] O tempo de ciclo para a produção de um produto moldado pode não ser de mais do que cerca de 10 minutos, por exemplo, não mais do que: cerca de 9 minutos, cerca de 8 minutos, cerca de 7 minutos, cerca de 6 minutos, ou cerca de 5 minutos. O tempo do ciclo pode ser de pelo menos cerca de 30 segundos, por exemplo, pelo menos: cerca de 60 segundos, ou cerca de 90 segundos.

[017] O tempo de ciclo para a produção de um produto moldado não pode ser de mais do que cerca de 10 minutos, por exemplo, não mais do que: cerca de 9 minutos, cerca de 8 minutos, cerca de 7 minutos, cerca de 6 minutos, ou cerca de 5 minutos. O tempo do ciclo pode ser de pelo menos cerca de 30 segundos, por exemplo, pelo menos: cerca de 60 segundos, ou cerca de 90 segundos.

[018] O produto moldado pode ser um produto de isolamento de lã mineral, por exemplo, um produto de isolamento de lã de vidro ou de lã de rocha. O produto curado pode ter uma condutividade térmica de não mais do que cerca de 0,04 W/mK, por exemplo, não mais do que: cerca de 0,035 W/mK ou cerca de 0,033 W/mK. O produto curado pode ser um produto de isolamento acústico mineral.

[019] O produto moldado pode ter uma espessura de pelo menos cerca de 1/8 de polegada, por exemplo, pelo menos: cerca de 1/4 de polegada, cerca de 3/4 de polegada, ou cerca de uma polegada. O produto moldado pode ter uma espessura de não mais do que cerca de quatro polegadas, por exemplo, não mais do que: cerca de três polegadas, cerca de 2,5 polegadas, ou cerca de 2,25 polegadas.

[020] O produto moldado pode ter uma densidade de pelo menos cerca de 0,6 libras por pé cúbico, por exemplo, de pelo menos: cerca de uma libra por pé cúbico, cerca de 1,2 libras por pé cúbico, ou cerca de 1,6 libras por pé cúbico. O produto moldado pode ter uma densidade de não mais do que cerca de 13 libras por pé cúbico, por exemplo, não mais do que: cerca de 10 libras por pé cúbico, cerca de 8 libras por pé cúbico, ou cerca de 6 libras por pé cúbico.

[021] Características adicionais da presente descoberta se tornarão evidentes para os técnicos no assunto após consideração das configurações ilustrativas que exemplificam a melhor maneira de realizar a descoberta tal como entendida atualmente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[022] A descrição detalhada se refere em particular às figuras anexas em que:

[023] A Figura 1 é uma vista esquemática de um processo de moldagem de acordo com a presente descoberta;

[024] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma ferramenta de molde simplificada em conformidade com a presente descoberta mostrando uma matriz de orifícios de 1/16 polegadas formados em uma superfície interna da ferramenta de molde de modo que o ar quente flua para dentro de uma cavidade de molde e sugerindo que a ferramenta de molde é aquecida por uma fonte externa;

[025] A Figura 3 é uma vista parcial em perspectiva da ferramenta de molde da Fig. 2 que mostra uma série de vias de passagem perfuradas na ferramenta de molde em um padrão configurado para proporcionar tempo suficiente para que o calor seja transferido para o gás pressurizado frio introduzido nas passagens ao longo de um canto dianteiro direito da ferramenta de molde, de modo que um gás pressurizado quente flua através da matriz de orifícios formada na superfície interna da ferramenta de molde;

[026] A Figura 4 é uma vista em perspectiva de um porta-moldes de acordo com a presente descoberta mostrando uma matriz de orifícios formada em uma superfície interna do porta-moldes para a transferência de um gás quente para dentro de uma parte não curada;

[027] A Figura 5 é uma vista parcial em perspectiva do porta-moldes aquecido eletricamente da Fig. 4, mostrando uma série de ranhuras formadas no porta-moldes que são configuradas para receberem aquecedores elétricos associados nestas, para aquecer o porta-moldes;

[028] A Figura 6 é uma vista parcial em perspectiva do porta-moldes das Figuras 4 e 5 mostrando uma série de passagens de ar perfuradas no porta-moldes, que estão configuradas para transferir gás quente através de orifícios e para dentro da parte não curada e que a série de passagens está localizada entre as ranhuras formadas no porta-moldes para aquecedores elétricos;

[029] A Figura 7 é uma vista parcial em perspectiva do porta-moldes das Figuras 4 a 6 mostrando que uma passagem de aquecimento é formada no porta-moldes aquecido que recebe o gás pressurizado frio em um ponto inferior esquerdo do porta-moldes aquecido e move o gás pressurizado frio ao longo de um perímetro do porta-moldes para transferir calor para o gás pressurizado frio para proporcionar gás pressurizado quente antes que o gás pressurizado quente seja transferido para as passagens de ar e através dos orifícios;

[030] A Figura 8 é um gráfico que mostra a temperatura em função do tempo para vários termopares (símbolos) embutidos em uma peça moldada em uma ferramenta de molde de teste, tal como sugerido na Fig. 9 e que mostra os dados do modelo computacional de dinâmica de fluidos para cada localização correspondente mostrada como uma linha cheia, com a cor de cada linha correspondente à cor de cada símbolo;

[031] A Figura 9 é uma planta baixa de uma ferramenta de molde de teste mostrando os locais de cada termopar utilizado para preparar o gráfico da Fig. 8;

[032] A Figura 10 é uma fotografia de uma simulação mostrando as temperaturas em vários locais em uma ferramenta de molde de amostra durante a modelagem computacional de dinâmica de fluidos após cerca de dez segundos;

[033] A Figura 11 é uma vista semelhante à da Fig. 10 após cerca de 30 segundos;

[034] A Figura 12 é uma vista semelhante à da Fig. 11 após cerca de 60 segundos;

[035] A Figura 13 é uma vista semelhante à da Fig. 12 após cerca de 210 segundos;

[036] A Figura 14 é uma fotografia de uma simulação mostrando as velocidades do fluido em vários locais em um plano central do produto não curado durante a modelagem computacional de dinâmica de fluidos após 30 segundos;

[037] A Figura 15 é uma fotografia de uma simulação mostrando as temperaturas de peças moldadas no plano central durante a modelagem computacional de dinâmica de fluidos após 30 segundos;

[038] A Figura 16 é uma fotografia de uma simulação mostrando as temperaturas do gás quente no plano central durante a modelagem computacional de dinâmica de fluidos após cerca de 30 segundos;

[039] A Figura 17 é uma fotografia de uma simulação mostrando as temperaturas do gás à medida que o gás se move através das passagens formadas no molde de teste durante a modelagem computacional de dinâmica de fluidos após cerca de 353 segundos; e

[040] A Figura 18 é uma fotografia de uma simulação mostrando as velocidades do gás à medida que o gás se move através das passagens formadas na ferramenta de molde de teste durante a modelagem computacional de dinâmica de fluidos após 353 segundos;

DESCRIÇÃO DETALHADA

[041] Um sistema de moldagem 10 de acordo com a presente descoberta inclui uma primeira unidade de molde 11 e uma segunda unidade de molde 12, como sugerido nas figuras 2 a 7. Juntas, a primeira e a segunda unidades de molde 11, 12 cooperam para definir uma cavidade de molde 14 entre elas, que é formada no sistema de moldagem. Durante um processo de moldagem 100, um produto não curado está localizado entre as unidades de molde 11, 12 na cavidade de molde 14 onde são aplicados calor e pressão ao produto não curado para proporcionar um produto curado conforme mostrado na Fig. 1. O produto não curado inclui ligante não curado e fibras. Em um exemplo as fibras são de vidro.

[042] Cada unidade de molde 11, 12 é formada para incluir uma superfície interna 20 configurada para se engatar e encaixar com o produto não curado e fornecer uma forma ao produto curado. Cada unidade de molde 11, 12 é formada para incluir uma passagem 22 através da qual um gás pressurizado é transferido à mesma, conforme mostrado nas Figs. 3 e 7. Uma matriz de orifícios 24 é formada na superfície interna 20 de cada unidade de molde 11, 12 e cada orifício está disposto para se abrir para dentro da passagem 22 de modo a permitir que o gás pressurizado se mova de uma fonte de gás, através da passagem 22, para fora da matriz de orifícios 24 e para dentro da cavidade de molde 14.

[043] Em um exemplo, a unidade de molde 11 é um porta-moldes 11P usado para formar produtos curados relativamente planos conforme sugerido nas Figuras 4 a 7. Em outro exemplo, a unidade de molde 11 é uma ferramenta 11T usada para formar produtos curados com contornos ou curvos, conforme sugerido nas Figuras 2 e 3. A unidade de molde 11 é feita, por exemplo, de metal e aquecida de modo a que a unidade de molde 11 permaneça quente durante o processo de moldagem 100.

[044] Em um exemplo de uso, o gás pressurizado é fornecido por uma fonte de gás a uma temperatura relativamente fria. A temperatura fria/fresca pode ser de cerca de 70 graus Fahrenheit. O gás pressurizado é fornecido para a passagem 22, onde o gás se move através de uma porção de perímetro 22P da passagem que se estende ao longo de um perímetro 26 da unidade de molde, conforme sugerido nas Figuras 3 e 7. A medida que o gás pressurizado se move ao longo da porção de perímetro 22P da passagem 22, o calor da unidade de molde 11 é transferido para o gás pressurizado para proporcionar um gás pressurizado quente, que é então admitido a uma porção de distribuição 22D da passagem, conforme mostrado nas Figs. 3 e 7. O gás quente é então descarregado da porção de distribuição 22D através da matriz de orifícios 24 para o produto não curado localizado na cavidade de molde 14.

[045] Ligante não curado incluído no produto não curado é curado através da aplicação de calor, de modo que é proporcionado um produto curado. O calor é transferido para o produto não curado por condução a partir da unidade de molde 11 e por convecção do gás quente. Em um exemplo, um produto não curado, marcado como Amostra 1 na Tabela 1 abaixo, é curado em uma unidade de molde por condução apenas em cerca de 7,1 minutos. Em comparação, o mesmo produto não curado é curado na mesma unidade de molde utilizando condução e convecção em cerca de 2,0 minutos. Na Amostra 1, o ligante utilizado no produto não curado é um ligante substancialmente isento de formaldeído. A adição de transferência de calor por convecção através do gás quente causa uma redução de pelo menos 70% no tempo do ciclo quando se utiliza um ligante substancialmente isento de formaldeído.

[046] Exemplos de ligantes isentos de formaldeído e a sua química são descritos nas patentes U.S. 7.854.980 B2, 5.977.232, 7.803.879, 6.699.945, 5.318.990, 6.194.512, publicação PCT/US2006/028929, Pedidos U.S. 11/675413, 12/599858, WO2011/138459 A1 e WO2011/022668, EP1 732968, pedidos de patente EP2386394 e EP2199332A1, pedidos de patente US2009/0275699, e 2007/0292619 (cada um dos quais é incorporado aqui por referência).

[047] Em comparação, outro produto não curado marcado como Amostra 4 na Tabela 1 abaixo, é curado em uma unidade de molde por condução em cerca de três minutos. Em comparação, o mesmo produto não curado é curado na mesma unidade de molde utilizando condução e convecção em cerca de 1,5 minutos. Na Amostra 4, o ligante utilizado no produto não curado é um ligante de fenol-formaldeído (PF) que pode curar mais rapidamente a temperaturas mais baixas. A adição de transferência de calor por convecção através do gás quente causa uma redução de pelo menos 50% no tempo do ciclo quando se utiliza um ligante PF.

[048] Tabela 1: Comparação dos tempos de ciclo

[049] O processo de moldagem 100 de acordo com a presente descoberta usa o sistema de moldagem 10 da presente descoberta conforme mostrado na Fig. 1. O processo de moldagem 100 inclui várias operações que fornecem um gás quente para uma peça em bruto não curada localizada na cavidade de molde 14 do sistema de moldagem para promover a cura do ligante não curado incluído na peça em bruto não curada a ser curada por meio de transferência de calor por convecção do gás quente para a peça em bruto não curada.

[050] No exemplo, a peça em bruto não curada inclui uma camada de acabamento externa, uma primeira manta, uma segunda manta, e uma camada de acabamento interna. Cada manta é feita de um substrato e um ligante não curado. Em um exemplo, o substrato é uma fibra. Por exemplo, a fibra é vidro, celulose, ou lã mineral. Ainda em outro exemplo, o substrato pode ser um laminado ou um compensado. Por exemplo, o laminado ou compensado é uma apara ou partícula de madeira. Além disso, a peça em bruto não curada pode ter qualquer quantidade de mantas e camadas de acabamento. Além disso, a peça em bruto não curada pode incluir uma camada termoplástica, também chamada de entrefolha, localizada entre cada par vizinho de mantas para interligar os pares vizinhos de mantas. A camada de termoplástico também pode estar localizada entre a camada de acabamento e a manta.

[051] Conforme mostrado na Fig. 1, o processo de moldagem 100 começa com uma operação 102 em que uma peça em bruto não curada é inserida na cavidade de molde 14 do sistema de moldagem 10. A sequência do processo de moldagem 100 é uma operação 104 em que o sistema de moldagem 10 é movido para a posição fechada, aprisionando a peça em bruto não curada na cavidade de molde 14. A sequência do processo de moldagem 100 é, então, uma operação 106 em que o calor é transferido da superfície interna 20 do sistema de molde 28 para a peça em bruto não curada por transferência de calor por condução, para iniciar a cura do ligante não curado incluído na peça em bruto, tal como sugerido na Fig. 1.

[052] A sequência do processo de moldagem 100 é, então, uma operação 108 em que o calor é transferido do sistema de moldagem 10 para um gás pressurizado fresco para estabelecer um gás pressurizado quente, tal como sugerido na Fig. 1. O gás pressurizado fresco, por exemplo, tem uma temperatura de cerca de 74 graus Fahrenheit. Em outro exemplo, o gás pressurizado fresco tem uma temperatura semelhante à temperatura ambiente. O gás pressurizado quente, por exemplo, tem uma temperatura de cerca de 100 graus Fahrenheit até cerca de 300 graus Fahrenheit. Em outro exemplo, o gás pressurizado quente tem uma temperatura de cerca de 300 graus Fahrenheit até cerca de 500 graus Fahrenheit.

[053] Uma vez que o gás pressurizado quente é estabelecido, o processo de moldagem 100 prossegue em uma operação 110, conforme mostrado na Fig. 1. Durante a operação 110, o gás pressurizado quente é injetado, através da matriz de orifícios 24 formada na superfície interna 20, na cavidade de molde do sistema de moldagem 10.

[054] A sequência do processo de moldagem 100 é, então, uma operação 112 em que o calor do gás pressurizado quente é transferido do gás pressurizado quente para a peça em bruto não curada por transferência de calor por convecção. Como resultado, o ligante não curado incluído na peça em bruto não curada é curado a uma taxa relativamente mais rápida do que apenas com a transferência de calor por condução. Em um exemplo, a matriz de orifícios 24 pode ser configurada para mover mais gás pressurizado quente através de áreas específicas da peça em bruto não curada que podem exigir um maior fluxo de calor.

[055] A sequência do processo de moldagem 100 é, então, uma operação 114 em que é formado o produto curado. O produto curado recebeu calor suficiente transferido para a peça em bruto não curada para promover a cura de substancialmente todo o ligante.

[056] A sequência do processo de moldagem 100 é, então, uma operação 116 em que o gás pressurizado é ventilado da cavidade de molde 14. A ventilação pode ocorrer na outra unidade de molde 11, 12, se uma única unidade de molde 11, 12 incluir a matriz de orifícios 24. A ventilação também pode ocorrer em uma borda do sistema de molde tal como descrito anteriormente. A ventilação também pode ser contínua ou intermitente. A ventilação através de um perímetro do produto curado minimiza o risco de entupimento da matriz de orifícios 24 e da passagem 22 nas unidades de molde 11, 12 devido à formação de condensados e minimiza a necessidade de limpeza e manutenção.

[057] A sequência do processo de moldagem 100 é, então, uma operação 118 em que o sistema de moldagem 10 é aberto para permitir acesso à cavidade de molde 14. A sequência do processo de moldagem 100 é, então, uma operação 120 em que o produto curado é removido da cavidade de molde 14, conforme sugerido na Fig. 1.

[058] O processo de moldagem 100 pode ser utilizado em uma infraestrutura existente. Como resultado, os custos podem ser minimizados quando da implementação do processo de moldagem 100. Por exemplo, uma ferramenta de molde existente pode ser perfurada para formar as passagens e os orifícios de forma que o gás pressurizado possa ser aquecido e transferido para a cavidade de molde.

[059] O processo de moldagem 100 também proporciona uma cura uniforme do ligante incluído na peça em bruto não curada. O processo de moldagem 100 alcança este resultado minimizando um gradiente de temperatura entre a temperatura de superfície da superfície interna 20 do sistema de moldagem 10 e a temperatura do núcleo do produto curado. Além disso, toda a peça em bruto não curada pode ser aquecida de maneira uniforme com variações mínimas de temperatura. Como resultado, pontos quentes e frios na peça em bruto não curada podem ser minimizados.

[060] O processo de moldagem 100 também pode proporcionar produtos curados dimensionalmente estáveis com rendimento e confiabilidade maximizados. O processo de moldagem 100 também proporciona produtos completamente curados de forma consistente. Os produtos curados são formados em um sistema de moldagem com um tempo de ciclo mínimo independentemente de variações de produto (densidade do produto, distribuição de ligante, polpas de ligante, pontos úmidos de ligante, etc.). O processo de moldagem 100 também está configurado para proporcionar produtos curados, incluindo uma membrana não permeável ou barreira.

[061] Em um processo de moldagem modificado, o processo de moldagem 100 pode ser utilizado para dar forma à peça em bruto não curada. A moldagem de formas é um processo pelo qual a peça em bruto não curada é, intencionalmente, apenas parcialmente curada. O grau de cura geralmente é escolhido para assegurar que a peça em bruto não curada mantenha a sua forma do sistema de moldagem 10 e satisfaça a todos os requisitos dimensionais quando o produto com forma for removido da cavidade de molde 14. Algumas porções de um produto com forma, tipicamente porções do núcleo, não são totalmente curadas. A peça moldada com forma é submetida a um processo de cura secundária subsequente para assegurar a cura completa.

[062] Como um exemplo, o processo de moldagem de formas permite tempos de ciclo relativamente curtos e um projeto simplificado da matriz de orifícios 24. Foi verificado que o processo de moldagem 100 proporciona tempos relativamente curtos de moldagem de formas. Os produtos moldados são então submetidos a um processo de cura secundária, por exemplo, aquecimento das peças em linha ou em batelada. Foi verificado que a etapa de cura secundária é um processo adequado para se obter produtos curados consistentemente, independente de variações de produto (isto é, variações na densidade do produto, pontos úmidos, polpas de ligante, etc.).

[063] Em um exemplo, as unidades de molde 11, 12 são porta-moldes. Porta-moldes são placas grandes, planas, aquecidas que se juntam para aplicar pressão e calor à peça em bruto não curada. Os porta-moldes podem ser aquecidos por uma fonte externa, tal como um aquecedor a óleo. No entanto, alguns são aquecidos com resistência elétrica. No exemplo de aquecimento com óleo, o óleo quente é bombeado através de passagens no porta-moldes e, em seguida, devolvido ao aquecedor. Tanto com aquecimento a óleo como com aquecimento elétrico, deve ser possível formar a passagem 22 nos porta- moldes para a passagem do ar pressurizado para dentro da cavidade de molde 14.

[064] Em outro exemplo, as unidades de molde 11, 12 podem ser ferramentas de molde utilizadas para produzir um produto com forma que não seja um painel plano. Ferramentas de molde podem ser aquecidas com óleo quente, com resistência elétrica, com porta-moldes aquecidos, ou qualquer combinação dos mesmos. A maior diferença entre um porta- moldes e uma ferramenta de molde é que a empresa que está fazendo a moldagem das peças fará as ferramentas de molde especificamente para atender às dimensões e exigências da peça, ao passo que um porta-moldes é fabricado pelo fabricante da prensa e tem um projeto mais simples e é mais direto em sua capacidade de transferir calor.

[065] O gás pressurizado é passado através da passagem 22 e o calor é transferido para o gás pressurizado para criar um gás pressurizado quente. O gás pressurizado é fornecido por uma fonte que pode ser regulada. O gás pressurizado pode ser ar comprimido, por exemplo, ar comprimido fornecido a uma pressão relativa maior do que cerca de 15 libras por polegada quadrada, por exemplo, maior do que : cerca de 30 libras por polegada quadrada ou 46 libras por polegada quadrada e/ou menor do que cerca de 140 libras por polegada quadrada, por exemplo, menor do que cerca de: 120 libras por polegada quadrada ou 100 libras por polegada quadrada. O gás pressurizado pode ser fornecido por um soprador. A fonte deve proporcionar uma pressão suficiente para que o gás pressurizado se mova através da passagem 22, da matriz de orifícios 24 e da peça em bruto não curada. No entanto, a pressão deve ser limitada de forma a não danificar a peça em bruto não curada.

[066] Em um exemplo de uso, o fluxo de ar pressurizado é desligado quando o sistema de moldagem 10 está na posição aberta e não volta a ser ligado até que o sistema de moldagem 10 tenha retornado para a posição fechada. Para minimizar o tempo do ciclo de cura e a deformação do produto curado, o fluxo de ar pode ser aumentado gradualmente de uma velocidade baixa para uma velocidade alta a partir do início até o fim do ciclo de cura. Vapor também pode ser usado em vez de ar. No exemplo de vapor, inicialmente algum condensado pode ser formado dentro do produto curado. O condensado pode ser removido pela extensão do tempo de ciclo de moldagem ou por um processo de aquecimento secundário.

[067] O processo de moldagem 100 e o sistema de moldagem 10 proporcionam vários resultados surpreendentes. Um resultado surpreendente é que, apesar de a matriz de orifícios 24 e a passagem 22 não terem necessariamente um fluxo de calor uniforme, os produtos curados apresentam uma cura relativamente uniforme e não têm pontos frios localizados. Outro resultado surpreendente é que o processo de moldagem 100 proporciona produtos curados mesmo quando a peça em bruto não curada tem porções que são relativamente muito densas que normalmente restringem o fluxo de ar. Ainda outro resultado surpreendente é que o processo de moldagem 100 pode ser utilizado com produtos curados, incluindo uma membrana localizada no meio do produto curado que pode operar para limitar o fluxo de ar. Outro resultado surpreendente é que o processo de moldagem 100 e o sistema de moldagem 10 podem ser utilizados para curar completamente produtos curados em tempos de ciclo relativamente curtos, conforme mostrado na Tabela 2 abaixo. Finalmente, outro resultado surpreendente é que o processo de moldagem 100 proporciona o produto curado mesmo quando o produto curado inclui materiais relativamente sensíveis ao calor.

[068] Tabela 2: Comparação dos tempos de ciclo para a cura completa de um produto não curado para vários tipos de produtos e de ligantes, com e sem moldagem de forma.

[069] O processo de moldagem de 100 pode incluir elementos de controle de fluxo para controlar o fluxo do gás pressurizado. Como um resultado a transferência de calor pode ser otimizada.

[070] Vários produtos químicos ligantes podem ser utilizados como parte dos processos de moldagem descritos aqui. Além disso, a sensibilidade à temperatura dos produtos curados também pode ser levada em conta. Embora as temperaturas dos porta-moldes ou das ferramentas de molde possam ser aumentadas para proporcionar tempos de ciclo mais curtos, as temperaturas estão limitadas àquelas temperaturas onde a decomposição do ligante, da camada de acabamento, dos materiais de revestimento e do produto curado não ocorre devido a calor excessivo.

[071] Além disso, porta-moldes e ferramentas de molde existentes podem ser adaptadas para operar de acordo com o processo de moldagem 100 e estabelecer o sistema de moldagem 10 da presente descoberta. Como resultado, os custos para a implementação do processo de moldagem são minimizados, ao mesmo tempo em que são obtidos tempos de ciclo minimizados e a utilização de vários ligantes.

[072] A distribuição do fluxo de gás quente através da peça moldada pode ser otimizada. A otimização pode incluir a otimização do padrão de orifícios, tamanho dos orifícios, e posição dos orifícios.

[073] É possível um fluxo transversal através da peça em bruto não curada. O fluxo transversal pode ser utilizado quando um perímetro do produto curado é extremamente denso. Uma densidade extrema na borda do perímetro pode ocorrer devido a uma borda comprimida, por exemplo.

[074] O tempo de ciclo é reduzido como resultado da sopragem de ar, por exemplo, através de porta- moldes ou ferramentas de molde aquecidas, em vez de sopragem de ar quente através de porta-moldes ou de ferramentas não aquecidas. Além disso, a sopragem de ar quente através de uma ferramenta de molde ou porta-moldes não aquecido é necessária para manter o porta-moldes ou a ferramenta de molde quente enquanto o porta-moldes ou a ferramenta de molde está aberta. Se isso não for feito, o porta-moldes ou a ferramenta de molde podem se resfriar e pode ser necessário um tempo de ciclo mais longo. Como resultado da passagem de ar quente através de uma unidade de moldagem não aquecida, a eficiência energética é reduzida.

[075] As unidades de molde 11, 12 podem ser formadas para incluir a passagem 22. A passagem 22 pode assumir várias formas ou padrões que possam ser necessários para porta-moldes ou projetos de unidades de moldagem 11, 12 específicos. A passagem 22 inclui um comprimento mínimo de passagem que é um fator da vazão de gás desejada, da temperatura da ferramenta e da temperatura necessária do gás quente. Em um exemplo ilustrativo apresentado nas Figs. 3 e 7, a passagem 22 é formada ao longo de um perímetro da ferramenta de molde (Fig. 3) e um perímetro do porta-moldes (Fig. 7). Depois de o gás frio ser movido através da porção de perímetro da passagem 22, pode ter sido transferido calor suficiente das unidades de moldagem 11, 12 para proporcionar um gás quente com uma temperatura distribuída uniformemente por toda a parte antes de o gás quente se mover através de uma porção de distribuição 22D da passagem 22.

[076] Em um exemplo, a passagem 22 é formada em uma ferramenta de molde que está acoplada a um porta-moldes para se mover com a mesma. O porta-moldes é formado para incluir um sistema de aquecimento elétrico ou à base de óleo, o qual fornece calor para a ferramenta de molde. No entanto, a ferramenta pode ser formada para incluir um sistema de aquecimento elétrico ou à base de óleo, além da passagem de ar, tal como sugerido nas Figuras 2 a 7.

[077] Um porta-moldes pode ser formado com um caminho para os elementos de aquecimento, conforme mostrado na Fig. 5. Os elementos de aquecimento podem ser aquecedores elétricos finos, tipo lápis. Cada aquecedor elétrico fino pode ser espaçado um do outro por uma distância de cerca de duas polegadas a cerca de seis polegadas. Em outro exemplo, um porta-moldes pode ser aquecido com óleo quente que circula através de uma serpentina ou um sistema de canal com formato de cobra (fluxo pistonado, óleo aquecido recirculante). Em outro exemplo, elementos de aquecimento podem ser incluídos em uma ferramenta em que o calor é transferido para a ferramenta a partir de um porta-moldes para compensar locais na ferramenta onde o aquecimento é irregular. O aquecimento pode ser irregular como resultado de uma grande distância entre o porta-moldes aquecido e a superfície interna da ferramenta de molde.

[078] Em alguns exemplos, porta-moldes aquecidos podem ser usados em lugar de ferramentas de molde na moldagem de peças de painel plano. Peças de painel plano incluem, por exemplo, painéis utilizados em paredes cúbicas de escritórios. Quando são utilizados porta-moldes para moldar as peças, os elementos de aquecimento e as passagens de gás podem ser ambos localizados no porta-moldes. A localização de ambos em relação um ao outro pode variar em um intervalo amplo, mas deve ser considerada a transferência de calor adequada para o gás pressurizado frio.

[079] Nos casos em que as peças têm curva(s) ou não são planas, podem ser utilizadas ferramentas de molde. Partes não planas incluem, por exemplo, revestimentos de capô de automóveis.

[080] A matriz de orifícios 24 formada na superfície interna 20 das unidades de molde 11, 12 é mostrada, por exemplo, nas Figs. 2 e 4. A distância entre cada orifício e um orifício vizinho na matriz de orifícios pode variar. Em um exemplo, a distância é de cerca de 0,5 polegadas a cerca de seis polegadas. Em outro exemplo, a distância é de cerca de uma polegada a cerca de três polegadas.

[081] Em um exemplo, a matriz de orifícios 24 para fornecer o gás pressurizado quente pode ser formada apenas em uma ferramenta de molde. Uma matriz de orifícios separada pode ser formada sobre a ferramenta de molde oposta para ventilar o gás pressurizado após este ter passado através da peça em bruto não curada.

[082] Em outro exemplo, a matriz de orifícios 24 para fornecer o gás pressurizado quente pode estar presente em ambas as ferramentas de molde. Como resultado, o gás pressurizado pode ser ventilado ao longo de um perímetro da peça em bruto não curada. A ventilação do perímetro pode ser usada onde uma peça em bruto não curada tem uma densidade elevada ao longo de um perímetro, que causa uma queda de pressão elevada do gás quente. A borda do perímetro pode ser perfurada a fim de minimizar a resistência ao escoamento e a queda de pressão.

[083] O diâmetro de cada orifício na matriz de orifícios pode ser dependente da aparência do produto, visto que depressões por alta velocidade de gás ou texturas incrustadas em áreas de alta densidade da peça moldada devem ser minimizadas. Em um exemplo, os orifícios podem ter um diâmetro de cerca de 1/64 de polegada até cerca de 1/16 de polegada. Em outro exemplo, parafusos de fixação ventilados podem ser formados com um orifício com um diâmetro de cerca de 0,042 polegadas a cerca de 0,156 polegadas. O diâmetro dos orifícios incluídos na matriz de orifícios pode ser constante em toda a matriz ou o diâmetro pode variar de orifício para orifício.

[084] Um produto curado de acordo com a presente descoberta pode ser utilizado para a absorção de som ou como um escudo térmico. A absorção de som pode ser desejada em aplicações arquitetônicas planas (ou seja, sistema de paredes para escritórios e teatros) e partes curvas em aplicações automotivas (ou seja, forros de capô). Algumas peças moldadas são usadas em equipamentos de Fabricantes de Equipamento Original (OEM do inglês Original Equipment Manufacturers) para a absorção de som (equipamentos de climatização, lavadoras de roupa, secadoras de roupa, máquinas de lavar louça, etc.).

[085] Um produto curado pode ter uma largura de cerca de uma polegada até cerca de seis pés. Um produto curado pode ter um comprimento de cerca de duas polegadas a cerca de 12 pés. O produto curado pode ter uma espessura de cerca de 1/8 de polegada a cerca de duas polegadas, em um exemplo. Em outro exemplo, o produto curado pode ter uma espessura inferior a cerca de 1/8 de polegada e maior do que cerca de duas polegadas. O produto curado pode ter uma densidade de cerca de 1 libra por pé cúbico a cerca de 50 libras por pé cúbico. Além disso, a densidade do produto curado pode variar ao longo do produto curado.

[086] O produto curado pode ser submetido a uma temperatura de moldagem quando o ligante incluído na peça moldada está sendo curado. A temperatura de moldagem pode variar de acordo com as fibras e com o ligante utilizado na peça moldada. Cada ligante pode ter uma temperatura mínima de moldagem diferente na qual o ligante cura. A temperatura máxima de moldagem é estabelecida no ponto em que ocorre a decomposição, fusão e instabilidade térmica das fibras, ligante e camadas de acabamento. Em um exemplo ilustrativo, a temperatura de moldagem é de cerca de 200 graus Fahrenheit até cerca de 500 graus Fahrenheit. Como resultado, o gás quente tem uma temperatura de gás quente de cerca de 200 graus Fahrenheit até cerca de 500 graus Fahrenheit.

[087] Uma ferramenta de molde de exemplo/amostra incluindo seis termopares TC1, TC2, TC3, TC4, TC5, TC6 foi usada para testes e modelagem da transferência de calor e temperaturas de uma peça moldada de amostra e é mostrada na Fig. 9. Durante um teste, a superfície externa de cada uma das ferramentas de molde foi aquecida a cerca de 400 graus Fahrenheit. O ar frio que flui a uma vazão de cerca de 16,8 scfm e cerca de 74 graus Fahrenheit foi admitido nas ferramentas de molde para fluir através da ferramenta de molde e absorver calor da ferramenta. A mudança na temperatura de cada termopar TC1, TC2, TC3, TC4, TC5, TC6 é mostrada ao longo de um período de tempo de cerca de 210 segundos em um gráfico apresentado na Fig. 8. Além disso, foi preparado um modelo computacional de dinâmica de fluidos da ferramenta de molde de teste e da peça moldada e os resultados são mostrados como linhas contínuas no gráfico da Fig. 8. Cada termopar TC1, TC2, TC3, TC4, TC5, TC6 é mostrado como um símbolo diferente tendo uma cor diferente. As temperaturas modeladas são mostradas com cores combinando com as posições dos termopares associados. Em geral, tanto a tendência geral do modelo como do teste combinam, indicando resultados previsíveis e reprodutíveis, conforme sugerido na Fig. 8.

Claims

1. MÉTODO DE PRODUÇÃO DE PRODUTO DE ISOLAMENTO DE LÃ MINERAL MOLDADO, que usa um processo de moldagem que compreende inserção de uma peça em bruto não curada em uma cavidade de molde (14) formada em um sistema de moldagem (28), tal peça em bruto não curada incluindo fibras e um ligante não curado, sendo que o método é caracterizado por compreender transferência de calor de uma primeira (11) e/ou segunda (12) unidade de molde do sistema de molde para um gás pressurizado fresco para estabelecer um gás pressurizado quente, sendo que a primeira e/ou segunda unidade de molde é aquecida com óleo quente, com resistência elétrica, com porta-moldes aquecidos ou qualquer combinação dos mesmos e a primeira e/ou segunda unidade de molde é formada para incluir uma passagem (22) em conexão fluida com uma fonte do gás pressurizado fresco e um matriz de orifícios formados na primeira unidade de molde que são dispostos de modo a abrir para dentro da passagem (22) para fazer com que o gás pressurizado seja comunicado da passagem para a cavidade de mole e fazendo com que o gás pressurizado flua através da passagem de modo que o calor seja transferido da unidade de molde aquecida para o gás pressurizado para fazer com que um gás pressurizado quente seja estabelecido antes que o gás pressurizado quente entre na cavidade de molde, em que o gás pressurizado é ar comprimido injeção do gás pressurizado quente para dentro da cavidade de molde (14), e transferência de calor por convecção do gás pressurizado quente para a peça em bruto não curada e transferência de calor por condução do sistema de molde da peça em branco para a peça em bruto não curada para para causar a cura do ligante não curado e estabelecer um produto curado.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo ligante não curado ser substancialmente livre de formaldeído.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo gás pressurizado ter uma temperatura de gás frio de não mais que 27 graus Celsius (cerca de 80 graus Farenheit) e o gás pressurizado quente ter temperatura de gás quente selecionada a partir de: uma temperatura de gás quente de cerca de 38 graus Celsius (cerca de 100 graus Fahrenheit) a até cerca de 149 graus Celsius (cerca de 300 graus Fahrenheit); e uma temperatura de gás quente de cerca de 93 graus Celsius (cerca de 200 graus Farenheit) a cerca de 260 graus Celsius (cerca de 500 graus Farenheit).

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo gás pressurizado ter uma pressão e uma vazão configuradas para minimizar depressões e deformação de uma peça em bruto não curada na cavidade de molde.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela passagem (22) incluir uma porção de perímetro (22P) e uma porção de distribuição (22D), a porção de perímetro estando disposta para se prolongar em torno de um perímetro de sua unidade de molde para fazer com que o calor seja transferido da unidade de molde para o gás pressurizado para estabelecer o gás pressurizado quente, e a porção de distribuição estar em comunicação fluida com a porção de perímetro e em comunicação fluida com a matriz de orifícios para fazer com que o gás pressurizado quente seja entregue à cavidade de molde.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo sistema de molde compreender uma primeira unidade de molde (11) e uma segunda unidade de molde (12) acoplada à primeira unidade de molde para se mover em relação à primeira unidade de molde entre uma posição fechada, na qual uma cavidade de molde é definida entre a primeira e a segunda unidades de molde, e uma posição aberta, na qual a segunda unidade de molde está espaçada da primeira unidade de molde, a segunda unidade de molde sendo acoplada a uma fonte de calor para fazer com que a segunda unidade de molde esteja a uma temperatura de moldagem, em que a segunda unidade de molde é formada para incluir uma passagem em conexão fluida com uma fonte de gás pressurizado e uma matriz de orifícios formados na segunda unidade de molde que são dispostos de modo a abrir para dentro da passagem para fazer com que o gás pressurizado se comunique da passagem para a cavidade de molde quando a segunda unidade de molde está na posição fechada, e em que o gás pressurizado flui através da passagem absorvendo o calor da segunda unidade de molde de modo que seja estabelecido um gás pressurizado quente antes de o gás pressurizado quente entrar na cavidade de molde.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela primeira unidade de molde (11) ser acoplada a uma fonte de calor para fazer com que a primeira unidade de molde esteja na temperatura de moldagem e em que a primeira unidade de molde é formada para incluir uma passagem em conexão fluida com a fonte de gás pressurizado e uma matriz de orifícios ser formada na primeira unidade de molde, que está disposta de modo a abrir para dentro da passagem para fazer com que o gás pressurizado se comunique da passagem para a cavidade de molde, quando a segunda unidade de molde está na posição fechada, para fazer com que o calor seja transferido da primeira unidade de molde para o gás pressurizado de modo que seja estabelecido um gás pressurizado quente antes de o gás pressurizado quente entrar na cavidade de molde.

8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo gás pressurizado quente ser ventilado através de um perímetro (26) do sistema de molde após o gás pressurizado quente ter se movido através da cavidade de molde.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por cada orifício na matriz de orifícios (24) da primeira unidade de molde ser alinhado com um orifício associado na matriz de orifícios na segunda unidade de molde para fazer com que a matriz de orifícios na primeira unidade de molde seja um espelho da matriz de orifícios na segunda unidade de molde.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela matriz (24) de orifícios da primeira unidade de molde ser deslocada em relação a matriz de orifícios da segunda unidade de molde de modo a fazer com que a transferência de calor por convecção do gás pressurizado quente seja maximizada.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela primeira unidade de molde ser formada para incluir uma passagem de ventilação em conexão fluida com a atmosfera em torno do sistema de molde e uma matriz de orifícios de ventilação formada na primeira unidade de molde que é disposta de modo a se abrir para dentro da passagem de ventilação para fazer com que o gás pressurizado quente se comunique, a partir da cavidade de molde, com a passagem de ventilação após o gás pressurizado quente ter se movido através da cavidade de molde.