BR112020014411A2

BR112020014411A2 - aparelho para mistura e extrusão de materiais plásticos.

Info

Publication number: BR112020014411A2
Application number: BR112020014411-8A
Authority: BR
Inventors: Ubaldo Colombo
Original assignee: Colmec S.P.A.
Priority date: 2018-02-20
Filing date: 2019-02-13
Publication date: 2020-12-01
Also published as: JP2021513930A; CN111683800A; EP3755513A1; KR20200120902A; JP7330520B2; US11925911B2; US20210113975A1; WO2019162803A1; IT201800002860A1; PL3755513T3; EP3755513B1; EP3755513C0; ES2958088T3; CN111683800B

Abstract

Aparelho para extrusão e mistura de materiais plásticos, por exemplo materiais à base de borracha e à base de silicone, compreendendo um corpo de extrusora de descarga, em que dois parafusos cônicos (2) convergindo na direção de uma matriz de extrusão (3) adequada para ser oclusa por meios de fechamento (4) são montados, os parafusos cônicos (2) sendo acomodados dentro de uma câmara de composição de baixa pressão (1) e dentro de um par de canais cônicos convergentes também definindo uma câmara de alta pressão (2?), dita câmara de baixa pressão (1) correspondendo uma área a montante em relação a uma direção de extrusão, em que dita câmara de alta pressão (2?) e/ou em dita câmara de baixa pressão (1) acomoda um corpo prensador (5, 5?, 6), definindo uma parede móvel adequada para causar uma alteração controlada no volume da respectiva câmara (1, 2?).

Description

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APARELHO PARA MISTURA E EXTRUSÃO DE MATERIAIS PLÁSTICOS DESCRIÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a uma misturadora-extrusora para materiais de borracha, silicone, plástico e materiais termoplásticos, ou outros materiais; mais especificamente, a uma misturadora-extrusora provida com meios para ajustar temporariamente a câmara de composição.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[002] É sabido que, em alguns tipos de extrusoras de parafuso para materiais sintéticos, principalmente materiais com um bom grau de elasticidade, tais como materiais de borracha, elastômeros, plástico e/ou materiais termoplásticos, ou silicone, a alimentação do parafuso de extrusão é realizada por meio de uma carga de tremonha aberta para o lado superior.

[003] Uma máquina de extrusão disponível comercialmente que provou ser particularmente eficaz é a descrita em WO 2005/039847 em nome da mesma Requerente, aqui incorporada como referência, onde uma função de composição foi provida em uma extrusora do tipo de extrusora de tremonha de parafuso duplo.

[004] Mais precisamente, referindo-se à Figura 1 que ilustra, parcialmente em seção, uma máquina da técnica anterior, uma câmara de composição 1 acomoda um par de parafusos cônicos de extrusão 2 que empurram o material na direção de uma matriz de extrusão 3, que pode ser fechada por um flange cego ou tampa de fechamento 4. A câmara de composição 1 é provida com uma entrada 1a que é aberta a uma tremonha de alimentação (não mostrada). A tampa de fechamento 4 oclui a matriz de extrusão 3 e força o material a recircular na câmara de composição 1, causando uma composição pelos dois parafusos cônicos. O material é, na realidade, conduzido para frente, isto é, em direção à matriz de extrusão 3,

2 / 10 pelo par de parafusos de rotação contrária, e depois forçado a voltar quando a matriz é ocluída pela tampa 4. Em certas aplicações, a rotação dos dois parafusos também pode ser revertida temporariamente, para melhorar o efeito da composição.

[005] A tampa 4 pode ser aberta ou facilmente removida, de modo a manter a matriz de extrusão 3 ocluída durante a etapa de composição, até o desejado, e então aberta para permitir que o material extrusado escoe no final da mistura.

[006] Quando a matriz de extrusão 3 da extrusora de tremonha é fechada pela tampa 4, o material que é introduzido pela tremonha é forçado a recircular sobre si mesmo dentro da câmara 1, sendo assim homogeneamente composto.

[007] Notavelmente, em operação, com o flange cego 4 arranjado em uma posição fechada, a carga a ser composta - por exemplo, um composto já pré-misturado em outra máquina, ou ingredientes a granel, como borrachas, enchimentos, aceleradores, etc. - é carregada na tremonha de alimentação e alimentada na câmara de composição 1 enquanto o motor mantém em rotação inversa os parafusos cônicos, que empurram o material a ser composto em direção à matriz. No entanto, a tampa de fechamento 4 não permite que a mistura saia da câmara 1, e força a mistura a recircular de volta para a câmara. Um gradiente de pressão crescente é assim determinado entre uma área de alimentação de material de baixa pressão e uma área "canalizada" de alta pressão na proximidade do flange cego 4. A recirculação entre áreas com pressão variável dos vários componentes básicos permite uma composição rápida e eficaz da mistura.

[008] Os dois parafusos cônicos de rotação contrária são acomodados parcialmente dentro da câmara grande 1, onde o material é carregado e parcialmente em canais cônicos convergentes e cruzados, em que o perfil periférico das roscas dos parafusos corre adjacente à superfície do

3 / 10 canal. O material é assim forçado a seguir o perfil da palheta do parafuso para um volume progressivamente mais estreito, aumentando a pressão. Para obter uma recirculação do material (quando a tampa 4 está fechada), pelo menos na área mais avançada dos canais cônicos, a parede periférica é provida com uma ampliação, de modo que a palheta de parafuso esteja a uma certa distância da parede. Normalmente, a ampliação é provida na parte superior dos canais de acomodação. Graças à presença dessa ampliação do canal para acomodar os parafusos de extrusão, permite-se que o material circule para trás, quando a tampa está fechada, retornando a uma área de baixa pressão da câmara 1, resultando desse modo em uma composição eficaz.

[009] Embora esta extrusora seja totalmente funcional, a Requerente descobriu que há como melhorá-la. De fato, observou-se que o material a ser composto é disposto livremente dentro da câmara de mistura 1 com base nas pressões locais, e isso causa possíveis estagnação ou atrasos na mistura e, às vezes, um aumento excessivo na temperatura e pressão do material. Portanto, seria desejável controlar melhor o processo durante a etapa de composição.

[0010] Na técnica anterior, algumas configurações singulares de extrusoras já foram propostas, em que elementos móveis são usados para controlar pelo menos a entrada do material nos parafusos da extrusora. Por exemplo, DE102007033355 descreve uma extrusora provida com uma placa de empuxo de material, que opera na tremonha de entrada na extrusora. Em contrapartida, US2016/0361697 refere-se a um misturador, em que é provido um elemento de fechamento removível, que abre e fecha a câmara de mistura de material. No entanto, nenhum destes sistemas da técnica anterior é capaz de controlar, durante o processo, as condições de pressão e temperatura do material a ser composto, adaptando-se tanto às condições de composição quanto às condições de extrusão.

PROBLEMA E SOLUÇÃO

[0011] Portanto, o problema subjacente da invenção é prover uma

4 / 10 máquina de extrusão e composição de um material à base de borracha ou à base de silicone, como descrito acima, que supera as desvantagens mencionadas acima e que permite maior controle sobre a mistura e a temperatura / pressão de material, bem como nos tempos de composição durante o processamento.

[0012] Este objetivo é alcançado por meio dos recursos definidos em termos essenciais nas reivindicações anexas.

[0013] Notavelmente, de acordo com um primeiro aspecto, é provido um aparelho para mistura e extrusão de materiais plásticos, por exemplo materiais à base de borracha e à base de silicone, compreendendo um corpo de extrusora de descarga, em que dois parafusos cônicos convergindo na direção de uma matriz de extrusão adequada para ser oclusa por meios de fechamento são montados, os parafusos cônicos sendo acomodados dentro de uma câmara de composição de baixa pressão e dentro de um par de canais cônicos convergentes também definindo uma câmara de alta pressão, dita câmara de baixa pressão correspondendo uma área a montante em relação a uma direção de extrusão, em que em dita câmara de alta pressão e/ou em dita câmara de baixa pressão, é provido um corpo prensador, que forma uma parede móvel adequada para causar uma alteração controlada no volume da respectiva câmara.

[0014] De acordo com um aspecto preferido, pelo menos a dita câmara de alta pressão é provida com um corpo prensador controlado em posição.

[0015] De acordo com um outro aspecto, o corpo prensador da câmara de baixa pressão é arranjado de modo a ocluir uma abertura de carregamento de material plástico, tal como uma tremonha de entrada do corpo de extrusora de descarga.

[0016] Tipicamente, o corpo prensador é montado de forma a ser

5 / 10 móvel e deslizável, mas também pode ser montado de modo a ter um ou mais graus de rotação. O corpo prensador é móvel uma posição elevada (ou inicial) e uma posição abaixada (ou em operação), preferivelmente sob a ação de um acionador controlado. De acordo com uma variante, o acionador determina uma posição constante de dito prensador durante a mistura.

[0017] De acordo com um aspecto preferido, o dito prensador tem uma parede móvel conformada como duas porções de superfície cônicas interseccionais, de modo a se adaptarem e seguirem o perfil das abas dos dois parafusos.

[0018] Entende-se que o corpo prensador é deslocado em posição pelo menos durante uma etapa de composição, em que os ditos meios de fechamento impedem que o material plástico passe pela dita matriz de extrusão.

[0019] Os ditos meios de fechamento podem ser na forma de uma bomba de engrenagens de extração, que é interrompida e fecha a saída da dita matriz.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0020] Outras características e vantagens da invenção são de alguma forma mais evidentes a partir da descrição detalhada a seguir de algumas modalidades preferidas, dadas por mero modo de exemplo não limitativo e ilustradas nos desenhos anexos, em que: a Figura 1, como já mencionado, é uma vista em elevação lateral, parcialmente em corte, de um sistema extrusor/misturador da técnica anterior; a Figura 2A é uma vista ampliada esquemática de um detalhe da câmara de composição única da Figura 1, mas referente a um sistema extrusor de acordo com uma primeira modalidade da invenção; a Figura 2B é uma vista semelhante à da Figura 2A, mas relacionada a uma variante da primeira modalidade;

6 / 10 a Figura 3A é uma vista semelhante à da Figura 2A, mas relacionada a uma segunda modalidade preferida da invenção; a Figura 3B é uma vista em corte, tomada ao longo da linha III-III da Figura 3A; a Figura 4A é uma vista semelhante à Figura 3A em uma etapa de ampliação da câmara de recirculação; a Figura 4B é uma vista em corte, tomada ao longo da linha IV-IV da Figura 4A; e a Figura 5 é uma vista semelhante à da Figura 2A, mas relacionada a uma terceira modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

[0021] Uma máquina de extrusão e mistura consiste nos elementos básicos mostrados na Figura 1 e já descritos na seção introdutória com referência ao Documento WO 2005/039847 incorporado aqui como referência.

[0022] Notavelmente, uma máquina de "extrusora de descarga" tem um corpo de máquina que define uma câmara de composição 1 que acomoda um par de parafusos de extrusão cônicos 2, arranjados com espirais de abas em espiral interseccionais e eixos convergentes para uma matriz de extrusão

3.

[0023] A matriz de extrusão 3 pode ser ocluída por meios de fechamento adequados 4 (esquematicamente ilustrados nas figuras), como uma tampa removível, ou simplesmente por uma bomba de engrenagem de extração que é interrompida e oclui a saída da matriz.

[0024] A câmara de composição 1 tem uma entrada superior 1a a partir da qual o material, tal como material à base de borracha ou à base de silicone, a ser processado é introduzido.

[0025] Na parte frontal da câmara 1, na proximidade da matriz de extrusão 3, o par de parafusos cônicos 2 é acomodado dentro de canais

7 / 10 cônicos convergentes com paredes internas quase tocando as bordas das abas dos parafusos cônicos. O perfil seccional de tais canais cônicos é, portanto, modelado como dois círculos que se cruzam. Em pelo menos uma área desse perfil seccional, a parede interna dos canais tem uma ampliação, destacando- se assim das abas dos parafusos cônicos 2 e definindo uma câmara de recirculação de material. Normalmente, esse aumento é provido na parte superior dos parafusos cônicos 2 (ver a área 2’ na Figura 4B).

[0026] Com referência agora às Figuras 2A e 2B, deve-se notar que, de acordo com uma primeira modalidade da invenção, a entrada 1a da câmara de composição 1 é provida com um corpo de oclusão 5, daqui em diante referido como prensador, que é montado de modo a ser elevado e abaixado.

[0027] Notavelmente, de acordo com uma primeira variante, o prensador 5 é montado de modo a ser deslizável linearmente entre uma posição elevada e uma posição em contato com o material dentro da câmara 1 (como na Figura 2A); neste caso, o prensador 5 é essencialmente fabricado de maneira semelhante a um pistão, que oclui a entrada 1a e é móvel substancialmente de acordo com um eixo substancialmente perpendicular ao plano de repouso do par de parafusos 2, de modo a ser um elemento para variavelmente ocluir a câmara 1.

[0028] De acordo com uma segunda variante, um prensador 5’ é montado girando em torno de uma dobradiça 5a, entre uma posição girada para cima e uma posição girada para baixo (como na Figura 2B), em que está em contato com o material dentro da câmara.

[0029] O prensador 5 ou 5’ é montado com uma certa folga em relação à entrada 1a, de modo que não é necessário vedar a entrada da câmara 1 e destina-se a repousar sobre o material que é composto dentro da câmara, para transmitir localmente - na área de baixa pressão da câmara 1 - uma pressão no próprio material. Em outras palavras, o prensador 5 ou 5’ destina- se a reduzir o volume da câmara 1 de maneira controlada, de modo a poder

8 / 10 regular a pressão e a temperatura do material, conforme desejado, de maneira controlada.

[0030] A ação da pressão localizada pelo prensador 5 exerce um efeito vantajoso no material que está sendo composto pelo par de parafusos cônicos. Notavelmente, o material que volta da área de alta pressão para a área de baixa pressão é mantido dentro das palhetas dos parafusos cônicos pelo prensador, o que melhora o efeito de mistura.

[0031] A pressão nesta área de baixa pressão da câmara 1 permite controlar melhor a quantidade de refluxo do material, de modo a favorecer e acelerar o efeito de homogeneização do material.

[0032] Para este propósito, o prensador pode ser fabricado simplesmente na forma de um corpo pesado montado de maneira móvel - como visto acima - de forma que a mesma pressão (devido ao seu próprio peso sob o efeito da gravidade) seja sempre aplicada ao material ou na forma de um pistão móvel sob a ação de um acionador controlado (não mostrado), como um macaco hidráulico, elétrico ou pneumático.

[0033] No segundo caso, o acionador pode ser controlado para exercer uma força constante - e, assim, produzir um efeito semelhante ao de um peso - ou para manter o pistão em uma posição fixa, definindo assim o volume desejado onde a pressão pode variar ciclicamente. Além disso, a posição e a força de pressão do prensador 5, 5’ podem variar e ser definidas durante o ciclo de composição e extrusão.

[0034] O prensador 5 não tem necessariamente uma forma de seção transversal circular, mas pode assumir qualquer outra forma, por exemplo uma seção de setor quadrado, retangular, triangular ou circular. Obviamente, é necessário apenas que ele tenha uma forma capaz de se ajustar ao contorno da entrada 1a.

[0035] Nas duas variantes da primeira modalidade das Figuras 2A e 2B, o prensador 5, 5’ é aplicado na chamada área de baixa pressão da câmara

9 / 10 1, isto é, a área imediatamente próxima à entrada de carga 1a.

[0036] Por outro lado, em uma modalidade preferida (Figuras 3A- 4B), um prensador 6 opera na área de alta pressão da câmara de extrusão 1, isto é, na área em que os dois parafusos cônicos estão acomodados dentro dos respectivos canais cônicos. Na câmara de alta pressão, a pressão está normalmente na faixa de 0,5 a 20 MPa (5 a 200 bar). Neste caso, a entrada 1a da tremonha pode ser aberta ou fechada por uma tampa simples, definindo um volume constante, e o controle de pressão no material composto é exercido apenas pelo prensador 6.

[0037] Notavelmente, bem representado pela comparação das Figuras 3B e 4B, nesta modalidade preferida, o prensador 6 constitui uma parede móvel de uma ampliação dos canais cônicos que define uma câmara de composição de alta pressão 2’. Ao deslocar o prensador 6, é, portanto, possível controlar a mudança no volume da câmara de composição de alta pressão 2’, determinando assim uma mudança na pressão e, indiretamente, na temperatura do material que está sendo processado.

[0038] Neste caso, uma vez que o prensador 6 opera na área de alta pressão, onde a parede dos canais cônicos é adjacente às bordas das abas dos parafusos, o prensador 6 define uma parede móvel que tem o formato de duas porções cônicas de superfície interseccionais, que constitui de fato uma parte dos respectivos canais cônicos (como pode ser visto claramente na Figura 4B).

[0039] Como o tamanho da área de alta pressão também é muito menor do que o da área de baixa pressão, é certamente preferível que o prensador 6 seja controlado por um acionador que, enquanto aciona em um prensador menor, é capaz de exercer uma pressão geral suficiente sobre o material. Além disso, as mudanças de volume nessa área, ou seja, na câmara de composição de alta pressão, provam ser muito eficazes, pois causam uma alta alteração percentual e, portanto, têm um impacto significativo no

10 / 10 comportamento do material.

[0040] De acordo com uma terceira modalidade, são providos um prensador 5, 5' na área de baixa pressão e um prensador controlado 6 na área de alta pressão. A ação de controle é preferencialmente realizada em ambos os prensadores, de modo a ter a maior flexibilidade de intervenção.

[0041] Como pode ser entendido, usando os prensadores móveis 5, 5' e/ou 6 que variam o volume da câmara de alta pressão 2' e/ou da câmara de baixa pressão 1, é possível colocar um elemento de controle adicional, que permite regular de maneira otimizada o grau de mistura e a velocidade/desempenho do processo.

[0042] Verificou-se também que é conveniente controlar a intervenção dos prensadores mesmo durante a etapa de extrusão, isto é, quando a tampa de fechamento 4 é aberta e o material é extrusado através da matriz 3. Nesta etapa, é, portanto, possível regular melhor a pressão de saída do material e um melhor esvaziamento da câmara de composição, evitando inclusões de ar no material, se houver.

[0043] Entende-se, no entanto, que a invenção não deve ser considerada como limitada aos arranjos particulares ilustrados acima, que representam apenas algumas implementações exemplares, mas são possíveis variantes diferentes, tudo ao alcance de um versado na técnica, sem se afastar do escopo da própria invenção, como definido pelas reivindicações a seguir.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho para mistura e extrusão de materiais plásticos, por exemplo materiais à base de borracha e à base de silicone, compreendendo um corpo de extrusora de descarga, em que dois parafusos cônicos (2) convergindo na direção de uma matriz de extrusão (3) adequada para ser oclusa por meios de fechamento (4) são montados, os parafusos cônicos (2) sendo acomodados dentro de uma câmara de composição de baixa pressão (1) e dentro de um par de canais cônicos convergentes também definindo uma câmara de alta pressão (2’), dita câmara de baixa pressão (1) correspondendo uma área a montante em relação a uma direção de extrusão, caracterizado pelo fato de que em dita câmara de alta pressão (2’) e/ou em dita câmara de baixa pressão (1), é provido um corpo prensador (5, 5’, 6), que forma uma parede móvel adequada para definir uma alteração controlada no volume da respectiva câmara (1, 2’).

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos a dita câmara de alta pressão (2’) é provida com um corpo prensador (6) controlado em posição.

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo prensador (5, 5’) da câmara de baixa pressão (1) é arranjado de modo a ocluir uma abertura de carregamento de material plástico (1a).

4. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito corpo prensador (5, 6) é montado de modo móvel e deslizável.

5. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito corpo prensador (5, 6) é móvel entre uma posição elevada e uma posição abaixada sob a ação de um acionador controlado.

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dito acionador determina uma posição constante de dito prensador (5, 6).

7. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito prensador (6) tem uma parede móvel conformada como duas porções de superfície cônicas interseccionais.

8. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito prensador (5, 5’, 6) é deslocado em posição pelo menos durante uma etapa de composição, em que os ditos meios de fechamento (4) impedem que o material plástico passe pela dita matriz de extrusão (3).

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os meios de fechamento (4) são na forma de uma bomba de engrenagens de extração, que é interrompida e fecha a saída da dita matriz (3).