BRPI0620864A2

BRPI0620864A2 - máquina para granulação-revestimento para gránulos de fibra de vidro

Info

Publication number: BRPI0620864A2
Application number: BRPI0620864-9A
Authority: BR
Inventors: Bernadette F Taquet; Christophe G Leruth; Pierre A Pertoldi
Original assignee: Ocv Intellectual Capital Llc
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2011-11-29
Also published as: KR20080081298A; TW200738454A; EP1971472A1; CN101351315A; US20070157676A1; CN101351315B; CA2635533A1; JP2009522133A; WO2007078876A1; US20120192788A1

Abstract

MáQUINA PARA GRANULAçãO-REVESTIMENTO PARA GRáNULOS DE FIBRA DE VIDRO. Uma aparelhagem e processo para produzir grânulos de fibra de vidro incluindo um aplicador para aplicação de uma composição aglutinante (136) sobre segmentos de fios cortados (124); e um conjunto para granulação (125) para conceder uma ação pseudo-helicoidal em cascata aos segmentos de fios cortados. O conjunto para granulação inclui uma plu- ralidade de pás (30) posicionadas em um molde no interior de um tambor com rotação.

Description

"MÁQUINA PARA GRANULAÇÃO-REVESTIMENTO PARA GRÂNU- LOS DE FIBRA DE VIDRO"

CAMPO TÉCNICO E APLICAÇÃO INDUSTRIAL DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se à fabricação de grâ- nulos de fibra de vidro. Uma aparelhagem e processo para preparação de grânulos de fibra de vidro revestidos com po- límero que combina múltiplos segmentos de um fio de vidro de multi-fibras cortado em grânulos e revestimento dos grânulos com um material polimérico. Tais grânulos fornecem uma forma conveniente para o armazenamento e manuseio de fibras de vi- dro cortadas usadas como materiais de reforço em estruturas de compósitos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

As fibras de vidro cortadas são comumente usadas como materiais de reforço em artigos termoplásticos. Tipica- mente, tais fibras são formadas pela trefilação de vidro fundido em filamentos através de uma placa com orifício ou mancai (bushing), aplicando uma composição de cola contendo lubrificantes, agentes de acoplamento e resinas de composi- ção aglutinante sobre os filamentos, juntando os filamentos em fios, cortando os fios de fibra em segmentos do tamanho desejado, e secando a composição de cola. Esses segmentos de fios cortados são, em seguida, misturados com uma resina po- limérica, e a mistura fornecida a uma máquina modeladora à injeção ou compressão para ser transformada em artigos plás- ticos reforçados com fibra de vidro. Em particular, os fios cortados são misturados com grânulos de um polímero termo- plástico, e a mistura fornecida a um extrusor onde a resina é fundida, a integridade dos fios de fibra de vidro é des- truída e as fibras são dispersas por toda a resina fundida. A dispersão fibra/resina resultante é, então, transformada em grânulos. Esses grânulos são, em seguida, alimentados na máquina modeladora à injeção ou compressão e transformados em artigos moldados. É desejado que os artigos moldados pos- suam uma dispersão substancialmente homogênea das fibras de vidro por todo o artigo.

Os grânulos preparados usando tais processos para granulação apresentam, freqüentemente, tamanhos e formas ir- regulares, bem como uma distribuição de aglutinante incon- sistente por toda parte de cada grânulo. Conseqüentemente, tais grânulos podem sofrer uma degradação indesejável duran- te o processamento, armazenamento e manuseio antes da forma- ção do composto. Tal degradação pode resultar na quebra pre- matura dos grânulos, resultando na liberação de filamento ou flocos que podem se acumular e bloquear ou impedir o escoa- mento dos grânulos através de transportadores ou equipamen- tos para processamento. Ademais, tal degradação pode resul- tar na quebra efetiva das fibras, causando, assim, uma redu- ção no comprimento médio das fibras no artigo compósito, e uma conseqüente redução nas propriedades físicas do artigo compósito.

Em vista disso, permanece uma necessidade por um meio de conceder, em uma ampla faixa de capacidade de fabri- cação, maior resistência ao impacto e rigidez aos grânulos para reduzir a degradação que tais grânulos sofrem durante o armazenamento e manuseio, antes da formação do composto e da modelagem. Tal necessidade é preenchida pela invenção des- crita em detalhes abaixo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Uma aparelhagem para produção de grânulos de fibra de vidro reveste substancialmente segmentos de fios cortados com uma composição aglutinante a partir de segmentos corta- dos de fios de vidro de multifilamentos. Δ aparelhagem para granulação-revestimento inclui um aplicador para aplicação de uma composição aglutinante sobre os segmentos de vidro cortados e um conjunto para granulação para conceder um mo- vimento pseudo-helicoidal em forma de cascata aos segmentos de fios cortados, de modo a causar a sua junção em grânulos cilíndricos regulares.

O conjunto para granulação inclui um tambor rota- cionalmente montado para receber os segmentos de vidro cor- tados, com uma pluralidade de pás internas posicionadas em um modelo pseudo-helicoidal no interior do tambor, para gue os segmentos de vidro cortados caiam em forma de cascata.

Um processo para a granulação de segmentos de vi- dro cortados inclui introduzir segmentos de vidro cortados em um tambor possuindo uma pluralidade de pás posicionadas na parede lateral interna. 0 tambor é rotacionado ao redor de seu eixo longitudinal, de tal forma que um suprimento dos segmentos de vidro cortados são suspensos pelas pás e, em seguida, liberados para caírem da pá em forma de cascata du- rante a rotação do tambor. Cada uma dessas inúmeras cascatas percorre ciclos para a captura de grânulos nas gotas super- ficiais da composição aglutinante atomizada. Os segmentos de fios cortados são aglomerados em um grânulo. 0 grânulo cres- ce em conformidade com um processo de formação de "camadas de cebola". As ações em cascata, queda e rolamento, concedi- das aos grânulos mais novos, fizeram com que os segmentos de vidro aglomerados se alinhassem e compactassem a si próprios em uma configuração de grânulo desejada.

0 processo de formação de grânulos e aparelhagem são eficazes e produzem, de forma controlada, grânulos subs- tancialmente uniformes sobre uma ampla faixa de capacidade.

Os grânulos possuem uma forma, um tamanho e uma massa especifica que fornecem uma boa capacidade de escoa- mento e capacidade de manuseio. Os grânulos não sofrem, substancialmente, degradação durante o processamento, arma- zenamento e manuseio antes da formação do composto. Além disso, os grânulos, substancialmente, não se quebram prema- turamente, liberam filamentos ou geram flocos que podem se acumular e bloquear ou impedir o escoamento de grânulos a- través de transportadores ou equipamentos para processamento.

Os grânulos são úteis na fabricação de um produto reforçado com fibra de vidro, sem uma perda considerável nas características de força em comparação com produtos compará- veis feitos com fios cortados não-granulados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A FIG. 1 trata-se de uma ilustração esquemática de um sistema de formação de grânulos.

A FIG. 2 trata-se de uma ilustração de perspectiva esquemática, parcialmente em aparição, de um conjunto para granulação.

A FIG. 3A trata-se de uma ilustração de perspecti- va esquemática de uma pá.

A FIG. 3B trata-se de uma ilustração de perspecti- va esquemática de duas pás em uma parede do tambor.

As FIGS. 4A e 4B tratam-se de ilustrações esquemá- ticas de uma modalidade de pás em um molde no interior de um conjunto para granulação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Uma aparelhagem do sistema de formação de grânulos 100 está esquematicamente ilustrada na FIG. IA. Em uma moda- lidade, uma aparelhagem para formação de fibras 110 inclui um forno para formação de fibras de vidro (não mostrado) possuindo mancais para formação de fibras 111, a partir dos quais uma multiplicidade de filamentos 112 é transformada ou atenuada. É aplicada uma composição de cola aquosa sobre os filamentos 112 através de qualquer aplicador de cola, tais como rolos 113. Em uma modalidade, a composição de cola in- clui água, um ou mais agentes de acoplamento, e opcionalmen- te, um ou mais resinas de ligação formadoras de filme, lu- brificantes e ajustadores de pH.

Os grupos de filamentos 112 são reunidos em fios independentes 115. Os fios são introduzidos em um dispositi- vo cortador ou talhador 120 e são cortados, em um ponto de contato entre um rolo alimentador 121 e um rolo cortador 122, em segmentos, isto é, segmentos de fios cortados 124 de um tamanho desejado.

Os segmentos de fios cortados 124 são transporta- dos por ura transportador 123 para um funil 126 e, em segui- da, dispersos em um conjunto para granulação 125, onde os segmentos de fios cortados 124 são revestidos com uma compo- sição aglutinante 136 e são densificados em grânulos 140. Em certas modalidades, os grânulos são revestidos com uma com- posição aglutinante polimérica termorrigida ou termoplásti- ca. No caso mais recente, a composição aglutinante sob con- figuração, endurecimento e cura (daqui por diante referido coletivamente como "cura"), concede uma integridade estrutu- ral aumentada e rigidez aos grânulos resultantes. 0 revesti- mento substancial dos grânulos, com a composição aglutinan- te, melhora a capacidade dos grânulos serem estocados e transportados com uma degradação de grânulos reduzida.

Os grânulos resultantes 140 são transportados pelo transportador para um forno 160. No forno, os grânulos 140 passam por zonas de secagem 162, cura 164 e/ou resfriamento 166. Os grânulos 140 passam por um conjunto de telas 170 pa- ra separar quaisquer grânulos superdimensionados. Os grânu- los de tamanho desejado são entregues a uma estação de empa- cotamento 180. Em determinadas modalidades, o sistema 100 inclui uma aparelhagem 190 para o monitoramento e/ou ajuste de vários parâmetros, a qual pode ser automaticamente con- trolada. Ademais, em determinadas modalidades, os vários componentes do conjunto para granulação 125, que entram em contato com os segmentos de fios cortados e grânulos, são revestidos com uma composição antiaderente que é também re- sistente à abrasão. Tal revestimento facilita tanto a limpe- za das paredes do tambor, quanto é adequadamente durável pa- ra resistir à abrasão dos segmentos de fios cortados e das ações em forma de cascata de tais grânulos.

Deve ser entendido que, no processo da invenção, um fio de fibras de vidro substancialmente continuo é forma- do por qualquer técnica, tal como a trefilação de vidro fun- dido por um mancai para formar uma grande quantidade de fi- bras de vidro substancialmente continuas e a junção das fi- bras em um fio. Qualquer aparelhagem adequada para a produ- ção de tais fibras e a junção delas em um fio pode ser usada na presente invenção. Fibras adequadas tratam-se de fibras que possuem um diâmetro de cerca de 3 microns a cerca de 20 microns, e fios adequados contêm de cerca de 1000 fibras a cerca de 8000 fibras, embora possam ser usadas fibras de di- ferentes diâmetros e fios possuindo números diferentes de fibras. Em uma modalidade, os fios formados no processo da invenção contêm de cerca de 1200 fibras a cerca de 4000 fi- bras, e as fibras possuem um diâmetro de cerca de 9 microns a cerca de 17 microns.

O teor de umidade dos segmentos de fios cortados pode ser ajustado em um nivel adequado para a formação dos grânulos. O teor de umidade pode estar entre cerca de 8 por cento a cerca de 16 por cento e, em determinadas modalida- des, cerca de 10 por cento a cerca de 14 por cento. Se o te- or de umidade for muito baixo, os fios tendem a não se com- binar em grânulos, mas permanecerão em uma formação de fio. Do contrário, se o teor de umidade for muito alto, os fios tendem a se aglomerar, se acumular, ou se formar sobre grâ- nulos grandes e/ou grânulos possuindo uma forma não- cilíndrica irregular.

A aparelhagem para granulação permite que os seg- mentos de fios cortados caiam em forma de cascata de maneira tal que: (1) os fios fiquem uniforme e substancialmente re- vestidos com a composição aglutinante, e (2) múltiplos seg- mentos de fios cortados alinhem-se em camadas sucessivas de segmentos de fios cortados e aglutinante, unindo-os, assim, em grânulos possuindo um tamanho e forma desejada. A apare- lhagem para granulação 125 fornece um tempo de residência médio dos grânulos no tambor, o qual é suficiente para ga- rantir que os segmentos de fios cortados fiquem substancial- mente revestidos com a composição aglutinante e formem grâ- nulos, mas um tempo insuficiente para que os grânulos sejam danificados ou se degradem pela abrasão resultante do atrito de uns com os outros. Em certas modalidades, o tempo de re- sidência na aparelhagem para granulação está entre cerca de 1 minuto a cerca de 5 minutos. Em determinadas modalidades, o tempo de residência na aparelhagem para granulação está entre cerca de 1 minuto a cerca de 3 minutos.

A quantidade de composição aglutinante 136 aplica- da sobre os segmentos de fios cortados 124 é proporcional à taxa de escoamento dos segmentos de fios cortados 124 que passam pelo conjunto para granulação 125. A quantidade de composição aglutinante e a taxa de escoamento dos segmentos de fios cortados 124 são controlados para garantir um teor sólido de grânulos desejado na saída.

A aparelhagem para granulação 125 inclui um con- junto de tambor com rotação 20 e um dispositivo medidor 113 para fornecer uma quantidade desejada de composição agluti- nante para o conjunto de tambor 20. Dependendo da modalidade particular, a composição aglutinante pode ser aplicada à temperatura ambiente ou pode ser pré-tratada (por exemplo, até cerca de 80°C) antes da aplicação sobre os segmentos de vidro cortados 124.

Com relação, agora, a FIG. 2, um ou mais bocais 134 estão operacionalmente conectados ao conjunto de tambor 20 para distribuir uma quantidade de composição aglutinante 136 no conjunto de tambor 20. Em certas modalidades, o bocal 134 atomiza substancialmente a composição aglutinante, à me- dida que a composição aglutinante atomizada 136 está sendo dispensada no interior do conjunto de tambor 20. Em determi- nadas modalidades, a composição aglutinante 136 e um supri- mento de ar são combinados em uma corrente fluida, antes de serem dispensados no conjunto de tambor 20 através do bocal 134.

Em certas outras modalidades, a composição agluti- nante e o ar são distribuídos através de orifícios de bocais separados, de tal forma que o ar e a composição aglutinante sejam combinados em uma corrente atomizada no conjunto de tambor 20. Em determinadas modalidades, o bocal 134 gera um líquido aspergido cônico que é direcionado para o conjunto de tambor 20, de forma a maximizar o contato entre os seg- mentos de fios cortados 124 e a névoa de gotas de composição aglutinante propelida sobre os segmentos de fios.

Em uma modalidade, uma corrente de ar para limpeza que cerca o dispositivo de aspergimento é soprada de um ex- tremo a outro do conjunto de tambor 20 para retirar quais- quer flocos do ambiente dos bocais, para prevenir o entupi- mento de liquido aspergido e manter o ambiente limpo. Esse escoamento de ar pode estar à temperatura ambiente ou pré- tratado em uma faixa de 25 a 40°C para a pré-secagem dos grânulos 140 existentes no conjunto para granulação 125.

Os segmentos de fios cortados 124 entram em conta- to com as gotas de composição aglutinante. Os segmentos de fios cortados 124 são revestidos com as gotas de composição aglutinante e aderem-se a segmentos de fios cortados adja- centes. Determinados segmentos de fios cortados tendem a se alinhar com outros segmentos de fios cortados e se unir em um grânulo formado genérica e cilindricamente. Em determina- das modalidades, o grânulo resultante 140 possui um diâmetro que está entre cerca de 12% e cerca de 50% de seu comprimen- to.

As fibras singulares ou finas (que são geradas du- rante a operação de corte) são recombinadas com, e incorpo- radas a, grânulos de formação que reduzem amplamente ou eli- minam fibras finas individuais ou flocos.

0 tamanho dos grânulos é afetado pelo teor de umi- dade dos segmentos de fios que entram no conjunto de tambor 20 e a quantidade de água introduzida no conjunto para gra- nulação 125. Quanto mais água for adicionada, maior será o tamanho do grânulo e vice-versa. A quantidade de composição referente à quantidade de segmentos de fios cortados intro- duzidos no conjunto de tambor também afeta o tamanho do grâ- nulo. Quanto maior a quantidade de composição aglutinante adicionada, maior será o tamanho do grânulo e vice-versa. 0 tamanho dos grânulos também é afetado pela quantidade de trabalho do tambor em um período de tempo. Se a quantidade de trabalho do tambor em um período de tempo for alta, os segmentos de fios cortados possuirão um tempo de residência menor no tambor. Quanto menor for o tempo de residência, me- nores grânulos tendem a serem formados. Os grânulos que es- tão no tambor por um período de tempo menor tendem a sofrer menos compactação. 0 tempo de residência no tambor pode ser controlado também pelo ajuste da inclinação do tambor de cerca de 0 a cerca de 10°. Quanto maior a inclinação, menor o tempo de residência e, conseqüentemente, o tamanho do grâ- nulo.

Em determinadas modalidades, composições agluti- nantes úteis podem incluir poli(álcool vinílico), po- li (acetatos de vinila), poli(vinilpirrolidona) , polímeros de tetrafluoretileno fluorcarbono (por exemplo, Teflon), acrí- licos, acrilatos, vinil ésteres, epóxis, amidos, ceras, po- límeros celulósicos, poliésteres, poliuretanos, polímeros de silicone, poliéter-uretanos, polímeros de polianidri- do/poliácido, polioxazolinas, polissacarídeos, poliolefinas, polissulfonas e poli(etileno glicóis). Tais aglutinantes são materiais termoplásticos ou podem ser curados com calor ou exposição à radiação. Em certas outras modalidades, as com- posições aglutinantes preferidas fornecem um revestimento de força elevada e inclui poliuretanos, polímeros de poliáci- dos, epóxis e misturas dos mesmos.

Em certas outras modalidades, a composição agluti- nante pode compreender conforme descrito em Campbell et al., patente US 6.846.855 B2; Masson et al., patente US 6.365.272 BI; e nos pedidos de patente norte-americanos Piret et al. sob número de publicação 2004/0258912 e Piret et al. 2004/0209991, nomeado aos mesmos requerentes da presente in- venção, pedidos esses que estão expressamente incorporados aqui por referência em sua totalidade.

Exemplos de composições aglutinantes adequadas que podem ser usadas incluem as composições a seguir (a menos que indicado de outra maneira, todas as porcentagens são em peso):

US 2004/0209991 Al § (0042) - Tabela 4;

<table>table see original document page 13</column></row><table>

(a) : copolimero ácido malêico/butadieno, sal de a- mônio parcial (Lindau Chemicals, Inc.)

(b) : dispersão de poliuretano (BASF)

(c) : aminopropiltrietoxissilano (GE Silicones - Osi Specialties)

(d) : oxirano (copolimero EO-PO) (BASF)

(e) : oxirano (copolimero EO-PO) (BASF) (f) : oxirano (copolimero EO-PO) (BASF) (g) : octilfenoxipolietoxietanol

US 2004/0258912 Al § (0075) - Tabela 3:

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

(a) : Neoxil 962D é uma emulsão aquosa não-iônica de uma resina epóxi-éster

(b): Neoxil 8294 é uma emulsão aquosa não-iônica de uma resina epóxi flexível

(c) : VP Ls 2277 é uma dispersão de poliuretano a- quosa

Os precedentes tratam-se de exemplos de formula- ções de composição aglutinante que foram avaliadas e deter- minadas como úteis no processo da invenção. 0 técnico no as- sunto pode selecionar outras formulações de composição aglu- tinante adequadas ou outros componentes que possam ser usa- dos. Várias formulações de cola aquosas usadas na tecnologia de formação de fibras de vidro são úteis como aglutinantes para serem aspergidas sobre as fibras na aparelhagem para granulação, em conformidade com o processo da invenção.

Os grânulos apresentam rigidez intensificada e ca- pacidade para resistir ao manejo com degradação reduzida du- rante o processamento, armazenamento e manejo, antes da for- mação do composto em um produto final. Os grânulos resistem à quebra prematura, liberação de filamentos ou geração de flocos que podem se acumular e bloquear ou impedir o escoa- mento dos grânulos pelos transportadores ou equipamento para processamento. Por ora, os segmentos de vidro cortados den- tro dos grânulos se dispersam rapidamente durante a formação do composto, uma vez que o grânulo quebre. Os grânulos subs- tancialmente uniformes permitem um escoamento livre dos grâ- nulos e uma dosagem e alimentação consistente confiável no processo de formação do composto.

Além disso, devido ao fato de que a composição a- glutinante está sendo aplicada durante a formação dos grânu- los, a quantidade de composição aglutinante necessária para fornecer uma integridade desejada é tipicamente mais baixa do que aquela que seria necessária se a composição agluti- nante fosse aplicada aos fios individuais antes ou depois da formação dos grânulos. A aplicação da composição aglutinante do começo ao fim da formação dos grânulos pode reduzir a porcentagem total tanto do desperdício da composição agluti- nante, bem como com os grânulos irregularmente formados (in- cluindo os grandes).

Tais grânulos são especialmente úteis na fabrica- ção de compósito reforçado com fibra de vidro, sem uma perda considerável das características de força em comparação com produtos comparáveis feitos com fios cortados não- granulados.

Referindo-se, agora, a FIG. 2, o conjunto de tam- bor 20 inclui um tambor com rotação 22 possuindo uma parede interna de forma cilíndrica 24. A parede do tambor 22 define uma câmara 25 dentro do tambor 22. Em determinadas modalidades, o tambor 22 está po- sicionado em uma orientação substancialmente horizontal. Em certas outras modalidades, o tambor 22 está orientado com um ângulo desejado. A inclinação do tambor 22, bem como a velo- cidade de rotação do tambor 22 pode variar, dependendo do tipo de grânulo desejado pelo usuário final. Ademais, em de- terminadas modalidades, o tambor 22 pode ser montado sobre rodas (não mostrado) ou similares para movimento para outras linhas de produção.

O tambor 22 possui uma extremidade de entrada 26 e uma extremidade de saida 28. OS segmentos de fios cortados 124 entram no tambor 22 por uma abertura 27 na extremidade de entrada 26. Os segmentos de fios cortados 124 são movi- mentados por todo tambor 22, da extremidade de entrada 26 em direção a, e para fora pela extremidade de saida 28, através da rotação do tambor 22. Os segmentos de fios cortados ficam sob a influência da gravidade à medida que o tambor 22 é ro- tacionado. Uma quantidade desejada de composição aglutinante atomizada 136 é introduzida através do bocal 134 para o in- terior do tambor 22.

O tambor 22 inclui uma placa de desvio 29 que se estende da extremidade de entrada 26 à câmara 25. A placa de desvio 2 9 inclui uma seção em subida 2 9A e uma seção de des- vio 29B. Em determinadas modalidades, a seção de desvio 29B estende-se a cerca de 60° de um plano definido pela extremi- dade de entrada 26.

O tambor 22 inclui também uma pluralidade de pás montadas na parede 24 do tambor 22. As pás 30 estão posicio- nadas em um molde desejado na parede 24. Na ilustração es- quemática da FIG. 2, as pás 30 estão identificadas como 30-1 a 30-9. Deve ser entendido que o número e o comprimento das pás 30 dispostas no tambor 22 pode depender, pelo menos em parte, do comprimento e/ou diâmetro do tambor 22 e do tempo de residência desejado dos segmentos de vidro cortados no interior do tambor 22.

As pás estão dispostas em uma relação espaçada a- dequada umas das outras, de modo tal que um suprimento dos segmentos de vidro cortados 124 seja elevado por uma primei- ra pá 30-1, à medida que o tambor 22 for rotacionado ao re- dor de seu eixo longitudinal. Assim que o tambor 22 rotacio- na, as pás são suspensas em uma direção circunferencial as- cendente. Um suprimento de segmentos de fios cortados 124, em cada pá, é descarregado de uma maneira em cascata para aquela parte da parede interna 24 que está em um fundo da rotação do tambor 22. Os suprimentos de grânulos são, então, suspensos novamente pela pá seguinte vazia.

Em determinadas modalidades, as pás 30 são alinha- das de tal forma que, à medida que os segmentos de vidro cortados 124 entrem no tambor 22, os segmentos de vidro cor- tados 124 caiam em' forma de cascata pela placa de desvio 29 antes do contato com a primeira pá 30-1. 0 movimento dos segmentos de vidro cortados 124 no tambor 22 e a mistura próxima dos segmentos de vidro cortados 124 com a composição aglutinante levam à formação de grânulos 140 por aglomera- ção. Isto é, à medida que os segmentos de vidro cortados 124 caem em forma de cascata pelo liquido aspergido da composi- ção aglutinante atomizada, grânulos 140 dos segmentos de vi- dro cortados 124 são formados. 0 movimento causa também a densificação dos grânulos 140. Para atenuar a explicação, os segmentos de vidro cortados 124 transformados em grânulos 140 pela sua jornada através do tambor 22 serão genericamen- te referidos, daqui por diante, como grânulos 140. A cada um desses inúmeros eventos em cascata, os grânulos 140 capturam sobre suas superfícies gotas da composição aglutinante. 0 revestimento em gotas de composição aglutinante causa aglo- meração de segmentos de fios cortados adicionais sobre a se- mente do grânulo; em resumo, o grânulo cresce em conformida- de com um processo de formação de "camadas de cebola". As ações em cascata, queda e rolamento, concedidas aos grânulos mais novos, fizeram com que os segmentos de vidro cortados aglomerados se alinhassem e compactassem a si próprios em um grânulo genérica e uniformemente formado e dimensionado.

Os grânulos caem em correntes planas sucessivas, ou cortinas, no interior do tambor 22, conforme genericamen- te mostrado pela seta A na FIG. 2.

Os grânulos em cascata caem em uma direção geral- mente para frente, em direção à extremidade 28. Durante es- ses eventos em cascata, segmentos de fios cortados 124 adi- cionais que entram e os grânulos de formação 140 são reves- tidos com a composição aglutinante, conforme genericamente mostrado pela seta B na FIG. 2.

Cada evento em cascata de uma pá 30-1 para a pró- xima pá 30-2 move os grânulos 140 ao longo de uma trajetória pseudo-helicoidal através do tambor 22. Na modalidade mos- trada aqui, a trajetória pseudo-helicoidal é uma espiral não-contínua; isto é, uma série de trajetórias espirais con- tinuas onde os grânulos são "parados" ou mantidos em cada pá antes de continuarem em uma trajetória helicoidal subseqüen- te, e curta.

As pás 30 forçam os segmentos de vidro cortados úmidos 124 para seguirem uma trajetória pseudo-helicoidal no tambor com rotação 22 através de uma séria de eventos em cascata no interior do tambor 22. Em determinadas modalida- des, os grânulos 140 caem sucessivamente de cada pá 30 como uma série de cortinas, ou correntes planas, de grânulos 140. As pás 30 possuem uma configuração que permite que as corti- nas de grânulos sejam substancialmente finas e uniformes, sem quaisquer lacunas na cortina. As cortinas de grânulos em cascata 140 entram em contato com as gotas de composição a- glutinante e fazem com que a composição aglutinante seja substancialmente consumida, ou interceptada, pelos grânulos em cascata 140.

Os grânulos em crescimento 140 são, deste modo, continuamente revestidos com a composição aglutinante, de modo que haja pouco ou nenhum desperdício de composição a- glutinante. Cada grânulo resultante 140 possui, assim, com- posição aglutinante substancial e igualmente distribuída por todo grânulo. Em determinadas modalidades, a eficiência da aplicação de aglutinante está entre cerca de 85% a cerca de 95%, contra cerca de 65-75% para a eficiência de distribui- ção de cola convencional.

As pás 30 podem ser feitas de qualquer material que resista às condições de operação no interior do tambor e possam ser fixadas na parede do tambor 24 com pinos, parafu- sos ou por solda, ou outro meio adequado 33. Em determinadas modalidades, a parede 24 e as pás 30, que inevitavelmente entram em contato com os segmentos de vidro cortados e o a- glutinante, são revestidos com um revestimento de polímero não-aderente para facilitar a limpeza. Onde ferragens de fi- xação, tais como pinos ou parafusos, são usadas, a pá 30 possui um flange 32 formado nesta para facilitar a fixação da pá 30 na parede 24.

Em determinadas modalidades, conforme mostrado nas FIGS. 3A e 3B, a pá 30 inclui um flange 32 para sua fixação na parede do tambor 24. Na modalidade mostrada, o flange 32 possui uma seção de fixação 32a para montagem na parede in- terna 24, que, geralmente, possui limites coincidentes com o comprimento da pá 30. Ademais, na modalidade mostrada, o flange inclui uma seção de extensão 32b que mantém um membro de captura a uma distância desejada da parede interna 24. 0 membro de captura 34, em seqüência, possui uma borda de cap- tura 35. Em certas modalidades, o membro de captura 34 da pá 30 possui uma forma genérica de uma corneta aberta definida por uma primeira extremidade 3 6 e uma segunda extremidade 38. A primeira extremidade 36 possui um raio interno, ríf o qual é menor que um raio interno, r2, da segunda extremidade 38, de forma tal que a primeira extremidade 36 seja mais es- treita que a segunda extremidade 38. O membro de captura 34 possui, assim, uma expansão gradual em largura, de tal forma que o membro de captura 34 é achatado gradualmente ao longo de seu comprimento longitudinal da primeira extremidade 36 à segunda extremidade 38.

Cada pá 30 é montada na parede do tambor 24 de tal forma que sua extremidade estreita 36 esteja próxima à ex- tremidade de entrada 26 do tambor 22, e sua extremidade lar- ga 38 esteja próxima à extremidade de saida 28 do tambor 22. A direção de rotação do tambor 22 é tal que a borda de cap- tura 35 da pá 30 mergulha em um suprimento de grânulos que repousam no fundo do tambor 22. A borda de captura 35 e o membro de captura 34 garantem que a pá 30 seja preenchida quando for suspensa.

Quando a pá de captura 30 é rotacionada e atinge um certo ângulo de inclinação, a gravidade faz com que os grânulos 140 comecem a cair em forma de cascata para fora da pá 30 em um ponto de cascata ao longo da borda de captura 35 (isto é, como a cortina de grânulos em queda) para o leito de fundo de grânulos 140. À medida que a pá de captura 30 se move na direção circunferencial, a pá 30 é gradualmente es- vaziada. A forma do membro de captura 34 permite que este segure uma quantidade de grânulos quando a pá estiver em seu ponto mais alto de rotação. À medida que a pá 30 continua sua rotação de volta, em direção ao seu ponto mais baixo, a pá é, ainda, esvaziada. A pá 30 proporciona uma cortina de grânulos substancialmente continua sendo depositada na cor- rente de composição aglutinante por pelo menos uma quarta parte da rotação do tambor 22.

Em certas modalidades, uma vez que a borda de cap- tura é rotacionada cerca de 1/4 de revolução, os grânulos começam a cair em cascata do membro de captura 34. O membro de captura 34 fornece um suprimento estável dos grânulos em cascata à medida que a pá 30 rotaciona de cerca de 1/4 a cerca de 1/2 de revolução. O membro de captura 34 segura um suprimento dos grânulos de tal forma que os últimos grânulos cairam em cascata do membro de captura a cerca de 1/2 de re- volução.

Durante esses eventos em cascata, os segmentos de fios que entram 124 e os grânulos de formação 140 estão em contato com a composição aglutinante, conforme mostrado ge- nericamente pela seta B na FIG. 2. A borda de captura 35 es- tá a um ângulo agudo em relação ao plano definido pela pare- de do tambor 24, de tal forma que os grânulos em cascata também caiam a um ângulo oblíquo com relação à parede inter- na 24 e estejam expostos a uma quantidade desejada de gotas de composição aglutinante. Os grânulos em cascata 140 caem em uma direção geralmente para frente, em direção à extremi- dade 28.

Deve ser entendido que, na modalidade mostrada, o tambor 22 possui múltiplas pás 30 com a mesma configuração. Em certas modalidades, cada pá 30 se estende radialmente pa- ra dentro para a mesma profundidade, e se estende longitudi- nalmente ao longo da parede interna 24 para a mesma distân- cia. Em outras modalidades, uma ou mais pás 30 podem ter di- mensões diferentes, tal como comprimentos e/ou profundidades divergindo do membro de captura 34. Ademais, em determinadas modalidades, a colocação de cada pá 30 na parede interna po- de ser variada para otimizar o revestimento com a composição aglutinante e o tempo de residência dos grânulos 140 dentro do tambor 22. Por exemplo, a cortina de grânulos 140 (con- forme mostrada pela seta C na FIG. 3B) cai da primeira pá 30-1 durante a rotação do tambor, e a cortina de grânulos 140 cai em uma primeira trajetória pseudo-helicoidal em di- reção à extremidade de saida 28 do tambor 22.

A pá subseqüente, em ordem, também permite que os grânulos, capturados pela mesma, caiam em uma segunda traje- tória pseudo-helicoidal dentro do tambor 22; e assim por di- ante. Deve ser observado que a velocidade de rotação do tam- bor pode ser variada, com o intuito de aumentar ou diminuir o período de tempo que o produto cai em forma de cascata no tambor 22.

Em uma modalidade, conforme mostrado nas FIGS. 4A e 4B, as pás 30 estão posicionadas em um molde desejado ao longo da parede 24. A primeira pá 30-1 está espaçada a uma primeira distância, que é próxima da extremidade de entrada 26; uma segunda pá 30-2 está espaçada a uma segunda distân- cia, que está mais longe da extremidade de entrada 26 que a primeira pá 30-1; uma terceira pá 30-3 está espaçada a uma terceira distância, que é mais longe da extremidade de en- trada 26 que a segunda pá 30-2; e assim por diante. A dis- tância longitudinal, I2, da segunda pá 30-2 até a terceira pá 30-3é a mesma; e assim por diante; ou seja, Ii=I2=Is, etc.

Em certas modalidades, o molde de pás configurado proporciona uma trajetória pseudo-helicoidal e auxilia, tam- bém, na formação de um grânulo genérica e uniformemente for- mado em formato cilíndrico e dimensionado. As FIGS. 4Α e 4Β mostram uma modalidade de um mol- de de colocação de pás no interior do tambor 22. Cada pá é seqüencialmente colocada ao longo da circunferência interna do tambor, pá 30, conforme definido pela circunferência de 360° do tambor, como segue, onde a distância circunferencial entre:

a primeira pá 30-1 e a segunda pá 30-2 é de cerca de 120°;

a segunda pá 30-2 e a terceira pá 30-3 é de cerca de 120°;

a terceira pá 30-3 e a quarta pá 30-4 é de cerca de 80°;

a quarta pá 30-4 e a quinta pá 30-5 é de cerca de 120°;

a quinta pá 30-5 e a sexta pá 30-6 é de cerca de 120°;

a sexta pá 30-6 e a sétima pá 30-7 é de cerca de 80°;

a sétima pá 30-7 e a oitava pá 30-8 é de cerca de 120°; e

a oitava pá 30-8 e a nona pá 30-9 é de cerca de 120°.

Em determinadas modalidades, a última pá 30-9 no tambor 22 pode ter uma configuração diferente. Por exemplo, a última pá pode ter um comprimento maior que as outras pás, para auxiliar na entrega de grãos para fora do tambor 22.

Os grânulos são sujeitados a um aumento gradual na compactação e densificação, conduzindo a uma melhor capaci- dade de escoamento do produto final. Comparado com outro ti- po de conjunto para granulação, existe uma deterioração me- nor dos grânulos resultantes 140 ocorrendo pelo impacto e abrasão. A tendência diminuída à deterioração dos grânulos resultantes 140 proporciona propriedades físicas melhoradas nos artigos moldados reforçados com fibra de vidro, fabrica- dos a partir do uso de tais grânulos 140.

Comparado com um granulador em zig-zag, o alarga- mento do comprimento da câmara de amplo diâmetro aumenta a capacidade da quantidade de trabalho do processo em um perí- odo de tempo. Por exemplo, em certas modalidades, o tambor que opera a cerca de 300 libras (1360 quilogramas) por hora, sem qualquer configuração de pá helicoidal, pode ser aumen- tada para uma capacidade de cerca de 5500 libras (2500 qui- logramas) por hora pela adição de uma configuração de pá he- licoidal .

Ademais, a redução da degradação das fibras resul- tante da inclusão de pás, concedendo o movimento em forma de cascata e conseqüente revestimento aglutinante otimizado (em forma de "camadas de cebola"), proporciona um aumento da in- tegridade dos grânulos. Os grânulos possuem também uma forma mais regular e cilíndrica. Os grânulos resultantes apresen- tam também menos fibras longas e redução de flocos.

Um processo para granular segmentos de vidro cor- tados inclui introduzir segmentos de vidro cortados em um tambor possuindo uma pluralidade de pás posicionadas em uma parede lateral interna do mesmo, e rotacionar o tambor em torno de um eixo genericamente horizontal. Em determinadas modalidades, o tambor pode ser rotacionado em um eixo longi- tudinal, que trata-se de uma leve angulação do horizontal, para auxiliar no movimento longitudinal dos grânulos de lado a lado no tambor.

A presença da composição aglutinante de revesti- mento substancial e uniformemente por todo o grânulo permite ainda que o grânulo seja formado a partir de fios com cargas de composição aglutinante desejadas e integridade do fio correspondente desejada, que fornece rápida dispersão das fibras uma vez que os grânulos são usados para formar o pro- duto final. Revestir a composição aglutinante por todo o grânulo reduz a porcentagem total de desperdício de agluti- nante, e reduz também a quantidade de grânulos irregularmen- te formados (incluindo os grandes), o que fornece benefícios econômicos óbvios.

Várias vantagens dessa invenção tornar-se-ão apa- rentes para técnicos no assunto a partir da subseqüente des- crição detalhada das modalidades preferidas, quando lidas levando-se em conta os desenhos em anexo.

Embora a invenção tenha sido descrita com referên- cia a modalidades específicas, deve ser entendido, por téc- nicos no assunto, que várias modificações podem ser realiza- das e equivalentes podem ser substituídos por seus elemen- tos, sem fugir do escopo essencial da invenção. Além disso, várias modificações podem ser feitas para adaptar um materi- al ou uma situação particular aos ensinamentos da invenção, sem fugir do escopo essencial da mesma. Portanto, é preten- dido que a invenção não esteja limitada às modalidades par- ticulares para a realização dessa invenção, mas que a inven- ção inclua todas as modalidades que fazem parte do escopo das reivindicações.

Claims

1. Aparelhagem para produzir grânulos de fibra de vidro substancialmente revestidos com uma composição agluti- nante (136) a partir de segmentos de fios cortados (124), CARACTERIZADA pelo fato de compreender: um aplicador para aplicação de uma composição aglutinante sobre os segmentos de vidro cortados; e um conjunto para granulação (125) para conceder uma ação pseudo-helicoidal aos segmentos de fios cortados.

2. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o conjunto para granulação compreende um tambor com rotação (22) para receber os seg- mentos de fios cortados e uma pluralidade de pás (30) monta- das no interior do tambor com rotação.

3. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que as pás estão posicionadas em um molde no interior do tambor para que os segmentos de vi- dro cortados caiam em forma de cascata.

4. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o molde das pás está configu- rado para permitir que os grânulos sigam uma trajetória pseudo-helicoidal no tambor.

5. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que as pás, no interior do tam- bor, estão posicionadas em um molde de repetição.

6. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o molde inclui espaçamento das pás no interior do tambor a distâncias longitudinalmente iguais das pás adjacentes.

7. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que cada pá está orientada no in- terior do tambor de modo a permitir que uma corrente plana de grânulos caia em forma de cascata da pá.

8. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que cada pá está posicionada ao longo de uma circunferência do tambor, onde as distâncias circunferenciais entre as pás compreendem: entre uma primeira pá e uma segunda pá cerca, de -120°; entre a segunda pá e uma terceira pá cerca de -120°; entre a terceira pá e uma quarta pá cerca de 80°.

9. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o molde inclui uma última pá possuindo um comprimento mais longo que as outras pás no molde.

10. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a pá possui uma extremidade estreita e uma extremidade larga.

11. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que a extremidade estreita está mais próxima de uma entrada do tambor.

12. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a pá inclui um membro de cap- tura possuindo uma forma de corneta.

13. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a pá possui um suporte confi- gurado para manter a pá a uma distância preferida de uma pa- rede interna do tambor e a um ângulo agudo com relação à pa- rede interna.

14. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que uma orientação de um eixo longitudinal da pá é paralela a um eixo longitudinal do tam- bor .

15. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que uma orientação do eixo longi- tudinal da pá está a um ângulo agudo em relação ao eixo lon- gitudinal do tambor.

16. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que inclui um dispositivo de dis- tribuição configurado para distribuir uma composição agluti- nante sobre os segmentos de vidro cortados.

17. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADA pelo fato de que o dispositivo de distribuição está dentro de uma corrente envolvida por ar puro que entra no tambor junto com a composição aglutinante.

18. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o tambor possui uma parede lateral interna cilíndrica substancialmente revestida com uma composição antiaderente.

19. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a pluralidade de pás estão dispostas numa relação espaçada uma das outras, as pás es- tando configuradas de tal forma que os grânulos de uma pá caiam em forma de cascata e sejam capturados por uma pá ad- jacente.

20. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que cada pá está configurada para permitir que uma corrente plana de grânulos caia em forma de cascata da pá para um fundo do tambor, e onde cada pá está, adicionalmente, configurada para capturar uma quantidade de grânulos do fundo do tambor.

21. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o tambor possui múltiplas pás com a mesma configuração.

22. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o conjunto para granulação está configurado para permitir que os segmentos de vidro cortados possuam um tempo de residência dentro do conjunto para granulação suficiente para garantir que os segmentos de vidro cortados fiquem substancialmente revestidos com a com- posição aglutinánte e que, ao mesmo tempo, esta se una subs- tancialmente aos grânulos.

23. Processo para granular os grânulos de fibra de vidro substancialmente revestidos com uma composição agluti- nante, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: introduzir segmentos de fios cortados em um tambor com rotação; aplicar uma composição aglutinante sobre os seg- mentos de fios cortados; e, simultaneamente, conceder uma ação pseudo-helicoidal aos segmentos de fios cortados no in- terior do tambor por um tempo suficiente para garantir que os segmentos de fios cortados fiquem substancialmente reves- tidos com a composição aglutinante e que, ao mesmo tempo, esta se una substancialmente aos grânulos.

24. Processo, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que o tambor com rotação inclui uma pluralidade de pás posicionadas em um molde no interior do tambor para que os segmentos de fios cortados caiam em forma de cascata.

25. Processo, de acordo com a reivindicação 24, 10 CARACTERIZADO pelo fato de que o molde das pás está configu- rado para permitir que os grânulos sigam uma trajetória psèudo-helicoidal no tambor.

26. Processo, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui rotacionar circunfe- rencialmente as pás de forma continua, onde, quando cada uma atingir um ângulo de inclinação desejado, a gravidade faça com que os grânulos comecem a cair da pá, em forma de casca- ta, como uma cortina de grânulos em queda; e, à medida que cada pá for rotacionada na direção circunferencial, a pá se- ja gradualmente esvaziada.

27. Processo, de acordo com a reivindicação 26, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui fornecer uma cortina substancialmente continua de grânulos depositados em uma corrente de composição aglutinante por pelo menos uma quarta parte da rotação do tambor com rotação.

28. Processo, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente inclui conectar um ou mais bocais adjacentes no tambor para distri- buir uma quantidade de composição aglutinante para dentro do tambor.

29. Processo, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui bocais que atomizam substancialmente a composição aglutinante à medida que a composição aglutinante atomizada está sendo dispensada no interior do tambor.

30. Processo, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui combinar a composição aglutinante com um suprimento de ar numa corrente fluida an- tes de ser dispensada no tambor.

31. Processo, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui distribuir a composi- ção aglutinante e um suprimento de ar através de orifícios de bocais separados, por meio dos quais o ar e a composição aglutinante são combinados em uma corrente atomizada no tam- bor.

32. Processo, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui aplicar a composição aglutinante sobre os segmentos de fios cortados a uma taxa de eficiência entre cerca de 85% e cerca de 95%.

33. Grânulo, CARACTERIZADO pelo fato de que com- preende camadas sucessivas e alternadas de segmentos de fios cortados e composição aglutinante.

34. Grânulo, de acordo com a reivindicação 33, CARACTERIZADO pelo fato de que determinados segmentos de fi- os cortados estão, pelo menos, parcialmente alinhados com outros segmentos de fios cortados para formar um grânulo ge- nérica e cilindricamente formado.

35. Grânulo, de acordo com a reivindicação 34, CARACTERIZADO pelo fato de que possui um diâmetro entre cer- ca de 12% e cerca de 50% de seu comprimento.

36. Grânulos, CARACTERIZADOS pelo fato de que são formados pelo processo conforme definido na reivindicação -23.