BRPI0800755A2 - formulação de material e processo para a fabricação de artefatos de madeira plástica - Google Patents

Abstract

FORMULAçãO DE MATERIAL E PROCESSO PARA A FABRICAçãO DE ARTEFATOS DE MADEIRA PLáSTICA Formulação de material e processo a fabricação de artefatos de madeira plástica tais como pranchas, vigas dormentes para estradas de ferro e outros, sujeitos à exposição à intempérie, utilizando como matéria prima materiais termoplásticos reciclados, tais como o PE e o PP, com o acréscimo de cargas minerais, materiais termofixos pulverizados, pó de pneu e fibras naturais ou de vidro. O processo de fabricação compreende a mistura dos termoplásticos PE e PP e seu processamento numa extrusora de dupla rosca co-rotante, sendo os demais materiais introduzidos ao longo de dita extrusora.

Description

"FORMULAÇÃO DE MATERIAL E PROCESSO PARA A FABRICAÇÃODE ARTEFATOS DE MADEIRA PLÁSTICA"

Campo de Aplicação

Refere-se a presente invenção ao âmbito das composições demateriais empregados na fabricação de madeira plástica em diversasaplicações em substituição a madeira natural que utilizam como principaismatérias primas uma multiplicidade de plásticos e fibras e, maisparticularmente, àqueles cuja composição compreende compostos reciclados.

Resumo do estado da técnica

Os elementos permanentes ou provisórios, usados emestruturas expostas à ação da intempérie devem, além de possuircaracterísticas mecânicas adequadas, apresentar resistência à degradaçãoprovocada por fatores tais como umidade, exposição solar, variações detemperatura, entre outros. Dentre estes elementos, pode-se citar como os maissolicitados em termos de resistência aos fatores mecânicos e ambientais, ascruzetas utilizadas para suporte dos cabos de energia ou telecomunicações nospostes e, principalmente, os dormentes sobre os quais se assentam os trilhosnas ferrovias.

O termo "dormente" designa cada uma das travessas ou vigassobre as quais se assentam os carris das linhas férreas ou as traves em que seassenta o soalho, com a finalidade de receber e/ou transmitir ao lastro osesforços produzidos pela passagem do material rolante. O materialtradicionalmente usado para a fabricação de dormentes é a madeira, sendo,todavia, utilizados mais recentemente o concreto e o aço para esta finalidade.Cada um destes materiais apresenta vantagens e desvantagens, estas últimasimpactando negativamente na relação custo/beneficio, principalmentetomando-se em consideração que sua vida útil deve ser da ordem de dezenasde anos.

No que tange aos problemas inerentes às madeiras empregadasno fabrico dos ditos dormentes, a presença de reentrâncias, saliências, fendaslongitudinais, nós ou outros prejudicam a sua função ou vida útil, além dofato de ser aproveitado apenas o cerne, descartando-se o alburno.

Após a 2a guerra mundial, começou a ser utilizado o concretopara a fabricação de dormentes uma vez que este material apresenta, quandocomparado aos dormentes de madeira, uma maior resistência, vida útil ehomogeneidade, consistência na qualidade de produção, uniformidadegeométrica, bem como versatilidade no emprego dos mais diversos sistemasde fixação dos trilhos. Todavia, devido à ausência de flexibilidade o dormentede concreto tende a se deteriorar quando submetido a cargas periódicas deimpacto. Ademais, sua fabricação requer cuidados especiais no tocante àproporção das matérias primas, que, além de influenciar diretamente naresistência das peças, afeta também a porosidade e a facilidade depreenchimento das formas. Assim, o excesso de água reduz a resistênciamecânica do concreto, além de aumentar a porosidade do produto acabado,enquanto que uma quantidade insuficiente desta poderá tornar difícil aadaptação às formas. O aumento de porosidade facilita a penetração deumidade que irá corroer as armaduras utilizadas no reforço das peças,comprometendo sua resistência e reduzindo sua vida útil.

Os dormentes de aço, apesar de apresentarem menor peso emaior facilidade no transporte e manuseio são sujeitos ao encruamento econseqüente fragilização devido à aplicação de cargas repetidas. No caso dedescarrilamento dos vagões e/ou locomotivas, não se rompem, podendo porisso ocasionar danos maiores às composições. Ademais, sua durabilidade nosclimas úmidos é comprometida pela oxidação. Outro inconveniente dessematerial é a não absorção de vibrações, podendo produzir ruídos danosos àaudição.

Objetivos da invenção

Em vista dos problemas encontrados no estado da técnica, tema presente invenção como primeiro objetivo o provimento a produção demateriais adequados para a fabricação de elementos estruturais tais comodormentes, vigas, cruzetas de postes, pranchas, tapumes, travessas eassemelhados, principalmente aqueles submetidos à ação do tempo.

Outro objetivo da invenção é prover formulações queenglobem, além de um desempenho mecânico adequado, como uma excelenterelação custo/benefício e disponibilidade de produto sem, entretanto, afetar assuas características, propriedades físicas, químicas ou físico-químicas, bemcomo aumentar a vida a útil quando comparada à madeira natural.

Constitui outro objetivo da invenção o provimento deformulações para dormentes que possam ser utilizados numa grandediversidade de ambientes terrestres.

Constitui outro objetivo da invenção o provimento decomposições preparadas a comportar a absorção de vibrações e preservar omaterial rolante bem como a geometria da via.

Constitui outro objetivo da invenção a obtenção de ummaterial cujas características de elasticidade, módulo de resistência à flexão eà compressão e facilidade de manuseio sejam comparáveis àquelas dasmadeiras, aço e concreto utilizadas em estruturas.

Descrição resumida da invenção

Os objetivos acima citados são atingidos pela invençãomediante um amplo espectro de formulações baseadas em uma mistura efusão de plásticos recicláveis, com o acréscimo de materiais destinados aconferir-lhe características específicas, tais como fibras naturais e de vidro, póde pneu, aditivos e cargas minerais.

De acordo com outra característica da invenção, ditos plásticosrecicláveis compreendem, preferencialmente, embalagens recicláveis demateriais termoplásticos tais como o polietileno de alta densidade e opolipropileno, bem como plásticos termofixos.De acordo com outra característica da invenção, ditosmateriais termoplásticos são inicialmente triturados e misturados, sendo aseguir introduzidos numa extrusora aquecida que provê sua fusão, os demaiscomponentes da formulação sendo introduzidos sucessivamente poralimentação lateral {side-feed) ao longo da extrusora.

De acordo com outra característica da invenção, dita extrusoraé uma extrusora de dupla rosca.

De acordo com outra característica da invenção, dita extrusoraé uma extrusora de dupla rosca co-rotante.

De acordo com outra característica da invenção, o materialtermofixo é pulverizado antes de sua introdução por alimentação lateral naextrusora.

De acordo com outra característica da invenção, os locais deintrodução dos demais componentes da formulação estão distanciados dobocal de saída na razão inversa das respectivas suscetibilidades à degradaçãotérmica/mecânica.

De acordo com outra característica da invenção, os materiaisfibrosos são introduzidos por alimentação lateral na região próxima do bocalde descarga da extrusora, são utilizados dois alimentadores laterais (side-feeder) um colocado entre 30% e 50% do comprimento e outro entre 60% e80% do comprimento da rosca da extrusora, as matérias primas supracitadasserão inseridas paulatinamente e, preferencialmente, de forma ordenada, a fimde evitar, no caso das fibras celulósicas, a deterioração pela exposiçãoprolongada ao calor e, da fibra de vidro, a excessiva fragmentação devido àação mecânica da referida extrusora.

De acordo com os princípios e características da presenteinvenção, o material oriundo da dita extrusora será encaminhado, mediante autilização de um crivo, a uma bomba de engrenagem e elevada pressão.

De acordo com os princípios e características da presenteinvenção, o produto resultante das etapas ora mencionadas poderá serdirecionado a uma matriz de extrusão com a finalidade de ser extrudado, ouencaminhado a moldes pré-definidos, mediante dosagem prévia.

De acordo com os princípios e características da presenteinvenção, os materiais termoplásticos acima referidos, poderão ser misturadose fundidos, preferencialmente, no início do processo, acrescentando-se,sucessivamente, o material termofixo, as cargas minerais ou outras e,findando, os materiais fibrosos.

Breve Descrição das Figuras

A natureza, características e vantagens do processo eformulação de matéria prima para a fabricação de artefatos de madeiraplástica tornar-se-ão mais evidentes a partir da descrição de suasconcretizações preferidas, dadas exemplificativamente e não num sentidolimitativo e das figuras que a elas se referem, nas quais:

A figura 1 ilustra, mediante um fluxograma, as etapas doprocesso objeto da presente invenção.

A figura 2 ilustra, por meio de um diagrama esquemático, osprincipais elementos que realizam o dito processo, de acordo com osprincípios da invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

De acordo com a presente invenção, as referidas característicase vantagens ora propostas serão atingidas mediante a preparação deformulações fundamentadas nos ingredientes que se seguem:

40% a 90% de polietileno de alta densidade (PE);

- 20% a 60% de poliprolipleno (PP);

0 al 0% de plástico termofixo;

0 a 20% de pó de pneu;

0 a 40% de fibra de vidro ou fibra natural;

0 a 10% de carga mineral.O PE de alta densidade pode consistir de embalagensrecicláveis pós-consumo, tais como aquelas utilizadas para acondicionamentode óleo lubrificante, reduzindo destarte o impacto ambiental destasembalagens que, de outra forma, são geralmente encaminhadas aos aterrossanitários. No que tange às referidas fibras naturais, estas compreendemprincipalmente as celulósicas, dentre as quais podemos citar, a títuloilustrativo e esclarecedor os papéis em geral, bem como a cana e o coco.

O processo de preparação do produto objeto da presenteinvenção encontra-se ilustrado, esquematicamente, mediante o fluxograma daFig 1, dito processo compreendendo as seguintes etapas:

descontaminar, moer e lavar a matéria prima, notadamente ostermoplásticos PE e PP;

armazenar tais materiais em silos com características edimensões apropriadas;

- dosar, mediante equipamentos conhecidos, os termoplásticos

PE e PP na proporção desejada;

misturar estes materiais no silo misturador;

encaminhar a mistura a uma extrusora dupla rosca, co-rotantee provida de várias entradas laterais em diferentes pontos aolongo de sua extensão, dita extrusora sendo dotada de meios deaquecimento do material para sua fusão;

acrescentar, através das ditas entradas laterais, os demaiscomponentes da formulação ;

extrudar a mistura resultante e encaminhá-la, através de umcrivo, para uma bomba de alta pressão;

moldagem das peças desejadas mediante introdução da massafundida nos moldes correspondentes.

O referido processo de preparação compreende uma etapainicial baseada na descontaminação das matérias primas que apresentamestruturas com elevada rijeza e/ou resistências, notadamente, as embalagensplásticas de polietileno reciclado e polipropileno, com posterior moagemdestas, feita em shredders e moinhos de facas obtendo-se fragmentos ouflocos cuja massa aparente varia entre 0,35g/cm e 0,45g/cm . Segue-se alavagem destes ingredientes, com água, detergentes e tensoativos;posteriormente o material é centrifugado e seco, visando eliminar as possíveisimpurezas que prejudiquem o desempenho do produto final. Por oportuno,deve-se ressaltar que em virtude dos materiais apresentarem característicaspróprias e distintas que lhes conferem uma gama de particularidades, ditaetapa processa-se separadamente para cada uma das matérias primas, sendoestas armazenadas individualmente em silos.

A seguir, os fragmentos de PE e PP são descarregados nasproporções desejadas em transportadores pneumáticos e são encaminhados aum silo misturador, ditas proporções sendo medidas com auxílio de dosadoresde sólidos providos no bocal de saída de cada silo. Dita correia leva estesmateriais para o bocal de carga de uma extrusora de dupla rosca, dotada demeios de aquecimento para fusão da massa, que é impelida ao longo daextrusora, resultando a mistura íntima destas matérias primas.

A referida extrusora possui entradas laterais ao longo de suaextensão, através das quais são acrescentados outros componentes à massafundida. Tais componentes podem compreender a borracha pulverizada,obtida a partir de pneus descartados, bem como plásticos termofixosmicronizados, ou seja, moídos sob a forma de pó fino de modo a facilitar suadispersão na massa. Este material termofixo pode consistir de carcaças deequipamentos eletrodomésticos descartados, particularmente os gabinetes decomputadores.

Dependendo das características mecânicas desejadas para oproduto final, pode-se ainda adicionar material fibroso à massa fundida, talcomo fibra de vidro ou fibras de origem celulósica, tais como, por exemplo,os resíduos de cana ou a fibra de coco.

O acréscimo destes materiais é feito mediante doisalimentadores laterais (side-feeders), o primeiro colocado entre 30% e 50%do comprimento e o segundo, entre 60% e 80% do comprimento da roscaextrusora. Ditas matérias primas são inseridas paulatinamente e,preferencialmente, de forma ordenada, a fim de evitar a deterioração pelaexposição prolongada ao calor, no caso das fibras celulósicas, ou a excessivafragmentação devido à ação mecânica da referida extrusora, no caso da fibrade vidro.

A Fig. 2 contém uma representação simplificada do processoda invenção, omitindo-se alguns detalhes como os meios de controle doprocesso, que já são conhecidos da técnica. Conforme ilustrado, a matériaprima que consiste nos fragmentos de PE e PP já moídos e limpos éarmazenada separadamente nos silos 11 e 12. As saídas destes silos sãoprovidas de equipamentos dosadores de sólidos, representados, na figura,pelas transportadoras de rosca 13 e 14, nas quais a variação na dosagem dosmateriais é obtida variando-se a velocidade de operação de cadatransportadora. Os materiais dosados na proporção desejada - entre 40% e90% de PE e entre 20% e 60% de PP - são levados por transportadorespneumáticos 23, 24 até o silo misturador 25 e, deste, ao funil de carga 16 daextrusora de dupla rosca 17, preferencialmente co-rotante. Esta extrusoraapresenta uma relação comprimento/diâmetro entre cerca de 40 a cerca de 44,e possui meios de aquecimento a uma temperatura de cerca de 250°C,dispositivos de degasagem bem como entradas laterais {side-feeders) 18, 19,21 para acréscimo de outros materiais.

A ordem de introdução destes materiais na extrusora obedece adois critérios, a saber:

densidade aparente: os materiais com densidade aparentesemelhante são introduzidos misturados no mesmo ponto daextrusora.

degradação, que pode ser térmica (no caso das fibrascelulósicas) ou mecânica (no caso das fibras de vidro).

Conseqüentemente, a posição da entrada do material fibroso,indicada pela relação d/L na Fig. 2, é determinada em funçãodo tipo e nível de degradação. Segundo mencionado, osmateriais são alimentados lateralmente em pontos entre d/L =0,30 e d/L = 0,80.

Em termos gerais, o pó de pneu é acrescentado próximo àentrada da extrusora, seguindo-se a introdução da carga (mineral outermofixa).

A saída 22 da extrusora alimenta uma bomba de engrenagens(não ilustrada), que fornece a pressão necessária, da ordem de 250bar, paramoldagem por intrusão, a qual permite obter produtos nos quais a secçãotransversal não é constante. No caso de produtos com secção transversalconstante - por exemplo pranchas ou vigas - a moldagem poderá ser feita porextrusão. Em ambos os casos, é provido um crivo entre a saída da extrusora ea entrada da bomba, com aberturas entre 0,5mm e 0,8mm, para proteção dasengrenagens.

Complementarmente aos materiais já citados, a composiçãoobjeto da presente invenção poderá incluir aditivos anti-chama, protetorescontra radiação UV, etc. bem como cargas minerais, numa proporção entre0% e cerca de 10%.

Se bem que a invenção tenha sido descrita com base numaconcretização exemplificativa específica, fica entendido que modificaçõespoderão ser introduzidas por técnicos no assunto, permanecendo dentro doslimites conceituais da invenção. Assim, por exemplo, as proporções dematérias primas, tais como o PE e o PP nas formulações utilizadas paramoldagem por intrusão podem ser diferentes daquelas utilizadas na extrusão.Numa concretização alternativa da invenção os mesmos silos 11 e 12 (quearmazenam o PE e o PP) poderão, por meio de derivações nos tubostransportadores pneumáticos 23 e 24, alimentar dois silos misturadoresdistintos, um deles relacionado com a produção de peças moldadas porintrusão e o outro, com as peças moldadas por extrusão. Cada silo misturadorpoderá ser associado a um conjunto extrusora+bomba+molde de modo apermitir a produção independente de peças moldadas por intrusão e de peçasmoldadas por extrusão.

De acordo, a invenção é definida pelo conjunto dereivindicações que se segue.

Claims (8)

1. Formulação de material para a fabricação de artefatos demadeira plástica, fundamentada numa mistura e fusão de plásticos reciclados,com posterior acréscimo de matérias primas destinadas a proporcionarcaracterísticas específicas, caracterizada pelo fato de compreender cerca de-40% a 90%, em massa, de polietileno de alta densidade (PE), cerca de 20% a-60%, em massa, de polipropileno (PP), cerca de 0 a 10%, em massa, deplástico termofixo, cerca 0 a 20%, em massa, de pó de pneu, cerca de 0 a-40%, em massa, de fibras de vidro e/ou naturais e, cerca de 0 a 10%, emmassa, de carga mineral.

2. Formulação para a fabricação de artefatos de madeiraplástica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato dos ditosplásticos recicláveis compreenderem embalagens de materiais termoplásticos.

3. Processo para a fabricação de artefatos de madeira plástica,a partir das composições descritas na reivindicação 1, caracterizado pelo fatode compreender as etapas que se seguem:descontaminar, moer e lavar as matérias primastermoplásticas;armazenar tais materiais em silos com características edimensões apropriadas;dosar, mediante equipamentos conhecidos, os termoplásticosPE e PP na proporção desejada, encaminhando-os a pelomenos um silo misturador;misturar estes materiais numa determinada proporção eencaminhar a mistura a uma extrusora dupla rosca, provida devárias entradas laterais em diferentes pontos ao longo de suaextensão, dita extrusora sendo dotada de meios deaquecimento do material para sua fusão;acrescentar, através das ditas entradas laterais, os demaiscomponentes da formulação ;extrudar a mistura resultante e encaminhá-la, através de umcrivo, para uma bomba de alta pressão;introdução da massa fundida nos moldes correspondentes àspeças desejadas.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de dita extrusora de dupla rosca ser uma extrusora co-rotante.

5. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato dos locais de introdução dos demais componentes da formulaçãoestarem distanciados do bocal de saída na razão inversa da suscetibilidade àdegradação térmica/mecânica.

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato das fibras naturais e/ou de vidro, serem introduzidas à misturafundida nas proximidade do bocal de descarga da dita extrusora.

7. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato do pó de pneu ser adicionado à mistura provinda do misturador, nasproximidades do bocal de entrada da dita extrusora.

8. Processo de acordo com as reivindicações 3 ou 7,caracterizado pelo fato do plástico termofixo ser introduzido à mistura emseguida à adição do dito pó de pneu.