BRPI0819135B1 - processo para suprir uma película polimérica termoplástica com uma orientação longitudinal, e, aparelho para orientação longitudinal de uma película termoplástica - Google Patents

Description

(54) Título: PROCESSO PARA SUPRIR UMA PELÍCULA POLIMÉRICA TERMOPLÁSTICA COM UMA ORIENTAÇÃO LONGITUDINAL, E, APARELHO PARA ORIENTAÇÃO LONGITUDINAL DE UMA PELÍCULA TERMOPLÁSTICA (73) Titular: OLE-BENDT RASMUSSEN, Engenheiro(a). Endereço: Sagenstrasse 12, CH-6318 Walchwil, SUIÇA(CH), Dinamarquesa (72) Inventor: OLE-BENDT RASMUSSEN; NIKOLAJ WETTEGREN RASMUSSEN.

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 13/11/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 13/11/2018

Assinado digitalmente por:

Liane Elizabeth Caldeira Lage

Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados

1/20 “PROCESSO PARA SUPRIR UMA PELÍCULA POLIMÉRICA

TERMOPLÁSTICA COM UMA ORIENTAÇÃO LONGITUDINAL, E,

APARELHO PARA ORIENTAÇÃO LONGITUDINAL DE UMA

PELÍCULA TERMOPLÁSTICA” [0001] A invenção diz respeito a método e aparelho para orientação longitudinal de material de película termoplástica, especialmente com vistas à manufatura de laminados cruzados de películas que foram uniaxialmente estiradas em uma temperatura relativamente baixa. Sabe-se que as melhores propriedades de resistência circular em um laminado cruzado são obtidas pelas seguintes etapas de orientação: primeira, uma forte orientação de fusão quase uniaxial durante o rebaixamento da matriz de extrusão ou ainda melhor uma quase orientação uniaxial, enquanto o material polimérico está semifundido, e então outra orientação em uma temperatura um tanto baixa. “Propriedades de resistência circular” aqui refere-se a uma combinação de resistência à tração, carga limite, resistência à propagação de rasgamento e resistência à perfuração. É difícil fornecer uma explicação satisfatória por que esta combinação de etapas de orientação é preferível, porém pode ser resumidamente dito que, quando a orientação é realizada nestas etapas, as cadeias moleculares exibirão um largo espectro de diferentes graus de orientação, e aquelas de orientação relativamente baixa ajudarão a película a se reorientar em vez de dividir-se, quando é submetida a forças de rasgamento ou perfuração.

[0002] Entretanto, o estiramento a baixas temperaturas provoca problemas significativos, p. ex., nas películas, que podem consistir de polietileno de alta densidade (HDPE) ou polipropileno (PP) isotático ou idiotático. Um lado deste problema é que, quando uma película é longitudinalmente estirada, ela tem uma alta tendência a contrair-se na direção transversal, ao mesmo tempo que sua espessura é reduzida. Esta tendência é mais elevada quando a temperatura é baixa, p. ex., entre 10 Petição 870180064758, de 26/07/2018, pág. 7/57

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40oC, que é ótima faixa de temperatura de estiramento para HDPE e PP, na medida em que as propriedades estejam envolvidas. O outro lado do problema é que, nestas baixas temperaturas, o material tende a “estreitar-se”, em vez de gradualmente desenvolver a orientação dentro de uma zona razoavelmente longa. Isto significa que o estiramento deve ocorrer entre rolos de estiramento ou barras de estiramento estreitamente afastados e, a menos que precauções especiais sejam tomadas, isto evitará que a película sofra a contração necessária na direção transversal.

[0003] Na patente dos inventores US3233029, que foi publicada há cerca de 40 anos atrás, uma proposta é feita para solução deste problema, isto é, “antecipar” uma parte substancial da contração transversal a que a película tende por pregueamento longitudinal a um estiramento dentro de uma ou mais zonas de estiramento curtas, como isto é mais exatamente expresso na introdução da presente reivindicação 1.

[0004] Naquela patente, o mecanismo de pregueamento descrito consiste de dois conjuntos de discos, que são fixados afastados entre si nos eixos, um sobre e um sob a película, para ficarem pregueados, de modo que os discos de um conjunto se engrenem entre os discos do outro conjunto. Desse modo, a película é forçada a formar dobras ou convoluções. E ainda descrito que a película preferivelmente passará sobre um rolo conformado em coroa, adaptado para tomar a tração sobre as bordas igual àquela do meio da película. Conformação em coroa significa que o rolo tem mais elevado diâmetro em seu meio, o diâmetro gradualmente diminuindo em direção a suas extremidades. Finalmente é descrito que a película preferivelmente é esfriada na zona de estiramento, o que pode convenientemente ser cobrindose uma barra de estiramento com feltro e mantendo-se este feltro úmido. A água também, por sua ação lubrificante, ajuda a permitir à película a contração transversal, que elimina as pregas. Nenhuma prega permanece no produto final.

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3/20 [0005] O inventor manobrou para tomar este trabalho de invenção antigo com HDPE e PP flexibilizado, porém somente em larguras relativamente estreitas, insuficientes para uma produção industrial, p. ex., de sacos industriais laminados cruzados ou lâmina de cobertura laminada cruzada. Quando tentando aplicar a invenção a película mais dura, tal película feita de HDPE ou PP liso, ou quando tentando-o na película de maior largura, p. ex., largura de 1 m, as forças transversais aplicadas pela película sempre causam uma estiramento transversal da película na forma de linhas finas estendendo-se longitudinalmente. Parece que o princípio de aplicar pregueamento longitudinal, desse modo permitindo uma contração transversal da película durante estiramento longitudinal, tem até agora somente sido realizado industrialmente sob condições que também produzem estiramento transversal e atenuação ao longo das linhas estreitas longitudinais.

[0006] O problema descrito é superado pelo aperfeiçoamento que aparece na parte caracterizante da reivindicação 1. Avançando-se a película da maneira convergente mencionada, as forças atuando transversalmente, exercidas pelos dispositivos de pregueamento, são reduzidas e podem ser quase inteiramente eliminadas por ajustamentos otimizados, de modo que a formação de linhas longitudinais atenuadas, transversalmente estiradas, é evitada. O grau preferível de pregueamento, isto é, a relação entre a largura de película antes do pregueamento e após o pregueamento, o último medido ao longo de uma linha reta de borda a borda, será discutido na descrição específica.

[0007] A invenção tem importância particular em conexão com o estiramento longitudinal da película que principalmente consiste de HDPE, PP ou misturas destes polímeros, uma vez que o preço relativamente baixo e sua dureza e propriedades de resistência obteníveis, tomam-nos mais adequados para laminados cruzados usados em artigos industriais, tais como, p. ex., sacos industriais, lâminas de cobertura, lonas, encerados, folhas de

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4/20 betume reforçadas, revestimentos de reservatórios, película de estufa e “película de enrolar doméstica”. Entretanto, a invenção é também aplicável a todas as outras películas de material polimérico termoplástico, se tal película na forma de tiras estreitas puder ser orientada na ou próximo da temperatura ambiente normal. Como exemplos, a invenção é aplicável a película baseada em poliamidas, poliésteres tais como polietilenotereftalato, cloreto de polivinilideno e copolímeros cristalinos de cloreto de vinila e vinilindenocloreto. E também esperado tomar-se útil para as películas com base nos materiais polimérico biodegradáveis estiráveis a frio.

[0008] Muitíssimo convenientemente, a zona de redução não deve ser mais longa do que 3 vezes a largura de película original, preferivelmente não mais do que duas vezes e ainda mais preferivelmente não mais do que igual à largura.

[0009] As vantagens do estiramento em temperaturas relativamente baixas foram mencionadas acima e o estiramento de acordo com a presente invenção deve normalmente ocorrer em uma temperatura não mais elevada do que 60oC, preferivelmente não mais elevada do que 50oC, e ainda mais preferivelmente de não mais do que 40oC. A película a ser estirada pode ser na forma de um tubo aplainado. Fazemos referência em particular à manufatura de laminados cruzados de películas uniaxialmente orientadas, uma vez que o processo de manufatura normal para tais laminados cruzados compreende a etapa de corte helicoidal de um tubo longitudinalmente orientado.

[00010] Em uma forma de realização preferida da invenção, o rolo ou unidade de rolo a jusante compreende pelo menos um rolo banana com seu lado convexo apontando em direção à unidade de rolo a montante. “Rolo banana” é o nome normalmente usado para um rolo tendo um eixo geométrico curvado, usualmente formado como um arco de um círculo. Os rolos banana são normalmente usados para remover rugas ou pregas, porém aqui usado ao

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5/20 contrário. Em sua forma mais simples, um rolo banana consiste de um eixo ligeiramente curvado, colocado dentro de um tubo de borracha, que pode girar em seu eixo. O tubo é normalmente lubrificado, p. ex., com talco. Em um desenho mais industrial, há uma formação de mancais de esferas ou mancais de roletes, estreitamente lado a lado entre o eixo curvado e o tubo de borracha. O tubo de borracha pode, p. ex., ser substituído por uma formação de anéis, cada um encaixado em um mancai.

[00011] A curvatura do rolo banana pode ser ajustável. O ajustamento de um rolo banana convencional é bem conhecido e pode ocorrer por ajustamento da posição angular das extremidades do eixo. Para permitir uma curvatura variável, o eixo é preferivelmente feito de um compósito, p. ex., fibras de vidro ou fibras de carbono embutidas no material polimérico.

[00012] Não importa se um rolo banana com curvatura ajustável ou fixa for usado, o raio da curvatura é determinado pelo comprimento da zona de contração e o grau escolhido de pregueamento. Isto é explicado na descrição específica.

[00013] Como um equivalente técnico ao uso de pelo menos um rolo banana como rolo a jusante ou como parte da unidade de rolo a jusante, podem ser providos muitos rolos curtos fixados individualmente de tal maneira que, juntos, fazem parte de um polígono aproximando-se de um arco de um círculo.

[00014] Embora a película deixe o último rolo ou unidade de rolo da parte a jusante da zona de redução e prossiga em direção aos rolos ou barras de estiramento, ela é preferivelmente guiada em uma direção substancialmente perpendicular a seu movimento com a zona de redução, preferivelmente desviando-se não mais do que 10o da perpendicular para esta direção. Como será ainda explicado com relação à descrição dos desenhos, esta precaução serve para equalizar as tensões longitudinais da película através de sua largura.

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6/20 [00015] Similar à construção do rolo ou unidade de rolo a jusante, o rolo ou unidade de rolo a montante pode convenientemente consistir de um rolo banana ou diversos rolos banana paralelos com o lado ou lados côncavos apontando para o rolo ou unidade de rolo a jusante. Dito rolo ou rolos banana preferivelmente formam arcos, cujas tangentes em qualquer local são perpendiculares à tração pelicular criada pelo rolo ou unidade de rolo a jusante. Isto significa que, se rolos a montante e a jusante forem rolos banana, estes rolos formam arcos genericamente concêntricos. Isto é ainda esclarecido na descrição específica da forma de realização preferida.

[00016] O rolo banana a montante ou o último dos rolos banana a montante pode com vantagem ser suprido com uma formação de partes de segmento circulares projetando-se para iniciar o pregueamento. Também similar à construção a jusante da zona de redução, a curvatura de cada rolo banana pode ser tomada ajustável.

[00017] Como já mencionado, a película preferivelmente sai da parte a jusante da zona de redução substancialmente perpendicular a seu movimento dentro desta zona. Ela também preferivelmente e por razões similares é avançada para o primeiro rolo a montante, em uma direção substancialmente perpendicular a seu movimento dentro da zona de redução, preferivelmente desviando-se no máximo 10o desta direção.

[00018] Como uma alternativa ao uso de um ou mais rolos banana na entrada para a zona de redução, o rolo ou unidade de rolo a montante pode ser um rolo ou unidade de rolo conformado em coroa de rolos curtos que, juntos, formam um formato de coroa em um eixo reto, ditos rolos curtos sendo conectados com um eixo comum através de mancais a serem independentemente giráveis entre si.

[00019] A redução gradual da largura dentro da zona de redução é preferivelmente assistida pelos rolos banana sulcados, instalados entre o rolo ou unidade de rolo a montante e o rolo ou unidade de rolo a jusante, ou, de

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7/20 outra maneira, por formações de discos mutuamente interengrenantes. Um rolo banana sulcado para esta finalidade pode consistir de discos de diferentes diâmetros externos em sucessão altemante ou de segmentos de rolos curtos supridos com sulcos, por meio do que os discos ou segmentos de rolo são fixados em um eixo curvo através de mancais ou podem eles próprios atuarem como mancais.

[00020] Preferivelmente, o interengrenamento entre dois de tais rolos banana sulcados não é estabelecido de uma maneira fixa, porém é tomado variável por meio de uma força ajustável tentando empurrar os dois rolos banana sulcados juntos. Esta força ajustável pode ser criada por molas, meios pneumáticos ou por gravidade. Quando o pregueamento é irregular, como geralmente na partida, as forças que tentam aumentar o interengrenamento atuará mais fortemente na película, onde o grau de pregueamento é menor. Desde que o meio para empurrar os dois rolos banana sulcados juntos tenha sido apropriadamente ajustado por experimentação, o pregueamento gradualmente tomar-se-á uniforme por toda a largura da película.

[00021] Se o interengrenamento entre os rolos banana sulcados for ajustado em uma maneira fixa, sem precauções especiais sendo tomadas, ou se a força ajustável tentando empurrar os rolos juntos for estabelecida demasiado elevada, o resultado pode ser que, em vez de gradualmente tomar o pregueamento uniforme, os rolos banana sulcados realizam estiramento transversal da película, em que o grau de pregueamento é mais baixo, aqui criando linhas finas estendendo-se longitudinalmente.

[00022] Foi constatado que o sistema de pregueamento em uma película pregueada uniformemente sob zero ou baixa tração tende a tomar-se aleatorizada quando a película passa sobre um rolo banana liso ou um rolo liso ou reto. Isto pode ser um problema com relação a rolos lisos usados na presente invenção antes de a película tomar-se permanentemente alongada. Para neutralizar esta aleatorização pode haver meios de guiamento atuando

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8/20 imediatamente a montante de e em estreita proximidade de tal rolo liso. Estes meios podem ser preferivelmente pistas adaptadas para dobrar todas as pregas sobre o mesmo lado.

[00023] O pregueamento como descrito é preferivelmente realizado em diversas etapas com diversos conjuntos de rolos banana sulcados interengrenantes ou formações de discos, o passo das formações de ditos conjuntos desenvolvendo-se de um pregueamento grosseiro para um mais fino.

[00024] Altemativamente ao uso descrito de rolos banana sulcados, a redução gradual da largura dentro da zona de redução pode ser assistida por um conjunto de correias transportadoras estreitas seguindo e guiando a película através de pelo menos uma parte desta zona, de modo que os dois conjuntos de correias estreitas gradualmente interengrenam mais e mais entre si durante o avanço convergente na zona.

[00025] A invenção também diz respeito a qualquer aparelho adequado para realizar o método descrito acima e é enfatizado que os rolos banana com sulcos adequados para formar ou controlar pregueamento sozinhos são considerados uma invenção.

[00026] A invenção será agora descrita mais detalhadamente com referência às figuras.

[00027] A Fig. 1 é uma fotografia ilustrando, em vista em perspectiva, o princípio básico de que a tendência a contração transversal de uma película durante orientação longitudinal é permitida ocorrer pela alimentação da película na zona de estiramento em estado pregueado. A foto mostra uma amostra de uma película tubular aplainada, principalmente consistindo de HDPE, antes e após o estiramento descrito no Exemplo 1. A amostra foi retirada da máquina de estiramento a frio durante uma parada.

[00028] As figuras 2a e 2b são esboços principais mostrando uma linha para estiramento m.d., incluindo os dispositivos para preguear a película antes

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9/20 do estiramento. A Fig. 2a, que representa a inteira linha, é uma seção vertical compreendendo a seção ao longo de a-a na Fig. 2b. A Fig. 2b é a seção horizontal ao longo de b-b da Fig. 2a. Para fins de ilustração clara, a distância entre os diferentes rolos é geralmente mostrada desproporcionalmente curta em comparação com os diâmetros dos rolos. Também os padrões de superfície sulcada dos rolos de pregueamento não são mostrados.

[00029] A Fig. 3 mostra uma seção diagramática através dos eixos geométricos de um segmento de um par de rolos sulcados interengrenantes formando, ajustando ou controlando o pregueamento. No caso de os rolos sulcados serem rolos banana, deve ser entendido como uma vista dobrada para fora.

[00030] A Fig. 4a e b são desenhos geométricos servindo como base para cálculos de parâmetros para o processo de pregueamento.

[00031] A Fig. 5 mostra em detalhe uma construção técnica preferida de um rolo banana sulcado, em princípio como a Fig. 3., porém em uma construção mais sólida e durável.

[00032] A Fig. 6 mostra em detalhe uma construção do meio de um rolo banana na entrada para ou saída da zona de redução de largura.

[00033] A Fig. 7 mostra, em vista em perspectiva esquemática, diversas posições de uma película pregueada, quando as pregas são colocadas planas em um rolo liso. Para fins de clareza, as pistas de guiamento e o rolo liso não são mostrados.

[00034] A Fig. 8 mostra uma alternativa para o rolo banana da Fig. 6, isto é, uma formação de rolos Usos curtos fazendo parte de um polígono, que se aproxima de um arco de um círculo.

[00035] A Fig. 9 mostra uma alternativa similar ao rolo banana sulcado das Figuras 3 e 5, isto é, uma formação de rolos sulcados curtos fazendo parte de um polígono, que se aproxima de um arco de um círculo.

[00036] A Fig. 10 mostra uma parte de um rolo conformado em coroa

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10/20 composto de muitos segmentos que podem ser girados independentemente entre si. Esta construção é um substituto do primeiro rolo banana das Figs. 2a e b.

[00037] Na fotografia da Figura 1, a zona indicada como (1) é a película HDPE pregueada antes que qualquer orientação tenha sido realizada. A zona (2) foi uma primeira etapa de estiramento a 15oC, isto é, na relação 1,5:1, pela qual tomou-se orientada-m.d. dentro das “linhas de estiramento” estendendose no viés e entrecruzando-se. A maioria da película é ainda não orientada, com exceção de sua orientação de fusão. A orientação produzida pelo estiramento frio pode diretamente ser observada, uma vez que o estiramento da película de HDPE ou PP em temperaturas mais baixas do que cerca de 40 50oC cria microvazios fechados, que atuam como grãos de pigmento branco. Isto é bem conhecido.

[00038] A zona (3) foi através de uma 3a. etapa de estiramento, na etapa final do exemplo (1), e tomou-se toda branca, enquanto as linhas de estiramento entrecruzando-se, propendidas, gradualmente cresceram e desenvolveram-se em uma estrutura que em macro-escala, é homogênea. Ao mesmo tempo, a película contraiu-se na direção transversal e as pregas desapareceram. A relação de estiramento final antes do relaxamento foi de 3,8:1 e após o relaxamento 2,8:1.

[00039] O desenvolvimento descrito do processo de orientação, começando com “linhas de estiramento” entrecmzando-se, propendidas e continuando como um desenvolvimento gradual e o crescimento juntas destas “linhas” significa que a película orientada final toma-se inomogênea vista em uma micro-escala. Haverá micro-regiões por toda a película tendo orientação zero ou quase zero (exceto a orientação em fusão) e haverá micro-regiões por toda a película em que a orientação forma um pequeno ângulo à orientação das micro-regiões adjacentes. Esta espécie de micro-inomogeneidades ajudará a película a reorientar-se quando submetida a forças transversais e é, portanto,

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11/20 muito vantajosa para a resistência à propagação de rasgamento e resistência a perfuração em um laminado cruzado feito de tais películas estiradas.

[00040] Como é evidente pelo exemplo 1, o passo de cada um dos rolos sulcados finais para pregueamento foi de 15 mm e o “comprimento de onda” médio das pregas corresponde. A finura requerida do pregueamento depende das forças de contração transversais durante o estiramento frio e a fricção entre a película e o rolo ou rolos de estiramento contendo. Baixas forças de contração transversais e/ou fricção elevada requerem um pregueamento particularmente fino.

[00041] Nas Figuras 2a e b, a película (4) é tirada do carretei (5) e passada através dos rolos de aperto (6) que, por meio de medição de tração automática e um sistema de frenagem (não mostrado) serve para manter a tração em um valor ajustado.

[00042] A película prossegue de um par de rolos (6) através de uma seção, que é examinada com relação à Fig. 4b, para um primeiro rolo banana liso (14) atuando como entrada para a zona redutora de largura. A saída desta zona é o rolo banana liso (15) e entre os rolos banana lisos estão instalados três pares de rolos banana sulcados mutuamente interengrenantes (16, 17 e 18). O plano determinado pelo eixo geométrico circular do rolo banana liso (14) é essencialmente idêntico ao plano determinado pelo eixo geométrico circular do rolo banana liso (15), embora pequenos desvios sejam permissíveis e, similarmente, os planos determinados pelos eixos geométricos circulares de cada um dos rolos sulcados da zona redutora de largura ficam próximos para seguir o mesmo plano. Todos os eixos geométricos circulares dos rolos banana são essencialmente concêntricos. A escolha dos raios para estes arcos circulares é discutida com relação à Fig. 4a.

[00043] Como discutido na descrição geral, cada um dos três pares de rolos banana sulcados é constantemente comprimido junto sob uma pressão ajustada, porém isto não é mostrado no desenho.

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12/20 [00044] Enquanto passando sobre o rolo banana liso (15), a película muda de direção e sai deste rolo sob um ângulo próximo da perpendicular à direção que ele seguia através da zona redutora de largura. Desta maneira, para o primeiro rolo da parte de estiramento da máquina, isto é, o rolo (7), ele passa dois pares de rolos sulcados retos, mutuamente interengrenantes (19 e 20). Estes dois pares de rolos sulcados são também constantemente prensados entre si sob uma pressão ajustada (meio não mostrado).

[00045] Os rolos banana (14) e (15) e todos os rolos sulcados, curvados ou retos, são os rolos intermediários.

[00046] Imediatamente a montante de cada um dos rolos lisos (15) e (7) e em estreita proximidade com cada um destes rolos, há meios de guiamento para evitar que os rolos Usos aleatorizem o pregueamento uniforme. Para fins de clareza, estes meios de guiamento não são mostrados aqui, porém é feita referência à Fig. 7 e à descrição anexa.

[00047] O pregueamento da película é principalmente causada pelo arranjo concêntrico dos rolos banana (14) e (15), em combinação com a tração da película. Entretanto, estes meios apenas produzirão normalmente um pregueamento grosseiro e desuniforme.

[00048] No arranjo descrito, a divisão de sulcos no par de rolos (16) é relativamente grande, uma vez que ela requer uma força relativamente baixa para formar pregas ou convoluções uniformes e, uma vez que pregas finas formadas nesta posição podería tender a transformar-se em pregas grosseiras enquanto prosseguindo para o par de rolos (17).

[00049] O passo do par de rolos (17) é adaptado para dobrar o número de pregas formadas pelo par de rolos (16) e o passo sobre o par de rolos (18) produz uma outra dobragem. O rolo banana liso (15) coloca as pregas e convoluções planas, como descrito com relação à Fig. 7. Pode haver meio de guiamento para assegurar que isto aconteça em uma maneira uniforme. Para evitar que as pregas cresçam mais grosseiras no caminho de rolo para rolo, as

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13/20 distâncias do par de rolo (17) para par de rolo (18) e do par de rolo (18) para o par de rolo (15) são relativamente curtas.

[00050] Uma maneira para o interengrenamento dos rolos sulcados retos (19), as pregas novamente tomam a forma ereta. O passo do rolo (19) é adaptado para trazer o número de pregas de volta para o número formado pelo par de rolos (17). Este é assim escolhido, uma vez que, apesar das pistas de guiamento descritas, o rolo banana liso (15) podem causar alguma desordem no arranjo das pregas aplainadas e o reestabelecimento da ordem então requer um passo maior. O número de pregas ou convoluções é novamente dobrado pela passagem através do par de rolos (20) e então mantido pelo rolo acionado liso (7) e o rolo de aperto revestido por borracha (8).

[00051] A distância entre os rolos (15) e (19) é relativamente longa. A razão para esta escolha é discutida com relação à Fig. 4b. A distância entre o par de rolos (20 e os rolos (7) e (8) é curta para evitar que as pregas finas tomarem-se mais grosseiras (o desenho não é muito em escala nestes pontos). [00052] O rolo acionado liso (7) e o rolo contador revestido de borracha (8) fica na película durante o estiramento, assistido pelo rolo liso (9), que é acionado essencialmente na mesma velocidade circunferencial que o rolo (7).

[00053] Os rolos lisos (10), (11) e (12) também são acionados. O rolo (13) é um rolo de aperto revestido com borracha. O rolo (10) move-se mais rápido do que o rolo (9) para realizar uma primeira etapa de estiramento, o rolo (11) move-se mais rápido do que o rolo (10) para realizar uma segunda etapa de estiramento e o rolo (12) move-se mais rápido do que o rolo (11) para realizar uma terceira etapa de estiramento. Cada um dos rolos (7) a (12) é mantido em uma temperatura constante por meio de água circulante. A temperatura pode ser igual a, ligeiramente menor do que ou um tanto mais elevada do que a temperatura ambiente normal. Se o estiramento, p. ex., a 30oC ou 40oC, for escolhido a película deve ser pré-aquecida e isto é muito simplesmente conseguido mantendo-se o ambiente em tal temperatura

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14/20 elevada.

[00054] Da linha de estiramento descrita a película prossegue para uma estação de recozimento, onde é aquecida, p. ex., a 60 - 80oC e é permitida relaxar. Este é um aparelho convencional e no desenho é simbolizado por uma caixa (114). Seve ser observado, entretanto, que a película, enquanto sendo permitida relaxar, ficará mais larga e, desse modo, tenderá a reconformar-se em uma forma parcialmente pregueada, a menos que isto seja evitado, p. ex., pelo uso de diversos rolos banana.

[00055] A tração em uma película durante o relaxamento é estabelecida pela velocidade dos rolos (115) e (116), o último com o rolo contador revestido de borracha (117) e esta tração é automaticamente controlada por um rolo banana medidor de tração (118). Finalmente, a película é enrolada totalmente no enrolador (119).

[00056] Os rolos intermediários sulcados primitivos mostrados na Fig. 3 podem, como mencionado, ser retos ou curvados. Assim, p. ex., os dois eixos geométricos (20) podem ser entendidos como dobrados para fora a partir dos planos que são perpendiculares ao plano do papel. O formato do pregueamento é ajustado e tomado uniforme por meio dos anéis (22), que estão ociosos nos eixos fixos (20). Os anéis (24) mantêm os anéis (22) precisamente afastados entre si. Os anéis (22) e (24) são feitos de um material auto-lubrificante, p. ex., Teflon.

[00057] Durante a partida da linha de máquina de pregueamento/estiramento, cada par de rolos sulcados deve ficar fora de encaixe entre si. O interengrenamento é gradualmente estabelecido, p. ex., por meios pneumáticos, enquanto a linha corre com a película como isto é explicado na descrição geral. Uma construção mais estável de um rolo banana sulcado é mostrada na Fig. 5 e um rolo sulcado reto para pregueamento pode, naturalmente, ser feito girar completamente, com mancais nas extremidades.

[00058] Nos cálculos abaixo relativos à Fig. 4a, é feita a aproximação

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15/20 de que os eixos geométricos dos dois rolos banana lisos, neste desenho (AB) e (CD) e Fig. 2a (14) e (15), respectivamente, são iguais aos raios de seus formatos convexo e côncavo. Esta aproximação é permissível, desde que os raios de suas seções transversais normalmente serão menores do que 3 cm.

[00059] (A), (E), (G), (I) e (C) representam uma borda da película em diferentes etapas do processo e (B), (F), (H), (J) e (D) representam a outra borda. A distância de (A) para (B), medida ao longo do arco, é a largura da película quando ela entra na “zona redutora de largura” e a distância de (C) para (D), também medida ao longo do arco, é a largura da película pregueada quando ela deixa esta zona, (P) é o centro dos eixos geométricos concêntricos dos 5 arcos.

[00060] O grau de pregueamento é a relação entre a largura da película não pregueada e não estirada e a película pregueada quando entra no rolo (7) (vide Fig. 2a). A largura da película pregueada é aqui medida diretamente de borda a borda. Esta relação essencialmente iguala a relação entre o comprimento de arco (AB), dividido pelo comprimento de arco (CD) que, por sua vez, essencialmente iguala o raio (PA) dividido pelo raio (PC).

[00061] Quando uma tira de película de alguns cm de largura é longitudinalmente estirada na relação n:l em tempo de permanência relativamente baixas, ela tenderá normalmente a reduzir sua largura e espessura quase igualmente, isto é, ambas em uma relação de cerca de ^n:l, entretanto um tanto dependente de sua orientação em fusão. Assim, p. ex., na relação de estiramento 4:1 isto normalmente reduz tanto a largura como espessura na relação de cerca de 2:1, para estirar película larga na relação 4:1, que foi constata ser de cerca de no máximo o que a película HDPE ou PP pode ser estirada sem risco de romper, quando a temperatura de estiramento é de cerca de 20oC, o grau de pregueamento deve, portanto, teoricamente, ser de cerca de 2:1. A relação de estiramento 4:1 aqui refere-se ao estado em que nenhum relaxamento ocorreu e a película ainda está sob a mais elevada tração

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16/20 ocorrendo durante o estiramento. Entretanto, na prática, é muito difícil formar um pregueamento perfeitamente uniforme e, a fim de assegurar que nenhum traço de pregas permaneça após o estiramento, um grau de pregueamento entre 1,5:1 e 1,6:1 foi constatado mais adequado coma relação de estiramento mencionada 4:1 e temperatura de cerca de 20 oC.

[00062] No desenho, o raio (PA) é de 1,5 vezes o raio (PC) correspondendo ao grau de pregueamento 1,5:1. É ainda mostrado que o comprimento da “zona de redução” iguala a largura (arco CD) da película totalmente pregueada, que foi constatado muito adequado. O ângulo entre as duas bordas de película (AC) e (BC), portanto, é 0,5 radiano = 26,6o.

[00063] A seguir é ainda estipulado que o comprimento do arco (CD) e da zona de redução é de 1,00 m, o comprimento do arco (AB), portanto, 1,5 m. O raio (PA) então será de 3,00 m e o raio (PC) 2,00 m. O Arco (EF) pode adequadamente ser localizado no meio entre o arco (AB) e a curva (CD) e o arco (GH) pode adequadamente ser localizado nomeio entre (EF) e (CD). Isto significa que o raio do arco (EF) é 2,50 meo raio do arco (GH) é 2,25 m. Como mencionado com relação à Fig. 2a, o arco (U) deve ser muito próximo do arco (CD. E estipulado que seu raio será de 2,08 m.

[00064] A distância entre o meio do arco (AB) e a corda (AB) é de 3 m x (1-cos 0,25) = 9,4 cm. Como foi mencionado na descrição da Fig. 1, a finura requerida do pregueamento depende das forças de contração transversais e da fricção entre a película e o rolo ou rolos de estiramento detendo-se. Foi constatado que um passo de 15 mm no rolo (7) normalmente é adequado para película tubular baseada em HDPE ou PP, se seu calibre não essencialmente exceder 0,10 mm. Com referência à descrição da Fig. 2a, o número de pregas passando pelo rolo banana liso (15) corresponde a este passo. Conseqüentemente, considerando-se os diferentes raios, o passo do par de rolos (18) é de 15 x 2,08 + 2,00 = 15,6 mm. O par do rolo (17) é construído para produzir metade da quantidade de pregas e seu passo será: 30 x 2,25 +

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2,00 = 33,75 mm. Finalmente, o par de rolos (16) é construído para produzir numerosas pregas que são metade destas e seu passo será: 60 x 2,5 + 2 = 75 mm. Se o pregueamento for preparado projetando-se ligeira e suavemente as partes de segmento circular sobre o rolo sulcado (14), o passo destas projeções será: 60 x 3/2 = 90 mm.

[00065] O desenho geométrico da Fig. 4b é feito em um plano perpendicular ao plano da Fig. 4a e atravessando os pontos que na Fig. 4a são chamados (K) e (L). (M) é o ponto onde a película deixa o par de rolos (6) vide Fig. 2b. (N) na linha (ML) é desenhado de modo que (MK) = (MN).

[00066] (MK) é a rota que o meio da película passa do par de rolos (6) para o rolo banana (14) e (ML) é a rota que as bordas de película passam entre os mesmos rolos. Assim, (LM) é a diferença entre estas duas rotas e esta diferença cria diferenças de tração. É estipulado que uma diferença de 1% é permissível e a finalidade dos cálculos a seguir é estabelecer o comprimento mínimo da distância (KM).

[00067] O (LKN) é um ângulo de periferia, assim uma metade tão grande quanto o ângulo (KMN) e, uma vez que ambos são ângulos pequenos, a seguinte equação se aplica:

(I2Í1 = (KL1 (KL) 2(KM) transformado para:

(KM) x (LN) = ^x/₂ x (KL)² [00068] Outra equação expressando a diferença máxima de 1% de distância é:

(LN) = 1/100 X (KM) [00069] As duas equações combinadas dão:

(KM)² = 50 (KL)², (KM) = 7,07 X (KL) [00070] Como calculado com relação às Figs. 4a, (KL) = 9,4 cm e, portanto (KM) = 7,07 x 9,4 = 66 cm.

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18/20 [00071] Um cálculo similar pode ser feito das diferenças de comprimentos de onda do rolo (15) para o rolo (7).

[00072] Na Fig. 5 as partes corrugadas rotativas do rolo banana sulcado consistem de muitos anéis (25) que, através dos mancais de esferas (26), são fixados ao eixo circularmente curvado (23). Anéis de calço (24) e (24a) asseguram o desempenho apropriado dos anéis de esferas.

[00073] A construção de um rolo banana liso, como mostrado na Fig. 6, é similar àquela mostrada na Fig. 5, exceto que os anéis (25) não têm formato corrugado e que o braço (27), conectado à armação da máquina, suporta o eixo curvado (23) em seu meio. Sem tal suporte, a tração na película pode distorcer o plano determinado pelo eixo geométrico curvado do eixo. A fim de simplificar o desenho, o braço de suporte (27) é mostrado paralelo a este plano, isto é, o plano do papel, porém mais praticamente deve ser arranjado obliquamente com respeito a este plano, para melhor possível neutralizar a tração da película.

[00074] Correspondendo ao braço de suporte (27) há um “meio-anel” (28) que é uma extração deste braço ou é fixado ao eixo (23). A película desliza sobre este meio-anel e o calor friccional é removido por meio de água de esfriamento bombeada através de um canal do braço (não mostrado).

[00075] Na Fig. 7, as convoluções eretas (101) são gradualmente transformadas por pregas aplainadas (103) todas localizadas no mesmo lado. Uma posição entre elas (102) é mostrada. As pregas são colocadas planas, deste modo todas do mesmo lado, sobre o rolo banana liso (15) e o rolo reto liso (7), vide Fig. 2. O dispositivo para realizar esta operação pode ser uma formação semelhante a pente de placas metalinas finas gradualmente torcendo-se. Isto significa que em sua extremidade a montante elas são genericamente perpendiculares aos eixos geométricos do rolo liso e, em direção a sua extremidade a jusante, mudando seu ângulo para ficar paralelo a este eixo geométrico. Sem qualquer dispositivo de guiamento imediatamente

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19/20 a montante de cada um destes dois rolos lisos, estes rolos tenderão a aleatorizar o pregueamento. Em alguma extração, estes rolos tenderão a aleatorizar o pregueamento. Em alguma extração esta aleatorização pode também ser neutralizada por um simples pente ou uma formação de discos livremente rotativos, porém tal como um simples arranjo não virará as pregas para o mesmo lado.

[00076] Na Fig. 8 o rolo banana sulcado é substituído por muitos rolos curtos, sulcados, retos (29), cada um suportado em suas extremidades por um mancai de esferas (30) e (31). Cada par de mancais de esferas adjacentes é encaixotado em um alojamento (32)k, o alojamento sendo fixado através de um braço (33) à armação da máquina ou a meio para abrir e fechar o interengrenamento entre os rolos.

[00077] A Fig. 9 é idêntica à Fig. 8, exceto que, como na Fig. 7, há “semi-anéis” esfriado por água não rotativos (34) sobre os quais a película desliza.

[00078] Na Fig. 10 (35) está o eixo fixo sobre o qual os segmentos curtos (36) podem ficar ociosos, conectados ao eixo através dos mancais de esfera (37). Como mencionado, esta pode ser uma alternativa adequada para o primeiro rolo banana (14). A vantagem de construir-se um rolo conformado em coroa de segmentos movendo-se independentemente muito curtos é que cada segmento pode seguir a velocidade da película, quase sem qualquer deslizamento sobre a superfície do rolo.

[00079] Exemplo [00080] Uma película tubular de 100 micros de espessura é extrusada da seguinte composição: Camada média, 70% do total; 100% HMWHDPE.

[00081] Camada de superfície interna, 10% do total: LLDPE de m.f.i. =

1.

[00082] Camada da superfície externa, 20% do total: 60% de metaloceno PE + 40% LLDPE; m.f.i. = 1.

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20/20 [00083] Largura da película aplainada: 54 cm. A película aplainada é pregueada e estirada a 15oC no aparelho mostrado nas Figs. 2a e b, com as modificações aparecendo do seguinte:

[00084] O raio do rolo banana (15) é 1,00 m e o raio do rolo banana (14) é de 1,50 m, ainda fornecendo o grau de pregueamento 1,5:1. O estiramento ocorre em duas etapas somente. O par de rolos sulcados (16) é omitido. Os rolos do par (18) têm o raio de 1,6 m e aqueles do par (17) 1,15 m. O passo dos rolos sulcados acionados (7) é de 15 mm e por este o passo dos outros rolos sulcados é calculado similarmente aos cálculos com relação à Fig. 4a.

[00085] A temperatura dos rolos de estiramento são mantidas a 15oC por meio de água circulante. No forno (114) a película é tratada a 70oC sob uma baixa tração, controlada pelo rolo (118) com dispositivos conectados.

[00086] A relação de estiramento medida como a relação entre a velocidade do último e do primeiro conjuntos de rolos de estiramento é de 2,8:1 e a relação de estiramento final após o relaxamento é de 2,8:1.

[00087] A película tubular aplainada é helicoidalmente cortada para produzir uma única película, em que a direção principal de orientação forma um ângulo de 45 o com a direção da máquina e é continuamente laminada em uma película similar entre os rolos de aperto a 70o, por meio do que as camadas contendo metaloceno atuam como camadas de laminação.

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Claims (2)

REIVINDICAÇÕES

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1. Processo para suprir uma película polimérica termoplástica (4) com uma orientação longitudinal por estiramento em estado sólido, o estiramento ocorrendo em uma ou mais zonas curtas entre ou em dois ou mais rolos ou barras de estiramento (9, 10, 11, 12), em cujo processo a largura medida em uma linha reta de borda a borda é reduzida antes do estiramento, esta redução sendo na forma de um padrão regular de pregas estendendo-se longitudinalmente (1), por meio do que a redução da largura e do comprimento das zonas de estiramento são adaptadas para permitir à película um total desempenamento fora das pregas, pela inerente tendência do material polimérico em contrair-se transversalmente, enquanto sendo estirado longitudinalmente, e por meio do que a formação de ditas pregas ocorre entre pelo menos um par de rolos sulcados mutuamente interengrenantes (16, 17, 18) ou conjuntos de discos interengrenantes, caracterizado pelo fato da redução da largura ocorrer gradualmente dentro de uma zona de redução não mais curta do que metade da largura da película original, esta zona sendo limitada por um rolo ou unidade de rolos a montante (14) e um rolo ou unidade de rolos a jusante (15), o rolo ou unidade de rolos a montante e o rolo ou unidade de rolos a jusante cada sendo instalados com direções variáveis do eixo geométrico de rotação, esta direção formando um ângulo de 90° com a direção da máquina no meio da película e gradualmente mudando em direção a suas bordas, para avançar a película de maneira convergente dentro da zona de redução.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da película principalmente consistir de HDPE, PP ou misturas destes polímeros.

3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato da zona de redução não ser maior do que 3 vezes a largura de película original, preferivelmente não mais do que duas vezes e ainda mais preferivelmente não mais do que igual a esta largura.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3,

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2/5 caracterizado pelo fato do estiramento ocorrer em uma temperatura não mais elevada do que 60°C, preferivelmente não mais elevada do que 50°C e ainda mais preferivelmente não mais do que 40 °C.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato do rolo ou unidade de rolo a jusante (15) compreender pelo menos um rolo banana com seu lado convexo apontando para o rolo ou unidade de rolos a montante.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato da película, enquanto deixando o último rolo (15) ou unidade de rolo da parte a jusante da zona de redução ser guiada em uma direção desviando-se não mais do que 10° da perpendicular a seu movimento dentro da zona de redução.

7 Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato da película ser avançada em direção ao primeiro rolo a montante (14), em uma direção desviando-se não mais do que 10° da perpendicular a seu movimento dentro da zona de redução de largura.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato da redução gradual da largura dentro da zona de redução ser assistida por discos mutuamente interengrenantes, preferivelmente na forma de pares de rolos banana sulcados (16, 17, 18), instalados entre o rolo ou unidade de rolos a montante (14) e o rolo ou unidade de rolos a jusante (15).

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato do rolo banana consistir de discos de diferentes diâmetros externos (22, 24) em sucessão altemante ou de segmentos de rolos curtos (25) supridos com sulcos, os discos ou segmentos de rolos sendo fixados em um eixo inclinado (23).

10. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de alguns ou todos os discos interengrenantes serem individualmente ajustáveis em seu interengrenamento.

11. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo

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3/5 fato da redução gradual da largura ser assistida por pelo menos um par de rolos banana sulcados mutuamente interengrenantes, em que o interengrenamento é variável por meio de uma força ajustável atuando para mover os dois rolos juntos.

12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

11, caracterizado pelo fato da redução gradual da largura dentro da zona de redução ser assistida por um conjunto de correias transportadoras estreitas seguindo e guiando a película através de pelo menos uma parte desta zona, ditos dois conjuntos de correias estreitas gradualmente interengrenando mais e mais entre si durante o avanço de transporte na zona.

13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

12, caracterizado pelo fato de, quando a película, em estado pregueado antes de ser permanentemente alongada, passa sobre um rolo banana liso ou um rolo reto liso, haver meios guia atuando imediatamente a montante de e em estreita proximidade com este rolo, para neutralizar dita aleatorização de pregueamento dos rolos.

14. Aparelho para orientação longitudinal de uma película termoplástica (4), para realizar o processo como definido na reivindicação 1, compreendendo, em sequência na direção da máquina:

i) uma estação de redução de largura compreendendo pelo menos um par de rolos de pregueamento interengrenantes (16, 17, 18) compreendendo rolos sulcados interengrenantes ou conjuntos de discos intergrenantes, para aplicação de pregas regulares estendendo-se longitudinalmente através da largura da película; e, ii) uma estação de estiramento longitudinal para estirar a película longitudinalmente no estado sólido, compreendendo um ou mais pares afastados de rolos de estiramento (9, 10, 11, 12) ou barras, o espaçamento entre cada par sendo relativamente curto, onde a estação de redução de largura estende não menos do que a metade da largura original do filme,

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4/5 caracterizado pelo fato da estação de redução de largura compreender um rolo a montante (14) ou unidade de rolo e um rolo a jusante (15) ou unidade de rolo com uma zona de redução de largura localizada entre eles, o rolo ou unidade de rolos a montante e a jusante tendo direções variáveis para o respectivo eixo geométrico de rotação, a variação sendo de 90° com a direção da máquina no centro da película, gradualmente variando em ambos os lados do centro em direção às bordas da película, de modo que a película é direcionada através da estação de redução de largura, enquanto as bordas da película convergem para o centro.

15. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato da distância entre o rolo a montante (14) ou unidade de rolos e o rolo a jusante (15) ou unidade de rolos não ser maior do que 3 vezes a largura original da película, preferivelmente não mais do que 2 vezes a largura original da película e, preferivelmente, não mais do que igual à largura original da película.

16. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 ou 15, caracterizado pelo fato do rolo a jusante (15) ser um rolo banana com seu lado convexo apontando para o rolo ou unidade de rolos a montante.

17. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a

16, caracterizado pelo fato da película ser dirigida de dito rolo a jusante (15) para a estação de estiramento longitudinal, em uma direção desviando-se não mais do que 10% da perpendicular para a direção que se move através da estação de redução de largura.

18. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a

17, caracterizado pelo fato do rolo a montante (14) ser um rolo banana com seu lado côncavo apontando para o rolo ou unidade de rolos a jusante.

19 Aparelho de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de dito rolo banana formar um arco, cujas tangentes são perpendiculares à tração de película criada pelo rolo ou unidade de rolo a jusante.

20. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a

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19, caracterizado pelo fato de compreender ainda meio de suprimento de película (6) a montante da estação de redução de largura, em que a película é dirigida para dito rolo a montante (14) ou unidade de rolos em uma direção desviando-se não mais do que 10° da perpendicular para seu movimento dentro da zona de redução de largura.

21. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a

20, caracterizado pelo fato da estação de redução de largura compreender pelo menos um par de rolos compreendendo discos mutuamente interengrenantes (22), localizados entre os rolos ou unidades de rolos a montante e a jusante, preferivelmente na forma de pares de rolos banana sulcados.

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