ES2253464T3 - Procedimiento para fabricar productos conformados biodegradables. - Google Patents

Procedimiento para fabricar productos conformados biodegradables.

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ES2253464T3
ES2253464T3 ES02005507T ES02005507T ES2253464T3 ES 2253464 T3 ES2253464 T3 ES 2253464T3 ES 02005507 T ES02005507 T ES 02005507T ES 02005507 T ES02005507 T ES 02005507T ES 2253464 T3 ES2253464 T3 ES 2253464T3
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Hans G. Franke
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Abstract

Un procedimiento para fabricar productos conformados biodegradables con mayor resistencia, dicho procedimiento comprendiendo: la extrusión de un material biodegradable, en la que dicha extrusión comprende el mover el material biodegradable en una primera dirección a través de un orificio anular para producir un extrudado; y el cizallamiento del material biodegradable en una segunda dirección teniendo un componente transversal a la primera dirección, durante dicha extrusión; caracterizado por la pulverización de un material fibroso en el interior del extrudado.

Description

Procedimiento para fabricar productos conformados biodegradables.
Esta invención se refiere, en general, a la formación de objetos conformados partiendo de materiales biodegradables expandidos y, en particular, a una boquilla de extrusión para, por último, formar láminas de material biodegradable.
Hoy día los materiales biodegradables están en gran demanda para aplicaciones en materiales de envasado. Es corriente usar poliestireno ("Styrofoam", (Marca comercial)), polipropileno, polietileno y otros materiales de envasado conteniendo plástico no biodegradable que se considera son perjudiciales para el medio ambiente y pueden ser peligrosos para la salud. El uso de tales materiales no biodegradables disminuirá a medida que restricciones gubernamentales desalientan su uso en aplicaciones de envasado. Realmente en algunos países del mundo, el uso de styrofoam (marca de fábrica) ya está extremadamente limitado por ley. Los materiales biodegradables que son flexibles, plegables y no quebradizos se necesitan en una amplia variedad de aplicaciones de envasado, en particular, para la fabricación de recipientes conformados biodegradables para envasar alimentos. El material biodegradable debe, para tales aplicaciones, tener propiedades mecánicas que le permitan formarse y mantener la forma del recipiente que se desee, y ser resistentes al colapso, desgarro o rotura.
El almidón es un polímero abundante, barato y biodegradable. Se ha propuesto una variedad de materiales basados en la biodegradación para uso en aplicaciones de envasado. La extrusión convencional de estos materiales produce productos expandidos que son frágiles, sensibles al agua e inadecuados para la preparación de materiales para envasado. Intentos para preparar productos biodegradables con flexibilidad, plegabilidad, elasticidad u otras propiedades mecánicas, aceptables para diversas aplicaciones de envasado biodegradable se han enfocado, en general, en la modificación química o fisicoquímica del almidón, en el uso de almidón barato con alto contenido de amilosa o mezclando almidón con polímeros sintéticos para conseguir las propiedades deseadas a la vez que se mantiene un alto grado de biodegradabilidad. Un número de estas referencias está relacionado con el moldeo por inyección de composiciones que contienen almidón.
La patente de los EE.UU. nº 5.397.834 aporta composiciones biodegradables termoplásticas hechas del producto de la reacción de un aldehido de almidón con proteína. Según esa invención, los productos resultantes formados con estas composiciones poseen una textura suave, brillante y un alto nivel de resistencia a la tracción, al alargamiento y al agua en comparación con los artículos fabricados con almidón natural y proteína. Los materiales convenientes que se pueden modificar y usar según esa invención incluyen los derivados, por ejemplo, de cereales incluyendo maíz, maíz blando, y cereales con alto contenido de amilosa; trigo incluyendo, trigo sermolero, trigo blando, trigo duro; arroz incluyendo arroz ceroso; y patata, centeno, avena, cebada, sorgo, mijo, triticale, amaranto y similares. El almidón puede ser un almidón normal (aproximadamente 20 a 30% en peso de amilosa), un almidón ceroso (aproximadamente 0 a 8% en peso de amilosa), o un almidón con alto contenido de amilosa (mayor de aproximadamente 50% en peso de amilosa).
Las patentes de los EE.UU. números 4.133.784, 4.337.181, 4.454.268, 5.322.866, .5.362.778 y 5.384.170 se refieren a películas basadas en almidón que se fabrican mediante extrusión de almidón desestructurizado o gelatinizado combinado con materiales poliméricos sintéticos. La patente de los EE.UU. nº 5.322.866 se refiere, en concreto, a un procedimiento de fabricación de películas sopladas conteniendo almidón biodegradable que incluye una etapa de extrusión de una mezcla de almidón en bruto sin procesar, copolímeros incluyendo alcohol polivinílico, un agente formador de núcleos y un plastificante. Se dice que este procedimiento elimina la necesidad de preprocesar el almidón. La patente de los EE.UU. nº 5.409.973 informa sobre composiciones biodegradables fabricadas mediante extrusión partiendo de almidón desestructurizado y un copolímero de etileno y vinilacetato.
La patente de los EE.UU. nº 5.087.650 se refiera al moldeo por inyección de mezclas de polímeros de injerto y almidón para producir, en parte, productos biodegradables con elasticidad y estabilidad acuosa aceptables. La patente de los EE.UU: nº 5.258.430 se refiere a la producción de artículos biodegradables partiendo de almidón desestructurizado y polímeros químicamente modificados, incluyendo alcohol polivinílico químicamente modificado. Se dice que estos artículos tienen mejor biodegradabilidad pero retienen las propiedades mecánicas de artículos fabricados partiendo del polímero solo.
La patente de los EE.UU. nº 5.292.782 se refiere a artículos biodegradables extruidos o moldeados preparados partiendo de mezclas de almidón, un polímero termoplástico y ciertos plastificantes.
La patente de los EE.UU. nº 5.095.054 se refiere a procedimientos para fabricar artículos conformados partiendo de una mezcla de almidón desestructurizado y un polímero.
La patente de los EE.UU. 4.125.495 se refiere a un procedimiento para fabricar bandejas para carne partiendo de composiciones de almidón biodegradable. Los gránulos de almidón se modifican químicamente con, por ejemplo, un reactivo de silicona, combinados con un polímero o copolímero y conformados para formar una bandeja biodegradable de poco espesor.
La patente de los EE.UU. nº 4.673.438 se refiere a la extrusión y moldeo por inyección de almidón para la fabricación de cápsula.
La patente de los EE.UU: nº 5.427.614 también se refiere a un procedimiento de moldeo por inyección en el que un almidón sin modificar se combina con un lubricante, agente texturizador y un acelerador de la mezcla fundida.
La patente de los EE.UU: nº 3.708.253 da a conocer un aparato para formar extrusiones tubulares las cuales varían en su forma a lo largo de su longitud y para recubrir porciones preseleccionadas de una extrusión.
La patente de los EE.UU. nº 5.314.754 se refiera a la producción de artículos conformados partiendo de almidón con alto contenido de amilosa.
La solicitud de patente europea nº 712883 (publicada el 22 de mayo de 1996) se refiere a productos conformados estructurados, biodegradables, con buena flexibilidad fabricados mediante la extrusión de almidón con una granulometría definida grande (por ejemplo, desde 400 hasta 1.500 micrómetros). Esta solicitud ejemplifica el uso de almidón con alto contenido de amilosa y almidón químicamente modificado con alto contenido de amilosa.
La patente de los EE.UU. nº 5.512.090 se refiere a un procedimiento de extrusión para la fabricación de materiales elásticos biodegradables, de baja densidad para envasado, mediante la extrusión de mezclas de almidón que comprendan alcohol polivinílico (PVA) y otros ingredientes. Esta patente se refiere a una cantidad mínima de, aproximadamente, 5% en peso de PVA.
La patente de los EE.UU. nº 5.186.990 informa acerca de un material biodegradable para envasado, de peso ligero, producido por medio de la extrusión de moyuelo mezclado con un agente ligante (goma de ciapnosis) y agua. Se dice que el moyuelo contiene, entre otros componentes, almidón (76-80%), agua 12,5-14%), proteína (6,5-8%) y grasa (05-1%). Esta patente enseña el uso de extrusores de alimentos, conocidos en general, del tipo de tornillo, que obligan al alimento a pasar por un orificio o una abertura de prolongación A media que la mezcla sale extrusor por la placa de alimentación o boquilla, la humedad supercalentada, en la mezcla, se evapora obligando al material a expandirse hasta su forma y densidad finales.
La patente de los EE.UU. nº 5.208.267 da cuenta de cargas de envasado, biodegradables, compresibles y elásticas, basadas en almidón con altos volúmenes y pesos bajos. Los productos se forman mediante extrusión de una combinación de almidón no modificado con polialquilenglicol o ciertos derivados de los mismos y un agente formador de burbujas y núcleos, tal como el dióxido de silicona.
La patente de los EE.UU. nº 5.252.271 informa sobre un material para envasado, biodegradable, de carga suelta, de peso ligero y célula cerrada, formado por medio de la extrusión de un almidón modificado. El almidón sin modificar se hace reaccionar en un extrusor con ciertos ácidos suaves en presencia de agua y un compuesto de carbonato para generar CO_{2}. Se dice que la elasticidad del producto es del 60% al 80% con una densidad de menos de 0,032 g/cm^{3}.
La patente de los EE.UU. nº 3.137.592 se refiere a productos de almidón gelatinizado útiles para aplicaciones de revestimiento producidas mediante un trabajo mecánico intenso de mezclas de almidón y plastificante en un extrusor. En la patente de los EE.UU. 5.032.337 se informa de mezclas de revestimiento relacionadas las cuales se fabrican por extrusión de una mezcla de almidón y alcohol polivinílico. Se dice que la aplicación de un tratamiento termomecánico en un extrusor modifica las propiedades de solubilidad de la mezcla resultante las cuales se pueden usar como agente ligante para revestir papel.
La investigación de los materiales biodegradables se enfocado en gran parte en composiciones particulares, en un intento de obtener productos que son flexibles, plegables y no quebradizos. En los procedimientos usados para producir productos partiendo de estas composiciones se han usado, en algunos casos, extrusores. Por ejemplo, la patente de los EE.UU. nº 5.660.900 da a conocer varios aparatos extrusores para procesar composiciones ligadas con almidón cargadas inorgánicamente. El extrusor se usa para preparar una mezcla moldeable que se ha formado dentro de una configuración deseada por medio de moldes calentados.
La patente de los EE.UU. nº 3.734.672 da a conocer una boquilla de extrusión para extruir una funda en forma de copa hecha partiendo de una pasta. En particular, la boquilla comprende una base exterior con un orificio o una ranura de extrusión la cual tiene una sección sustancial horizontal y dos secciones que se extienden hacia arriba y están inclinadas desde la vertical. Además, una pluralidad de pasadizos se extiende desde la parte posterior de la boquilla hasta la ranura en la cara de la boquilla. Los pasadizos canalizan masa desde el extrusor a través del orificio o de la ranura de extrusión.
La patente de los EE.UU: nº 6.183.672 da a conocer un procedimiento para fabricar productos biodegradables conformados, según el preámbulo de la reivindicación 1.
Anteriormente, con el fin de formar conchas de almeja, bandejas y otros recipientes para productos alimenticios, se extruía material biodegradable en forma de una lámina plana a través de una ranura o un orificio de extrusión lineal. La lámina plana de material biodegradable se prensaba entonces entre dos moldes para formar una concha de almeja, bandeja u otro envase para alimentos. Sin embargo estas configuraciones de boquilla producían láminas planas de material biodegradable que no eran uniformemente gruesas, flexibles, plegables y no quebradizas. Los productos de envasado moldeados partiendo de las láminas planas también tenían estas características negativas.
A medida que el material biodegradable salía por el orificio de extrusión este material biodegradable tenía, típicamente, una mayor estabilidad estructural en el sentido paralelo al sentido de la corriente de extrusión en comparación con el sentido transversal al sentido de la corriente de extrusión. En realidad los planos o las líneas de fractura a lo largo de los cuales la lámina de material biodegradable se rompía con facilidad, tendían a formarse en la lámina biodegradable a media que iba saliendo del orificio de extrusión. Los envases para alimentos que se moldeaban partiendo de la lámina extruida también tendían a romperse o fracturarse a lo largo de estos planos.
Un problema adicional es que algunas veces es ventajoso incorporar un material fibroso, tal como celulosa, para proporcionar resistencia adicional. Sin embargo, los soluciones de la técnica anterior requieren que el material fibroso se incorpore al material basado en almidón antes de la extrusión. Esta solución puede producir inconsistencias en el material que no son deseables en todas las aplicaciones.
Por lo tanto, existe la necesidad de un procedimiento que produzca un material biodegradable flexible, plegable y no quebradizo que tenga estabilidad estructural en ambos sentidos longitudinal y transversal.
Sumario de la invención
Este objetivo se puede conseguir por medio de un proceso según la reivindicación independiente 1. Una boquilla de extrusión, a través de la cual se puede extruir un material biodegradable que tenga estabilidad estructural en ambos sentidos longitudinal y transversal del material, tiene un dispositivo para el control de la fluencia el cual controla el paso del material biodegradable por el boquilla de extrusión, y permite ajustar las paredes interiores y exteriores de la pared interior del orificio de extrusión, la una en relación con la otra, para modificar los espesores de la pared circunferencial del extrudado cilíndrico. Esta boquilla tiene también una boquilla aspersora localizada dentro del mandril de forma que el material fibroso se puede pulverizar en la porción interior del extrudado para producir una lámina que tenga, por separado, capas de almidón y fibrosas
Según una realización, la boquilla extruye una estructura de forma tubular la cual tiene su mayor estabilidad estructural en el sentido en el que se arrolla en hélice alrededor de la estructura tubular. De este modo, en la parte superior de la estructura tubular, el sentido de la estabilidad más grande se tuerce en un sentido mientras que, en la parte inferior la estabilidad más grande se tuerce en el sentido opuesto. El material fibroso se pulveriza dentro del interior de la estructura tubular. Esta estructura tubular se presiona luego en una lámina formada por dos capas exteriores que tienen sus sentidos de la estabilidad más alta aproximadamente normales entre sí y una capa interior fabricada con el material fibroso. Esta lámina de tres pliegues es una lámina flexible, plegable y no quebradiza con resistencia en todos los
sentidos.
Según otra realización, el caudal del material biodegradable se regula en una localización aguas arriba del orificio, y en el orificio mismo, para aportar un control completo de los parámetros de extrusión. En particular, la presión de origen del material biodegradable detrás del orificio de extrusión está controlada para producir un extrudado que tenga las características deseadas.
Según una realización adicional, una boquilla anular de extrusión permite que las paredes interior y exterior del orificio de extrusión se ajusten entre sí para modificar el espesor de la pared circunferencial del extrudado cilíndrico.
Según un aspecto, se aporta una boquilla de extrusión para extruir material biodegradable, la boquilla de extrusión comprendiendo: un mandril, un miembro exterior posicionado cerca del mandril; un orificio de extrusión entre el mandril y el miembro exterior; un miembro en comunicación con, al menos, un miembro definidor del orificio de extrusión, en el que el miembro es capaz de producir el movimiento relativo entre el miembro exterior y el mandril, en el que el movimiento relativo tiene un componente transversal a un sentido de extrusión del material biodegradable a través del orificio de extrusión; un dispositivo de control de la fluencia que controla el paso del material biodegradable por la boquilla de extrusión; y un dispositivo posiocionador que posiciona el miembro exterior y el mandril entre sí.
Según otro aspecto, se aporta un boquilla de extrusión para extruir material biodegradable, la boquilla de extrusión comprendiendo: un mandril cilíndrico; un anillo exterior cilíndrico posicionado alrededor del mandril; un orificio anular de extrusión entre el mandril y el anillo exterior; una boquilla de pulverización que se extiende desde el mandril cilíndrico; y un miembro en comunicación con, al menos, un miembro definidor del orificio anular de extrusión, el cual produce el movimiento angular relativo ente el anillo exterior y el mandril, en el que el movimiento relativo tiene un componente transversal a un sentido de extrusión del material biodegradable a través del orificio de extrusión.
Según un aspecto adicional, se aporta una boquilla de extrusión para extruir material biodegradable, la boquilla de extrusión comprendiendo: un mandril cilíndrico; un anillo exterior cilíndrico posicionado alrededor del mandril; un orificio anular de extrusión entre el mandril y el anillo exterior; una boquilla de pulverización extendiéndose desde el mandril cilíndrico; un miembro en comunicación con, al menos, un miembro definidor del orificio anular de extrusión que produce movimiento angular relativo entre el anillo exterior y el mandril, en el que el movimiento relativo tiene un componente transversal a un sentido de extrusión del material biodegradable a través del orificio de extrusión; un dispositivo de control de la fluencia que controla el paso del material biodegradable por la boquilla de extrusión, y un dispositivo posicionador del anillo exterior y el mandril en relación mutua, en el que el dispositivo posicionador modifica una geometría del orificio de extrusión.
Según otro aspecto se aporta un procedimiento para fabricar productos biodegradables conformados con aumento de la resistencia, comprendiendo este procedimiento: la extrusión de un material biodegradable en la que la extrusión comprende mover le material biodegradable en un primer sentido a través de un orificio anular para producir un extrudado; el cizallamiento del material biodegradable en un segundo sentido teniendo un componente transversal al primer sentido, durante la extrusión; y la pulverización de material fibroso, por ejemplo, materia inorgánica como carbonato cálcico, plumas de pollo, fibras celulósicas, etc. Este material fibroso puede tener la forma de una lechada.
Según la presente invención se aporta un procedimiento para fabricar productos biodegradables conformados con aumento de la resistencia, comprendiendo este procedimiento: la extrusión de un material biodegradable, en la que la extrusión comprende mover el material biodegradable en un primer sentido a través de un orificio anular para producir un extrudado; el cizallamiento del material biodegradable en un segundo sentido teniendo un componente transversal al primer sentido, durante la extrusión; el control de el caudal del material biodegradable por la boquilla de extrusión durante la extrusión; la pulverización de un material fibroso dentro del interior del extrudado; el estiramiento del extrudado en el primer sentido; la compresión del extrudado; y el moldeo del extrudado comprimido de material biodegradable dentro de una estructura.
Breve descripcion de los dibujos
La presente invención se comprende mejor leyendo las descripciones que siguen de realizaciones no limitativas, con referencia a los dibujos anexos, en los que las piezas iguales en cada una de las diversas figuras se identifican con el mismo número de referencia, y los cuales se describen brevemente a continuación:
La figura 1 es una vista en corte de una realización de la invención montada por completo.
La figura 2 es una vista en corte de una realización de la boquilla montada por completo con los dispositivos de control del centrado y de la fluencia.
La figura 3 es una vista despiezada en perspectiva de las diversas piezas que comprende la boquilla mostrada en la figura 2.
La figura 4 es una visa despiezada en corte de un mandril, platina y separadores.
La figura 5 es una vista despiezada en corte de un anillo de ajuste de la abertura, un alojamiento de cojinete y una caperuza final.
La figura 6 es un vista despiezada en corte de un anillo de cierre, un anillo exterior y un volante de boquilla.
La figura 7A es una vista de costado en corte de una realización de esta invención con un motor y una correa para hacer girar un anillo exterior alrededor de un mandril.
La figura 7B es una vista de extremo de la realización de esta invención mostrada en la figura 7A.
La figura 8 es una vista de costado de un sistema para producir objetos moldeados partiendo de material biodegradable, comprendiendo el sistema un extrusor, una boquilla giratoria de extrusión, un extrudado cilíndrico, rodillos y dispositivos de moldeo.
La figura 9 es un esquema de operaciones de una realización del procedimiento de esta invención.
La figura 10A es una vista en perspectiva de un material extrudado cilíndrico con líneas de extrusión helicoidales y material fibroso en su superficie interior.
La figura 10B es una vista en perspectiva de una lámina de material biodegradable producido partiendo del extrudado mostrado en la figura 10A.
La figura 11 es una de vista de extremo de una realización de esta invención para girar el volante de boquilla de la boquilla giratoria, teniendo el dispositivo un engranaje de cremallera.
La figura 12A es una vista en perspectiva de un extrudado cilíndrico teniendo líneas sinusoidales de extrusión.
La figura 12B es una vista superior de una lámina de material biodegradable producido partiendo del extrudado mostrado en la figura 12A.
La figura 13 es una vista de extremo de un dispositivo para girar el volante de boquilla de una realización de esta invención en la que el sistema comprende un engranaje de tornillo sinfín.
La figura 14A es una vista en perspectiva de una extrudado de material biodegradable en la que el extrudado es cilíndrico en su forma y tiene líneas zigzagueantes de extrusión.
La figura 14B es una vista superior de una lámina de material biodegradable producido partiendo del extrudado que se muestra en la figura 14A.
La figura 15 es una vista en corte de una lámina de material extrudado y material fibroso formados por medio del procedimiento de esta invención.
Es de observar, sin embargo, que los dibujos adjuntos solo ilustran realizaciones típicas de esta invención.
Descripción detallada de la invención
Con referencia a la figura 1, se muestra una vista en corte de una realización de esta invención. La boquilla 1 está formada con varios miembros anulares discretos que comparten el mismo eje central longitudinal 3. Una platina 20 de montaje está localizada en el centro de la boquilla 1 y es un miembro al cual están unidas la mayoría de las piezas restantes. En un extremo de la platina 20 está unido un adaptador del extrusor 10 para conectar la boquilla 1 a un extrusor (no mostrado). Una placa de apoyo 11 está unida entre el adaptador del extrusor 10 y la platina 20. En el lado opuesto al adaptador del extrusor 10, hay varios separadores 100 posicionados en orificios avellanados en la platina 20 en diversas localizaciones equidistantes del eje central longitudinal 3. Un mandril 30 tiene orificios avellanados los cuales se corresponden con los de la platina 20. El mandril 30 está fijado a la platina 20 con los separadores 100 en medio, los separadores estando insertados en los respectivos orificios avellanados. En el mismo lado de la platina 20 que el mandril 30, un anillo de cierre 40 está insertado dentro de una canal anular giratorio 22 de la platina 20. La platina 20 tiene, en su periferia, una porción de apoyo 71 que se extiende alrededor del anillo de cierre 40. Una caperuza final 80 está unida al extremo distal de la porción de apoyo 71 de la platina para enclavar el anillo de cierre 40 en el canal giratorio 22. Un anillo exterior 50 está unido al anillo de cierre 40 alrededor del exterior del mandril para formar uno orificio de extrusión 5 entre el anillo exterior 50 y el mandril 30. Por último, un volante de boquilla 90 está unido al anillo exterior 50. Según se describe más por completo abajo, un motor y un sistema de accionamiento accionan el volante de boquilla 90 para hacer girar el anillo exterior 50 alrededor del mandril 30.
La boquilla 1 tiene una lumbrera 7 que se extiende por un lado del adaptador del extrusor 10 y entra en el taladro de paso 23. Una manguera 8 se conecta con la lumbrera 7 para alimentar un recipiente, no mostrado, que suministra un material fibroso. Dentro del taladro de paso 23, un tubo acodado está conectado a la lumbrera 7. Una tubería 12 se extiende a lo largo del eje central longitudinal 3 desde el tubo acodado 9 dentro del taladro de paso 23 y a través del mandril 30. Una tobera 13 está conectada al extremo distal de la tubería 12 en el interior del mandril 30.
El material biodegradable se empuja a través de la boquilla 1 a presión por medio del extrusor (no mostrado) el cual está unido al adaptador del extrusor 10. El material biodegradable atraviesa el taladro de paso 23 y fluye alrededor del tubo 12, en el que el taladro de paso 23 conduce el material a través del adaptador del extrusor 10 en la platina 20 hasta una localización central en el lado posterior del mandril 30. Luego, se obliga al material biodegradable a que salga a través de una cavidad en forma de disco, llamada canal de control de la fluencia 4, el cual está definido por la platina 20 y el mandril 30. Desde el canal de control de la fluencia 4, el material biodegradable se empuja para que pase por el orificio de extrusión 5, definido por el mandril 30 y el anillo exterior 50. Según una realización de esta invención, el material biodegradable se ve forzado a pasar por el orificio de extrusión 5, el volante de boquilla 90, el anillo exterior 50 y el anillo de cierre 40 se giran en relación con la platina fija 20 y el mandril 30. A media que se obliga al material biodegradable a pasar por el orificio de extrusión 5, se pulveriza una lechada, conteniendo material fibroso, desde la tobera 13 dentro del interior del extrudado, según se describe más completamente más abajo.
Con referencia a las figuras 2 y 3, vistas en corte y despiezadas, respectivamente, en ellas se muestra una realización de esta invención con dispositivos de cambio de orificio y de control de la fluencia. La boquilla 1 está formada por diversos miembros anulares discretos los cuales comparten el mismo eje central longitudinal 3. Una platina 20 está localizada en el centro de la boquilla 1 y es un miembro al cual la mayoría de las restantes piezas están unidas. En un extremo de la platina 20 está un adaptador del extrusor para conectar la boquilla 1 a un extrusor (no mostrado). Un anillo ajustador de la abertura 60 está colocado concéntrico alrededor del exterior cilíndrico de la platina 20. Un alojamiento de cojinete 70 se encuentra adyacente al anillo de ajuste de la abertura 60 y de a platina 20. Un anillo de cierre 40 está colocado dentro del alojamiento de cojinete 70 y está insertado dentro en un canal anular giratorio de la platina 20. En un extremo opuesto al adaptador del extrusor 10 están posicionados diversos separadores 100 en orificios avellanados en la platina 20 en diversas localizaciones equidistantes del eje central longitudinal 3. Un mandril 30 tiene orificios avellanados los cuales se corresponden con los de la platina 20. El mandril está asegurado a la platina 20 con espaciadores 100 en medio. Un anillo exterior 50 está unido al anillo de cierre 40 alrededor del exterior del mandril 30 para formar un orificio de extrusión 5 entre el anillo exterior y el mandril 30. Por último, un volante de boquilla 90 está unido al anillo exterior 50 para girar el anillo exterior 50 alrededor del mandril 30.
La boquilla 1 tiene una lumbrera 7 que se extiende a través de un lado del adaptador del extrusor 10 y dentro del taladro de paso 23. Una manguera 8 conecta la lumbrera 7 a un recipiente de alimentación, no mostrado, el cual suministra un material fibroso. Dentro del taladro de paso 23, un tubo acodado 9 esta conectado a la lumbrera 7. Una tubería 12 se extiende a lo largo del eje central longitudinal 3 desde el tubo acodado 9 en el taladro de paso 23 y a través del mandril 30. Una tobera 13 está conectada al extremo distal del tubo 12 en el interior del mandril 30.
Con referencia a la figura 4, una sección transversal de la platina 20, se muestran desmontados los separadores 100 y el mandril 20. La platina 20 es básicamente un cilindro sólido con un taladro cilíndrico de paso 23 cortado en el medio a lo largo del eje central longitudinal 3. Un extremo de la platina 20 comprende un respaldo de montaje 21 para engrane con el adaptador del extrusor 10 (mostrado en las figuras 2 y 3). La platina 20 tiene, opuesto al respaldo de montaje 21, un canal anular giratorio 22 para recibir el anillo de cierre 40 (mostrado en las figuras 2 y 3). Entre el taladro cilíndrico de paso 23, en el centro del canal giratorio 22, la platina 20, tiene una superficie de fluencia 25 en forma de disco. La platina 20 también tiene también varios orificios avellanados de platina 24 para recibir espaciadores 100 de tal manera que los orificios avellanados 24 están perforados en la superficie de paso 25. En la figura 4 solo se muestran dos orificios avellanados 24 porque la vista es una vista en corte a lo largo de un plano que intercepta el eje central longitudinal 3. Todos los orificios avellanados 24, de la platina, son equidistantes entre sí y desde el eje central longitudinal 3.
Según una realización de esa invención, el mandril 30 es una estructura en forma de taza con una base 31 y lados 32. Según se ilustra en la figura 4, el mandril 30 está orientado hacia un lado de forma que el eje central del mandril es colineal con el eje central longitudinal 3 de la boquilla. El mandril 30 tiene una base sólida 31 con un orificio base del mandril 38 en el centro, en el que el orificio de la base del mandril 38 recibe el tubo 12, mostrado en la figura 2. La superficie exterior de la base 31 es una superficie de paso de la base 33, El mandril 30 tiene varios orificios avellanados 34 los cuales están cortados en la superficie de paso de la base 33. En la figura 4 solo se muestran dos orificios avellanados 34 porque la vista es una vista en corte a lo largo de un plano que intercepta el eje central longitudinal 3. Todos los orificios avellanados del mandril 34 son equidistantes entre sí y desde el eje central 3. El interior del mandril está ahuecado con el fin de reducir el peso global y para dejar espacio para la tobera de pulverización 13, mostrada en la figura 2.
Los espaciadores 100 se usan para montar el mandril 30 en la platina 20. Cada uno de los separadores 100 comprende extremos macho 102 para insertarse dentro de la platina y de los orificios avellanados 24 y 34. Desde luego, el diámetro exterior de los extremos macho 102 es ligeramente menor que los diámetros interiores de la platina y de los orificios avellanados del mandril 24 y 34. Cada uno de los separadores 100, entre los extremos macho 102, comprende un resalte 101 el cual tiene un diámetro exterior mayor que los diámetros exteriores de la platina y de los orificios avellanados 24 y 34. El resalte 101 de cada separador 100 tiene un espesor uniforme en su dirección longitudinal y sirve de mecanismo separador entre la platina 20 y el mandril 30.
El mandril 30 está unido a la platina 20 con los pernos del mandril 36. Los pernos del mandril 36 se extienden a través de la base 31 del mandril 30, por medio de los espaciadores 100 y dentro de porciones roscadas en el fondo de los orificios avellanados 24. Aunque las cabezas de los pernos del mandril 36 se podrían fabricar para que descansen con firmeza en contacto con el interior de la base 31 del mandril, en la realización mostrada, los pernos del mandril se extienden a través de elevadores 35 de forma que las cabezas de los pernos del mandril 36 son más accesibles desde el extremo abierto del mandil 30. Es natural que los pernos del mandril 36 y los elevadores 35 no deban ser demasiado largos como para interferir con la funcionalidad de la tobera de pulverización 13, mostrada en la figura 2. En esta realización un extremo de cada uno de los elevadores 35 descansa con seguridad en el interior de la base del mandril 31 mientras que el otro extremo de cada elevador está engranado por la cabeza de un perno de mandril 36.
Con referencia a la figura 5, una vista en corte del anillo de ajuste de la abertura 60, el alojamiento de cojinete 70, y la caperuza final 80 se muestran en estado desmontado. El anillo de ajuste de la abertura 60 es un miembro en forma de anillo con un eje central longitudinal 3 y un diámetro interior ligeramente mayor que el diámetro exterior de la platina 20 (mostrada en las figuras 2 y 3). El anillo de ajuste de la abertura 60 tiene también diversos tornillos de seguridad 61 los cuales se extienden a través de una porción interior 62 del anillo de ajuste de la abertura 60 para engrane con la platina 20 una vez que el anillo de ajuste de la abertura 60 se coloque alrededor del exterior de la platina 20. El anillo de ajuste de la abertura tiene también una porción exterior 63 para engrane con el alojamiento de cojinete 70. El anillo de ajuste de la abertura 60 tiene, en el borde exterior de la porción exterior 63, las orejetas desviadoras 64 las cuales está unidas por medio de pernos de orejeta 65. En la realización mostrada hay cuatro orejetas desviadoras 64 unidas a la porción exterior 63 del anillo de ajuste de la abertura 60. Las orejetas desviadoras 64 están espaciadas alrededor del anillo de ajuste de la abertura 60 de forma que una está en la parte superior, otra en el fondo y las otras dos en los lados, respectivamente. Las orejetas desviadoras 64 se extienden desde la porción exterior 63 en la dirección longitudinal para engrane de posicionamiento con el alojamiento de cojinete 70. Los pernos desviadores 66 se asoman a través de las orejetas desviadoras 64 en la parte de las orejetas desviadoras 64 que se extiende desde la porción exterior 63 en la dirección longitudinal. Los pernos desviadores 66 se asoman en una dirección desde el exterior de la boquilla hacia el eje central longitudinal 3. Por último el anillo de ajuste de la abertura 60 tiene orificios roscados 67 en diversas localizaciones alrededor de la porción exterior 63 para recibir los tornillos 74.
El alojamiento de cojinete 70 es un segmento anular que tiene un eje central longitudinal 3. El alojamiento de cojinete 70 tiene una porción de cojinete 71 y una porción de soporte 72. La porción de soporte 72 es anular con su mayor sección transversal en el sentido transversal al eje central longitudinal 3. El alojamiento de cojinete 70 es unible al anillo de ajuste de la abertura 60 por medio de la porción de soporte 72 la cual se engrana con la porción exterior 63 del anillo de ajuste de la abertura 60. En la realización mostrada, este engrane entre el alojamiento de cojinete 70 y el anillo de ajuste de la abertura 60 se consigue por medio de tornillos 74 entre estos dos miembros. La porción de soporte 72 tiene varios orificios de deslizamiento 75 que sobresalen a través de la porción de soporte en un sentido longitudinal. En una realización, doce orificios de deslizamiento 75 están posicionados equidistantes entre sí alrededor de la porción de soporte 72 y están posicionados equidistantes desde el eje central longitudinal 3. El diámetro interior de cada orificio de deslizamiento 75 es mayor que el diámetro exterior de los tornillos 74 de tal manera que hay un "huelgo" sustancial entre los tornillos 74 y los orificios de deslizamiento 75. Aunque los orificios de deslizamiento 75 son mayores que los tornillos 74, los orificios de deslizamiento 75 son lo bastante pequeños como para que las cabezas de los tornillos 74 engranen con seguridad en la porción de soporte 72 del alojamiento de cojinete 70.
La otra parte importante del alojamiento de cojinete 70 es la porción de cojinete 71 la cual es una sección anular con su espesor más grande en la dirección longitudinal. La superficie interior de la porción de cojinete 71 es una superficie de cojinete 76 para engranar cojinetes de soporte lateral 42 (mostrados en la figura 6). La superficie de cojinete 76 soporta los cojinetes de apoyo lateral 42 en un plano normal al eje central longitudinal 3. El alojamiento de cojinete 70, cerca de la porción de soporte 72, tiene, sobresaliendo de la superficie de apoyo 76, un saliente de soporte lateral 73 del alojamiento de apoyo, el cual soporta un cojinete de soporte lateral 42 del anillo de cierre 40 (mostrado en la figura 6).
Cuando el alojamiento de cojinete 70 está unido al anillo de ajuste de la abertura 60, las posiciones relativas de los dos dispositivos se pueden ajustar. En particular, durante el montaje, los orificios desviadores 66 del anillo de ajuste de la abertura 60 están relajados para proporcionar suficiente espacio para la porción de soporte 72 de alojamiento de cojinete 70. El alojamiento de cojinete 70 se coloca entonces directamente adyacente al anillo de ajuste de la abertura 60 con la porción de soporte 72 dentro de las orejetas desviadoras 64. Entonces los tornillos 74 se insertan dentro de los orificios de deslizamiento 75 y, sin apretar, dentro de los orificios roscados 67 en el anillo de ajuste de la abertura 60. Los pernos desviadores 66 se ajustan entonces para colapsarse en la porción de soporte 72 del alojamiento de cojinete 70. Los pernos desviadores 66 se pueden ajustar para empujar el alojamiento de cojinete 70 fuera del centro en relación con el anillo de ajuste de la abertura 60. Como los orificios de deslizamiento 76 son más grandes que los tornillos 74 los pernos desviadores 66 pueden empujar con libertad el alojamiento de cojinete 70 en un sentido u otro, Variando la presión de los pernos desviadores 66 contra la superficie exterior del alojamiento de cojinete 70, el alojamiento de cojinete 70, el anillo de cierre 40 y el anillo exterior 50 se pueden desviar desde sus posiciones originales hasta posiciones más deseables. Una vez que se ha conseguido la posición deseada para el alojamiento de cojinete 70, en relación con el anillo de ajuste de la abertura 60, los tornillos 74 se aprietan para unir firmemente los dos miembros.
Es preferible que la caperuza final 80 sea un anillo que tenga un eje central longitudinal 3. La porción interior de la caperuza final 80 es un estabilizador 81 y la exterior es un saliente sujetador 82. Unos orificios sujetadores 83 están taladrados en el saliente sujetador 82 para insertar sujetadores los cuales aseguran la caperuza final 80 a la porción de apoyo 71 del alojamiento de cojinete 70. El diámetro exterior del estabilizador 81 de la caperuza final 80 es ligeramente menor que el diámetro interior de la porción de cojinete 71 del alojamiento de cojinete 70. Esto permite que el estabilizador 81 se inserte dentro de la porción de apoyo 71. En el extremo distal del estabilizador 81 hay un saliente de soporte lateral 84 de la caperuza el cual soporta un cojinete de soporte lateral 42 (mostrado en la figura 6). Por lo tanto cuando la caperuza final 80 está unida con firmeza al alojamiento de cojinete 70, el saliente de soporte lateral 73, del alojamiento de cojinete, y el saliente de soporte lateral 84, de la caperuza final, sujetan los cojinetes laterales de soporte 42 (mostrados en la figura 6) contra el movimiento en los sentidos longitudinales.
Con referencia a la figura 6, una vista en corte del anillo de cierre 40, el anillo exterior 50 y el volante de boquilla 90 se muestran desmontados. El anillo de cierre 40 es un miembro cilíndrico con un eje central longitudinal 3. El anillo de cierre 40 tiene un diámetro interior que disminuye desde un extremo al otro. En el extremo del anillo de cierre 40 que tiene el diámetro interior más pequeño, el anillo de cierre 40 tiene una entalla 47 para engranar el anillo exterior 50 según se expone más adelante. En el exterior del anillo de cierre 40, hay cuatro segmentos de pistón superior 41 para engranar la platina 20 y la caperuza final 80 (mostradas ambas en las figuras 2 y 3). El anillo de cierre 40 comprende también dos cojinetes de soporte lateral 42. Los cojinetes de soporte lateral 42 están separados por un saliente separador de cojinetes 43 el cual está posicionado entre los dos cojinetes de soporte lateral 42. El anillo de cierre 40 comprende además dos anillos de retención 44 que están posicionados en los exteriores de los cojinetes de soporte lateral 42. De este modo el anillo de cierre 40 se monta deslizando uno de los cojinetes de soporte lateral 42 encima de cada extremo del anillo de cierre 40 hasta que cada uno está adyacente a lados opuestos del saliente separador de apoyo 43. A continuación los anillos de retención 44 se deslizan encima de cada extremo del anillo de cierre 40 hasta que se cierren de golpe dentro de la ranuras 45 en los exteriores de los cojinetes de soporte lateral 42. De este modo los cojinetes de soporte lateral 42 están asegurados entre el saliente separador de los cojinetes 43 y los anillos de retención 44. Por último, los segmentos superiores de pistón 41 están colocados en las rendijas de pistón 46.
El anillo exterior 50 es un miembro cilíndrico con un eje central longitudinal 3. Este anillo exterior 50 tiene una porción de segmento 51 y un saliente sujetador 52. Hay orificios longitudinales cortados a través del saliente sujetador 52 para insertar sujetadores que aseguran el anillo exterior 50 a un extremo del anillo de cierre 40. El diámetro exterior de la porción de segmento 51 es ligeramente menor que el diámetro interior de la entalla 47 del anillo de cierre 40. Esto permite que el anillo exterior 50 se monte en el anillo de cierre 40 insertando la porción de segmento 51 dentro de la entalla 47. El diámetro interior de la porción de segmento 51 se conifica desde el extremo que se une al anillo de cierre 40 hasta el otro. El anillo exterior 50 comprende, en el extremo de la porción de segmento 51 con el diámetro interior más pequeño, un reborde 53 el cual define un lado del orificio de extrusión 5 (mostrado en la figura 2).
El volante de boquilla 90 es un miembro cilíndrico con un saliente de volante 92 y una sección de transmisión 93. Hay orificios taladrados a través del saliente del volante 92 para insertar sujetadores del volante 91 los cuales fijan el volante de boquilla 90 y el anillo exterior 50 al anillo de cierre 40. La sección de transmisión 93 es un dispositivo que engrana un mecanismo de transmisión para girar el volante de boquilla 90. En la realización mostrada en esta figura, la sección de transmisión es una polea para engranar una correa de transmisión.
El conjunto de la boquilla competa 1 se describe con referencia a las figuras 2 y 3. Primero, el tubo de pulverización 12 está conectado al mandril 30. Este tubo 12 se inserta en el orificio de la base del mandril 38 (ver la figura 4) y las tuercas de empalme 12a están roscadas en el exterior del tubo 12 a cada lado de la base del mandril 31. Arandelas y otros mecanismos de conexión se usan también, junto con las tuercas de empalme 12a, como saben las personas con experiencia en esta técnica, para asegurar que el orificio de la base del mandril 38 esté cerrado, por completo, por el tubo de pulverización 12. A continuación, con referencia aún a la figura 4, se colocan varios separadores 100 en el mandril 30 insertando un extremo macho 102 de cada separador 100 dentro de un orificio avellanado 34 hasta que todos los orificios avellanados 34 tengan un separador 100. Entonces el mandril 30 se coloca adyacente a la platina 20 con los extremos macho sobresalientes 102 de los separadores 100 estando insertados en los orificios avellanados 24 de la platina. Desde luego, en esta posición, una porción del tubo de pulverización 12 se extiende de un lado a otro del orificio de paso 23 de la platina 20. Entonces el mandril 30 se une a la platina 20 con los separadores 100 entre los pernos del mandril 36. En particular, los elevadores 35 se deslizan por encima de los vástagos de los pernos del mandril 36 y los pernos del mandril 36 se insertan a través de la base del mandril 31, los orificios avellanados del mandril 34, los separadores 100 y los orificios avellanados de la platina 24. Los fondos de los orificios avellanados de la platina 24 están roscados de manera que los pernos del mandril 36 se puedan atornillar dentro de la platina 20. Los pernos del mandril 36 se atornillan entonces dentro de los fondos roscados de cada orificio avellanado 24 para unir el mandril 30 a la platina 20.
La siguiente etapa en el procedimiento del montaje es colocar el adaptador del extrusor 10 y fijarle a la platina 20. Primero, el tubo acodado 9 se conecta dentro del taladro de paso 23 a la lumbrera 7. Según una realización de esta invención el tubo acodado tiene un extremo roscado hembra que se abre hacia el resto de los componentes de la boquilla 1 tras el montaje final. Con la placa de apoyo 11 en medio, el adaptador del extrusor 10 se coloca adyacente a la platina 20 con el fin de llevar la punta roscada de la tubería de pulverización12 en contacto con el extremo roscado hembra del tubo acodado 9. Entonces se gira el adaptador del extrusor 10 en relación con la platina 20 para roscar la tubería de pulverización 12 dentro del tubo acodado 9. El adaptador del extrusor 10 se sujeta a la patina 20 con una placa de apoyo 11 en medio. Luego se rosca la tobera de pulverización 13 en la tubería de pulverización 12 dentro del interior del mandril 30.
Con referencia todavía a la figura 5, el anillo de ajuste de la abertura 60 se desliza por encima del exterior de la platina 20. Los tornillos de seguridad 61 se aprietan entonces contra el exterior de la platina 20. Luego se posiciona el alojamiento de cojinete 70 con la porción de soporte 72 enfrente de la porción exterior 63 del anillo de ajuste de la abertura 60. Los pernos desviadores 66 se ajustan para centrar el alojamiento de cojinete 60 alrededor del eje central longitudinal 3 y los tornillos se insertan a través de los orificios de deslizamiento 75 y se aprietan dentro de los orificios roscados 67 del anillo de ajuste de la abertura 60. A continuación, con referencia adicional a la figura 6, el anillo de cierre 40, con los segmentos de pistón 44 unidos al mismo, se une giratoriamente al alojamiento de cojinete 70. En particular, en anillo de cierre 40 se inserta dentro del alojamiento de cojinete y luego dentro del canal giratorio 22 de la platina 20. El anillo de cierre 40 se empuja todo el trayecto dentro del canal giratorio 22 de la platina 20 hasta que el primero de los cojinetes de soporte lateral 42 descanse firmemente contra el saliente de soporte lateral del alojamiento 73. En esta posición dos de los cuatro segmentos de pistón superiores 41 forman un cierre estanco entre el anillo de cierre 40 y el canal giratorio 22 de la platina 20. El anillo de cierre 40 se mantiene en esta posición al insertar el estabilizador 81 de la caperuza final 80 dentro de la porción de apoyo 71 del alojamiento de cojinete 70. La caperuza final 80 se empuja todo el trayecto dentro del alojamiento de cojinete 70 hasta que el saliente de soporte lateral de la caperuza final 84 contacte con el segundo de los cojinetes de soporte lateral 42 del anillo de cierre 40. La caperuza final 80, una vez en su sitio, se fija al alojamiento de cojinete 70 insertando sujetadores por los orificios de los sujetadores 83 del saliente sujetador 82 y dentro de la porción de apoyo 71 del alojamiento de cojinete 70. La superficie interior del estabilizador 81 de la caperuza final 80 engrana los dos restantes segmentos de pistón superiores 41 del anillo de cierre 40 de forma que el anillo de cierre 40 esté estabilizado por completo y se le permita girar con libertad alrededor del eje central longitudinal 3. Con la caperuza final 80 sujeta con seguridad al alojamiento de cojinete 70, el anillo de cierre 40 está sujeto con seguridad en la dirección lateral entre los salientes de soporte lateral 73 y 84. Con el anillo de cierre 40 sujeto con seguridad en su sitio, se unen entonces el anillo exterior 50 y el volante de boquilla 90 al extremo que sobresale de la platina 20. En particular, la porción de anillo 51 del anillo exterior 50 se inserta en la entalla 47 del anillo de cierre 40 y el saliente de volante 91 del volante de boquilla 90 se posiciona adyacente al saliente sujetador 52 de anillo exterior 50. Entonces se insertan los sujetadores del volante 91 a través del saliente del volante 92 y del saliente sujetador 52 y se enclavan dentro del anillo de cierre 40.
Cuando la boquilla 1 montada por completo está lista para su unión al extrusor (no mostrado), la manguera 8 se conecta a la lumbrera 7 del adaptador del extrusor 10.
Una vez montados, tanto el adaptador del extrusor 10 como la platina 20 comprenden además un taladro de paso 23 el cual se extiende desde el extrusor (no mostrado) hasta la superficie de paso 25, según se ilustra en las figuras 2 y 4. De este modo, la boquilla 1 funciona de tal manera que el extrusor empuja el material extrudado biodegradable a través del taladro de paso 23 hasta que llegue a la superficie base de paso 33 del mandril 30. Entonces el extrudado biodegradable fluye en sentido radial hacia fuera alrededor de los separadores 100 entre la superficie de paso 25 de la platina 20 y la superficie base de paso 33 del mandril 30. Este espacio parecido a un disco entre la platina 20 y el mandril 30 es el canal de control de la fluencia 4. Desde el canal de control de la fluencia 4 el extrudado biodegradable entra entonces en un espacio cilíndrico entre el anillo de cierre 40 y el mandril 30 y se ve empujado por este espacio hacia el orificio de extrusión 5 entre el mandril 30 y el anillo exterior 50. A medida que el extrudado biodegradable se mueve hacia el orificio de extrusión 5 el volante de boquilla 90 gira para rotar el anillo exterior 50 y el anillo de cierre 40 alrededor del mandril fijo 30. De este modo el anillo exterior 50 retuerce el extrudado biodegradable. A medida que el extrudado sale por el orificio de extrusión 5 se va produciendo un producto tubular de extrudado biodegradable retorcido. Tal como se describe por completo más abajo, como el anillo de cierre 40 está montado giratoriamente dentro del alojamiento de cojinete 70, el anillo de cierre 40 puede hacerse de forma que gire alrededor del mandril 30 a medida que se empuja el extrudado a través del orificio 5.
El paso del material biodegradable por la boquilla 1 se controla de dos maneras: (1) ajustando la anchura del canal de control de la fluencia 4, y (2) controlando el tamaño del orificio de extrusión 5. Con respecto al canal de control de la fluencia 4, según se observa arriba, el material biodegradable se hace pasar desde el extrusor por el orificio de paso 23 en la platina 20 hasta que llega a la superficie base de paso 33 del mandril 30. Desde la localización central, el material biodegradable se empuja en sentido radial hacia fuera entre la superficie base de la fluencia 25 de la platina 20. Es natural que, a medida que el material biodegradable fluye entre las superficies a través del canal de control de la fluencia 4, pase alrededor de cada uno de los separadores 100 los cuales separan el mandril 30 de la platina 20. La anchura del canal de control de la fluencia 4 se ajusta usando separadores que tienen pestañas 101 más grandes o más pequeñas (véase el figura 4). En particular, si se desea disminuir el paso del material biodegradable por el canal de control de la fluencia 4, los separadores 100 con las pestañas 101, las cuales son relativamente finas en la dirección longitudinal, se insertan entre la platina 20 y el mandril 30. De otro modo, si se desea aumentar el caudal del material biodegradable por el canal de control de la fluencia 4, los separadores 100 con las pestañas 101, con espesores relativamente mayores en la dirección longitudinal, se insertan entre la platina 20 y el mandril 30. Por lo tanto, en una realización preferida, la boquilla 1 tiene varios juegos de separadores 100 los cuales se colocan entre la platina 20 y el mandril 30 para controlar la anchura del canal de control de la fluencia 4.
Además, el paso del material biodegradable por el orificio de extrusión 5 se controla alterando la anchura del orificio de extrusión 5. El espesor del orificio de extrusión 5 entre el saliente del mandril 37 y el saliente del anillo exterior 53 se ajusta deslizando el anillo de ajuste de la abertura 60, el alojamiento de cojinete 70, el anillo de cierre 40 y el anillo exterior 50 a lo largo del eje central longitudinal 3 lejos del mandril fijo 30. Dado que el diámetro interior de la porción de anillo 51 del anillo exterior 50 está ahusado desde el extremo en el que se une al anillo de cierre 40, el anillo exterior 50 tiene su diámetro interior más pequeño en el saliente del anillo exterior 53. Para producir un extrudado biodegradable con un espesor de pared muy fino, el anillo de ajuste de la abertura 60 se empuja en todo su recorrido sobre la platina 20 hasta que el resalte del anillo exterior 53 está directamente opuesto al saliente del mandril 37. Para producir un extrudado biodegradable más grueso el anillo de ajuste de la abertura 60 se mueve ligeramente lejos de la platina 20 a lo largo del eje central longitudinal 3 en el sentido de las flechas indicadoras 6 (mostradas en la figura 2), de forma que el saliere del anillo exterior 53 está posicionado más allá del saliente del mandril 37. Así, una sección más ancha de la porción anular 51 es adyacente al saliente 37 del mandril 30 de forma que el orificio de extrusión 5 es más grueso. Una vez que se ha conseguido el tamaño del orificio deseado, los tornillos de sujeción 61 se atornillan dentro del anillo de ajuste de la abertura 60 para reengranar la platina 20. Esto enclava el anillo de ajuste de la abertura 60, el alojamiento de cojinete 70, el anillo de cierre 40 y el anillo exterior 50 en su sitio para garantizar que el espesor del orificio de extrusión 5 permanece constante durante el funcionamiento. Un orificio de extrusión 5 más grueso aumenta el paso a través de la boquilla.
Con referencia a las figuras 7A y 7B, vistas de costado y de extremo, se muestran porciones de una realización de esta invención para hacer girar el anillo exterior y la boquilla, respectivamente, El mandril 30 está unido a la platina 20 de forma que el mandril está enclavado en su sitio. El anillo de cierre 40 y el anillo exterior 50 están, giratoriamente, montados alrededor del mandril 30. Un volante de boquilla 90 está también unido al anillo exterior 50. Todos estos miembros tienen ejes centrales longitudinales que son colineales con el eje central longitudinal 3. Este dispositivo tiene un motor 110 el cual tiene un eje de accionamiento 113 que es paralelo al eje central longitudinal 3. Unida a un eje conductor del motor 110 hay una rueda motriz 111. El motor 110 y la rueda motriz 111 están posicionados de forma que la rueda motriz 111 esté situada en el mismo plano que el volante 90, siendo este plano perpendicular al eje central longitudinal 3. Este sistema además tiene, opuesta a la rueda motriz 111, una rueda amortiguadora 115 que también está posicionada en el plano perpendicular de la rueda motriz 111 y del volante de boquilla 90. La rueda amortiguadora 115 tiene un eje de frenado 116 que también es paralelo al eje central longitudinal 3. De este modo, la rueda motriz 111 y la rueda amortiguadora 115 están posicionadas en lados opuestos del sistema con el volante de boquilla 90 en medio. Una correa de transmisión 112 engrana la rueda motriz 111, el volante de boquilla 90 y la rueda amortiguadora 115. La rueda amortiguadora 115 no tiene mecanismo de transmisión alguno para hacer girar la correa de transmisión 112. En su lugar la rueda amortiguadora es una rueda loca que solo gira con la correa de transmisión 112 cuando la correa de transmisión 112 esté accionada por el motor 110. La rueda amortiguadora 115 solo sirve para distribuir con uniformidad las fuerzas que la correa de transmisión 112 ejerce sobre el volante de boquilla 90. Como la rueda motriz 111 y la rueda amortiguadora 115 están posicionadas en lados opuestos del volante de boquilla 90, las fuerzas que la correa de transmisión 112 ejerce sobre el volante de boquilla 90 son aproximadamente iguales en todas las direcciones transversales. Si la rueda amortiguadora 115 no estuviese en esta posición y la correa de transmisión solo engranase la rueda motriz 111 y el volante de boquilla 90, la correa de transmisión 112 ejercería una fuerza neta en el volante de boquilla 90 en la dirección del motor 110. Esta fuerza sacaría al volante de boquilla 90 y, de este modo, al anillo exterior fuera del centro de su posición alrededor del mandril fijo 30. Desde luego, tendría el detrimental efecto de producir un tubo extrudado de material biodegradable que tendría un espesor de pared mayor en un lado que en el otro. Por lo tanto la rueda amortiguadora 115 está posicionada en el sistema para evitar que el volante de boquilla 90 se vea sacado de su localización central alrededor del mandril 30.
En una realización preferida, la correa de transmisión 112 es una correa de caucho. De otro modo se pueden usar engranajes de cadena o engranajes engranados para conectar mecánicamente el motor 110 al volante de boquilla 90. Un motor eléctrico típico con una potencia de un tercio de caballo es suficiente para producir el par torsor necesario para accionar la correa de transmisión 112. Además, las relaciones de transmisión entre la rueda motriz 111 y el volante de boquilla 90 son tales que se puede preferir que el volante de boquilla 90 gire a, aproximadamente 15 revoluciones por minuto. Dependiendo del sistema particular empleado, realizaciones alternativas requieren motores más potentes.
Con referencia a las figuras 8 y 9, se describen realizaciones del sistema y del procedimiento, respectivamente, de esta invención para producir un producto final biodegradable. El sistema 130 tiene una tolva 131 dentro de la cual inicialmente se coloca material biodegradable (etapa 140). La tolva 131 alimenta (etapa 141) material biodegradable a un extrusor 132 el cual presioniza (etapa 142) y hierve (etapa 143) el material biodegradable. El extrusor 132 empuja (etapa 144) el material biodegradable por una boquilla de extrusión 1. La boquilla de extrusión 1 es una realización de la boquilla de extrusión giratoria de la presente invención y está accionada por un motor 110 con una correa de transmisión 112. A medida que el material biodegradable se empuja (etapa 144) por la boquilla de extrusión 1, un anillo exterior de la boquilla 1 gira (etapa 145) alrededor de un mandril interior. El material biodegradable se empuja (etapa 146) desde la boquilla de extrusión 1 a través de un orificio de extrusión par formar un extrudado cilíndrico 15. Luego, un par de rodillos prensadores 133 arrastran (etapa 147) el extrudado cilíndrico desde el orificio de extrusión. Entonces se bombea material celulósico o fibroso desde el depósito 138 y a través de una manguera 8 hasta que se pulveriza (etapa 148) dentro del extrudado cilíndrico para revestir el interior del extrudado con el material celulósico o fibroso. A continuación los rodillos prensadores 133 aplanan (etapa 149) el extrudado cilíndrico 15 en una lámina 17 de material biodegradable. La lámina 17 de material biodegradable se moldea (etapa 150) entonces entre moldes correspondientes 134 para dar forma de productos finales al material biodegradable. Los productos finales conformados se depositan, entonces, en el depósito 135.
Según realizaciones alternativas de esta invención, es deseable estirar el extrudado cilíndrico 15 a medida que sale del orificio de extrusión 5. Esto se consigue haciendo girar los rodillos prensadores 133 ligeramente más deprisa que la velocidad necesaria para mantener el ritmo con la velocidad de salida del extrudado cilíndrico 15 del orificio de extrusión 5. Cuando los rodillos prensadores 133 giran más deprisa, estos corillos prensadores 133 arrastran el extrudado cilíndrico 15 desde el orificio de extrusión 5 de forma que el extrudado cilíndrico 15 se estira en la dirección longitudinal antes de que se aplane en forma de lámina plana de dos pliegues.
El extrudado cilíndrico también permite que el contenido de humedad se mantenga a un nivel óptimo antes de que se prense en los rodillos prensadores 133. Dependiendo de los materiales implicados en el proceso, es ventajoso calentar el material celulósico o fibroso antes de que se pulverice dentro del extrudado cilíndrico. Esto permite que la humedad se disipe con uniformidad en forma de vapor dentro del extrudado cilíndrico y evita que el extrudado se endurezca antes de que se moldee en el producto final.
Con referencia a la figura 10A, se muestra un ejemplo de extrudado biodegradable desde el orificio de extrusión de la presente invención. El extrudado 15 sale del orificio de extrusión 5 (veánse los componentes de la boquilla en la figura 2) en forma de estructura cilíndrica. Es típico, aunque no se quiera decir que se esté limitado por lo mismo, creer que las cadenas poliméricas del material biodegradable están alineadas en el sentido de la extrusión para producir un extrudado que tiene su integridad estructural más grande en la dirección de la extrusión. Si el extrudado 15 sale del orificio de extrusión 5 a medida que el anillo exterior 15 gira alrededor del mandril 30, el extrudado 15 se orienta a lo largo de las líneas de extrusión 16, Según se ha indicado arriba, el interior del extrudado 15 se reviste con una capa de material celulósico o fibroso a medida que va saliendo de la boquilla. Por lo tanto, el material extrudado biodegradable 15b tiene una capa de material fibroso 15a adherida a su superficie interior.
Es preferible colapsar el extrudado cilíndrico 15 para formar una lámina de material biodegradable con una capa de material fibroso entre dos capas de extrudado. Según se ilustra en la figura 10B, se muestra una vista en perspectiva de material extrudado producido partiendo del extrudado tubular de la figura 10A. La lámina 17 se produce sencillamente enrollando el extrudado 15 por medio de dos rodillos para comprimir el extrudado tubular 15 en la lámina 17. En consecuencia la lámina 17 comprende líneas de extrusión 16 las cuales forman un patrón de trama cruzada en las capas exteriores. La lámina 17 está formada por tres capas, dos de las cuales son de material extrudado biodegradable. Una capa de extrudado formaba antes un lado del extrudado tubular 15 mientras que la otra capa extruida de la lámina 17 formaba antes el otro lado del extrudado 15. Por lo tanto, como las líneas de extrusión se arrollaron en hélice alrededor del extrudado, cuando se forma la lámina 17, las líneas de extrusión 16 de las dos capas corren en direcciones opuestas. El ángulo de extrusión 18 de las líneas de excusión 16 se puede ajustar controlando el caudal del extrudado 15 desde el orificio de extrusión 5 de la boquilla 1 (veánse los componentes de la boquilla en la figura 2), y controlando la velocidad angular del anillo exterior 50 alrededor del mandril 30. Si se desea aumentar el ángulo de la línea de extrusión 18, la boquilla se ajusta para aumentar la velocidad angular del anillo exterior 50 en relación con el mandril 30, y/o disminuir el caudal del material de extrusión desde la boquilla de extrusión. Según se ha indicado arriba, el caudal del material biodegradable por la boquilla se controla ajustando del tamaño del orificio de extrusión 5 y/o del canal de control de la fluencia 4. En la lámina 17 se forma una sola capa interior de material fibroso porque el material fibroso, que reviste el interior del extrudado cilíndrico 15, llega a aplastarse para combinarse en una sola capa de material fibroso.
Con referencia a la figura 15, se ilustra una vista en corte y de extremo de la lámina 17 de la figura 10b. Esta lámina comprende una sola capa interior de material fibroso 15a y dos capas exteriores de extrudado 15b. En ambos bordes las dos capas exteriores de extrudado 15b se fusionan de forma que la capa interior de material fibroso 15a queda encapsulada por completo.
Según una realización de esta invención, el anillo exterior 50 de la boquilla 1 se hace para que gire en ambos sentidos, en el de las agujas del reloj y el contrario al de las agujas del reloj, alrededor del mandril 30 para producir un exudado biodegradable, en el que las líneas de extrusión tienen forma de olas. Para producir este extrudado, primero se gira el anillo exterior 50 en una dirección y luego se gira en la dirección opuesta. Dependiendo de las velocidades de cambio de dirección la forma producida es sinusoidal, zigzagueante o encuadrada. Las periodicidades y las amplitudes de estas formas de ola se ajustan alterando la velocidad de giro del anillo exterior 50 y el caudal del material biodegradable por la boquilla de extrusión 1.
Para alternar el sentido de giro del anillo exterior 50 hay disponibles muchos sistemas diferentes de transmisión. Por ejemplo, el motor 110 de la realización mostrada en las figuras 17A y 17B se hace para alternar los sentidos de giro. Cuando el motor 110 cambia los sentidos de giro, la rueda motriz 111, la correa de transmisión 112 y el volante de la boquilla 90, cambian, por consiguiente de dirección.
En variante, según se muestra en la figura 11, el volante de boquilla 90 es un engranaje cilíndrico de dentadura recta con dientes radiales paralelos al eje central longitudinal 3. Los dientes del engranaje cilíndrico de dentadura recta 117 engranan los dientes del volante de boquilla 90. Enfrente del engranaje de cremallera 117, un engranaje intermedio 124 se engrana con el volante de boquilla 90 para evitar que el engranaje de cremallera 117 empuje el anillo exterior 50 fuera de alineamiento con el mandril 30 (véase la figura 2). El engranaje de cremallera 117 está montado en un soporte de deslizamiento 118 y se mueve linealmente a lo largo de una dirección de deslizamiento 120 que es transversal al eje central longitudinal 3. El soporte de deslizamiento 118 está conectado a la rueda motriz 111 por medio de un mecanismo articulado 114. En particular, un extremo del mecanismo articulado 114 está conectado a un extremo del soporte de deslizamiento 118 y el otro extremo del mecanismo articulado 114 está conectado a la rueda motriz 111 en su periferia. El soporte de deslizamiento 118 está asegurado por medio de abrazaderas 125 de forma que al soporte de deslizamiento 118 solo se le permite moverse a lo largo de la dirección de deslizamiento 120. Cuando la rueda motriz 111 gira en el sentido de las agujas del reloj alrededor del sentido de giro 119, el mecanismo articulado 114 empuja y arrastra el soporte de deslizamiento 118 hacia atrás y hacia delante a lo largo de la dirección de deslizamiento 120. Este movimiento alternativo del soporte de deslizamiento 118 hace girar el volante de boquilla 90 y el anillo exterior 50 alternativamente en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario.
Como el mecanismo articulado 114 está conectado a la rueda motriz 111, en su periferia, según se ha indicado arriba, el giro alternativo según las agujas del reloj y al contrario de las agujas del reloj del anillo exterior 50 es un movimiento de tipo oscilatorio sinusoidal. De este modo, esta realización de esta invención produce un extrudado biodegradable 15 con líneas de extrusión 16 las cuales tienen una forma de onda sinusoidal según se muestra en la figura 12A. La capa de material fibroso no se muestra en las figuras 12A y 12B por motivos de sencillez, pero esta realización de la invención tiene también una capa de material fibroso según se ha descrito antes. El extrudado 15 está, según se ha indicado arriba, arrollado en una lámina 17 con dos capas de extrudado según se muestra en la figura 12B. La periodicidad de las ondas sinusoidales se identifica con el número de referencia 19 y la amplitud se identifica por medio del número 14. El periodicidad 19 y la amplitud 14 de las líneas de extrusión se pueden ajustar controlando el caudal del extrudado 15 desde el orificio de extrusión 5 de la boquilla 1 (véanse los componentes de la boquilla en la figura 2), y controlando la velocidad de rotación angular del anillo exterior 50 alrededor del mandril 30. Si se desea aumentar el período de las ondas sinusoidales, la boquilla se ajusta para disminuir la velocidad angular del anillo exterior 50 en relación con el mandril fijo 30 y/o para aumentar el caudal del material de extrusión desde el orificio de extrusión 5. Según se ha indicado arriba, el caudal del material biodegradable por la boquilla se controla ajustando el tamaño del orificio de extrusión y/o el del canal de control de la fluencia 4. Además, si se desea aumentar la amplitud 14 de las ondas sinusoidales, el intervalo angular del movimiento del anillo exterior 50 se aumenta de forma que el anillo exterior gire aún más alrededor del mandril fijo 30 antes de que pare y cambie de dirección. Aunque, para producir este resultado, se pueden alterar muchos parámetros, una simple modificación es usar una rueda motriz 111 que tenga un diámetro relativamente mayor.
En una realización similar de esta invención se gira el anillo exterior en los sentidos de las agujas del reloj y contrario al de las agujas del reloj según se muestra en la figura 13. Igual que antes, el volante de boquilla 90 es un engranaje cilíndrico de dentadura recta con dientes radiales paralelos al eje central longitudinal 3. Los dientes de de un engranaje helicoidal 122, el cual esta posicionado con su eje de rotación transversal al eje central longitudinal 3, engranan los dientes del volante de boquilla 90. Opuesto al engranaje helicoidal 122, un engranaje intermedio 124 se engrana con el volante de boquilla 90 para evitar que el engranaje helicoidal 122 empuje al anillo exterior 50 fuera de alineamiento con el mandril 30 (véase la figura 2). El engranaje helicoidal 122 está accionado por un motor 110 con una transmisión 121 en medio. Un eje motor 123 del motor 110 está conectado al lado de la potencia de la transmisión 121 y el engranaje helicoidal 122 está conectado al lado de accionamiento de la transmisión de 121. Aunque el motor 110 hace girar el eje motor 123 en solo una dirección, la transmisión 121 hace girar el engranaje helicoidal 122 tanto en el sentido de las agujas del reloj como en el sentido contrario al de la agujas del reloj. Además, en una realización, la transmisión 121 hace girar al engranaje helicoidal a diferentes velocidades aún cuando el motor 110 funcione a solo una velocidad. Una realización similar comprende un motor y una transmisión los cuales accionan un piñón diferencial que engrana el volante de boquilla 90. Como al engranaje helicoidal 122 se le hace girar a una velocidad constante en cada dirección, esta realización de esta invención produce un extrudado biodegradable que tiene unas líneas de extrusión 16 de forma zigzagueante.
Como el motor 110 funciona a velocidad angular constante y la transmisión se usa para cambiar el sentido de giro del engranaje helicoidal 122, el giro alternativo, en el sentido de las agujas del reloj y en sentido contrario al de las agujas del reloj, del anillo exterior 50 es un movimiento de tipo oscilatorio. De ese modo, esta realización de esta invención produce un extrudado biodegradable 15 con líneas de extrusión 16 que tienen una forma de onda oscilatoria lineal o forma de onda zigzagueante según se muestra en la figura 14A. La capa de material fibroso no se muestra por motivos de sencillez, pero esta realización de esta invención también tiene una capa de material fibroso, según se ha descrito antes. Tal como se indica arriba, el extrudado 15 se enrolla en una lámina 17 con dos capas de extrudado según se muestra en la figura 14B. La periodicidad de las ondas zigzagueantes se identifica con el número 19 y la amplitud se identifica con el número 14. La periodicidad 19 y la amplitud 14 de las líneas de extrusión 16 se ajustan controlando el caudal del extrudado 15 desde el orificio de extrusión 5 de la boquilla 1 (véanse los componentes de la boquilla en la figura 2), y controlando las velocidad del giro angular del anillo exterior 50 alrededor del mandril 30. Si se desea aumentar la periodicidad de las ondas zigzagueantes se ajusta la boquilla para disminuir la velocidad angular del anillo exterior 50 con relación al mandril fijo 30 y/o para aumentar el caudal del material de extrusión desde el orificio de excusión 5. Según se ha indicado arriba, el caudal del material biodegradable por la boquilla se controla ajustando el tamaño del orificio de excusión 5 y/o del canal de control de la fluencia 4. Además, si se desea aumentar la amplitud de las ondas zigzagueantes se aumenta el intervalo angular del movimiento del anillo exterior 50 de forma que el anillo exterior 50 gire con más rapidez alrededor del mandril fijo 30 antes de que pare y cambie de dirección. Aunque, para conseguir este resultado, se pueden modificar muchos parámetros, una sencilla modificación es controlar la transmisión 121 para permitir que el engranaje helicoidal 122 esté en marcha más tiempo en cada dirección antes de cambiar de dirección.
Aunque, las realizaciones particulares para boquillas de extrusión que aquí se muestran y exponen con detalle, son capaces, por completo, de obtener los objetos y ventajas arriba indicados, se debe entender que son meramente ilustrativas de las realizaciones preferidas de la invención.

Claims (5)

1. Un procedimiento para fabricar productos conformados biodegradables con mayor resistencia, dicho procedimiento comprendiendo:
la extrusión de un material biodegradable, en la que dicha extrusión comprende el mover el material biodegradable en una primera dirección a través de un orificio anular para producir un extrudado; y el cizallamiento del material biodegradable en una segunda dirección teniendo un componente transversal a la primera dirección, durante dicha extrusión;
caracterizado por
la pulverización de un material fibroso en el interior del extrudado.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1, comprendiendo, además, el estirado del extrudado a lo largo de la primera dirección antes de comprimir el extrudado.
3. Un procedimiento según se reivindica en la reivindicación 1 o 2, comprendiendo además el control del caudal del material biodegradable por la boquilla de extrusión durante dicha extrusión, en el que dicho control comprende el ajuste de la presión manométrica del material biodegradable en la boquilla de extrusión y el ajuste de, al menos, un área de sección transversal de un camino de paso de material biodegradable dentro de la boquilla de extrusión.
4. Un procedimiento según se reivindica en las reivindicaciones 1, 2 o 3, comprendiendo además la modificación de la geometría del orificio anular.
5. Un procedimiento según se reivindica en una de las reivindicaciones 1 a 4, comprendiendo además el extrudado y el moldeado del extrudado comprimido en una estructura.
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