ES2266009T3 - Procedimiento para la homegeneizacion y distribucion uniforme de liquidos viscosos y dispositivo para ello. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de piezas de un líquido viscoso conformadas a través de extrusión, en las cuales, para la homogeneización y distribución uniforme, el líquido viscoso es conducido a través de un cuerpo poroso, el cual es permeable para el líquido viscoso, caracterizado porque el líquido es conducido a través del cuerpo poroso inmediatamente antes de su paso a través de perfil de conformado que determina la forma de la masa de moldeo extruida.

Description

Procedimiento para la homogeneización y distribución uniforme de líquidos viscosos y dispositivo para ello.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de piezas de un líquido viscoso conformadas a través de extrusión, en las cuales, para la homogeneización y distribución uniforme, el líquido viscoso es conducido a través de un cuerpo poroso, el cual es permeable para el líquido viscoso. La presente invención se refiere asimismo también a un dispositivo correspondiente para la realización de éste procedimiento.

Un procedimiento de éste tipo, y un dispositivo correspondiente, son conocidos de las Patent Abstracts of Japan, publicación nº 08207117. En ese conocido dispositivo, y el procedimiento realizado con el mismo, se ha colocado detrás de un husillo de extrusión una unidad de filtrado, por ejemplo de fibras sinterizadas, la cual se encuentra a su vez a una cierta distancia de una abertura de extrusión.

En el documento US-A-4 299 563 se ha descrito un procedimiento para la fabricación de una banda de material elástico en el cual la banda de material es dotada in situ con filamentos extruidos de un líquido viscoso. Antes de la extrusión de las fibras, o bien de los filamentos, el líquido viscoso es filtrado aquí también en un cuerpo sinterizado. No obstante, se extruyen únicamente fibras, y ninguna pieza de forma. Además de esto, del cuerpo sinterizado se encuentra a una considerable distancia de las aberturas de salida, y está colocado en zonas en las que la sección transversal del flujo es todavía de un múltiplo de la sección de las aberturas de salida.

La homogeneización y distribución uniforme de líquidos con una viscosidad relativamente alta es un problema importante en muchas áreas de la técnica. Así por ejemplo, en la elaboración de plásticos, al extruir tras la compactación y plastificado de la masa de moldeo, ha de observarse que la masa de moldeo pase a través de la herramienta de extrusión a ser posible de forma uniforme y homogénea, y especialmente exenta de burbujas. No obstante, y especialmente en la fabricación de perfiles huecos, la herramienta de extrusión está constituida de forma muy compleja, de forma que la masa de moldeo es conducida dentro de la herramienta de extrusión a través de diversos canales, teniéndose que sujetar en el interior de la herramienta de extrusión las piezas de forma que definen un espacio hueco en el perfil, con una separación suficientemente de la abertura de salida de la masa de extrusión, a fin de que la masa de extrusión, la cual se separa a través de las necesarias sujeciones o bien a través de secciones interiores de la sección que en sí proporciona la forma, y se prepara antes de la salida y del endurecimiento, pueda volver a fluir de nuevo conjuntamente en la zona de la abertura de salida, a fin de abarcar un espacio hueco del perfil.

A través de una separación demasiado larga, un enfriamiento antes de tiempo, o sencillamente a través de un recorrido de combinación demasiado corto, o bien de un flujo no uniforme, se forman a menudo cordones de separación de flujo en la pieza extruida, los cuales se muestran a menudo como puntos débiles en el procesamiento posterior y en la utilización de los productos de plástico semiacabados o acabados.

A fin de alcanzar un flujo uniforme de material, en las máquinas de extrusión se le da gran valor a una bomba que trabaje de forma extremadamente uniforme, que compacte la masa, la plastifique y la transporte. De aquí que a menudo lleguen a utilizarse bombas de engranajes muy caras y complicadas. No obstante, muchos perfiles complicados no pueden fabricarse al menos con la precisión deseada con procedimientos de extrusión, y con la utilización de determinados materiales prefijados.

En el moldeado por inyección se llega a menudo, en el caso de una entrada sin obstáculos de la colada, o bien del líquido, en la herramienta, al llamado
"jetting" (en español: formación de chorro libre). A fin de evitar esto, la colada ha de ser dirigida contra una pared de la herramienta, lo cual significa una complicación del sistema de inyección y de la herramienta.

La presente invención se plantea de aquí el conseguir un procedimiento y un dispositivo para la homogeneización y distribución uniforme de líquidos viscosos que sea realizable de forma extremadamente efectiva, y además de ello económica, y que también amplíe en lo posible las posibilidades para la fabricación de perfiles de extrusión complicados.

Desde el punto de vista del procedimiento, éste objetivo se alcanza al ser conducido el líquido, justo antes de su paso a través del perfil de conformación, a través del cuerpo poroso. El cuerpo poroso se encarga de que ése líquido viscoso no presente, tras su paso a través del cuerpo poroso, prácticamente ninguna componente lateral de la velocidad, de forma que el "jetting" citado al principio es evitado de forma prácticamente completa.

En ello debería comprimirse a ser posible el líquido viscoso, o bien la masa, a través de poros que presenten como valor medio un máximo de 1 mm, preferentemente un máximo de 0,2 mm o menos en su diámetro, o bien en la sección transversal del flujo.

Especialmente preferido es un procedimiento en el que el líquido viscoso es conducido, bajo una sobrepresión, a través del cuerpo poroso, siendo atravesado el cuerpo poroso de forma fundamentalmente completa por el líquido viscoso. A través de ello es posible el crear una diferencia de presión a lo largo del cuerpo poroso. Esto significa que el líquido viscoso presenta una mayor presión interior en el lado de la alimentación del cuerpo poroso que en el lado de la descarga del mismo. Esto tiene la ventaja de que cualquier variación de la presión en el interior del líquido viscoso es nivelada a través del cuerpo poroso. El líquido viscoso que sale tiene a través de ello una mayor homogeneidad, y sale además uniformemente a través del conjunto de la superficie de descarga del cuerpo poroso.

Especialmente preferido es un procedimiento en el que el líquido viscoso es conducido a través del cuerpo poroso bajo una sobrepresión de al menos 1 bar.

Aún cuando éste procedimiento es apropiado principalmente para la homogeneización y distribución uniforme de líquidos viscosos a discreción, las ventajas del procedimiento son especialmente grandes cuando como líquido viscoso se utiliza material sintético plastificado. Especialmente en el procesamiento de plásticos, la homogeneización y distribución uniforme de la masa de moldeo es una característica esencial de calidad. De aquí que sea especialmente ventajoso el integrar el procedimiento según la invención en el procedimiento tradicional de extrusión conocido del estado de la técnica.

El procedimiento presenta, de forma especialmente preferida, las siguientes fases:

-

compactación de la mase de moldeo,

-

plastificación de la mase de moldeo,

-

compresión de la masa de moldeo a través de un cuerpo poroso, y

-

compresión de la masa de moldeo a través de una herramienta de extrusión, o bien de una herramienta de conformado.

Debido a que la masa de moldeo es conducida a través de un cuerpo poroso inmediatamente antes de ser comprimida a través de un perfil de conformado, está garantizado que la masa de conformado pueda pasar de forma muy homogénea y uniforme a través de la herramienta de conformado.

Además, la herramienta de conformado puede ser sujetada directamente sobre el cuerpo poroso de forma que puede ser configurada de forma mucho más sencilla. Desaparece la necesaria alimentación de la masa de moldeo, especialmente para formas huecas, a través de canales individuales en la herramienta de forma. En lugar del cordón de separación de flujo citado anteriormente, con éste procedimiento se pueden formar como mucho una gran cantidad de cordones de flujo más pequeños, los cuales no constituyen, no obstante, puntos débiles que perjudiquen la resistencia del material, y por ello no representan ningún problema en el procesamiento posterior de los productos semielaborados de plástico, o bien de las piezas elaboradas. Debido a la separación y nueva mezcla del material en los pequeños poros y a través de ellos en sólo un muy breve espacio de tiempo, la tendencia a la formación de cordones de separación de flujo se suprime de todas formas de forma prácticamente completa.

Un procedimiento especialmente preferido prevé que la estructura de la herramienta de conformado sea configurada solamente después de que la herramienta se haya aplicado sobre el cuerpo poroso. La aplicación de un cuerpo básico de la herramienta, por ejemplo en forma de una placa de metal lo suficientemente estable, puede llevarse a cabo, por ejemplo, mediante soldadura, estañado, pegado, apuntillado, atornillado, o bien directamente mediante una unión positiva de forma. La configuración de la forma puede tener lugar posteriormente, por ejemplo a través de taladrado, fresado, corrosión por ácido, o bien también mediante un láser, a través del grabado de las estructuras deseadas en el cuerpo base de la herramienta.

Desde el punto de vista del dispositivo, el objetivo citado al principio se alcanza a través de un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 5, el cual está caracterizado porque el perfil de conformado, con sus elementos que configuran la estructura, está unido directamente con el cuerpo poroso.

Importante para el dispositivo es con ello el que el líquido viscoso sea conducido a través del cuerpo poroso directamente antes de las aberturas de salida, de forma que detrás del cuerpo poroso no aparezcan ningunos componentes transversales apreciables de la dirección del flujo, y que el líquido viscoso no fluya alrededor del mismo, o bien fluya solamente allí donde esté previsto expresamente que lo haga.

En la utilización en una herramienta de extrusión, el cuerpo poroso debería estar colocado lo más cerca posible de la zona de conformado y endurecimiento del material de extrusión.

El cuerpo poroso tiene preferentemente oberturas de poros con un diámetro medio de 0,2 mm como máximo. No obstante, según casa caso de utilización pueden ser ventajosas también aberturas de poros sensiblemente más pequeñas. Las aberturas de poros más pequeñas se encargan de que el líquido viscoso sea distribuido de forma aún más homogénea y uniforme. No obstante, las aberturas de poros muy pequeñas conducen en determinadas circunstancias a que el cuerpo poroso presente una gran resistencia a la fluencia. En ese caso se incrementa de forma inevitable el tiempo que necesita el líquido viscoso para pasar a través del cuerpo poroso. Aunque esto se puede compensar parcialmente a través de una mayor presión sobre el lado de la alimentación del dispositivo, pero el procedimiento en su conjunto se hace no obstante más lento. Hay que encontrar por tanto un compromiso, dependiendo del tipo de utilización, entre la homogeneización y la distribución uniforme, es decir, aberturas de poros lo más pequeñas posible, y un tiempo de proceso aceptable, lo que significa aberturas de poros lo más grandes posi-
ble.

Por otra parte, también son conocidos no obstante otros líquidos denominados "no newtonianos", cuya viscosidad desciende con el incremento de la velocidad del flujo y de las fuerzas internas de rozamiento o de corte, de forma que una reducción de los poros conduce a una mejora del comportamiento del flujo justamente para ese tipo de líquidos o masas pastosas.

El cuerpo poroso está compuesto preferentemente por un material sinterizado que fue fabricado con polvo de sinterización con tamaños de grano entre 0,1 y 1.000 \mum, preferentemente en la zona entre 10 y 50 \mum. Lógicamente es también posible el fabricar el cuerpo poroso por ejemplo en varias capas de un tejido o red lo suficientemente espesos. Podría estar asimismo prevista una placa agujereada, o algo similar, con orificios muy finos y cercanos entre sí.

Además de éstas, en el estado de la técnica son conocidas otras estructuras con poros abiertos y otros materiales fabricados de forma distinta. Por ejemplo, el cuerpo poroso puede estar fabricado en un material macizo en principio (por ejemplo, una masa cerámica, o bien una forma en verde), la cual contenga un agente generador de poros (distribuido de forma fina). Los poros se forman entonces en el material mediante calentamiento, o bien mediante cocido.

Una forma preferida de ejecución de la presente invención prevé una herramienta de conformado en la zona de la abertura de salida. Esa herramienta de conformado puede presentar en principio cualquier estructura discrecional. Un ejemplo sencillo es una estructura en forma de círculo para la fabricación de mangueras, o bien de tubos.

Para la mayoría de los casos es ventajoso cuando los cuerpos porosos y la herramienta de conformado están unidos entre sí fundamentalmente de forma fija, y, por ejemplo, con unión positiva de forma. El cuerpo de la herramienta puede estar también integrado en el cuerpo poroso durante la fabricación del mismo. A través de ello está garantizado que el material viscoso que sale del cuerpo poroso, el cual está distribuido en ese momento de forma extremadamente homogénea y uniforme, sea dirigido de forma directa en la herramienta de conformado, o bien a través de ella.

Una forma de ejecución especialmente preferida prevé que el cuerpo poroso sea limitado, en la dirección de salida, por una capa inicialmente impenetrable para el líquido viscoso, la cual puede estar compuesta por el mismo material que el cuerpo poroso, y que está colocada en las ranuras u orificios para la salida del líquido viscoso, los cuales definen conjuntamente una estructura deseada del perfil. De esta forma pueden fabricarse de forma muy sencilla las herramientas de conformado, incluso para las configuraciones mas complicadas para piezas conformadas. La alimentación de la masa de moldeo a través de canales individuales, necesaria normalmente, puede desaparecer, ya que al menos algunas partes de la herramienta de conformado pueden colocarse directamente sobre el cuerpo poroso.

La forma propiamente dicha puede presentar también con ello canales de refrigeración, o bien orificios que transcurren transversalmente, a través de los cuales es conducido un refrigerante, de forma que aparece una refrigeración inmediatamente después de la salida del material viscoso desde el cuerpo poroso, y todavía dentro del molde, y con ello se relaciona en su caso un endurecimiento del material, lo cual posibilita la fabricación de estructuras más precisas.

Para algunas utilizaciones puede ser ventajoso cuando el cuerpo poroso no es homogéneo. Preferentemente presenta una modificación de su densidad, o bien de su resistencia al flujo en la dirección del mismo.

Alternativamente (en su caso también de forma combinada) pueden estar previstas también modificaciones locales de la densidad, las cuales se corresponden con la estructura de la herramienta de conformado.

Especialmente preferida es una forma de ejecución en la que la estructura de la herramienta de conformado es esculpida con un láser. A través de ello pueden realizarse productos semielaborados de plástico, o bien piezas terminadas de prácticamente cualquier forma deseada, y además de ello de gran calidad.

Además se prefiere especialmente un dispositivo en el que el cuerpo poroso y la herramienta de conformado están fabricados de una sola pieza. A través de la fabricación de una sola pieza pueden ahorrarse costes de fabricación. Ya que preferentemente el tamaño medio de los poros del cuerpo poroso es menor que el tamaño de las estructuras más pequeñas de la herramienta de conformado, el tamaño de los poros puede adaptarse directamente a las estructuras de la herramienta de conformado, a través de la fabricación en una sola pieza. Al cambiar la herramienta de conformado se cambia con ello también automáticamente el cuerpo poroso, y el mismo presenta con ello siempre el tamaño de poro adecuado.

Por supuesto es también posible el prever un dispositivo en el que por ejemplo puedan conducirse también fibras o alambres de metal tanto a través del cuerpo poroso como también a través de la herramienta de conformado. Durante el proceso de extrusión, las fibras o alambres de metal son extraídos lentamente desde el dispositivo, y son recubiertos por la masa de moldeo debido a la compactación de la misma. El recubrimiento es muy uniforme, y presenta una alta calidad.

Otras ventajas, características y posibilidades de utilización de la presente invención se desprenden de la descripción de una forma especial de ejecución y de los dibujos correspondientes. Se muestran:

Figura 1 una sección transversal a través de un dispositivo según la invención

Figura 2 una vista en planta desde arriba sobre el dispositivo de la figura 1.

En la figura 1 se muestra esquemáticamente un dispositivo según la invención. El dispositivo está limitado en sus laterales a través del cuerpo macizo dotado con el número 2 de referencia. La masa de moldeo se introduce en el dispositivo a través del canal 1 de moldeo. El canal de moldeo se prolonga en su extremo de salida. La abertura de salida está formada a través del cuerpo poroso 3 y la herramienta 4 de conformado.

La herramienta 4 de conformado puede presentar en principio una estructura discrecional. En el ejemplo mostrado en la figura 2 forma una abertura de forma circular. Con el dispositivo mostrado en los dibujos puede fabricarse una manguera, o bien un tubo de plástico. La masa de moldeo se compacta y plastifica en primer lugar en la máquina de moldeo por inyección, y se conduce a continuación al canal 1 de moldeo. La masa de moldeo se encuentra aquí generalmente bajo una alta presión. La misma llega entonces hasta el cuerpo poroso 3 y lo atraviesa completamente en poco tiempo. Según la invención, a través del cuerpo poroso 3 se origina un gradiente de presión. Esto significa que la presión en el cuerpo poroso disminuye en la dirección del flujo. Finalmente, la masa de moldeo llega al perfil 4 de conformado, el cual se encarga de que la masa de moldeo que abandona el dispositivo tenga la forma deseada. En ello es lógicamente posible que la herramienta de conformado sea refrigerada o calentada según la necesidad.

También se ve, según los dibujos, que el perfil de conformado está sujeto directamente sobre el cuerpo poroso. A través de ello es posible que las dos piezas parciales del perfil de conformado no estén unidas entre sí, sino que estén sujetas al cuerpo poroso de forma independiente entre sí.

Para casos especiales de utilización puede ser una ventaja el que en lugar de un cuerpo poroso sean colocados dos o más cuerpos porosos a con una cierta separación entre sí. A través de ésa homogeneización, realizada por fases, cabe la posibilidad de minimizar el volumen total de los cuerpos porosos. Esto es especialmente ventajoso en el caso de cuerpos porosos configurados de forma complicada.

A través del presente procedimiento, y del presente dispositivo, es posible una extraordinaria homogeneización y distribución uniforme de los líquidos viscosos. Esto no es corriente especialmente en materiales sintéticos plastificados, ya que a través del cuerpo poroso es disminuida la presión del líquido viscoso justo antes de la herramienta de conformado, lo cual es diametralmente contrario al procedimiento adecuado en la fabricación de plásticos, pero no obstante se intenta usualmente alcanzar una presión lo más alta y uniforme posible en el líquido viscoso en las proximidades del perfil de conformado, a fin de alcanzar una homogeneización.

A través de la presente invención puede alcanzarse ya con una presión más pequeña un buen resultado de homogeneización. Además, el presente procedimiento es considerablemente menos sensible respecto a las oscilaciones de presión que los procedimientos conocidos hasta ahora en la técnica.

Además de esto, con la fabricación de herramientas de conformado según la invención descrita pueden producirse herramientas de conformado de forma prácticamente discrecional. Esto incrementa la versatilidad de las piezas de plástico a fabricar mediante el procedimiento.

Otra posibilidad de utilización del procedimiento descrito es la fabricación de placas, pero también el revestimiento, es decir, la aplicación de una película. También pueden colocarse, o bien fabricarse redes o estructuras finas planas. Para ello habría que desplazar la tobera de moldeado por extrusión a una distancia de aprox. 0,5 hasta 1mm sobre una placa o sobre la superficie de un cilindro que esté girando, sobre las que preferentemente se han colocado previamente las estructuras.

Claims (14)

1. Procedimiento para la fabricación de piezas de un líquido viscoso conformadas a través de extrusión, en las cuales, para la homogeneización y distribución uniforme, el líquido viscoso es conducido a través de un cuerpo poroso, el cual es permeable para el líquido viscoso, caracterizado porque el líquido es conducido a través del cuerpo poroso inmediatamente antes de su paso a través de perfil de conformado que determina la forma de la masa de moldeo extruida.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el líquido viscoso es conducido a través del cuerpo poroso bajo una sobrepresión de al menos 1 bar.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el líquido viscoso es un material sintético plastificado.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque son conducidas fibras a través del cuerpo poroso y del perfil de conformado.

5. Dispositivo para la fabricación de piezas conformadas a través de extrusión de líquidos viscosos, con un dispositivo de alimentación para el líquido viscoso, una abertura de salida que está unida con el dispositivo de alimentación a través de un canal de flujo, y un cuerpo poroso que está colocado dentro del canal de flujo de tal forma que el recorrido del flujo conduce fundamentalmente exclusivamente a través del cuerpo poroso, por motivos de homogeneización y distribución uniforma del líquido viscoso, caracterizado porque el perfil de conformado que determina la forma de la masa de moldeo extruida es sujetado directamente sobre el cuerpo poroso.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el cuerpo poroso tiene aberturas de poros con un diámetro medio de 0,2 mm como
máximo.

7. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque el cuerpo poroso fue fabricado de un material sinterizado, compuesto por un polvo de sinterizado con tamaños de grano en la zona entre 0,1 y 1.000 \mum, preferentemente en la zona entre 10 y 500 micrómetros.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque el cuerpo poroso y el perfil de conformado están unidos fundamentalmente entre sí mediante unión positiva de forma.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque el cuerpo poroso y el perfil de conformado están fabricados de una sola pieza.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque el tamaño medio de poro del cuerpo poroso es menor que el tamaño de las estructuras más pequeñas del perfil de conformado.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado porque el cuerpo poroso es limitado en la dirección de salida por una capa, o bien un plano impenetrable para el líquido viscoso, en la que se han conformados orificios y/o ranuras.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 11, caracterizado porque la estructura del perfil de conformado es grabable mediante un láser.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 12, caracterizado porque el cuerpo poroso y/o el perfil de conformado presenta, o bien presentan, canales u orificios de refrigeración que transcurren transversalmente a la dirección del flujo del líquido viscoso.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 13, caracterizado porque el cuerpo poroso presenta un espesor no homogéneo, aumentando o disminuyendo el espesor preferentemente en la
dirección del flujo.