ES2322928A1 - Procedimiento para la elaboracion de perfiles por extrusion de materiales compuestos. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la elaboración de perfiles por extrusión de materiales compuestos. La presente invención describe un procedimiento para la elaboración de perfiles por extrusión de materiales compuestos que comprende las etapas de preparar los materiales compuestos, alimentar con la extrusora con materiales compuestos, calentar, hacer pasar el producto por un cabezal de extrusión para obtener perfiles, sacar los perfiles resultantes de la etapa f) por una boquilla de extrusión, pasar por un calibrador de vacío los perfiles, enfriamiento de los perfiles y cortar los perfiles.
Description
Procedimiento para la elaboración de perfiles
por extrusión de materiales compuestos.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la elaboración de perfiles mediante extrusión de
un material compuesto, en proporción variable, por resinas
termoplásticas y fibras de origen vegetal.
La invención se adscribe al sector técnico de la
extrusión de termoplásticos y composites.
En la actualidad son conocidos diferentes
procesos de producción de materiales a partir de materias primas
basadas en la mezcla de resinas termoplásticas y fibras de
naturaleza vegetal. Los sistemas de producción actualmente conocidos
van desde la inyección en molde hasta la extrusión.
En el caso concreto de conformado por extrusión,
el proceso comienza con la preparación de los componentes, continúa
con su mezcla en las condiciones adecuadas y prosigue con un
calentamiento a una temperatura que permita la fusión del material
plástico sin llegar a provocar la combustión de las fibras
vegetales. Posteriormente se empuja por medios mecánicos a través
de un cabezal de extrusión que le da la forma correspondiente en
sección.
El proceso de extrusión así descrito, presentaba
hasta la fecha diferentes problemas de producción que quedan
resueltos con la presente invención. Dichos problemas se
manifiestan en un deficiente acabado de perfil extruido, debido
sobre todo a dos causas:
- \sqbullet
- Diferente velocidad de salida del material a través de las diferentes secciones de paso del perfil de extrusión
- \sqbullet
- Aparición de burbujas de gas (vapor de agua) que al destruirse provocan la aparición de oquedades que suponen un defecto.
El procedimiento objeto de la presente invención
permite eliminar estas dos causas de fallos de producción,
permitiendo asegurar la calidad del producto final y la fiabilidad
del proceso.
En este mismo sentido, la extrusión de perfiles
mezclando termoplásticos y fibras vegetales representa un sistema
novedoso de producción de perfiles de alta calidad con unos costes
muy competitivos frente a los fabricados al 100% de plástico, ya que
la inclusión de fibras vegetales hace que su comportamiento
mecánico supere a los de plástico 100%, además hace que su coste de
producción sea bastante inferior.
Además la ventaja competitiva del producto
producto obtenido mediante este procedimiento frente a la madera
pura es que no presenta los defectos típicos de la misma, como son
el fenómeno de astillamiento, la presencia de nudos, una alta
absorción de humedad, crecimiento de mohos y otros organismos en su
interior o superficie, baja resistencia a condiciones atmosféricas
adversas, descomposición, etc.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la elaboración de perfiles mediante extrusión de
un material compuesto, en proporción variable, por resinas
termoplásticas y fibras de origen vegetal.
Mediante este procedimiento se consigue producir
piezas de longitud indeterminada y sección de geometría constante
que denominamos perfiles. El material constitutivo de dichos
perfiles es una mezcla de resina termoplástica por un lado, que
puede ser de diferente naturaleza: poliolefina, pvc, etc.; y por
otro, de un conjunto de fibras vegetales de diferente granulometría
y origen. En lo que respecta a este último componente, las fibras
pueden provenir de la trituración de cáscara de arroz, cáscara de
almendra, aserrín de madera dura o blanda, paja de trigo y cebada,
hueso de aceitunas, etc.
En una primera etapa del procedimiento se lleva
a cabo un triturado y selección mediante un tamizador según el
tamaño de partícula de las fibras vegetales elegidas.
El tamaño de las partículas es un factor muy
importante para poder fabricar este tipo de productos debido al
hecho de que el material ha de circular a través de secciones de
paso relativamente pequeñas. Por esta razón no es recomendable la
utilización de partículas de tamaño superior a 5 mm puesto que se
ha demostrado que produce irregularidades en el flujo de la mezcla
fundida, llegando, en algunos casos a producir la obstrucción de
los conductos más estrechos del cabezal de extrusión.
Para conseguir un mayor control de las
propiedades del perfil, el aserrín de origen se separa en tres
tamaños de partícula, un tamaño fino por debajo de 0,3 mm que se
rechaza, otro intermedio comprendido entre 0.3 mm y 2.5 mm y todo el
material por encima de 2.5 mm se rechaza.
Así mismo con objeto de mejorar la dispersión
tanto del plástico como del aserrín preferiblemente se realizará
una mezcla de ambos materiales de tal forma que se mejore la
extrusión con objeto de mejorar las propiedades mecánicas del
perfil.
Por lo tanto en una segunda etapa del
procedimiento se procede a la mezcla de los materiales de fibras
vegetales con los materiales termoplásticos.
El control de la humedad de este tipo de los
materiales de fibras vegetales es un parámetro que necesariamente
se debe controlar y que en cualquier caso, debe ser inferior al 8%,
y mas preferentemente inferior al 5%. El aseguramiento de este
máximo de contenido en agua se realiza mediante un proceso de
control mediante medición de perdida de peso consistente en un
pesado inicial y tras un periodo de calentamiento por encima de
100ºC ver la reducción de peso de la muestra. Esta pérdida de peso
se corresponde con la cantidad de agua que hemos evaporado al
calentar y por tanto con el contenido en humedad de la muestra.
La siguiente fase del proceso es la preparación
de los materiales termoplásticos. En este sentido, se ha observado
que las poliolefinas son los materiales más idóneos.
Al igual que en el caso de las fibras vegetales,
para la obtención de perfiles de diferente geometría, la naturaleza
de los materiales utilizados es fundamental para la obtención de un
producto de buena calidad. Por dicha razón, cuando el nivel de
exigencia del perfil final sea elevado es recomendable la
utilización de materiales vírgenes, es decir materiales que no
hayan tenido ya un primer ciclo de vida como producto transformado.
Materiales provenientes de reprocesado interno de transformadores
de plástico pueden ser utilizados cuando se verifique que no han
sufrido cambios importantes en cuanto a su fluidez y de que su
composición es definida y estable. Materiales reciclados pueden
utilizarse para los perfiles de sección maciza que son menos
exigentes en cuanto a requerimientos de
producción.
producción.
El uso de los materiales termoplásticos
adecuados es fundamental en el proceso de fabricación, ya que en
estos productos, algunas de las secciones son relativamente
pequeñas, inferiores a 4 mm. El proceso de calibración necesita una
gran uniformidad y consistencia en la mezcla, tanto de las fibras
vegetales como de los termoplásticos utilizados. En este sentido,
las poliolefinas son adecuadas tanto para las secciones huecas como
para las macizas.
Por otra parte, para la obtención de un producto
de buena calidad, es recomendable la adición, a la mezcla ya
anteriormente descrita de fibras vegetales y termoplásticos, de
productos que mejoran la compatibilidad de éstos. En el caso
concreto de las poliolefinas, la adición de pequeñas
concentraciones inferiores al 5% y mas preferentemente entre el 0.5
y el 3% en peso de compuestos pertenecientes preferentemente y
sentido limitativo al grupo formado por el anhídrido maleico,
acetato de vinilo y otros productos polares o elastómeros. Estos
productos hacen que las propiedades de procesado y mecánicas
mejoren respecto al uso único de poliolefinas.
Estos productos hacen que las propiedades de
procesado y mecánicas mejoren respecto al uso único de
poliolefinas.
Así mismo se pueden utilizar colorantes para
obtener productos con tonalidades diferentes así como
estabilizantes a la luz solar.
Una vez tenemos preparadas y seleccionadas las
materias primas, se alimentan los distintos componentes a una
extrusora. La alimentación con la que se trabaja oscila entre un
40% hasta un 80% de fibras vegetales, completando los termoplásticos
y aditivos el resto hasta el 100%. Dicha dosificación se llevará a
cabo mediante la utilización de cuatro dosificadores gravimétricos,
dos para plástico y dos para fibras naturales.
Así mismo como se ha comentado anteriormente la
materia prima puede venir previamente mezclada en forma de
compuestos, de esta forma no se hace necesaria la utilización de
sistemas de dosificación y la mezcla se extruye de forma mas
homogénea.
Una vez alimentadas las materias primas a la
extrusora se someten a un proceso de calentamiento de la mezcla
preparada a una temperatura que debe mantenerse en el rango
definido desde 160ºC a 200ºC y mas preferentemente entre 190 y
200ºC. La razón de dicho intervalo es que a menor temperatura el
material plástico no alcanza las características de procesado
requeridas, fundamentalmente la viscosidad necesaria para una
adecuada fluencia. Si por el contrario la temperatura superase los
200ºC, existiría un riesgo severo de que las fibras vegetales
iniciasen un proceso de combustión que resultaría en una pérdida
significativa de propiedades mecánicas en el producto final.
El proceso de calentamiento se produce en una
máquina denominada extrusora, que al mismo tiempo que suministra la
energía térmica necesaria para elevar la temperatura, suministra la
energía mecánica requerida para impulsar el material a través del
cabezal de extrusión. Dicha energía se transmite mediante un sistema
compuesto por uno o dos husillos que pueden ser paralelos o
cónicos, y que rotan en el mismo sentido o sentido contrario uno
respecto al otro. Para la producción de los perfiles huecos, se
recomienda el uso del sistema de extrusión de doble husillo
contrarrotante, cónico o paralelo, porque es capaz de dar más
presión en el cabezal de extrusión, hasta 400 bares. El sistema de
doble husillo paralelo corrotante se recomienda para el caso de
perfiles de sección maciza ya que permite obtener grandes
producciones en kilos/hora y el proceso es menos crítico en cuanto a
presiones en el cabezal.
Una vez que la masa de fibras vegetales y
material termoplástico adquiere la presión y temperatura requeridas
para su plastificación, se hace pasar a través del equipo
denominado cabezal de extrusión, que es un conjunto de conductos de
diseño calculado para mantener dichas condiciones a medida que el
material a extruir se desplaza por su interior. Al final de dichos
conductos se encuentra la salida de material con la forma del
perfil requerido, denominada boquilla.
El cabezal de extrusión puede estar calculado de
forma que permita la extrusión de dos o más tipos de materiales
distintos, impulsados a través de canales independientes y con
boquillas independientes, aunque éstas puedan estar diseñadas con
sus respectivas geometrías adyacentes o incluso solapadas entre sí.
Normalmente el sistema de impulsión y calentamiento también suele
ser independiente. Este sistema de producción se denomina
coextrusión y permite dar a los perfiles características
físico-químicas diferenciadas a lo largo de su
sección, en función de los materiales extruídos a través de cada
boquilla.
El siguiente elemento del sistema de producción
objeto de esta patente es el denominado calibrador de vacío. Dicho
calibrador tiene por objeto la obtención de superficies de baja
rugosidad. El cambio de condiciones que supone la salida a través
de la boquilla de extrusión suele provocar en el material extraído
la aparición de irregularidades, tanto huecos como abultamientos,
en su superficie. La aparición de estas irregularidades se evita
generando, en el momento del contacto del material todavía caliente
con el aire, una depresión uniforme a lo largo de dicha superficie.
Dicha depresión es producida por el elemento llamado calibrador de
vacío, que se sitúa, por tanto, junto a la boquilla de
extrusión.
El último paso crítico definido en este proceso
es el de enfriamiento de los perfiles. El enfriamiento cobra
importancia en el momento en que la diferencia de temperaturas o la
diferencia en la velocidad a que esas temperaturas cambian en el
seno de un material puede provocar, por causa de los efectos de
contracción y dilatación térmica del material, deformaciones en la
geometría de las piezas. Es por tanto crucial establecer un
mecanismo en el cual la temperatura de los perfiles recién extruídos
sea controlada en la mayor parte posible de su geometría durante el
tiempo en que se alcanza una temperatura próxima a la temperatura
ambiente en el seno de la misma. Este mecanismo se instrumenta a
través del sistema de enfriamiento por bañera, en el cual, los
perfiles son sumergidos en un fluido cuya temperatura se va
controlando a medida que estos perfiles discurren por ella.
A continuación de la bañera de enfriamiento, y
con el objeto de asegurar una velocidad uniforme de salida de los
perfiles a través del cabezal de extrusión, se ha fijado un sistema
de tracción de tipo mecánico que asegura un valor constante de dicho
parámetro.
Para cortar los perfiles a la longitud definida
se encuentra instalada una sierra rotativa conectada a un sensor
que le indica la longitud a la que actuar.
Si se desea, y de forma totalmente automática se
pueden alimentar los perfiles planos a una
lijadora-calibradora de planos, para retirar la
primera capa del perfil en la que se encuentran más irregularidades
y presenta mayores problemas para la fijación de pinturas y
adhesivos.
La figura 1, muestra un esquema representativo
del proceso de extrusión descrito en la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo de
realización
Para la comprensión del siguiente ejemplo de
realización es necesario la observación de la figura 1. Se parte de
un sistema de alimentación de la materia prima (1) que por medio de
un sistema neumático alimenta los diferentes materiales a las tolvas
de dosificación (2). Dichas tolvas a su vez introducen el material
previamente pesado en la extrusora (3) que es la que funde y
transporta el material fluido al cabezal o boquilla (4).
El cabezal (4) lo conforman varias piezas
normalmente de acero, unidos por medio de sistema de unión
mecánicos, las cuales forman las cavidades internas por donde fluye
el material hasta desembocar en la boca de salida, la cual tiene la
forma y dimensiones del perfil a fabricar.
Con objeto de mantener la forma y dimensiones y
evitar rugosidades en la superficie el material se enfría y relaja
en un túnel de calibrado (5) o bañera de enfriamiento.
Como apoyo al movimiento mecánico de la
extrusora es necesario un sistema de arrastre. Este sistema
denominado carro de arrastre (6) normalmente es del tipo
caterpillar.
Para cortar el material a las dimensiones del
cliente se cuenta con un sistema de corte (7) formado por una
sierra que corta el perfil desplazándose a la velocidad de salida
del material.
Finalmente el material cortado es evacuado por
medio de unas mesas inclinadas (8) que desvían el material para su
almacenaje posterior o el envío hacia otros procesos como lijadoras
u otro tipo de maquinaria para el acabado.
Claims (17)
1. Procedimiento para la elaboración de perfiles
por extrusión de materiales compuestos, caracterizado porque
comprende las siguientes etapas:
- a.
- preparar los materiales compuestos;
- b.
- alimentar la extrusora con materiales compuestos;
- c.
- calentar;
- d.
- hacer pasar el producto por un cabezal de extrusión para obtener perfiles;
- e.
- sacar los perfiles resultantes de la etapa d) por una boquilla de extrusión;
- f.
- pasar por un calibrador de vacío los perfiles;
- g.
- enfriar los perfiles; y
- h.
- cortar los perfiles.
2. Procedimiento para la elaboración de perfiles
por extrusión de materiales compuestos, según la reivindicación 1,
caracterizado porque la preparación de los materiales
compuestos comprende las siguientes etapas:
- a.
- triturar y seleccionar fibras vegetales;
- b.
- seleccionar resinas termoplásticas;
- c.
- adicionar aditivos para mejorar las propiedades mecánicas y de procesado; y
- d.
- dosificar.
3. Procedimiento para la elaboración de perfiles
por extrusión de materiales compuestos, según la reivindicación 1,
caracterizado porque la preparación de los materiales
compuestos comprende las siguientes etapas:
- a.
- mezclar fibras vegetales y resinas termoplásticos; y
- b.
- adicionar aditivos para mejorar las propiedades mecánicas y de procesado (colorantes, aditivos UV, etc.).
4. Procedimiento para la elaboración de perfiles
por extrusión de materiales compuestos, según cualquiera de las
reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque las resinas
termoplásticas son sin sentido limitativo del grupo formado por
poliolefinas y pvc, preferentemente poliolefinas.
5. Procedimiento para la elaboración de perfiles
por extrusión de materiales compuestos, según cualquiera de las
reivindicaciones 2 y 3 caracterizado porque las fibras
vegetales son sin sentido limitativo del grupo formado por cáscara
de almendra, cascara de arroz triturada, aserrín de madera dura o
blanda, paja de trigo y cebada y hueso de aceitunas, preferentemente
aserrin de madera dura o blanda.
6. Procedimiento para la elaboración de perfiles
por extrusión de materiales compuestos, según la reivindicación 2,
caracterizado porque el triturado y selección de las fibras
vegetales se lleva a cabo mediante un tamizador según el tamaño de
partícula.
7. Procedimiento para la elaboración de perfiles
por extrusión de materiales compuestos, según la reivindicación 6,
caracterizado porque el tamaño de partícula está comprendida
en el intervalo desde 0,3 a 2,5 mm.
8. Procedimiento para la elaboración de perfiles
por extrusión de materiales compuestos, según cualquiera de las
reivindicaciones 2 y 5 a 7, caracterizado porque el grado de
humedad de las fibras vegetales es inferior al 8%, y pies,
preferentemente inferior al 5%.
9. Procedimiento para la elaboración de perfiles
por extrusión de materiales compuestos, según la reivindicación 2,
caracterizado porque las resinas termoplásticas se
seleccionan del grupo formado materiales vírgenes, materiales
procedentes de reprocesado interno de transformadores de plástico
y/o materiales reciclados.
10. Procedimiento para la elaboración de
perfiles por extrusión de materiales compuestos, según cualquiera
de las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque los
aditivos se seleccionan y sin sentido limitativo del grupo formado
por anhídrido maleico, acetato de vinilo y otros productos polares
o elastómeros.
11. Procedimiento para la elaboración de
perfiles por extrusión de materiales compuestos, según la
reivindicación 10, caracterizado porque en el caso de
aditivación para la mejora de compatibilidad de materiales su
concentración será inferior al 5% y preferentemente se encontrará
entre el rango de 0.5 y el 3% en peso de estos compuestos.
12. Procedimiento para la elaboración de
perfiles por extrusión de materiales compuestos, según la
reivindicación 1, caracterizado porque la alimentación de
los materiales compuestos está dentro del rango desde 40 a 80% de
fibras vegetales, completando el resto hasta el 100% las reinas
termoplásticas y los aditivos.
13. Procedimiento para la elaboración de
perfiles por extrusión de materiales compuestos, según la
reivindicación 1, caracterizado porque el calentamiento se
lleva a cabo entre 160 y 200ºC, preferentemente entre 190 y
200ºC.
14. Procedimiento para la elaboración de
perfiles por extrusión de materiales compuestos, según la
reivindicación 1, caracterizado porque la extrusión se lleva
a cabo en una extrusora de doble husillo corrotante cónica.
15. Procedimiento para la elaboración de
perfiles por extrusión de materiales compuestos, según la
reivindicación 1, caracterizado porque el cabezal de
extrusión permite la extrusión de al menos 2 tipos de materiales
distintos.
16. Procedimiento para la elaboración de
perfiles por extrusión de materiales compuestos, según la
reivindicación 1, caracterizado porque el enfriamiento se
lleva hasta temperatura ambiente mediante enfriamiento por
bañera.
17. Procedimiento para la elaboración de
perfiles por extrusión de materiales compuestos, según la
reivindicación 1, caracterizado porque el cortado de los
perfiles se lleva a cabo mediante una sierra rotativa.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200702090A ES2322928B1 (es) | 2007-07-26 | 2007-07-26 | Procedimiento para la elaboracion de perfiles por extrusion de materiales compuestos. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200702090A ES2322928B1 (es) | 2007-07-26 | 2007-07-26 | Procedimiento para la elaboracion de perfiles por extrusion de materiales compuestos. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2322928A1 true ES2322928A1 (es) | 2009-07-01 |
| ES2322928B1 ES2322928B1 (es) | 2010-04-23 |
Family
ID=40791693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200702090A Active ES2322928B1 (es) | 2007-07-26 | 2007-07-26 | Procedimiento para la elaboracion de perfiles por extrusion de materiales compuestos. |
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|---|---|
| ES (1) | ES2322928B1 (es) |
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2007
- 2007-07-26 ES ES200702090A patent/ES2322928B1/es active Active
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