ES2327097T3 - Extrusor de tornillos gemelos que comprende elmentos mezcladores y metodo de extrusion. - Google Patents
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Abstract
Un extrusor (28) con dos tornillos co-rotativos, que comprende una pareja de tornillos montados paralelos entre sí en un cilindro, estando enchavetado al menos un elemento mezclador (10) al eje (26) de cada uno de los tornillos, teniendo cada elemento mezclador (10) un agujero central (12) para el enchavetado al eje (26) del tornillo y un perfil exterior (14) que está producido como resultado de la eliminación de material de un elemento circular a lo largo de al menos un arco de su parte exterior mediante el corte realizado por un elemento puntual que rota alrededor de un círculo con un diámetro igual al del elemento circular, rotando el elemento puntual y el elemento circular en la misma dirección y a la misma velocidad, y estando separados los centros del elemento circular y del círculo una distancia menor que su diámetro, durante al menos una parte del proceso de corte, reduciéndose la distancia entre los centros del elemento circular y del círculo de manera que se rebaja la zona (18) del perfil exterior (14) que se corta correspondientemente, estando definido el perfil exterior (14) de cada elemento (10) por un haz de generatrices paralelas al eje longitudinal que pasa a través del centro (20) del elemento (10), y caracterizado porque cada elemento (10) mira a un elemento (10) homólogo montado en el eje (26) del otro tornillo de una manera tal que el espacio (30), entre las zonas de los perfiles exteriores (14) de los elementos mezcladores (10) homólogos que se miran uno a otro en cualquier instante particular en la línea recta que une sus centros (20) como resultado de su rotación, es variable, y en el que la zona rebajada (18) está formada en zonas del perfil exterior (14) que están a la mayor distancia del centro (20) del elemento (10).
Description
Extrusor de tornillos gemelos que comprende
elementos mezcladores y método de extrusión.
La presente invención se refiere a extrusores
con dos tornillos co-rotativos que comprenden
elementos mezcla-
dores.
dores.
El perfil exterior de un elemento mezclador
convencional puede ser producido (figura 1) como resultado de la
eliminación de material de un elemento circular 1 a lo largo de al
menos un arco de su parte exterior, mediante el corte realizado por
un elemento puntual 2 que rota alrededor de un círculo 3 con un
diámetro igual al del elemento circular 1. A modo de indicación, el
elemento de corte puntual 2 puede ser considerado, por ejemplo,
como la traza en el plano del dibujo de un haz láser perpendicular
al mismo. Durante el corte, el elemento puntual 2 y el elemento
circular 1 rotan en la misma dirección y a la misma velocidad y los
centros del elemento circular 1 y del círculo 3 están separados una
distancia constante menor que su diámetro.
Las curvas indicadas por los números de
referencia 4 en la figura 1 representan las posiciones adoptadas
sucesivamente por el elemento circular que es cortado como
resultado de las rotaciones sucesivas de 10º alrededor de su
centro, y los extremos de los radios 5 del círculo 3 representan los
sucesivos puntos de contacto del elemento puntual 2 con el elemento
circular 1.
Por razones prácticas de implementación, el
método real de producción de elementos mezcladores conocidos puede
diferir del método teórico que se acaba de describir. El resultado
final, sin embargo, es el mismo, es decir, la eliminación de una
cierta parte del elemento circular 1; por ejemplo, la eliminación de
una media luna 9 como resultado de una rotación de 90º, que
ocasiona la producción del elemento 6a mostrado en la figura
2a.
Mediante la realización de la operación de corte
empezando en varios puntos diferentes, es posible producir
elementos mezcladores con diferentes perfiles, por ejemplo, los
indicados con las referencias 6b, 6c y 6d, mostrados en las figuras
2b, 2c y 2d, respectivamente.
De acuerdo con la técnica anterior, véase por
ejemplo el documento EP 0875356, una pluralidad de elementos
mezcladores 6a-6d están enchavetados en los ejes de
los dos tornillos de un extrusor por medio de respectivos agujeros
centrales dentados 7 y se pretende que los elementos mezcladores de
cada tornillo trabajen en cooperación con elementos homólogos
respectivos montados enfrente de ellos en el eje del otro
tornillo.
Los tornillos rotan en la misma dirección y a la
misma velocidad. Las zonas de los perfiles exteriores de los
elementos mezcladores homólogos enfrentados entre sí en cualquier
instante particular en la línea recta que une los centros de estos
elementos por lo tanto define un espacio de anchura constante, a
través del cual pasa el material polimérico que se está procesando
y es de este modo sujeto a una tensión mecánica.
La anchura del espacio depende tanto de la
separación con la que los dos tornillos son situados como de la
reducción en la extensión del elemento mezclador, en comparación con
el elemento circular 1 a partir del cual ha sido formado.
En la determinación de la anchura de este
espacio, la necesidad de incrementarlo con el fin de evitar
transmitir fuerzas de cizallamiento excesivamente altas al material
es atenuada por la necesidad de reducirlo para conferir al elemento
mezclador una anchura tal que pueda absorber el par torsor mecánico
que le transmite el motor que mueve el respectivo tornillo, incluso
en la zona más estrecha (véase el número de referencia 8 en la
figura 2b).
Al final, un valor de compromiso, que no puede
ser completamente satisfactorio respecto a uno o ambos
requerimientos mencionados anteriormente, es por lo tanto
seleccionado.
El objeto de la presente invención es
proporcionar extrusores con dos tornillos en virtud de los cuales la
fuerza de cizallamiento ejercida sobre el material que se procesa
en el extrusor se reduce sin por ello comprometer la capacidad del
elemento mezclador para absorber el par torsor que se le
transmite.
De acuerdo con la invención, este objeto se
consigue por medio de un extrusor que comprende elementos
mezcladores y un método de proceso realizado así, que tiene las
características específicas enumeradas en las reivindicaciones
adjuntas.
Las ventajas y características de la presente
invención se harán claras a partir de la siguiente descripción
detallada, proporcionada a modo de ejemplo no restrictivo, con
referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es una representación esquemática de
un método teórico de producir el perfil de un elemento mezclador de
la técnica anterior,
las figuras 2a a 2d ilustran varios perfiles de
elementos mezcladores conocidos,
la figura 3 muestra un perfil de un elemento
mezclador para un extrusor de acuerdo con la invención, y
la figura 4 muestra esquemáticamente, una
sección de un extrusor con los dos tornillos que comprenden
elementos mezcladores de acuerdo con la invención.
Un elemento mezclador 10 (figura 3) tiene un
agujero central 12 para el enchavetado a un eje de un tornillo de
un extrusor con dos tornillos co-rotativos, y un
perfil exterior 14 que, en comparación con el del elemento
convencional 6b (indicado como 16 en la figura 3), está rebajado en
las zonas 18 dispuestas a una mayor distancia del centro 20 del
elemento 10.
El método de producir el elemento 10 difiere del
método teórico de producir el perfil del elemento descrito en la
introducción de la presente descripción en que, durante una parte
del proceso de corte, la distancia entre los centros del elemento
circular y del círculo a lo largo del que rota el elemento de corte
puntual se reduce. Las zonas 18 del perfil exterior 14 que son
correspondientemente cortadas son de este modo rebajadas.
La magnitud del rebajado es aproximadamente
constante en diferentes puntos de las zonas rebajadas 18, y estas
zonas están unidas a las zonas adyacentes 22.
Además, en realizaciones alternativas de la
invención, no mostradas, la magnitud del rebaje puede variar, en
principio, de punto a punto.
Sin embargo, ventajosamente el rebaje no se
realiza en las zonas 22 del perfil exterior 14 que están dispuestas
a una menor distancia del centro 20 del elemento 10. De hecho,
debido al pequeño espesor de material presente (indicado por el
número de referencia 24), constituyen la sección crítica para la
determinación del par torsor máximo transmisible por el elemento
10. Por lo tanto, el rebaje en estas zonas 22 también tendría la
consecuencia no deseable de reducir el par torsor transmisible.
La proporción entre la distancia máxima y mínima
de un punto en el perfil exterior 14 desde el centro 20 del
elemento 10 está preferiblemente entre 1,6 y 1,4.
Los elementos mezcladores 10 del tipo recién
descrito están enchavetados (figura 4), por medio de los agujeros
centrales 12, a los ejes 26 de los tornillos de un extrusor 28 con
dos tornillos co-rotativos y se pretende que los
elementos mezcladores de cada tornillo trabajen en cooperación con
elementos 10 homólogos montados enfrente de ellos en el eje 26 del
otro tornillo.
El espacio 30 entre las zonas del perfil
exterior 14 de los elementos mezcladores 10 homólogos enfrentados
entre sí en cualquier instante particular en la línea recta que une
sus centros es variable. En particular (para un arco de rotación
significativo, en virtud de la presencia de las zonas rebajadas 18)
es mayor que el espacio constante que habría sido definido mediante
la utilización de elementos con perfiles convencionales 16.
Por consiguiente, hay una reducción en el
esfuerzo de cizallamiento en los espacios 30 mayores sin una
reducción del par torsor transmisible del que depende el grado de
llenado de los tornillos con material para procesar. De hecho, el
valor de este par torsor está determinado por la parte más estrecha
del elemento 10, que permanece inalterada respecto a la del elemento
convencional.
Estas propiedades del extrusor 28 son
particularmente ventajosas en el procesado de materiales poliméricos
sensibles al calor. Ejemplos de los últimos son, por ejemplo:
poliolefinas que contienen peróxidos, poliolefinas que contienen
agentes expansivos, polímeros insaturados que contienen agentes de
vulcanizado o reticulación, poliolefinas con rellenos ignífugos
basados en hidróxido de aluminio o magnesio, y polímeros que tienen
alta viscosidad, en particular, mayor que 500 Pa\cdots, con una
tasa de cizallamiento igual a 10 s^{-1} a las temperaturas de
proceso.
El extrusor de acuerdo con la invención puede
operar ventajosamente con un ritmo de rotación de los tornillos de
menos de 550 rpm y una densidad de par torsor superior a 22
Nm/cm^{3}, significando "densidad de par torsor" la razón
entre el par torsor transmitido y la separación interaxial de los
tornillos elevada al cubo.
Operando con estos parámetros, el extrusor 28
permite que la energía específica absorbida por el material sea
procesada para mantenerse bajo control, evitando así la degradación
térmica del material debida al calor producido por la fricción
interna como resultado de los esfuerzos de cizallamiento. Al mismo
tiempo, el extrusor 28 asegura una buena capacidad para la
plastificación o fusión de los polímeros que se procesan y para la
mezcla distributiva de rellenos y/o aditivos con un volumen de
producción adecuado.
De acuerdo con la invención, también es posible
producir elementos mezcladores con zonas de perfil exterior
rebajado que correspondan a los elementos mezcladores de perfil
convencional ilustrados en las figuras 2a, 2c y 2d.
Claims (6)
1. Un extrusor (28) con dos tornillos
co-rotativos, que comprende una pareja de tornillos
montados paralelos entre sí en un cilindro, estando enchavetado al
menos un elemento mezclador (10) al eje (26) de cada uno de los
tornillos, teniendo cada elemento mezclador (10) un agujero central
(12) para el enchavetado al eje (26) del tornillo y un perfil
exterior (14) que está producido como resultado de la eliminación de
material de un elemento circular a lo largo de al menos un arco de
su parte exterior mediante el corte realizado por un elemento
puntual que rota alrededor de un círculo con un diámetro igual al
del elemento circular, rotando el elemento puntual y el elemento
circular en la misma dirección y a la misma velocidad, y estando
separados los centros del elemento circular y del círculo una
distancia menor que su diámetro, durante al menos una parte del
proceso de corte, reduciéndose la distancia entre los centros del
elemento circular y del círculo de manera que se rebaja la zona
(18) del perfil exterior (14) que se corta correspondientemente,
estando definido el perfil exterior (14) de cada elemento (10) por
un haz de generatrices paralelas al eje longitudinal que pasa a
través del centro (20) del elemento (10), y caracterizado
porque cada elemento (10) mira a un elemento (10) homólogo montado
en el eje (26) del otro tornillo de una manera tal que el espacio
(30), entre las zonas de los perfiles exteriores (14) de los
elementos mezcladores (10) homólogos que se miran uno a otro en
cualquier instante particular en la línea recta que une sus centros
(20) como resultado de su rotación, es variable, y en el que la zona
rebajada (18) está formada en zonas del perfil exterior (14) que
están a la mayor distancia del centro (20) del elemento (10).
2. Un extrusor de acuerdo con la reivindicación
1, en el que la magnitud del rebaje es constante en diferentes
puntos de la zona rebajada (18).
3. Un extrusor de acuerdo con la reivindicación
1, en el que la magnitud del rebaje es variable en diferentes
puntos de la zona rebajada (18).
4. Un extrusor de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que la zona rebajada (18)
está unida con las zonas adyacentes (22).
5. Un extrusor de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que la proporción entre la
distancia máxima y mínima de un punto en el perfil exterior (14)
desde el centro (20) del elemento (10) está entre 1,6 y 1,4.
6. Un método de procesar materiales poliméricos
que estipula el uso de un extrusor (28) de acuerdo las
reivindicaciones precedentes con una densidad de par torsor superior
a 22 Nm/cm^{3} y un ritmo de rotación de los tornillos de menos de
550 rpm.
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