ES2911880T3 - Método para la producción de tubos flexibles de plástico - Google Patents

Abstract

Método para producir tubos flexibles extruidos, en donde se funde y se extruye un granulado de plástico en una extrusora (2) de un solo husillo, en donde se utiliza un polietileno de ultraalto peso molecular (UHMW-PE) como granulado de plástico, que se introduce a través de un alimentador de la extrusora (2) de un solo husillo, caracterizado por que en la extrusora se utiliza un husillo de extrusora de 3 zonas con una zona (A) de alimentación, una zona (B) de compresión y una zona (C) de metering, que presenta almas circunferenciales y un diámetro D, siendo la altura (S1) de alma del husillo de extrusora en la zona de alimentación como máximo 1/5 veces el diámetro D, siendo la altura (S2) de alma en la zona de compresión como máximo 1/8 veces el diámetro D y siendo la altura (S3) de alma en la zona de metering como máximo 1/10 veces el diámetro D, estando dispuesto un útil (3) con abertura de intersticio anular corriente abajo con respecto a la zona (C) de metering, siendo la distancia entre la punta del husillo (20) de extrusora y la entrada del útil (3) como máximo 1/4 D, extrayéndose el producto extruido tubular sin estirar y de forma continua en la dirección de extrusión como un tubo flexible sin fin.

Description

DESCRIPCIÓN

Método para la producción de tubos flexibles de plástico

La invención se refiere a un método para producir tubos flexibles sin fin extruidos. En particular, la invención se refiere a un método en el que se funde y se extruye granulado de plástico en una extrusora de un solo husillo. Como granulado de plástico se utiliza un polietileno de ultraalto peso molecular (UHMW-PE), que se introduce a través de un alimentador de la extrusora de un solo husillo.

El polietileno de ultraalto peso molecular es un material que se puede procesar para obtener productos con alta resistencia al desgaste y al choque. Mientras que muchas calidades de producto de este grupo de materiales presentan un peso molecular de hasta 5 millones de g/mol, las calidades especiales pueden presentar pesos moleculares considerablemente mayores, de hasta 10 millones de g/mol. Las excelentes propiedades del material son el resultado de estos altos pesos moleculares, pero por otro lado se da una viscosidad del material muy alta, por lo que el UHMW-PE generalmente sólo se puede procesar en el proceso de prensado. Los procesamientos de moldeo por inyección o extrusión por tornillo sin fin se consideran extremadamente problemáticos, a veces se describen como completamente imposibles.

Sin embargo, en vista de las excelentes propiedades del material, en particular la resistencia al desgaste y la resistencia al choque incluso a bajas temperaturas, existe el deseo de desarrollar estos materiales también para otros productos y procesos.

Por el documento EP-A 0 190878 se conoce el procesar UHMW-PE fundamentalmente también con extrusoras. En este contexto, se transporta polietileno en polvo por medio de un husillo de extrusora, se funde y se descarga a través de una boquilla. Para poder lograr las propiedades deseadas de la pieza acabada, los productos extruidos se evacúan a través de un canal de evacuación, donde se estiran. También el documento EP 0295 434 A2 divulga un método para procesar UHMW-PE por extrusión.

La producción continua de tubos flexibles de UHMW-PE, especialmente de productos sin fin, no ha sido posible hasta ahora.

Por lo tanto, el objetivo de la invención es mejorar las posibilidades de procesamiento de UHMW.

El objetivo se logra mediante un método con las características de la reivindicación 1.

De acuerdo con la invención, se usa un granulado de plástico para procesar el UHMW-PE, que se alimenta a la extrusora de un solo husillo a través de un alimentador. En principio, el granulado puede presentar cualquier forma de grano, pero el tamaño de grano debería ser inferior a 10 mm, en particular estar entre 2 mm y 6 mm.

De acuerdo con la invención, la extrusora presenta un husillo de extrusora de tres zonas con una división de zonas básicamente conocida, o sea, con una zona de alimentación, una zona de compresión y una zona de metering (medición). El husillo de extrusora de tres zonas presenta almas circunferenciales y tiene un diámetro D, siendo la altura de alma del husillo de extrusora en la zona de entrada de como máximo 1/5 D. La altura de alma en la zona de compresión presenta un valor de como máximo 1/8 D y la altura de alma en la zona de metering es de como máximo 1/10 D.

Por lo tanto, el husillo está construido básicamente de acuerdo con un esquema usual y conocido de división por zonas, en donde los sólidos cargados como granulado se hacen entrar y se transportan en la zona de alimentación del husillo y el material se compacta y se funde en la zona de compresión. Finalmente, en la zona de metering se establece la presión necesaria y la masa fundida se homogeneiza y se lleva a la temperatura deseada. Se ha demostrado que, con las dimensiones de la altura de alma en relación con el diámetro, se puede lograr una fusión optimizada del polietileno de ultraalto peso molecular, que es problemático de manejar.

Corriente abajo con respecto a la zona de metering para el flujo de material del producto extruido hay un útil con una abertura de intersticio anular, siendo la distancia entre la punta del husillo de extrusora y la entrada del útil de como máximo 1/4 D. Esto también comprende expresamente los casos en los que la punta del husillo sobresale hasta el interior del útil de extrusora. En este caso habría que hablar correspondientemente de distancias negativas. Tal configuración ha demostrado ser ventajosa en los experimentos, ya que el plástico fundido mismo se mantiene en movimiento en la entrada y dentro del útil.

En contraste con los enfoques conocidos para extruir UHMW-PE, que proponen expresamente la formación de una zona de compensación sin husillo de dimensiones significativas (véase el documento EP 0397004 B1), la invención tiene como objetivo una distancia muy pequeña entre el extremo del husillo de extrusora y la entrada del útil en relación con el diámetro del husillo.

El uso de acuerdo con la invención de un útil con una abertura de intersticio anular proporciona el producto extruido tubular deseado, que a continuación se extrae sin estirar y de forma continua en la dirección de extrusión como un tubo flexible sin fin, en caso dado haciéndolo pasar a través de una calibración y un enfriamiento.

Como útiles con abertura de intersticio anular entran en consideración los útiles conocidos, en particular útiles de portamandril, útiles de cesta de tamiz, útiles de distribuidor helicoidal o también útiles de pinola. Mientras que en principio todos estos útiles se pueden utilizar según la invención, los útiles de pinola en particular dan muy buenos resultados, ya que evitan en gran medida los puntos muertos reotécnicos en el cabezal de inyección. La invención demuestra ser extremadamente ventajosa en términos de calidad y propiedades del producto extruido tanto cuando se utilizan distribuidores de cardioide como cuando se utilizan distribuidores de percha como útiles de pinola.

De acuerdo con la invención, se posibilita crear un tubo flexible sin fin de polietileno de ultraalto peso molecular, que presenta todos los efectos ventajosos de este material y puede producirse de forma continua, de modo que pueden ponerse a disposición incluso tubos flexibles largos. La combinación de la adaptación del husillo de extrusora en sus zonas y la disposición inmediata corriente abajo de un útil de intersticio anular hace posible procesar el material, que es extremadamente difícil de procesar, como un producto extruido sin fin con casi cualquier configuración de tubo flexible. El producto extruido tubular resultante se puede seguir tratando a continuación de manera convencional, en particular, como ya se ha mencionado anteriormente, pueden estar dispuestos corriente abajo con respecto al útil con abertura de intersticio anular una calibración, un enfriamiento y una extracción.

Durante la calibración, se puede aplicar un vacío de manera conocida para poner el producto extruido tubular en contacto con los medios de calibración. Como alternativa, se puede lograr una calibración con una presión interior elevada en el tubo flexible extruido.

En una configuración preferida de la invención, está dispuesto en la zona de entrada del útil con abertura de intersticio anular un filtro de masa fundida, cuyo número de mallas es de como máximo 250 mesh. Mediante el filtro de masa fundida con la abertura de malla mencionada se retienen impurezas y se realiza una homogeneización adicional del material de extrusión. Siempre que aquí se hable de una abertura de malla en el marco mencionado, se hace referencia a DIN EN ISO 9044 con respecto a la terminología para la definición.

En una configuración preferida de la invención, la temperatura de la masa fundida adyacente a la punta del husillo en la extrusora se vigila y se ajusta a una temperatura en el intervalo de 160 °C a 280 °C.

El intervalo de temperatura mencionado ha demostrado ser particularmente ventajoso con respecto a las propiedades y la ausencia de defectos del tubo flexible sin fin extruido resultante. En este contexto, la temperatura ajustada debería optimizarse en función del material de partida utilizado, en particular en función del peso molecular del material de partida utilizado.

Según una configuración preferida de la invención, la punta del husillo de extrusora de tres zonas está conformada con forma parabólica.

La configuración de una punta de husillo parabólica, o sea, una punta de husillo con una sección transversal parabólica, favorece la mezcla y las condiciones de flujo deseadas en la transición entre el extremo del husillo y el útil dispuesto corriente abajo. Esta configuración de la punta del husillo ha demostrado ser superior a las puntas de husillo que acaban en punta.

En una modificación de la invención, la punta del husillo está conformada con una forma cónica al menos por secciones, con una inclinación de 20 grados como máximo.

Incluso con esta configuración de la punta del husillo con una configuración cónica con poca inclinación, que puede combinarse con un final parabólico de la punta del husillo, se logra según los ensayos un resultado particularmente homogéneo de los productos producidos.

De acuerdo con un perfeccionamiento de la invención, la velocidad periférica del husillo de extrusora se ajusta en al menos 5 cm/s. Se ha demostrado que una velocidad menor conduce a un empeoramiento de los procesos de fusión y de compresión y en particular también de la homogeneización del material que ha de ser extruido.

Se prefiere particularmente que el útil con intersticio anular vaya seguido de un tramo de enfriamiento por agua, en caso dado con la interposición de útiles de calibración, no siendo la temperatura del agua de enfriamiento a lo largo de todo el tramo de enfriamiento superior a 70 grados en ningún punto, o sea, siendo ésta inferior a 70 grados en todas partes.

Según las observaciones de los inventores, el enfriamiento del material de la manera mencionada condujo a resultados reproducibles y particularmente exentos de defectos en la producción de tubos flexibles sin fin.

Además, es ventajoso que en la extrusora la longitud de todo el cilindro en el que está dispuesto el husillo de extrusora de tres zonas sea inferior a 20 veces el diámetro D del husillo, o sea, se aplica L < 20D. El husillo de extrusora es preferentemente un husillo sin sección de mezcla, de forma especialmente preferente sin bandas de barrera.

Además, se prefiere que el plástico fundido esté a una presión de 70 a 110 bares al entrar en el útil con abertura de intersticio anular o al entrar en el filtro de masa fundida, ya que esto da como resultado una estructura superficial particularmente lisa del tubo flexible sin fin extruido.

Por otra parte, todo el recorrido del flujo de la masa fundida a lo largo del husillo de extrusora y a lo largo de las zonas del husillo de extrusora de tres zonas puede estar provisto de calefacción y control de temperatura.

La invención se explicará ahora con más detalle por medio del dibujo adjunto.

La Figura 1 muestra una vista esquemática de una línea de extrusión en la que se puede llevar a cabo el método según la invención;

la Figura 2 muestra una vista esquemática en sección de una extrusora de tres zonas para la realización del método según la invención.

La representación esquemática de una línea de extrusión en la Figura 1 muestra una extrusora 2 que está equipada con una tolva 1 de alimentación. El polietileno de ultraalto peso molecular se carga en la tolva 1 de alimentación como granulado y se alimenta a la extrusora 2. Según este ejemplo de realización de la invención, el tamaño de grano del granulado es de 2 a 6 mm, siendo irrelevante la conformación de los granos. En principio, no es necesario presecar el granulado, pero con ciertos tipos de granulado puede resultar ventajoso presecar el granulado con un secador de aire seco, por ejemplo, durante aproximadamente 4 horas a una temperatura de 80 °C.

La extrusora 2 representada presenta una zona de alimentación lisa, de modo en la zona de alimentación entra en el material un pequeño aporte de cizallamiento. La relación entre la longitud y el diámetro del cilindro, que presenta el husillo de extrusora de tres zonas, es inferior a 20. Corriente abajo con respecto a la extrusora 2 en la Figura 1 hay un útil 3 de conformación con una abertura de intersticio anular. Como ya se ha descrito anteriormente, se puede elegir básicamente entre los útiles conocidos con intersticios anulares, es decir, entre útiles de portamandril, útiles de cesta de tamiz, útiles de distribuidor helicoidal y útiles de pinola. Entre los útiles de pinola, los útiles con distribuidores de percha o distribuidores de cardioide han demostrado ser particularmente ventajosos. En este ejemplo de realización, se usa un útil de cesta de tamiz.

Como se describe posteriormente, la zona de entrada del útil 3 está colocada muy cerca del final de la extensión del husillo de tres zonas de la extrusora 2. Del útil 3 sale el producto extruido tubular caliente 4, que se conduce a un medio 5 de calibración. En éste se puede realizar una calibración del producto extruido tubular caliente 4, en caso dado con la ayuda de un vacío exterior o de una sobrepresión interior, antes de que pase por unas toberas pulverizadoras 6 y un tanque 7 de refrigeración.

Dependiendo del ancho del perfil producido o del diámetro del producto extruido producido, se pueden llevar a cabo diferentes operaciones de tratamiento corriente abajo. En el caso de anchos de perfil y diámetros pequeños, por ejemplo, de menos de 4 mm, entra en consideración un preenfriamiento directo del producto extruido, con una estabilización corriente abajo apoyada por vacío o sobrepresión. En el caso de anchos de perfil y diámetros mayores, por ejemplo, a partir de 4 mm, la conformación geométrica del perfil de extrusión se realiza a través de una calibración exterior asistida por vacío, en la que la zona de conformación de la calibración es como máximo un 10 % mayor que la dimensión nominal del perfil.

El producto extruido 8, que ahora se ha enfriado, se transporta a través del canal 9 de evacuación y, en caso dado, se alimenta a un dispositivo 10 de separación.

La Figura 2 muestra los componentes esenciales de la extrusora 2 en una vista en sección esquemática. De nuevo, se muestra la tolva 1 de alimentación, que recibe el granulado del polietileno de ultraalto peso molecular y lo alimenta al cilindro 19 de la extrusora, en el que gira un husillo 20 de extrusora de tres zonas para transportar y comprimir el producto extruido. Con este fin, el husillo 20 de extrusora de tres zonas está acoplado a un accionamiento 21. Como husillo 20 de extrusora de tres zonas se utiliza un husillo multizona de núcleo progresivo, estando la punta del husillo conformada con forma parabólica en este ejemplo de realización. El husillo 20 de extrusora de tres zonas presenta una zona A de alimentación, una zona B de compresión y una zona C de metering. En el exterior del cilindro 19 están dispuestos unos medios 22 de calentamiento para calentar el cilindro 19 con el fin de fundir el material. La velocidad de rotación del husillo 20 de extrusora de tres zonas está dimensionada de tal manera que haya una velocidad periférica de al menos 5 cm/s en la circunferencia exterior de las almas del husillo. Como se ha descrito además anteriormente, con un diámetro D de husillo, la altura S1 de alma en la zona de alimentación es como máximo 1/5 D, la altura S2 de alma en la zona de compresión es 1/8 D y la altura S3 de alma en la zona de metering es 1/10 D.

Corriente abajo con respecto a la punta del husillo en la dirección de transporte del material se encuentra inmediatamente el útil 3, que aquí está configurado como útil de cesta de tamiz. El útil de cesta de tamiz está configurado de manera convencional con soporte de cesta de tamiz, cesta de tamiz y mandril. No se muestra en el dibujo, pero básicamente se puede insertar entre el útil 3 y la extrusora 2 un filtro de masa fundida, no debiendo el número de mallas del filtro de masa fundida sobrepasar los 250 mesh.

La distancia entre la punta del husillo 20 de extrusora de tres zonas y el útil 3 es inferior a la cuarta parte del diámetro del husillo de extrusora de tres zonas. La temperatura de fusión en la zona de la punta del husillo debe estar entre 160 y 280 °C, estando el punto de medición de la temperatura de fusión dispuesto al final del cilindro en la masa fundida.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Método para producir tubos flexibles extruidos, en donde se funde y se extruye un granulado de plástico en una extrusora (2) de un solo husillo,

en donde se utiliza un polietileno de ultraalto peso molecular (UHMW-PE) como granulado de plástico, que se introduce a través de un alimentador de la extrusora (2) de un solo husillo,

caracterizado por que

en la extrusora se utiliza un husillo de extrusora de 3 zonas con una zona (A) de alimentación, una zona (B) de compresión y una zona (C) de metering, que presenta almas circunferenciales y un diámetro D,

siendo la altura (S1) de alma del husillo de extrusora en la zona de alimentación como máximo 1/5 veces el diámetro D, siendo la altura (S2) de alma en la zona de compresión como máximo 1/8 veces el diámetro D y

siendo la altura (S3) de alma en la zona de metering como máximo 1/10 veces el diámetro D,

estando dispuesto un útil (3) con abertura de intersticio anular corriente abajo con respecto a la zona (C) de metering, siendo la distancia entre la punta del husillo (20) de extrusora y la entrada del útil (3) como máximo 1/4 D, extrayéndose el producto extruido tubular sin estirar y de forma continua en la dirección de extrusión como un tubo flexible sin fin.

2. Método según la reivindicación 1, en donde en la entrada del útil se dispone un filtro de masa fundida, cuyo número de mallas es de como máximo 250 mesh.

3. Método según una de las reivindicaciones 1 o 2, en donde se ajusta una temperatura de la masa fundida adyacente a la punta del husillo de 160-280 grados Celsius.

4. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en donde la punta del husillo está conformada con forma parabólica.

5. Método según una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la punta del husillo está conformada al menos por secciones con forma cónica con una inclinación de 20 grados como máximo.

6. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en donde la velocidad periférica del husillo de extrusora es de al menos 5 cm/s.

7. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en donde el producto extruido pasa a través de un tramo de refrigeración por agua después de salir del útil con intersticio anular, siendo la temperatura del agua de refrigeración a lo largo de todo el tramo de refrigeración inferior a 70 grados Celsius.