ES2927614T3 - Método y aparato para producir rollos de papel sin núcleo - Google Patents

Abstract

Un método y aparato para producir rollos de papel sin núcleo, comprendiendo el método los pasos de: aplicar un adhesivo a un mandril alargado; enrollar un material en banda alrededor de dicho mandril para formar un rollo de material en banda enrollado de forma enrevesada; girar el mandril con respecto al rollo para untar el adhesivo; y retirar el mandril del rollo. El aparato comprende: un nido de bobinado adaptado y configurado para recibir un mandril (60, 61, 64) para enrollar el material en banda (W, N) alrededor para formar el rollo (66, 67); medios para aplicar adhesivo (145) sobre el mandril (60, 61, 64), y una abrazadera (69) adaptada y configurada para enganchar y girar un extremo del mandril (60, 61, 64) para untar el adhesivo (145) sobre el mandril (60, 61, 64) con respecto al rollo, estando adaptado y configurado el cierre (69) para tirar del mandril (60, 61, 64) longitudinalmente para retirar el mandril (60, 61, 64) del rollo (66,67) después de formar el rollo (66,67). (Figura 8) (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método y aparato para producir rollos de papel sin núcleo

Antecedentes

Esta invención se refiere a rollos de papel bobinado de manera convolutiva, tal como papel higiénico y papel de cocina (también llamado toalla de cocina). Más particularmente, la invención se refiere a un rollo sin núcleo de dicho papel.

Es bien conocido en la técnica que los rollos de papel bobinado de manera convolutiva se forman normalmente en una máquina conocida como rebobinadora. Se utiliza una rebobinadora para convertir grandes rollos de papel en rollos de papel higiénico más pequeños, papel de cocina, toalla bobinada, productos industriales, y similares. Una línea de rebobinado consta de una o más desbobinadoras, módulos para el acabado de papel (p. ej., gofrado, impresión, perforación), y una rebobinadora en el extremo para bobinar el papel en un rollo largo, comúnmente denominado tronco. Normalmente, la rebobinadora produce troncos de aproximadamente 90 a 180 mm de diámetro para papel higiénico y papel de cocina y de aproximadamente 100 a 350 mm de diámetro para toallas bobinadas y productos industriales. La longitud del tronco suele ser de 1,5 a 5,4 m, dependiendo de la anchura del rollo principal. A continuación, los troncos se cortan transversalmente para obtener pequeños rollos de aproximadamente 90 a 115 mm de largo para papel higiénico y de aproximadamente 200 a 300 mm de largo para papel de cocina y toalla bobinada.

Tradicionalmente, estos tipos de productos de papel se fabrican y suministran al usuario final con un núcleo de cartón en el centro. Sin embargo, como lo demuestran numerosas patentes sobre el tema, existe un interés apremiante en una buena manera de producir y suministrar estos productos sin núcleos. Las razones generalmente implican una mayor eficiencia potencial y un menor uso de material. En el caso de productos de extracción central, el núcleo debe desecharse antes de que se use el producto.

Recientemente, la Unión Europea emitió una directiva que establece que, los núcleos de cartón dentro de los productos de papel tisú deben considerarse parte del embalaje. Por lo tanto, están sujetos a un impuesto proporcional a su peso. Este es un programa del gobierno para incentivar el uso de menos materiales de embalaje. Los convertidores que puedan suministrar productos sin núcleo obtendrán una ventaja competitiva.

No obstante, a pesar de su atractivo, los productos sin núcleo siguen siendo solo un segmento del mercado. La adopción más amplia está estancada debido a las limitaciones de la producción sin núcleo, principalmente la ineficiencia general de las rebobinadoras sin núcleo actuales.

Idealmente, al mercado le gustaría un sistema de producción sin núcleo con los siguientes atributos:

• Puede producir rollos de baja y alta firmeza, es decir, tiene una gran ventana operativa.

• Tiene requisitos de coste de capital y espacio similares a las máquinas que funcionan con núcleos.

• Tiene costes operativos (consumibles y mantenimiento) similares a las máquinas que funcionan con núcleos.

• Requiere capacitación del operario y un nivel de habilidad similar al de las máquinas que funcionan con núcleos.

• Puede funcionar de forma fiable a alta velocidad de la banda y frecuencia de ciclo.

• Se puede cambiar rápida y fácilmente entre la producción con y sin núcleos.

Descripción de la técnica anterior

El documento US 2011/0095117 A1 representa un método estrechamente relacionado con el método de la reivindicación 1 y describe un proceso para bobinar un producto laminar alrededor de un husillo para formar un rollo tubular largo. Una vez que se retira el husillo, se puede usar una sierra u otro dispositivo de corte para cortar el rollo largo en una pluralidad de rollos. El proceso de cortar el rollo en rollos más pequeños puede colapsar indeseablemente el vacío en el centro del rollo. Entonces, se insertan mandriles en el vacío de los rollos para reformar el vacío en un diámetro deseado que sea compatible con los husillos dispensadores para el uso final.

Las patentes US 5.660.349, US 5.725.176 y US 6.270.034 describen bobinadoras de torreta, también llamadas bobinadoras centrales, que están destinadas a la producción de productos de papel tisú sin núcleo. Las bobinadoras de torreta sufren los mismos inconvenientes tanto en la producción sin núcleo como en la producción con núcleo. No pueden producir productos muy firmes porque su único control es la tensión de la banda entrante. Una mayor tensión de la banda hará un tronco más firme, pero también se correlaciona con explosiones más frecuentes de la banda debido al estallido de perforaciones o al desgarro por defectos a lo largo de los bordes de la banda. También, no pueden funcionar a altas velocidades en anchuras muy amplias debido a la delgadez del mandril dentro del tronco que permite una vibración excesiva. Finalmente, no pueden funcionar a velocidades de ciclo altas debido al tiempo en el ciclo requerido para indexar la torreta, desacelerar el tronco y después retirar el tronco del mandril.

Adicionalmente, las bobinadoras de torreta de una anchura significativa deben usar mandriles rígidos para soportar el tronco de bobinado. Por lo tanto, están sometidas a las mismas limitaciones que las bobinadoras de superficie que usan mandriles rígidos y tienen una ventana operativa relativamente estrecha: a los troncos bobinados demasiado apretados (alta firmeza) no se les puede quitar el mandril debido a la resistencia inducida por la alta presión entre capas, y los troncos bobinados demasiado flojos (baja firmeza) pueden contraerse o arrugarse cuando se intenta pelar el tronco. El telescopiado es cuando las envolturas externas de papel en el tronco se mueven axialmente en relación con las envolturas internas de papel, que incluso pueden permanecer estacionarias en el mandril. El arrugamiento es cuando el tronco se suelta solo localmente y colapsa como un acordeón.

Las patentes US 5.538.199, US 5.542.622, US 5.603.467, US 5.639.046, US 5.690.296 y US 5.839.680 describen un sistema para producir rollos macizos. Las patentes US 5.402.960 y US 5.505.402 describen otro sistema para producir rollos macizos. Aunque estos sistemas logran el objetivo de no tener núcleo, los productos tampoco tienen orificio y, por lo tanto, no se pueden usar con los dispensadores universales y casi ubicuos que requieren un orificio para que pase un eje a través.

La patente US 7.992.818 describe un sistema para producir rollos macizos con una capa de material separador en el bobinado para que el núcleo interior pueda ser expulsado axialmente del rollo, formando un orificio en el producto acabado. Aunque este sistema logra el objetivo de no tener núcleo, tiene poco ahorro de material debido al material separador, al pegamento para unir el material separador y al probable desperdicio del núcleo. También, este enfoque no supera el problema de la estrecha gama de productos. El núcleo no puede ser empujado fuera de los rollos bobinados holgadamente porque, en cambio, los rollos se telescopian severamente. Y el núcleo no puede ser empujado fuera de los rollos apretadamente bobinados porque su resistencia, inducida por la alta presión entre capas, es demasiado grande.

Las patentes IT 1.201.390, US 5.421.536, US 5.497.959 y US 6.056.229 describen bobinadoras de superficie con mandriles de recirculación, es decir, los mandriles se retiran de los rollos para producir un producto sin núcleo y los mandriles se reutilizan. En cada caso, los mandriles tienen forma cilíndrica y se extienden en toda la longitud de la anchura de la banda. La patente US 5.421.536 divulga el uso de material extensible para el mandril en la columna 4, línea 65 en la col. 5, línea 7: "La invención también es ventajosa en cuanto a que se puede utilizar un material extensible como el caucho, plástico y similares como material para la construcción del mandril 15 para facilitar el pelado del rollo. Mediante el uso de un material extensible, el alargamiento longitudinal provocado por las fuerzas de pelado va acompañado de una reducción del radio. La relación de los dos depende del coeficiente de Poisson. En cualquier caso, el agarre compresivo de la banda bobinada de manera convolutiva en el mandril se reduce y supera con éxito mediante la fuerza de pelado en combinación con el alargamiento y la reducción del radio".

Las patentes US 1.986.680 y US 6.565.033 describen máquinas con mandriles de bobinado divididos. Los mandriles se dividen en dos piezas con la mitad extraída de cada extremo del tronco para reducir la fuerza necesaria para realizar la extracción de troncos apretadamente bobinados. El documento US 1.986.680 tiene la ventaja de que el mandril presiona la banda en la transferencia y no requiere pegamento de transferencia ni vacío. Sin embargo, su diseño cónico dividido requiere que la máquina tenga el triple de anchura de la banda, y, dado que solo tiene un juego de mandriles, puede funcionar únicamente en el modo arranque-detención.

Las patentes US 5.660.349, US 6.270.034, US 5.497.959 y US 6.595.458 describen el uso de vacío junto con mandriles que tienen cubiertas perforadas para transferir la banda en rebobinadoras de movimiento continuo. Esto elimina la necesidad de pegamento de transferencia y las complicaciones concomitantes que presenta el pegamento para pelar productos sin núcleo. La mayor dificultad en el uso de vacío es la porosidad de la banda de tejido, lo que permite que un gran volumen de aire fluya a través de él. El flujo de aire está limitado por el diámetro interior del mandril y su longitud. El uso de mandriles de vacío a una velocidad de producción razonable se limita a mandriles de gran diámetro y productos con orificios de gran diámetro, normalmente más de 48 mm, y anchuras de banda estrechas, normalmente menos de 2,6 m. El vacío también es una solución deficiente cuando actúa directamente sobre las bandas de tejido porque el polvo que se infiltra obstruye el sistema y deteriora el rendimiento con el tiempo. La limpieza del sistema es laboriosa y requiere un tiempo de inactividad sustancial de la máquina.

La patente US 6.752.345 describe una bobinadora de superficie con el diseño de mandril dividido de US 6.565.033 que además tiene arandelas de mandril. La columna 2, líneas 26-42 explican varios medios para transferir la banda a los mandriles sin usar el pegamento de alta adhesividad que se usa normalmente en los núcleos. Estos medios se emplean porque el pegamento de alta adhesividad dificulta la extracción del mandril del tronco. La columna 2, líneas 43-48 explican que estos medios simplemente no son lo suficientemente fiables para funcionar a alta velocidad. La columna 3, líneas 23-34 enseñan que el propósito de las arandelas es limpiar el adhesivo residual y los restos de papel como parte del proceso de recirculación, lo que hace posible el uso de pegamento de transferencia de alta adhesividad, permitiendo la conversión de alta velocidad.

El enfoque descrito en el documento US 6.752.345 aborda varios problemas importantes con la producción sin núcleo. Sin embargo, el uso de mandriles divididos aumenta la complejidad de la máquina, el coste y la superficie útil requerida, en relación con el funcionamiento con núcleos. Los diversos mecanismos adicionales también reducen las líneas de visión hacia la máquina y dificultan la accesibilidad para la operación y el mantenimiento. Las arandelas de mandril también aumentan el coste, la complejidad de la máquina, la superficie útil y el esfuerzo de mantenimiento, en relación con el funcionamiento con núcleos. Finalmente, las declaraciones en la columna 3, líneas 24-26 que la provisión de lavado hace posible "eliminar de la superficie de los mandriles cualquier residuo de papel u otro material que pueda continuar adherido al mandril después de la extracción" y líneas 43-45 que "en ausencia de un sistema de lavado... los desechos se acumularían en los mandriles extraíbles" sugieren que el sistema permite que se produzcan roturas y otros daños dentro del tronco durante la extracción del mandril.

La publicación de patente US 20090272835 A1 describe dispositivos mecánicos de doblado de banda que se pueden usar en lugar de pegamento para transferir la banda. El párrafo 0011 menciona su adaptabilidad a la producción de rollos sin núcleo. Si bien los dispositivos pueden eliminar la necesidad de pegamento de transferencia y arandelas de mandril, la utilidad y la eficiencia del sistema se ven obstaculizadas por los requisitos de sincronización extremadamente precisos y la inercia de los accionadores mecánicos que restringen su funcionamiento a una velocidad relativamente baja.

Las rebobinadoras sin núcleo del estado de la técnica utilizan mandriles relativamente rígidos. La descripción de rígido se aplica tanto a la dirección radial como a lo largo del eje longitudinal. Esta descripción de la rigidez es relativa a los núcleos de cartón típicos que se utilizan en las rebobinadoras para producir rollos con núcleos. Aunque estos núcleos pueden variar desde núcleos de una sola capa muy flexibles hasta núcleos muy rígidos con tres, cuatro o cinco capas, todos ellos son, sin embargo, mucho menos rígidos que los mandriles fabricados con aleaciones metálicas (aluminio, titanio, acero, etc.) o materiales compuestos poliméricos reforzados con fibra (con fibras de aramida, fibras de carbono, etc.). Los mandriles de bobinado fabricados con estos materiales de alto módulo son relativamente rígidos. Los mandriles se construyen con varias combinaciones de estos materiales de alto módulo, de alta resistencia porque deben ser muy fuertes para resistir las altas fuerzas a las que están sometidos durante los repetidos casos de extracción de troncos sin sufrir daños.

Los diseñadores de máquinas tienen que realizar acomodaciones para la alta rigidez radial de los mandriles rígidos cuando diseñan rebobinadoras sin núcleo. Esto se puede lograr con un soporte oscilante, como se enseña en el documento US 5.769.352 (col. 2, líneas 2-12), un soporte deformable como se enseña en el mismo (col. 5, líneas 42­ 48), o superficies flexibles, como se enseña en el documento US 6.056.229 (col. 5, líneas 50-52 y col. 6, líneas 1-5). Sin embargo, las acomodaciones oscilantes, deformables y flexibles no están predispuestas a operar a alta velocidad sin desgaste prematuro ni fallos.

Alternativamente, los mandriles de alta rigidez radial se pueden utilizar con un soporte rígido, como se representa en la figura 1 (elemento 11) del documento US 5.769.352. Esto requiere mandriles de precisión, configuración precisa del espacio entre los elementos del soporte y el rodillo superior, y un espacio que es exactamente uniforme en toda la anchura de la máquina. Estos requisitos tienden a aumentar el coste de la máquina, el coste de las piezas y el nivel de habilidad del operario que sea necesario.

Las patentes IT 1.201.390, US 6.565.033, US 6.752.345, US 5.421.536 y US 6.056.229 representan extractores de mandril y extractores de troncos que son típicos de las rebobinadoras sin núcleo. En todos los casos, el tronco se apoya en un canal, debajo, y restringido en la dirección axial únicamente por una placa contra su cara de extremo cuando se tira del mandril o se empuja el tronco. Adicionalmente, en todos los casos, el accionador que mueve el tronco o el mandril está desplazado lateralmente desde la línea central del mandril, por lo tanto, las grandes fuerzas de extracción/pelado producen grandes cargas de momento en las pistas de guía para el sujetador que tira del mandril o la paleta que empuja el tronco. Se requieren marcos sustanciales, soportes y guías para oponerse a este momento, lo que aumenta el coste y el espacio requerido, y reduce la velocidad práctica a la que operan. Y es una queja frecuente que las guías se desgasten prematuramente.

La publicación de patente US 2006 0214047 es un ejemplo de un mandril expansible mecánicamente que puede usarse para bobinar productos sin núcleo. Es característico de los mandriles expansibles por el hecho de que es un conjunto complejo compuesto de muchas partes intrincadas, y las partes expansivas que hacen contacto con el interior del producto son esencialmente una cubierta alrededor de los elementos dentro del mandril que soportan las cargas axiales y de flexión.

La publicación de patente US 2007 0152094 es un ejemplo de un mandril inflable por fluido que puede usarse para bobinar productos sin núcleo. Es característico de los mandriles inflables por fluidos que la parte inflada que entra en contacto con el interior del producto es un recubrimiento envuelto alrededor de, o un neumático colocado sobre, los elementos dentro del mandril que soportan las cargas de flexión y axiales.

La patente US 2.520.826 describe la presurización de núcleos de bobinado y los medios por los cuales se puede realizar. Su objetivo es aumentar temporalmente la rigidez radial de los núcleos, para que no sean aplastados por los rodillos de bloqueo, que pueden aplicar una gran fuerza de contacto. No menciona la retirada del núcleo o la producción de otro producto sin núcleo.

Las patentes US 2.066.659, US 2.466.974, US 2.647.701, US 2.749.133, US 3.007.652, US 3.097.808, US 3.791.659, US 4.516.786 y US 7.942.363 describen varios platos que se pueden usar para sujetar los extremos de los tubos huecos. Son característicos de su campo técnico por el hecho de que se expanden en el interior del tubo para sujetarlo. Implícita en todos los diseños está la suposición de que el tubo se comporta de manera relativamente rígida y, por lo tanto, no se deformará, bajo las cargas de utilización.

Los tubos de núcleo de plástico han demostrado ser un componente clave fiable para muchos productos, particularmente los de las industrias de film, de cintas y de telas donde el coste del núcleo es una parte insignificante del coste total del producto. Sin embargo, los tubos de núcleo de plástico no se utilizan en papel higiénico o papel de cocina debido al coste significativamente más alto que los núcleos de cartón convencionales, y también porque los plásticos no se producen en las fábricas de papel que normalmente fabrican tanto el cartón como los productos de papel tisú a partir de pulpa de madera y papel reciclado. Se requeriría equipo de extrusión adicional y transporte adicional de materiales para fabricar suficientes núcleos de plástico que pudieran enviarse con el producto. Esto, sin embargo, no sería una preocupación si los núcleos de plástico se retiran del producto bobinado y se reciclan para bobinar otro producto como se describe a continuación.

Comentarios generales sobre el estado de la técnica actual

El siguiente es un resumen del estado de la técnica en el rebobinado de productos de papel tisú/toallas sin núcleo utilizando mandriles extraíbles. Estos inconvenientes constituyen las principales razones por las que la producción sin núcleo sigue siendo un segmento del mercado, a pesar de su atractivo intrínseco.

• Las velocidades máximas de ciclo son muy bajas, debido a la secuencia de pelado de troncos.

• Los mandriles rígidos de precisión utilizados son caros, como lo son sus revestimientos que se desgastan. • Los mandriles hechos de metales son pesados. Por lo tanto, tienen una masa relativamente alta y una inercia polar, que presentan los siguientes problemas:

La gran masa hace que las piezas del insertador y la porción de alimentación del soporte se deterioren rápidamente debido a impactos y/o abrasión cuando funcionan a alta velocidad.

La gran masa y la inercia polar hacen que el mandril resista los cambios muy repentinos de su velocidad de traslación y rotación requeridos cuando se empuja dentro del canal entre el rollo superior y la superficie de rodadura estacionaria de la rebobinadora. El hecho de que el mandril no acelere correctamente provoca transferencias de banda deficientes y poco fiables. El peor de los casos es un fallo absoluto en la transferencia, que bloquea la máquina.

La gran masa y la inercia polar hacen que el mandril resista los cambios muy repentinos de su velocidad de traslación y rotación requerida cuando deja la superficie de rodadura estacionaria y entra en el espacio de contacto entre los rollos superior e inferior. Si no se acelera adecuadamente, se produce un bobinado de mala calidad. El peor de los casos es que el mandril se deslice fuera de control a través del espacio de contacto y la máquina se bloquee.

La gran masa y rigidez de estos mandriles se combinan para darles la capacidad de causar daños graves a otras partes de la máquina durante un choque a alta velocidad.

• Aunque los mandriles fabricados con materiales compuestos de polímeros reforzados con fibra tienen una masa reducida y una inercia polar, con respecto a los mandriles de metal, presentan los siguientes problemas: Son muy caros. Esto entra en juego no solo con respecto a la compra inicial de la máquina, sino también sus costes operativos continuos porque los mandriles tienen una vida finita y deben reemplazarse cuando se desgastan o se rompen.

Durante choques severos, los mandriles de materiales compuestos con fibra de carbono se rompen en pedazos. Los desechos son similares a astillas y pueden ser peligrosos para los operarios que los limpian y para los usuarios finales si los pedazos entran en contacto con el producto acabado.

La alta rigidez de estos mandriles les da la capacidad de causar daños graves a otras partes de la máquina durante un choque a alta velocidad. El objetivo de usar estos mandriles de materiales compuestos muy caros es funcionar más rápido, por lo tanto, el daño causado suele ser tan grande como con un mandril de metal más pesado que funciona más lento.

• Las bobinadoras de superficie sin núcleo pueden funcionar con éxito solo con una gama limitada de productos:

Los productos de baja firmeza (bobinados holgadamente) carecen de la rigidez radial para soportar el mandril relativamente pesado durante el bobinado a alta velocidad. También carecen de la presión entre capas para resistir el telescopiado durante la extracción del mandril o el pelado de troncos. Y carecen de la fuerza de la columna para resistir el colapso axial localizado (arrugarse como un acordeón) durante la extracción del mandril o el pelado de troncos.

Los productos muy firmes (apretadamente bobinados) tienen una presión entre capas excesiva y pueden detener el accionador durante la extracción del mandril o el pelado de troncos.

Solo una estrecha gama de productos tiene la firmeza adecuada para soportar los mandriles relativamente pesados durante el bobinado y resistir el colapso durante el pelado, y una presión entre capas lo suficientemente alta como para evitar el telescopiado durante el pelado, pero también una presión entre capas lo suficientemente baja como para que el decapante no se detenga.

• La transferencia de banda en rebobinadoras sin núcleo se realiza a velocidades relativamente bajas, en comparación con las máquinas que funcionan con núcleos convencionales. La transferencia de banda es la etapa de unir la banda al núcleo o mandril. Hay varias razones para las velocidades relativamente bajas: Cuando la máquina falla o la banda se rompe, los mandriles relativamente rígidos causan daños menos severos a las otras partes de la máquina y a sí mismos si funcionan a menor velocidad.

La adhesividad del pegamento de transferencia debe ser más baja que una máquina con núcleos para que sea posible el pelado de troncos, especialmente si se van a evitar las arandelas de mandril. La transferencia de banda es menos fiable con pegamentos de baja adhesividad a altas velocidades.

Los mandriles tienen mayor masa e inercia que los núcleos y, por lo tanto, no pueden hacer transiciones de velocidad abruptas como los núcleos (como se describe anteriormente), por lo que la secuencia de transferencia es más difícil de controlar y menos fiable.

• Las máquinas sin núcleo tienen costes operativos más altos debido a un mantenimiento más frecuente, reemplazo de mandriles dañados, reemplazo de piezas especiales desgastadas y se requiere un mayor nivel de habilidad del operario.

• Aunque las máquinas se pueden cambiar entre funcionamiento con núcleo y sin núcleo, es un gran esfuerzo de permutación, no es un simple cambio de grado.

• Incluso después de producir con éxito el rollo acabado, todavía existe el peligro de que se deshaga internamente mientras está en tránsito hacia el usuario final si la cola interior no está asegurada.

Desafíos de la producción de rollos sin núcleo

Deben superarse obstáculos significativos para fabricar una rebobinadora sin núcleo eficiente. Las siguientes dos áreas críticas deben ser abordadas. Los problemas parecen complejos, porque una solución en un área puede causar dificultad en otra área. La solución más elegante abordaría positivamente ambas áreas simultáneamente.

1. Material y diseño del mandril

El mandril es el punto de partida y elemento central. Idealmente tendría todas las siguientes propiedades, algunas de las cuales son compensatorias, si no son mutuamente excluyentes:

• Baja masa e inercia (para aceleraciones rápidas a alta velocidad de la banda).

• Baja inercia polar (para aceleraciones rápidas a alta velocidad de la banda).

• Bajo coste.

• Adecuada rigidez a la flexión (para transportar).

• Bajo coeficiente de fricción (para favorecer la extracción).

• Adecuada resistencia a la tracción (para extracción).

• Resistencia a la abrasión y al desgaste (para ser duradero).

• Vida de fatiga adecuada (para longevidad).

• Disponible en tamaños personalizados (para cumplir con varios requisitos de diámetro de orificio).

• Resistencia a la corrosión natural (para resistir el pegamento de transferencia, agua pulverizada y lavado). • No tóxico (preferentemente conforme con el contacto con alimentos).

• Cierta ductilidad (para mantener la integridad durante un choque).

• Reciclabilidad (eliminación después de que se haya desgastado o roto).

• Los extremos pueden acomodar algunos medios para agarrarlos con seguridad (para la extracción).

• La superficie que se une con los medios de agarre no es más grande que el diámetro exterior del mandril (para permitir que mandriles de varias longitudes (anchuras de banda) funcionen en una sola rebobinadora).

• Rigidez radial prácticamente uniforme en toda su longitud, incluidos los extremos (para permitir que se ejecuten mandriles de varias longitudes (anchuras de banda) en una sola rebobinadora).

Idealmente, el mandril sería como un núcleo de cartón circular, tubular en cuanto a su rigidez radial y uniformidad de sección transversal, y sería similar en cuanto a su masa e inercia. Después, podría usarse para fabricar la misma gama de productos que se fabrican con núcleos. Y esto podría hacerse esencialmente en las mismas rebobinadoras que usan núcleos. Pero, ¿cómo se podría extraer con éxito un mandril de este tipo de un tronco bobinado?

2. Fiabilidad y velocidad de transferencia frente a extracción con mandril

Se recomienda pegamento de alta adhesividad en húmedo para transferencias de banda fiables a alta velocidad. Pero, el pegamento menos adhesivo es mejor para una extracción con mandril más fácil y limpia. Aunque estos dos intereses siempre pueden competir, haciendo que la transferencia funcione con pegamento de menor adhesividad, o la extracción funcione con pegamento de mayor adhesividad, producirían un área de convergencia donde se satisfacen ambos intereses.

Idealmente, se podría alcanzar la siguiente acomodación:

• El pegamento de transferencia tiene una adhesividad en húmedo lo suficientemente alta para transferencias fiables a alta velocidad de la banda.

• El pegamento de transferencia se libera lo suficientemente bien como para una fácil extracción, sin dañar el mandril ni el producto.

• El mandril está completamente limpio cuando se retira del tronco.

• Si el mandril no está completamente limpio, solo queda un residuo fino o una película de pegamento de transferencia (sin papel) y puede ignorarse o por el contrario limpiarse fácilmente, preferentemente con limpieza en seco, sin lavado.

• Si cualquier residuo de pegamento o película es demasiado grande para ignorarlo y no se puede limpiar fácilmente en seco, es soluble en agua, por lo que se puede limpiar cuando se humedece.

• El pegamento de transferencia es una nueva formulación de variedad comercial existente, no exótica.

• El pegamento de transferencia se puede aplicar mediante los métodos de aplicación existentes, como extrusión o embadurnamiento.

Sumario de la invención

El objeto de la invención es un método para formar material en banda bobinado de manera convolutiva de acuerdo con la reivindicación 1, que se basa en un novedoso mandril ligero, de baja inercia compuesto por una pared relativamente delgada, tubo de plástico flexible que se comporta como un núcleo de cartón. Además de ser flexible radialmente, como un núcleo, el mandril también es axialmente elástico, para facilitar la extracción del tronco o rollo de papel que está bobinado en el mandril. El objetivo de este mandril es reemplazar los núcleos de cartón en rebobinadoras nuevas y existentes que actualmente bobinan rollos de papel con núcleos. Los ejemplos de rebobinadoras de superficie de este tipo se describen en las patentes US 6,056,229, US 6.422.501, US 6.497.383, US 5.370.335, US 4.828.195 y US 7.104.494, que se concedieron a Paper Converting Machine Company. El mandril también se puede utilizar en otros modelos de rebobinadoras de superficie de este proveedor, tanto de funcionamiento continuo como de arranque-detención.

El mandril también se puede utilizar en rebobinadoras de superficie de otros proveedores, por ejemplo, y sin limitarse a, las rebobinadoras descritas en las Patentes US 5.150.848 (Consani), US 5.979.818 (Perini), US 6.945.491 (Gambini), US 7.175.126 (Futura), US 7.175.127 (plegable), US 8.181.897 (Chan Li) y otros.

El mandril también se puede utilizar en rebobinadoras de torreta o rebobinadoras centrales, tanto de funcionamiento continuo como de arranque-detención. Los ejemplos de rebobinadoras centrales de este tipo se describen en las patentes US 2.769.600, US 2.995.314, US 5.725.176 y US RE 28.353. El mandril también se puede utilizar en bobinadoras de torreta de otros proveedores.

El mandril también se puede utilizar en rebobinadoras de superficie central, tanto de funcionamiento continuo como de arranque-detención, por ejemplo, y sin limitarse a, las rebobinadoras descritas en las Patentes US 7.293.736, US 7.775.476 y US 7.942.363.

Alternativamente, el método inventivo también puede basarse en un novedoso mandril ligero, de baja inercia compuesto por un tubo de plástico de paredes relativamente gruesas, o varilla maciza, que pueden tener una alta rigidez radial, pero es axialmente elástico, para facilitar la retirada. El objetivo de este mandril es reemplazar los mandriles de bobinado relativamente rígidos en las rebobinadoras nuevas y existentes que fabrican productos sin núcleo con orificios. Un ejemplo de rebobinadora de superficie de este tipo es la realización sin núcleo descrita en la patente US 6.056.229. El mandril también se puede adaptar para su uso en rebobinadoras de superficie sin núcleo de otros proveedores, por ejemplo, y sin limitarse a, las rebobinadoras descritas en las Patentes IT 1.201.390, US 6.565.033, US 6.595.458, US 6.752.345 y US 2009/0272835 A1.

Cada uno de los mandriles novedosos anteriores se utiliza en una rebobinadora para formar un nuevo producto, en concreto, un rollo o tronco de papel bobinado que comprende el nuevo mandril y una banda de papel que se bobina de manera convolutiva alrededor del mandril. Opcional y preferentemente, la primera capa del papel bobinado de manera convolutiva se une adhesivamente al mandril, una etapa que se conoce como transferencia. Después de que el nuevo producto anterior salga de la rebobinadora, el mandril se retira o extrae del tronco tirando de uno o ambos extremos del mandril. El mandril retirado se puede reciclar, es decir, se recircula a la rebobinadora para su uso en la formación de otro tronco bobinando la banda de papel alrededor del mandril.

El propósito de la elasticidad axial de los dos nuevos mandriles es permitir que el mandril se alargue longitudinalmente durante la etapa de extraer el mandril del tronco de papel. El alargamiento longitudinal del mandril da como resultado una separación progresiva localizada del mandril del tronco, reduciendo en gran medida la fuerza de extracción máxima. Se cree que este efecto es más importante que la reducción del diámetro del mandril. El alargamiento longitudinal del mandril también da como resultado una reducción del diámetro del mandril, lo que facilita la retirada del mandril del tronco. La relación entre la cantidad de alargamiento longitudinal y la cantidad de reducción del diámetro depende del coeficiente de Poisson del material del mandril.

Como alternativa, que no entra dentro del alcance de la invención reivindicada, para bobinar el tronco en un mandril elástico y a continuación estirar el mandril para extraer el mandril, se puede presurizar un mandril elástico tubular antes o durante el bobinado para expandir el mandril y aumentar su diámetro y, si los extremos no están restringidos, disminuir su longitud. Después del bobinado, la presión se puede eliminar, dando como resultado una reducción del diámetro del mandril y un aumento de su longitud, lo que facilita la retirada del mandril. Este método también se puede utilizar estirando el mandril durante la extracción. Los métodos no son mutuamente excluyentes y ambos pueden emplearse para lograr una mayor reducción de la fuerza de extracción máxima conjuntamente que cualquiera de ellos solo.

Otro aspecto que no entra dentro del alcance de la invención reivindicada es un plato de mandril para sujetar uno o ambos extremos del mandril tubular anterior y retirar el mandril del tronco. El plato incluye un eje rígido subdimensionado que se inserta dentro del mandril tubular para proporcionar soporte interno. Los bloques móviles radialmente discretos están dispuestos alrededor del perímetro externo del tubo. Cuando los bloques se mueven contra el tubo, el tubo elástico se deforma en lóbulos entre los bloques. Los lóbulos son deformaciones leves que son de naturaleza temporal porque la tensión dentro del material del tubo está muy por debajo del límite de elasticidad del material.

Descripción de los dibujos

La invención se explicará junto con las realizaciones ilustrativas que se muestran en los dibujos adjuntos, en las que:

La figura 1 es una reproducción de la figura 2 de la patente de EE. UU. de la técnica anterior n.° 6.056.229 que ilustra una rebobinadora de superficie que bobina una banda de papel alrededor de un núcleo de cartón;

la figura 2 es una reproducción de la figura 3 de la patente de EE. UU. de la técnica anterior n.° 5.979.818 que ilustra otra rebobinadora de superficie que bobina una banda de papel alrededor de un núcleo de cartón;

la figura 3 es una ilustración de una rebobinadora central o rebobinadora de torreta de la técnica anterior que bobina una banda de papel alrededor de un núcleo de cartón;

la figura 4 es una vista en perspectiva, parcialmente despiezada, de un mandril tubular de plástico axialmente elástico, formado de acuerdo con la invención;

la figura 5 es una vista de extremo del mandril de la figura 4;

la figura 6 es una vista en perspectiva, parcialmente despiezada, de un mandril de plástico macizo axialmente elástico, formado de acuerdo con la invención;

la figura 7 es una vista de extremo del mandril de la figura 6;

la figura 8 ilustra la rebobinadora de superficie de la figura 1 bobinando una banda de papel alrededor de mandriles que se forman de acuerdo con la invención;

la figura 9 es una vista en perspectiva, parcialmente despiezada, de un rollo o tronco de papel bobinado de manera convolutiva alrededor del mandril de la figura 4;

la figura 10 es una vista en perspectiva, parcialmente despiezada, de un rollo o tronco de papel bobinado de manera convolutiva alrededor del mandril de la figura 6;

la figura 11 es una vista en perspectiva, parcialmente despiezada, del rollo o tronco de papel de la Figura 9 o 10 después de que se haya extraído el mandril del rollo o tronco;

la figura 12 es una vista desde arriba de un sujetador para enganchar un extremo de un mandril tubular;

la figura 13 es una vista en sección tomada a lo largo de la línea 13-13 de la figura 12;

la Figura 14 es una vista lateral en alzado y en sección del sujetador de la Figura 12 y un mandril tubular antes de que el mandril sea enganchado por el sujetador;

la Figura 15 es una vista similar a la de la Figura 14 después de que el mandril se enganche por el sujetador; la Figura 16 es una vista en sección similar a la Figura 13 que muestra el mandril enganchado por el sujetador; la figura 17 es una vista fragmentaria ampliada de una parte de la figura 16 que muestra el enganche del mandril por los bloques de sujeción del sujetador;

la figura 18 es una vista en alzado lateral, parcialmente despiezada, que muestra el sistema de accionamiento del sujetador;

las figuras 19 a 28 ilustran las etapas para extraer un mandril de un tronco;

la Figura 29 es una vista de extremo de la restricción periférica para un tronco bobinado en un mandril con las restricciones superior e inferior sin enganchar el tronco;

la Figura 30 es una vista similar a la Figura 29 con las restricciones superior e inferior que enganchan el tronco; la figura 31 es una vista similar a la figura 30 que muestra la restricción de la cara del extremo que engancha el extremo del tronco;

la Figura 32 ilustra una trayectoria de recirculación para mandriles que han sido extraídos de troncos;

la figura 33 es una vista de extremo de la trayectoria de recirculación de la figura 32;

la figura 34 es una vista en sección fragmentaria de un tronco bobinado y un mandril que muestra una tira axial de adhesivo o pegamento que une la primera capa de bobinado al mandril;

la Figura 35 es una vista superior de un aparato para aplicar una tira axial de adhesivo o pegamento a un mandril; la figura 36 es una vista de extremo del aparato de la figura 35;

la figura 37 es una vista fragmentaria de un aparato para hacer girar un tronco alrededor de un mandril estacionario que muestra los sujetadores y el rodillo superior desenganchados;

la figura 38 es una vista fragmentaria tomada generalmente a lo largo de la línea 38-38 de la figura 37;

la figura 39 es una vista similar a la figura 37 que muestra los sujetadores y el rodillo superior enganchados; la figura 40 es una vista de extremo tomada a lo largo de la línea 40-40 de la figura 39;

la Figura 41 ilustra el concepto de presurizar el mandril durante el bobinado, que no forma parte del alcance de la invención;

las Figuras 42-45 ilustran las fuerzas requeridas para soltar un mandril de un tronco bajo diversas condiciones; la figura 46 ilustra los puntos en una curva de tensión-deformación que se utilizan para calcular el módulo de tracción;

la Figura 47 ilustra el límite de elasticidad de HDPE en una curva de tensión-deformación; y

la Figura 48 es similar a la Figura 47 e identifica propiedades adicionales del HDPE.

Descripción de realizaciones específicas

Bobinado de la técnica anterior de rollos o troncos

La Figura 1 ilustra un método convencional y bien conocido de la técnica anterior de bobinado de una banda de papel alrededor de núcleos de cartón para formar rollos alargados o troncos de papel bobinado de manera convolutiva. El aparato ilustrado en la figura 1 es una rebobinadora de superficie, y los detalles de la estructura y el funcionamiento de la rebobinadora se describen en la patente de EE. UU. n.° 6.052.229.

Como se describe en la patente '229, la rebobinadora de la figura 1 incluye tres rollos de bobinado giratorios 25, 26 y 27 que giran en la dirección de las flechas para bobinar una banda W en un núcleo de cartón hueco C para formar un tronco L de papel bobinado de manera convolutiva, como papel higiénico o papel de cocina. El primer y segundo rollos de bobinado 25 y 26 también se denominan rollos de bobinado superior e inferior, y el tercer rollo de bobinado 27 también se denomina rollo guía. Una placa estacionaria 28 está montada debajo del primer rollo de bobinado 25 en sentido ascendente del segundo rollo de bobinado 26 y proporciona una superficie de rodadura para los núcleos. Antes de que el tronco esté completamente bobinado, un nuevo núcleo C1 se introduce en el canal entre el primer rollo de bobinado 25 y la superficie de rodadura 28 mediante un brazo de presión giratorio 29. Ya se han aplicado anillos circunferenciales de adhesivo al núcleo C1 de manera convencional. Alternativamente, el adhesivo se puede aplicar al núcleo en forma de una tira que se extiende longitudinalmente, que también es convencional. El brazo de presión 29 incluye una almohadilla de presión 30, y la rotación continua del brazo de presión hace que la almohadilla de presión presione la banda contra una barra de presión estacionaria 31 para cortar la banda a lo largo de una línea de perforación en la banda. El núcleo C1 es movido por el brazo de presión a lo largo de la superficie de rodadura 28 hasta una posición en la que es comprimido por el primer rollo de bobinado 25 y comienza a rodar sobre la superficie de rodadura. A medida que el núcleo C1 rueda sobre la superficie de rodadura 28, los anillos de adhesivo en el núcleo recogen la parte delantera de la banda cortada de modo que la banda comienza a bobinarse sobre el núcleo a medida que el núcleo rueda sobre la superficie de rodadura. La unión de la banda al núcleo se denomina transferencia. El extremo de la cola de la banda cortada continúa bobinándose en el tronco L. El núcleo C1 continúa rodando sobre la superficie de rodadura 28 y bobina la banda alrededor para formar un nuevo tronco. Cuando el núcleo C1 y el nuevo tronco llegan al segundo rollo de bobinado 26, el tronco se mueve a través del espacio de contacto (nip) entre el primer y el segundo rollos de bobinado 25 y 26 y finalmente entra en contacto con el tercer rollo de bobinado 27. Los tres rollos de bobinado 25-27 forman un nido de bobinado o soporte de bobinado para el tronco.

La Figura 2 ilustra otra rebobinadora de superficie de la técnica anterior que bobina una banda de papel alrededor de núcleos de cartón para formar rollos alargados o troncos de papel bobinado de manera convolutiva. Los detalles de la estructura y el funcionamiento de la rebobinadora de la figura 2 se describen en la patente de EE. UU. n.° 5.979.818.

La rebobinadora descrita en la patente '818 también incluye tres rollos de bobinado giratorios 33, 34 y 35 que giran en la dirección de las flechas para bobinar una banda N en un núcleo de cartón hueco A para formar un tronco L. Una superficie o pista curvada 36 se extiende por debajo del primer rollo de bobinado 33 hacia el segundo rollo de bobinado 34 y proporciona una superficie de rodadura. La superficie de rodadura 36 forma un canal 37 entre el primer rollo de bobinado y la superficie de rodadura. Antes de que el tronco L esté completamente bobinado, un nuevo núcleo A1 se introduce en el canal 37 mediante un transportador 38 y comienza a rodar sobre la superficie de rodadura 36. Una unidad giratoria 39 gira en el sentido de las agujas del reloj para hacer que una almohadilla de presión 40 presione la banda contra el primer rollo de bobinado 33, haciendo que la banda se rompa a lo largo de una línea de perforación. A medida que el núcleo A1 continúa rodando entre la superficie 36 y el primer rollo de bobinado 33, el adhesivo en el núcleo recoge la parte delantera de la banda cortada de modo que la banda comience a bobinarse en el núcleo para formar un nuevo tronco. El extremo de la cola de la banda cortada continúa bobinándose en el tronco L. Cuando el nuevo núcleo A1 y el nuevo tronco alcanzan el segundo rollo de bobinado 34, el tronco se mueve a través del espacio de contacto entre el primer y el segundo rollos de bobinado 33 y 34 y finalmente entra en contacto con el tercer rollo de bobinado 35, que también se llama rollo guía. De nuevo, los tres rollos de bobinado 33-35 forman un nido de bobinado o soporte de bobinado para el tronco.

Una superficie de rodadura como la superficie de rodadura 28 de la Figura 1 y la superficie de rodadura 36 de la Figura 2 que forma con el primer rollo de bobinado o superior un canal para insertar el núcleo se ha vuelto común en la industria de conversión de toallas y papel tisú de tamaño de consumo y es practicada por muchos proveedores de rebobinadoras. El uso de esta superficie de rodadura hace que la rotación del núcleo se acelere en dos etapas abruptas. La primera etapa tiene lugar entre el primer rollo de bobinado y la superficie de rodadura inmediatamente después de la inserción del núcleo en el canal. La segunda etapa tiene lugar entre el primer y el segundo rollo de bobinado, cuando el tronco rueda desde el extremo de la superficie de rodadura hacia el espacio de contacto formado por los rollos de bobinado. Los núcleos se empujan en el canal con solo una ligera, si es la hubiera, velocidad rotacional. En la primera etapa, el primer rollo de bobinado y la superficie de rodadura aceleran bruscamente las velocidades de rotación y traslación del núcleo. El primer rollo de bobinado impulsa el núcleo a lo largo de la superficie de rodadura sustancialmente a la mitad de la velocidad de la banda. En la segunda etapa, cuando el núcleo rueda en el espacio de contacto entre los dos rollos de bobinado, inmediatamente pierde la mayor parte de su velocidad de traslación, que se convierte abruptamente en velocidad de rotación adicional por los rollos giratorios. El primer rollo gira a la velocidad de alimentación de la banda y el segundo gira un poco más lento para que el núcleo se mueva a través del espacio de contacto.

La dimensión del canal entre la superficie de rodadura y el primer rollo de bobinado es menor que la dimensión del núcleo, de modo que el núcleo se comprime a medida que rueda. Se requiere la compresión del núcleo en el canal para acelerar abruptamente el núcleo y para conducir el núcleo a lo largo de la superficie de rodadura. La dimensión del espacio de contacto entre el primer y el segundo rollo de bobinado es menor que el diámetro del núcleo y los bobinados iniciales de papel, por lo que el núcleo se comprime al pasar por el espacio de contacto. Se requiere la compresión del núcleo en el espacio de contacto para acelerar abruptamente la rotación del núcleo y controlar su movimiento a través del espacio de contacto.

Los núcleos de cartón que se utilizan con las rebobinadoras de las Figuras 1 y 2 se adaptan radialmente y se pueden comprimir elásticamente, de modo que el núcleo se puede comprimir cuando rueda sobre la superficie de rodadura y cuando pasa a través del espacio de contacto. Como se ha expuesto anteriormente, las rebobinadoras sin núcleo que utilizan mandriles rígidos deben adaptarse a la rigidez radial de los mandriles de modo que los mandriles puedan rodar sobre la superficie de rodadura y pasar a través del espacio de contacto sin comprimirse.

La figura 3 ilustra otro método convencional y bien conocido de la técnica anterior de bobinado de una banda de papel alrededor de núcleos de cartón para formar rollos alargados o troncos de papel bobinado de manera convolutiva. El aparato ilustrado en la Figura 3 es una rebobinadora central o rebobinadora de torreta vendida por Paper Converting Machine Company ("PCMC") con el nombre Centrum.

La rebobinadora central de la figura 3 incluye una torreta giratoria 45 en la que están montados seis mandriles 46. En una rebobinadora central, el término "mandril" se refiere a una varilla maciza sobre la que se puede insertar un núcleo de cartón convencional. Se aplican anillos circunferenciales de adhesivo al núcleo, y se une adhesivamente al núcleo una banda de papel W. El mandril sobre el que está montado el núcleo es accionado de forma giratoria para bobinar el papel sobre el núcleo, y la torreta gira para mover el mandril y el núcleo a una posición en la que el rollo bobinado o tronco se retira del mandril.

Mandriles novedosos para reemplazar núcleos

Las Figuras 4 y 6 ilustran mandriles alargados 60 y 61 novedosos que se pueden usar en lugar de los núcleos de cartón que se han descrito con respecto a las rebobinadoras de la técnica anterior de las Figuras 1-3 o en lugar de los mandriles rígidos descritos con respecto a las rebobinadoras sin núcleo de la técnica anterior. Cada uno de los mandriles incluye un eje longitudinal x y está formado por un material flexible y axialmente elástico que se describirá en detalle a continuación. El mandril 60 de la Figura 4 es un tubo de pared relativamente delgada y tiene un diámetro exterior OD, un diámetro interior ID y un espesor de pared t. El mandril 61 de la figura 6 es una varilla maciza y tiene un diámetro D. Alternativamente, el mandril podría ser un tubo de paredes relativamente gruesas o una varilla con una abertura de pequeño diámetro. El material flexible y axialmente elástico de los mandriles 60 y 61 contrasta con el material de los mandriles de la técnica anterior.

Materiales de mandril de la técnica anterior frente a nuevos materiales de mandril

Las rebobinadoras sin núcleo del estado de la técnica utilizan mandriles relativamente rígidos. Abundan las alternativas materiales, pero las selecciones generalmente se hacen de una de las siguientes dos categorías: aleaciones metálicas (aluminio, titanio, acero, etc.) y materiales compuestos poliméricos reforzados con fibra (generalmente vidrio, fibras de carbono o aramida en una matriz de resina termoendurecible de poliéster o epoxi). Los mandriles se construyen con varias combinaciones de estos materiales de alto módulo, de alta resistencia porque deben ser muy fuertes para resistir las altas fuerzas a las que están sometidos durante los repetidos casos de extracción de troncos, sin sufrir daños.

Las propiedades mecánicas de los materiales están sometidas a una amplia variación según el contenido de aleación, procesamiento, grado de fibra, ángulos de envoltura, curado, etc. Sin embargo, la Tabla 1 ilustra las propiedades típicas de algunas aleaciones metálicas comúnmente disponibles y materiales compuestos poliméricos reforzados con fibra.

Las aleaciones metálicas y los materiales compuestos poliméricos reforzados con fibra se caracterizan por un módulo elástico y un límite elástico relativamente altos. Los materiales compuestos poliméricos reforzados con fibra se diferencian por su menor densidad de masa, lo que les otorga una alta relación resistencia-peso.

A diferencia de los materiales utilizados para fabricar los mandriles relativamente rígidos de la técnica anterior, hay otra categoría de material, caracterizada por una menor rigidez, menor resistencia y menor coste, que se puede utilizar para hacer un mandril elástico novedoso. A menudo se denominan como plásticos de ingeniería o comerciales y son polímeros termoplásticos. La siguiente información proviene de las entradas plástico de ingeniería, plásticos comerciales, termoplástico, y polietileno en Wikipedia.

Los plásticos de ingeniería son un grupo de materiales plásticos que presentan propiedades mecánicas y térmicas superiores en una amplia gama de condiciones más allá de los plásticos básicos de uso más común. El término generalmente se refiere a materiales termoplásticos en lugar de termoendurecibles. Los plásticos de ingeniería se utilizan para piezas en lugar de contenedores y embalajes. Ejemplos de plásticos de ingeniería:

Polietileno de peso molecular ultra alto (UHMWPE)

Politetrafluoroetileno (PTFE/T eflón)

Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS)

Policarbonatos (PC)

Poliamidas (PA/nailon)

Tereftalato de polibutileno (PBT)

Tereftalato de polietileno (PET)

Óxido de polipropileno (PPO)

Polisulfona ^{( P s U )}

Polietercetona (PEK)

Polieteretercetona (PEEK)

Poliimidas (PI)

Sulfuro de polifenileno (PPS)

Polioximetileno (POM/Acetal)

Los plásticos básicos son plásticos que se utilizan en grandes volúmenes y en una amplia gama de aplicaciones, como film para embalaje, cinta fotográfica y magnética, contenedores de bebidas y de basura y una variedad de productos para el hogar donde las propiedades mecánicas y los entornos de servicio no son críticos. Dichos plásticos presentan propiedades mecánicas relativamente bajas y son de bajo coste. La gama de productos incluye placas, tazas, bandejas de transporte, bandejas médicas, recipientes, bandejas de siembra, material impreso y otros artículos desechables. Ejemplos de plásticos comerciales:

Polietileno (PE)

Polietileno de baja densidad (LDPE)

Polietileno de densidad media (MDPE)

Polietileno de alta densidad (HDPE)

Polipropileno (PP)

Poliestireno ^{( P s )}

Cloruro de polivinilo (PVC

Metacrilato de polimetilo (PMMA)

Tereftalato de polietileno (PET)

La distinción entre plásticos de ingeniería y comerciales es informal. La distinción entre ellos, sin embargo, no es importante para esta discusión. El punto importante es que sus propiedades materiales son marcadamente diferentes de las aleaciones metálicas y los materiales compuestos poliméricos reforzados con fibra.

Los termoplásticos abarcan una amplia gama de materiales con propiedades extraordinariamente diversas. Algunos son frágiles, algunos son duros. Algunos son rígidos, algunos son flexibles. Algunos son duros, algunos son suaves. Algunos son de espuma. Algunos son tipo caucho. Pero, independientemente de la naturaleza exacta de los polímeros termoplásticos específicos, estos son, como categoría, marcadamente diferentes de las aleaciones metálicas y los materiales compuestos poliméricos reforzados con fibra. A diferencia de los materiales compuestos que son heterogéneos debido a la fibra en la matriz, los materiales termoplásticos son homogéneos.

Las propiedades mecánicas de los plásticos están sujetas a una amplia variación en función de los aditivos y los métodos de procesamiento. Sin embargo, la Tabla 2 ilustra las propiedades típicas de algunos polímeros termoplásticos comúnmente disponibles.

Estos materiales se caracterizan por un módulo elástico relativamente bajo, límite elástico y densidad de masa. Los valores del coeficiente de Poisson son relativamente altos.

Los valores enumerados para el cloruro de polivinilo son la especificación para tubería de PVC, también conocido como PVC rígido. Los valores indicados para polipropileno, policarbonato, nailon y polietileno de alta densidad son valores medios para los grados de extrusión.

De los muchos polímeros termoplásticos disponibles, hay un subconjunto que es adecuado para su uso como material flexible y axialmente elástico. No existe un nombre científico ni comercialmente aceptado para esta categoría. Es una categoría novedosa y no se ha utilizado para bobinar mandriles en rebobinadoras sin núcleo. La definición de los atributos y gama de propiedades que muestran qué materiales se encuentran en esta categoría es objeto de la invención y se explicará en detalle. Si bien muchos atributos juegan un papel, las propiedades más importantes son las enumeradas en el gráfico.

De las propiedades enumeradas en el gráfico, la más importante es el límite elástico a la tracción dividido por el módulo elástico, porque indica la idoneidad del material del mandril para los medios de extracción novedosos que también forman parte de esta invención. No se usa comúnmente para especificar materiales, por lo que se proporciona una explicación detallada en la siguiente sección.

Propiedades mecánicas de los materiales del mandril

El módulo elástico a veces se denomina módulo de elasticidad o módulo de Young. Su valor es la pendiente de la curva tensión-deformación en la región elástica. Esta relación es la Ley de Hooke.

E = o / £

E es el módulo elástico.

o es la tensión de tracción.

£ es la deformación axial.

La curva tensión-deformación de una aleación de aluminio se ilustra en la página 148 de The Science and Engineering of Materials, 2a Edición, por Donald R. Askeland, 1989, por PWS-KENT Publishing Company. ISBN 0-534-91657--0. El módulo elástico se indica como la pendiente de la curva en la región elástica, es decir, entre carga cero (y deformación) y el límite elástico. Si un material se carga a un valor de tensión inferior al límite elástico, volverá aproximadamente a su longitud original. El límite elástico de este material corresponde a una deformación de 0,0089 cm/cm (0,0035 in/in). Entonces, otra forma de expresar la limitación de rendimiento es que si el material se deforma menos del 0,35 %, volverá aproximadamente a su longitud original. Si se tensa (estira) a una longitud mayor, se deformará plásticamente y no volverá a su longitud original. Un objetivo para cualquier mandril en una rebobinadora es que no se deforme permanentemente, sino más bien volver a la misma longitud y forma y así ser reutilizable para muchos ciclos.

El módulo elástico es una indicación de la rigidez de un material. Cuanto mayor sea el valor del módulo, mayor será su resistencia al alargamiento. Las curvas abreviadas de tensión-deformación para acero y aluminio se muestran en la página 153 de The Science and Engineering of Materials, 2a Edición, por Donald R. Askeland, 1989, por PWS-KENT Publishing Company. ISBN 0-534-91657--0. La curva del acero tiene una pendiente más pronunciada y, por lo tanto, un valor de módulo más alto.

Las Tablas 1 y 2, que resumen las propiedades típicas de los materiales, han calculado valores en la fila inferior que se identifican como límite elástico a la tracción dividido por el módulo elástico. Se obtienen al dividir el límite elástico por el módulo elástico, en un reordenamiento de la Ley de Hooke.

£⁰ = Sy / e

E es el módulo elástico.

Sy es el límite elástico.

El límite elástico a la tracción dividido por los valores del módulo elástico para las aleaciones metálicas es relativamente bajo. Los valores para los materiales compuestos poliméricos reforzados con fibra también son generalmente bajos, aunque se pueden manipular más alto alterando el grado de fibra, ángulos de envoltura, relación fibra-matriz, etc. No obstante, está claro que los valores para los polímeros termoplásticos son relativamente altos. Cuanto mayor sea este valor, más se puede alargar el material sin deformación permanente, por lo que los materiales con valores más altos están predispuestos a funcionar mejor como mandriles axialmente elásticos.

Propiedades preferidas del mandril

Se pueden usar varios polímeros termoplásticos como mandriles de bobinado. Algunos funcionarán mejor que otros. Reducir la selección a las mejores alternativas requiere cierta perspicacia.

El LDPE es atractivo debido a su alto valor de límite elástico a la tracción dividido por el módulo elástico. Su módulo elástico es tan bajo que un mandril de paredes delgadas, con diámetro exterior típico, que sea lo suficientemente largo para usar en una rebobinadora de anchura de producción, puede ser endeble. No obstante, puede funcionar muy bien en una máquina estrecha, o con consideraciones especiales de diseño para adaptarse a su flexibilidad, o para mandriles de gran diámetro. La temperatura de transición vítrea muy baja indica que es extremadamente resistente.

Es posible que el tubo de PVC se haya utilizado como mandril de bobinado en rebobinadoras de arranque-detención y se sabe que se usó como mandril de bobinado para fabricar troncos sin núcleo en al menos una rebobinadora de funcionamiento continuo. El PVC rígido no es adecuado para su uso como mandril axialmente elástico, sin embargo, debido a su bajo límite elástico a la tracción dividido por el valor del módulo elástico. Y no se puede utilizar como mandril flexible radialmente elástico debido a su naturaleza frágil, como lo indica la alta temperatura de transición vítrea y la estructura amorfa. Su densidad relativamente alta también es un inconveniente.

El nailon es superior al PVC rígido en términos de límite elástico a la tracción dividida por el módulo elástico y su densidad. Pero, no es lo suficientemente flexible para ser un mandril radialmente elástico, como lo indica su alta temperatura de transición vítrea.

El policarbonato es un termoplástico inusual en el sentido de que muestra una buena tenacidad a pesar de que es amorfo y tiene una temperatura de transición vítrea muy alta. Tiene un alto valor para el límite elástico a la tracción dividido por el módulo elástico y un valor razonable para la densidad de masa. En sus formas más comunes no es lo suficientemente flexible para ser un mandril radialmente elástico, como lo indica su temperatura de transición vítrea; pero, si se pueden añadir plastificantes para bajar su temperatura de transición vítrea, sin afectar adversamente su fuerza y otras propiedades atractivas, demasiado, puede ser viable para un mandril elástico.

El polipropileno y el HDPE tienen altos valores de límite elástico a la tracción dividido por el módulo elástico, buena tenacidad y baja densidad. También tienen buenos valores de rigidez y resistencia. La temperatura de transición vítrea más baja del HDPE indica que es extremadamente resistente y tiene buena flexibilidad.

Aunque el HDPE es la realización preferida por las razones que se mencionan en este caso y se explican en profundidad en las siguientes secciones, también se pueden utilizar otros materiales, tanto los existentes como los que aún no se han inventado ni descubierto, que presenten un comportamiento similar.

Basándose en lo anterior, los mandriles de baja inercia, amoldables, axialmente elásticos, que se forman de acuerdo con la invención tienen ventajosamente las siguientes propiedades físicas:

• Límite elástico a la tracción dividido por el módulo elástico (%): superior a 1,5, preferentemente superior a 2,0, más preferentemente superior a 2,5.

• Temperatura de transición vítrea (°C(°F)): menor que 15,55 (60), preferentemente menor que 4,44 (40), más preferentemente menor que 0.

• Densidad de masa (g/cc): menor que 1,50, preferentemente menor que 1,25, más preferentemente menor que 1,00.

• Módulo elástico de tracción (MPa (psi)): menor que 13.789,5 (2.000.000), preferentemente menor que 6894,75 (1.000.000), más preferentemente menor que 3447,38 (500.000).

• Limite elástico a la tracción (MPa (psi)): menor que 344,7 (50.000), preferentemente menor que 172,37 (25.000), más preferentemente menor que 103,42 (15.000).

• Estructura (% de Cristalinidad): superior a 25, preferentemente superior a 50, más preferentemente superior a 75.

• Coeficiente de Poisson: superior a 0,30, preferentemente superior a 0,35, más preferentemente superior a 0,40.

Material preferido para mandriles

El HDPE es el material elegido para la realización preferida. Aunque se podrían usar otros plásticos de ingeniería o comerciales, y la mayoría de ellos comparten al menos algunas de estas ventajas, el HDPE tiene la mejor combinación general de ventajas y beneficios, enumerados a continuación.

• Relativamente económico.

• Fácilmente disponible en todo el mundo.

• Experiencia ampliamente disponible para extrusión, moldeo y formación.

• Puede trabajarse en frío y/o en caliente después de la formación inicial.

• Se puede fusionar con calor con juntas tan fuertes como el material base.

• Excelente resistencia a la corrosión.

• Excelente resistencia química.

• Buena resistencia al impacto.

• Buena resistencia a la fatiga.

• Aprobado por la FDA para contacto con alimentos.

• Fácilmente reciclable (plástico n.° 2).

• Bajo coeficiente de fricción.

• Baja densidad de masa.

• Buena resistencia a la abrasión y al desgaste.

• Resistencia a la tracción adecuada.

• Módulo de elasticidad a la flexión adecuado.

• Buen módulo de elasticidad a la tracción.

• Disponible extruido a tamaños personalizados.

• Buena tenacidad-mezcla de resistencia y ductilidad adecuadas.

Forma recomendada de mandril

El HDPE se puede extruir para tener la misma sección transversal circular, tubular, uniforme como un núcleo de cartón convencional. Dichos tubos tienen una rigidez radial muy similar a los equivalentes del núcleo, lo cual es deseable para un reemplazo de núcleo. Sin embargo, el tubo de HDPE puede tener una pared más gruesa, tener una mayor área de sección transversal para soportar la carga de tracción, manteniendo así la tensión máxima más baja y presentando aún una rigidez radial similar a la de un núcleo de cartón con un diámetro exterior proporcionado.

Aunque la densidad de HDPE es más alta que la placa central típica, por lo que la masa y la inercia polar de los tubos de plástico es mayor, todavía son mucho más bajos y mucho más cercanos a un equivalente central, que los mandriles rígidos. Véase la Tabla 3 para ver una comparación de los núcleos de cartón típicos con los tubos de HDPE. La tabla incluye valores para aleaciones de aluminio típicas, aleación de acero, material compuesto de polímero reforzado con fibra de carbono, material compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio y tubos de cloruro de polivinilo. Estos valores son los mejores porque son para tubos circulares simples de sección transversal uniforme y no incluyen la masa de las características de los extremos de los tubos que se utilizan para cooperar con un medio de agarre.

Tabla 3

Algunas de las numerosas ventajas de utilizar como mandriles tubos de plástico flexibles de paredes delgadas que se comportan de manera muy similar a los núcleos de cartón se enumeran a continuación:

• Los mandriles ligeros y flexibles no causan daños catastróficos a la máquina durante choques a altas velocidades como lo hacen los mandriles rígidos.

• Los mandriles pueden ser doblados, arrugados y aplastados durante un choque a alta velocidad o una explosión de banda, pero no se rompen ni se astillan en pedazos pequeños. Casi siempre el mandril sigue siendo una sola pieza grande, por lo que es fácil de eliminar, no representa ningún peligro para el operario y no deja residuos que puedan entrar en productos posteriores.

• Los mandriles ligeros y flexibles no requieren revestimientos de caucho costosos y que se dañen fácilmente en los rollos de nido del bobinado y los dedos del soporte. En su lugar, como con los núcleos, la elasticidad está en el tubo.

• Se puede utilizar en rebobinadoras que también fabrican productos con núcleos, con solo modificaciones menores a las rebobinadoras necesarias para lograr esto. Esto ofrece los siguientes beneficios y soluciona los principales obstáculos para hacer que el rebobinado sin núcleo sea económico.

- Tiene un coste de capital y requisitos de espacio similares a las máquinas que funcionan con núcleos. - Tiene costes operativos (consumibles y mantenimiento) similares a las máquinas que funcionan con núcleos. - Requiere capacitación del operario y un nivel de habilidad similar al de las máquinas que funcionan con núcleos.

- Puede funcionar de forma fiable a alta velocidad de la banda y frecuencia de ciclo.

- Se puede cambiar rápida y fácilmente entre la producción con y sin núcleos.

• Los mandriles de baja masa e inercia polar ofrecen un buen control a altas velocidades de la banda.

• Los mandriles ligeros y flexibles amplían la ventana operativa de las bobinadoras de superficie sin núcleo para incluir productos bobinados holgadamente de baja firmeza que nunca antes habían sido posibles en bobinadoras de superficie sin núcleo.

• Su geometría de tubo simple permite el uso de guías de posición de núcleo estándar, es decir, tapones de núcleo inactivo que se insertan en los extremos de un núcleo para mantener su posición axial durante el bobinado (igual que se usa con los núcleos).

• Debido al bajo coeficiente de fricción y la buena característica de liberación del HDPE, los mandriles son autolimpiantes con muchos códigos de pegamento de transferencia, por lo que no es necesario un lavado periódico.

• Si se requiere un lavado periódico para un pegamento de transferencia elegido, el lavado es muy simple porque (a) el HDPE no se corroe, y (b) su construcción de una sola pieza de sección transversal constante no tiene salientes ni costuras para atrapar agua.

• Los mandriles son económicos.

• Los mandriles se pueden extruir de forma personalizada al diámetro y espesor de pared especificados. Por lo tanto, la pared del tubo se puede definir de acuerdo con las necesidades del proceso y el diámetro exterior del tubo se puede ajustar si es necesario para cumplir con la solicitud del cliente.

• Los mandriles tienen una excelente resistencia a la corrosión.

• Los mandriles tienen una excelente resistencia química.

• Los mandriles tienen buena resistencia al impacto.

• Los mandriles tienen buena resistencia a la fatiga.

• Los mandriles están aprobados por la FDA para contacto con alimentos.

• Los mandriles son fácilmente reciclables (plástico n.° 2). Son especialmente fáciles de reciclar porque no tienen componentes de materiales diferentes (inserciones de metal, etc.) para ser desarmado o eliminados.

• Los mandriles tienen un bajo coeficiente de fricción.

• Los mandriles tienen buena resistencia a la abrasión y al desgaste.

Puede parecer que los mandriles serían demasiado débiles, dado su bajo límite elástico a la tracción. Pero, tienen un coeficiente de fricción muy bajo y las fuerzas de la tira para BRT (papel higiénico) de grado de consumo (firmeza baja) y grado comercial (firmeza media) son bastante bajas. Las fuerzas de la tira solo aumentan cuando aumenta la firmeza del tronco (rigidez de bobinado).

Los grados comerciales y de consumo típicos de BRT bobinados en un tubo de HDPE de 4,3 cm (1,70 pulgadas) de OD x 0,09 cm (0,036 pulgadas) de pared x 289,56 cm (114 pulgadas) de largo requieren entre 30 y 350 libras de fuerza para la extracción con mandril de un tronco bobinado de una banda de 266,70 cm (105 pulgadas) de anchura. La fuerza de extracción varía mucho en función de la rigidez de bobinado, tiempo de secado del pegamento de transferencia, coeficiente de fricción del sustrato sobre HDPE, y otros factores. No obstante, la tensión de tracción inducida por 158,75 kg (350 libras) es de solo 12,8 MPa (1863 psi), que está muy por debajo del límite elástico a la tracción de 27,6 MPa (4.000 psi). El factor de seguridad es 4.000/1.863 = 2,1. Este es un buen factor de seguridad, como se explicará más adelante.

Hasta ahora esto se ve bien. Pero, se pone aún mejor. Como se explicará en secciones posteriores, el uso de un mandril elástico radial y axialmente, por ejemplo de HDPE, ofrece más ventajas.

Formación de rollos sin núcleo con mandriles elásticos

La figura 8 ilustra la rebobinadora de superficie de la técnica anterior de la figura 1, pero en lugar de utilizar núcleos de cartón, la banda de papel se bobina en mandriles 64 axialmente elásticos ligeros, de baja inercia, flexibles radialmente, que se forman de acuerdo con la invención, por ejemplo, el mandril tubular 60 de la figura 4. En la figura 8, los mandriles 64 se utilizan para bobinar troncos o rollos de papel L de la misma manera que los núcleos de cartón que se describen en la patente número 6.056.229.

La figura 8 ilustra una banda de papel W que forma un primer tronco L que se bobina en un primer mandril 64 entre los segundo y tercer rollos de bobinado 26 y 27. Antes de que el tronco L esté completamente bobinado, un nuevo mandril 64a se introduce en el canal entre el primer rollo de bobinado 25 y la superficie de rodadura 28 mediante el brazo de presión giratorio 29. Ya se ha aplicado una tira lineal de pegamento de transferencia o adhesivo al mandril 64a de la manera convencional. Alternativamente, los anillos circunferenciales de adhesivo se pueden aplicar de la manera convencional. La rotación continua del brazo de presión 29 hace que la almohadilla de presión 30 presione la banda contra la barra de presión estacionaria 31 para cortar la banda a lo largo de una línea de perforación en la banda. El mandril 64a es movido por el brazo de presión a lo largo de la superficie de rodadura 28 a una posición en la que el mandril de baja inercia y flexible radialmente es comprimido y acelerado por el primer rollo de bobinado 25 y comienza a rodar sobre la superficie de rodadura en aproximadamente la mitad de la velocidad de banda. A medida que el mandril 64a rueda sobre la superficie de rodadura 28, el adhesivo en el mandril recoge la parte delantera de la banda cortada de manera que la banda comienza a bobinarse sobre el mandril cuando el mandril rueda sobre la superficie de rodadura. El extremo de la cola de la banda cortada continúa bobinándose sobre el tronco L. El mandril 64a continúa rodando sobre la superficie de rodadura 28 y bobina la banda alrededor para formar un nuevo tronco. Cuando el mandril 64a y el nuevo tronco alcanzan el espacio de contacto entre el primer y el segundo rollo de bobinado 25 y 26, el mandril de baja inercia, radialmente flexible, se comprime y acelera a medida que el tronco se mueve a través del espacio de contacto de manera similar a un núcleo de cartón. El método de bobinado completo se describe en la Patente N.° 6.056.229.

Los mandriles 64 también se pueden usar en lugar de núcleos de cartón en las rebobinadoras de la técnica anterior que se ilustran en las Figuras 2 y 3, así como otras rebobinadoras que bobinan una banda de papel en un núcleo de cartón. En cada caso, la rebobinadora puede bobinar el papel en los mandriles de la misma manera que la rebobinadora bobina el papel en los mandriles de cartón.

El mandril macizo 61 axialmente elástico de la figura 6, o una versión de paredes gruesas axialmente elástica del mandril tubular 60 que es radialmente rígido, puede usarse para bobinar troncos o rollos L de papel sin núcleo de la misma manera que los mandriles rígidos que se describen en la patente US 6.056.229 con la misma transferencia y bobinado representados en las figuras 13 y 14 de esa patente.

La Figura 9 ilustra un tronco 66 de papel que ha sido bobinado de manera convolutiva en un mandril tubular 60 por cualquiera de las rebobinadoras que se han descrito en el presente documento. De manera similar, la figura 10 ilustra un tronco 67 de papel que se ha bobinado de manera convolutiva en un mandril macizo 61 mediante una rebobinadora de este tipo. En cada caso, el mandril preferentemente se extiende más allá de uno o ambos extremos del tronco de papel de modo que el mandril pueda extraerse o retirarse del tronco sujetando uno o ambos extremos del mandril. La Figura 11 ilustra el tronco 66, 67 de la Figura 9 o la Figura 10 después de que se haya retirado el mandril. Una abertura central 68 que se extiende axialmente se extiende a través del tronco.

Extracción del mandril

La fuerza para extraer un mandril rígido de un tronco (o empujar un tronco fuera de un mandril rígido) es lineal con respecto a la longitud del enganche mandril-tronco después de que se establece el movimiento relativo. La fuerza para iniciar el movimiento relativo es en realidad mucho mayor, entonces el gráfico del perfil de fuerza tiene etapas.

Los siguientes valores se proporcionan como un ejemplo para ilustrar el punto. Las fuerzas de extracción medidas variarán mucho dependiendo de la rigidez de bobinado, tiempo de secado del pegamento de transferencia, coeficiente de fricción del sustrato sobre la superficie del mandril y otros factores. Las mediciones de la fuerza requerida para decapar troncos se registraron en la máquina sin núcleo PCMC descrita en la patente de EE. UU. n.° 6.056.229. El producto fue un papel higiénico bobinado apretado, muy denso. La longitud del tronco (anchura de banda) era de 2,54 cm (1,00 pulgadas). El mandril fue del tipo rígido, hecho de tubo de acero aleado, con diámetro exterior de 1,74 cm (0,688 pulgadas).

La fuerza para soltar el tronco del mandril, iniciando el movimiento relativo, fue de alrededor de 526,1 kg (1.160 libras). Este nivel de fuerza fue de muy breve duración, presentando el aspecto de un pico ascendente en el gráfico. La fuerza cayó inmediatamente a 136 kg (300 libras), que era el nivel para mantener el movimiento relativo con 254 cm (100 pulgadas) de enganche mandril-tronco. La fuerza disminuyó linealmente a medida que el mandril se retiraba hasta que llegó a cero en el momento en que el extremo del mandril salió del tronco (sin enganche entre mandril y tronco). La figura 42 muestra la fuerza del accionador frente a la posición del accionador para este caso de mandriles rígidos. Los productos bobinados menos apretadamente requieren menos fuerza de pelado y, por lo tanto, tienen valores de fuerza más bajos en sus gráficos, pero la forma general de sus gráficos es la misma.

La fuerza de separación es muy alta en relación con la fuerza de pelado. Es 3,87 veces más grande. La fuerza de pelado, después de que el movimiento relativo esté en marcha, es solo el 26 % de la fuerza de separación. Cuando se utilizan mandriles rígidos, los mandriles, el hardware de pelado (o extracción), el tren impulsor del accionador y el accionador deben estar diseñados para acomodar la fuerza inicial muy alta para iniciar el movimiento relativo. Sin embargo, cuando se utilizan mandriles elásticos, la fuerza máxima se puede reducir considerablemente. En lugar de soltarse del mandril de una sola vez, como con mandriles rígidos, los mandriles elásticos se sueltan progresiva y suavemente a medida que se estiran dentro del tronco. Los mandriles se pueden estirar de esta manera, debido a sus valores de módulo elástico relativamente bajos. Y debido a que la fuerza máxima es mucho menor, la tensión máxima es mucho menor, por lo que los mandriles de plástico de resistencia relativamente baja son lo suficientemente fuertes.

La Figura 43 muestra el caso de un mandril axialmente elástico que está siendo retirado del mismo producto descrito con respecto a la Figura 42. El gráfico asume el mismo coeficiente de fricción, aunque el valor para HDPE podría ser menor. Muestra el caso del mandril que se tira de un solo extremo, donde el alargamiento del mandril hace que se libere progresiva y suavemente sobre la mitad de la longitud del tronco antes de que la otra mitad se libere repentinamente. La altura de la espiga por encima de la fuerza de pelado de 136 kg (300 libras) se reduce a la mitad, de 526,1 kg (1.160 libras) a 331,12 kg (730 libras).

Si la fuerza máxima de 331,12 kg (730 libras) es aceptable para la sección transversal del mandril, porque la tensión de tracción inducida es lo suficientemente baja en relación con el límite elástico del material, entonces se puede utilizar este simple método de tracción.

Si, sin embargo, la fuerza máxima reducida sigue siendo demasiado grande, entonces se puede añadir un accionador para empujar el otro extremo del mandril. La figura 44 muestra el caso de un mandril axialmente elástico que está siendo retirado del mismo producto. El gráfico asume el mismo coeficiente de fricción, aunque el valor para HDPE podría ser menor. Muestra el caso del mandril que está siendo tirado únicamente de un extremo hasta que el alargamiento del mandril haya hecho que se libere progresiva y suavemente en casi la mitad del tronco. Después, antes de que la otra mitad se libere de repente, un accionador en el otro extremo del mandril comienza a empujar el mandril en la misma dirección. La otra mitad del mandril todavía se suelta repentinamente, pero la carga se comparte casi por igual entre los dos accionadores. Esto se puede asegurar sincronizando el accionador de empuje para que se mueva cuando el accionador de tracción se acerque a una distancia de recorrido preestablecida o a un nivel de par preestablecido, ambos conocidos debido a las señales de retroalimentación electrónica. Por tanto, la altura de la espiga por encima de la fuerza de pelado de 136 kg (300 libras) se reduce en tres cuartos, de 526,1 kg (1.160 libras) a 331,12 kg (515 libras). Si la fuerza máxima de 331,12 kg (515 libras) es aceptable para la sección transversal del mandril, porque la tensión de tracción inducida es lo suficientemente baja en relación con el límite elástico del material, entonces se puede utilizar este método de tirar y empujar.

Si, sin embargo, la fuerza máxima reducida sigue siendo demasiado grande, entonces se puede añadir un accionador para tirar del otro extremo del mandril. La figura 45 muestra el caso de un mandril axialmente elástico que está siendo retirado del mismo producto. El gráfico asume el mismo coeficiente de fricción, aunque el valor para HDPE podría ser menor. Muestra el caso del mandril que está siendo tirado de ambos extremos hasta que el alargamiento del mandril haya hecho que se libere progresiva y suavemente en la longitud total del tronco, para que ningún segmento se suelte de repente. La carga se comparte casi por igual entre los dos accionadores. Después de que toda la longitud del mandril esté en movimiento con respecto al tronco, el segundo tirador invierte la dirección y se suelta antes de tocar la cara del tronco. Esta secuencia se puede programar y controlar con precisión porque ambos accionadores tienen control de servomovimiento con señales de retroalimentación electrónica. Por lo tanto, se puede eliminar el pico por encima de la fuerza de pelado de 136 kg (300 libras).

Si la fuerza máxima de 136 kg (300 libras) es aceptable para la sección transversal del mandril, porque la tensión de tracción inducida es lo suficientemente baja en relación con el límite elástico del material, entonces se puede utilizar este método de estiramiento con mandril. Si no lo es, entonces se pueden emplear medidas adicionales para reducir aún más la fuerza máxima, tales como implementar expansión presurizada durante el bobinado, como se describe más adelante en este documento.

Los valores anteriores son ilustraciones comparativas extrapoladas de valores medidos, no valores absolutos. Se estipuló, por ejemplo, que el hecho de tirar del mandril desde un extremo haría que se suelte progresiva y suavemente dentro de la mitad de la longitud del tronco. En realidad, la proporción que se suelta gradualmente de esta manera puede ser más o menos, dependiendo de la sección transversal del mandril, la rigidez del bobinado, y otros factores.

Los valores anteriores fueron una ilustración comparativa de mandriles rígidos frente a mandriles elásticos. De hecho, los mandriles elásticos tienen otra ventaja no incluida en la comparación, que consideró sólo la elasticidad axial de los mandriles. Muchos plásticos de ingeniería y comerciales tienen valores de coeficiente de Poisson relativamente altos. Por lo tanto, un mandril que experimenta alargamiento axial experimentará simultáneamente una pequeña, pero significativa, reducción del diámetro. La reducción del diámetro sirve para reducir aún más la fuerza de extracción/pelado al reducir la presión de contacto entre el tronco y el mandril.

Estirar un tubo de HDPE de 254 cm (100 pulgadas) de largo, o una varilla maciza, en un 1,35 %, que es la mitad de su límite elástico a la tracción dividido por el módulo elástico, aumenta su longitud en 3,43 cm (1,35 pulgadas). La reducción del diámetro que acompaña a un tubo de 1,74 cm (0,688) pulgadas de diámetro exterior, o varilla maciza, es de 0,099 cm (0,0039 pulgadas). La reducción del diámetro que acompaña a un tubo de 4,31 cm (1,700 pulgadas) de diámetro exterior, o varilla maciza, es de 0,024 cm (0,0096 pulgadas).

Comportamiento de HDPE

Las curvas de tensión-deformación para muchos materiales difieren de las citadas anteriormente en este documento para la aleación de aluminio, en que no tienen una esquina bien definida en la transición de deformación elástica a permanente (límite de elasticidad). En su lugar, después de la porción lineal inicial, la curva forma un arco gradualmente en la región de deformación permanente. Este es el caso de la mayoría de los polímeros homogéneos, y es el caso del HDPE, como se muestra en Azom.com: http://www.azom.com/article.aspx?Art¡cleID=510. que tiene curvas de tensión-deformación para varios polímeros.

El método de límite elástico compensado se usa a menudo para definir el límite de elasticidad para metales altamente dúctiles. Se dibuja una línea de construcción paralela a la parte inicial de la curva de tensión-deformación. Su intersección con el eje horizontal está desplazada en 0,002 desde el origen. El límite elástico compensado del 0,2 % es la tensión en la que la línea de construcción se cruza con la curva de tensión-deformación, como se muestra en la página 151 de The Science and Engineering of Materials, 2a Edición, por Donald R. Askeland, 1989, por PWS-KENT Publishing Company. ISBN 0-534-91657-0

Parece que los proveedores de resinas y productos de polímeros rara vez usan este método, o no lo usan en absoluto. La mayoría de las tablas de datos de tracción para resinas poliméricas citan ASTM D638 o ISO 527, que definen los métodos tradicionales de prueba de tracción. Los métodos tradicionales dan contexto a los valores informados, para que se puedan comparar, pero las curvas tensión-deformación reales contienen más datos y, por lo tanto, son las más completas y útiles. Por desgracia, las curvas de tensión-deformación para cualquier combinación específica de formulación de polímero y método de procesamiento rara vez están disponibles.

La siguiente información se toma de IDES:http://www.ides.com/property descriptions/ISO527-1-2.asp

IDES es una empresa de gestión de información sobre plásticos que proporciona un catálogo de hojas de datos en línea que permite realizar búsquedas y una base de datos de propiedades de materiales de plásticos llamada Prospector. IDES también gestiona datos técnicos de polímeros para varios fabricantes de plásticos y casi todos los distribuidores de resinas. IDES tiene su sede en Laramie, Wyoming.

Ensayo de tracción de acuerdo con la norma ISO 527

El ensayo de tracción se realiza alargando una muestra y midiendo la carga que lleva la muestra. A partir del conocimiento de las dimensiones de la muestra, los datos de carga y deflexión se pueden traducir en una curva de tensión-deformación. Se puede extraer una variedad de propiedades de tracción de la curva de tensión-deformación.

La Figura 46 ilustra los puntos que se utilizan para calcular el módulo de tracción.

Las dos cosas más importantes por considerar de esta explicación de la norma ISO 527 son (a) la definición del límite de elasticidad y (b) el método de cálculo del módulo elástico.

El límite de elasticidad se define como cuando un aumento en la deformación no da como resultado un aumento en la tensión. Esto significa que el límite de elasticidad coincide con el primer punto de inflexión en la curva de tensióndeformación del HDPE. Esto está mucho más allá del límite proporcional y el límite elástico del material.

El módulo elástico (pendiente de la curva) se calcula entre 0,05 % de deformación y 0,25 % de deformación. Esto está muy cerca del origen, a valores de deformación relativamente bajos, en comparación con cuánto se pueden estirar los polímeros termoplásticos y cuánto se espera que los mandriles elásticos se alarguen de manera segura en servicio.

La Figura 47 identifica el límite de elasticidad del HDPE en una curva de tensión-deformación. La línea horizontal es el límite elástico (Sy), estirado a aproximadamente 30 MPa (4.350 psi). La línea vertical es la deformación al rendimiento (£y), estirada a casi el 11 %.

El límite proporcional de un material es el punto más allá del cual la relación lineal de la Ley de Hooke deja de ser válida. El límite elástico de un material es el punto más allá del cual el material no recupera completamente su longitud original cuando se retira la carga. Algunos materiales, particularmente muchas aleaciones metálicas, tienen curvas de tensión-deformación que son lineales casi todo el camino hasta el límite de elasticidad, causando que el límite proporcional, el límite elástico y el límite elástico casi coincidan. Este gráfico ilustra correctamente que no es ni remotamente el caso del HDPE: tanto el límite proporcional como el límite elástico del HDPE se alcanzan mucho antes del límite de elasticidad, por lo que el límite elástico no es un buen criterio a utilizar a la hora de diseñar mandriles elásticos con este material, porque los mandriles deben volver aproximadamente a sus longitudes originales después de cada ciclo para ser reutilizables (recirculados).

La Figura 48 es similar a la Figura 47 pero tiene líneas adicionales dibujadas en ella. La línea diagonal se dibuja tangente a la curva en el origen y representa el módulo de elasticidad (E). La línea vertical se dibuja donde la línea diagonal se cruza con la línea del límite elástico y representa el límite elástico dividido por el módulo elástico (e0). La línea horizontal corta se dibuja desde donde la nueva línea vertical se cruza con la curva de tensión-deformación y representa la tensión (o0) correspondiente al límite elástico dividido por el módulo elástico (e0).

Sy = 30 MPa = 4.350 psi

£y = 0,11 = 11 %

£o = 0,029 = 2.9 %

o0 =16,5 MPa = 2.400 psi

E = Sy / £o = 1.034,2 MPa (150.000 psi)

Por lo tanto, si este HDPE se alarga un 2,9 %, inicialmente experimentará una tensión de 16,5 MPa (2400 psi). El factor de seguridad de este nivel de tensión en relación con el límite elástico es 4.350/2.400 = 1,8. El estrictamente definido, y habitual, significado de este factor de seguridad es que la tensión inducida es el 55 % del límite elástico, por lo que no se producirá estiramiento localizado (estrechamiento) ni alargamiento bruto. Sin embargo, dado que esta deformación está técnicamente más allá del límite elástico, se requiere una guía para la magnitud de la deformación que se puede imponer y aun así hacer que el mandril regrese a su longitud original cuando se retira la carga. Esto se aborda a continuación.

Las propiedades del HDPE varían según el proveedor y el método de procesamiento. La cantidad de información que brindan sobre las propiedades mecánicas de sus resinas también varía. Casi todos los proveedores pueden proporcionar al menos valores para el módulo elástico (E) y el límite elástico (Sy), sin embargo. Nuestra experiencia con tubos de HDPE ha demostrado que las siguientes pautas son buenas cuando se diseñan mandriles elásticos.

El límite elástico se divide por el módulo elástico usando la siguiente ecuación:

£⁰ = S^y /E

La parte elástica del mandril se puede alargar entre la mitad y dos tercios de £o durante la extracción del tronco y todavía regresan lo suficientemente cerca de su longitud original, lo suficientemente rápido, para ser recirculada en una rebobinadora sin núcleo de funcionamiento continuo. (Esto es posible porque la máquina debe adaptarse a cierta tolerancia en la longitud del mandril de todos modos, y la variación cae dentro de la tolerancia de la máquina. Las máquinas que operan a velocidades de ciclo más altas pueden requerir una mayor cantidad de mandriles en circulación, o que los mandriles se alarguen menos durante la extracción. Este es un requisito razonable porque los productos más cortos que se pueden ejecutar a altas velocidades de ciclo generalmente se bobinan holgadamente y, por lo tanto, tienen fuerzas de extracción relativamente bajas). Un mandril tensado hasta este grado no vuelve inmediatamente a su longitud original porque estaba tensado, más allá del límite elástico del material. Sin embargo, finalmente vuelve a su longitud original. El retorno a la longitud original ocurre más rápidamente al principio y más lentamente a medida que el mandril se acerca a su longitud original. Puede tomar varias horas para que el mandril se recupere por completo a su longitud original porque los últimos milímetros son los que más tardan.

La parte elástica del mandril se puede someter a un mayor alargamiento sin deformación permanente ni daño cuando se carga (estira) más lentamente. Cuando se carga más rápidamente, es más probable que experimente un estiramiento localizado o incluso que se rompa.

El HDPE y otros polímeros termoplásticos responden al estrés con comportamientos tanto de sólidos elásticos como de fluidos viscosos. Esta característica se conoce como viscoelasticidad. Las propiedades de los materiales viscoelásticos están sujetas a cambios en función de las variables de velocidad de aplicación de carga, duración de la carga (tiempo) y temperatura. El comportamiento viscoelástico del HDPE explica los comportamientos reseñados en los párrafos anteriores.

La velocidad de aplicación de carga es bastante simple. Cuando la carga se aplica más rápidamente, el material parece ser más rígido (reacciona con un módulo elástico más alto). Cuando la carga se aplica menos rápidamente, el material reacciona con un módulo elástico más bajo. Este comportamiento se ilustra en la página 151 de History and Physical Chemistry of HDPE, por Lester H. Gabriel, Ph.D., P.E. http://www.plasticpipe.org/pdf/chapter-1 history physical chemistry hdpe.pdf

Debido a que la velocidad de aplicación de carga influye en el módulo elástico del material del mandril, se debe usar un servosistema computarizado con retroalimentación para controlar adecuadamente y permitir ajustes a, los perfiles de movimiento aplicados al mandril, tanto para estirar como para extraer.

El efecto del tiempo es un poco más complicado. Los materiales viscoelásticos se deslizan bajo tensión constante y se relajan bajo tensión constante. Esto significa que un mandril de bobinado compuesto por un material viscoelástico sometido a una carga fija seguirá alargándose. Significa que el mismo mandril sometido a un alargamiento fijo sufrirá una reducción de tensión. Es como si el módulo elástico del material disminuyera con el tiempo. Por lo tanto, para mantener un alargamiento constante, un accionador debe reducir la fuerza aplicada con el tiempo.

Debido a que la carga aplicada debe reducirse con el tiempo si se desea mantener un alargamiento constante, se debe usar un servosistema computarizado con retroalimentación para controlar adecuadamente y permitir ajustes a, la fuerza aplicada al mandril, tanto para estirar como para extraer.

El efecto de la temperatura dentro del intervalo operativo de los mandriles es sencillo. Cuando su temperatura es más baja, el material parece ser más rígido (reacciona con un módulo elástico más alto). Cuando su temperatura es más alta, el material reacciona con un módulo elástico más bajo. Pero, se pueden obtener algunas ideas al observar también el comportamiento del material en un intervalo de temperatura mucho mayor.

El HDPE es un termoplástico semicristalino con una temperatura de transición vítrea baja. En este sentido no es único, pero es inusual. Se pueden encontrar ilustraciones del efecto del cambio de temperatura en el módulo elástico de los termoplásticos en un amplio intervalo de temperaturas en http://www.azom.com/article.aspx?Art¡cleID=83 y la sección 2.3, página 28 de Thermoplastics - Properties, por J. D. Muzzy, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, Estados Unidos. Este documento está disponible en el siguiente sitio web: http://wwwold.me.gatech.edu/ionathan.colton/me4793/thermoplastchap.pdf

Estas ilustraciones muestran la temperatura de transición vítrea, Tg, y la temperatura del punto de fusión, Tm. Ambas se consideran para la comparación, implicando que los valores Tg y los valores Tm son los mismos para los materiales amorfos y semicristalinos. En realidad los valores Tg y Tm varían ampliamente no sólo entre estos tipos de materiales, sino también entre materiales del mismo tipo.

Algunos polímeros semicristalinos presentan una región de transición vítrea bien definida, como se ilustra en Thermoplastics - Properties. mientras que otros no, como se ilustra en el artículo de azom.com. Los valores presentados anteriormente en este documento son aproximados y representativos. Los valores precisos no son necesarios para esta explicación, sin embargo. La principal relevancia de estos valores es si residen por encima o por debajo de la temperatura de funcionamiento de los mandriles de bobinado. En su mayor parte, esto significa la temperatura ambiente en las fábricas de conversión, generalmente de 15,55 a 37,77 °C (60 a 100 °F).

La temperatura de transición vítrea y la temperatura del punto de fusión para polímeros semicristalinos y amorfos se explican en el sitio web a continuación. En esta sección se proporcionan extractos parafraseados.

http://www.articlesbase.com/technology-articles/polymer-science-1653837.html Por encima de la temperatura del punto de fusión, el polímero permanece como una masa fundida o líquida.

Entre la temperatura de transición vítrea y la temperatura del punto de fusión, el polímero se comporta como un caucho. Aparecen coriáceos o gomosos. En el uso común, un caucho útil es un polímero que tiene su Tg muy por debajo de la temperatura ambiente. A medida que se acercan a la temperatura de transición vítrea desde arriba, los polímeros se vuelven más rígidos y pasan a través de una temperatura llamada punto de fragilidad, ligeramente superior a la temperatura de transición vítrea. En este punto, su naturaleza flexible y sus propiedades gomosas se han ido perdiendo gradualmente. El material es más rígido y más duro y se romperá o fracturará con la aplicación repentina de una carga.

Por debajo de la temperatura de transición vítrea, los polímeros son relativamente más duros, más rígidos y más frágiles. Tg es un punto de referencia común para polímeros de diversa naturaleza, por debajo del cual todos ellos se comportan como plásticos rígidos y firmes (polímero vítreo). En el uso común, un plástico útil es aquel cuya Tg está muy por encima de la temperatura ambiente.

El peso molecular y la distribución del peso molecular; la tensión o presión externa, la incorporación de plastificante, la copolimerización, el relleno o el refuerzo de fibra y la reticulación son algunos de los factores importantes que influyen en la transición vítrea y las temperaturas del punto de fusión. La incorporación de plastificantes externos es muy eficaz para reducir la temperatura de transición vítrea y se puede utilizar para reformular polímeros que son rígidos a temperatura ambiente en polímeros que son flexibles y gomosos a temperatura ambiente.

Como se sugiere en los extractos anteriores, la mayoría de los plásticos se utilizan en formulaciones que tienen temperaturas de transición vítrea muy por encima de la temperatura ambiente. De hecho, muchos plásticos de ingeniería se desarrollaron específicamente con temperaturas de transición vítrea elevadas para permanecer rígidos y firmes en servicio a temperatura elevada. Este punto se ilustra para varios polímeros disponibles comercialmente en una Guía de productos y aplicaciones publicada por el siguiente proveedor de plásticos y está disponible en la dirección web a continuación:

Quadrant Engineering Plastic Products

2120 Fairmont Avenue

PO Box 14235

Reading, PA 19612-4235 http://www.quadrantplastics.com/fileadmin/quadrant/documents/QEPPNA/Brochures P DF/General/Products Applications Guide.pdf

La publicación representa el módulo dinámico (rigidez) frente a la temperatura del material para cargas de corta duración. Los puntos de caída rápida en las curvas coinciden con las temperaturas de transición vítrea. En su mayor parte, estos puntos se encuentran entre 37,77 °C y 260 °C (100 °F y 500 °F), con la mayoría por encima de 65,55 °C (150 °F).

La temperatura de transición vítrea del HDPE es de aproximadamente -84,44 a -90 °C (-120 a -130 °F). Su temperatura de punto de fragilidad es inferior a -62,22 °C (-80 °F). Su temperatura de punto de reblandecimiento es de aproximadamente 121,11 °C (250 °F). Su temperatura de punto de fusión es de 129,44 °C (265 °F). De este modo, la temperatura de funcionamiento de un mandril compuesto de HDPE está muy por encima de las temperaturas de transición vítrea y del punto de fragilidad, y muy por debajo de las temperaturas del punto de reblandecimiento y fusión. Esto explica por qué el material tiene una combinación tan buena de flexibilidad, capacidad de estiramiento, durabilidad y dureza que lo hacen muy adecuado para su uso como mandril de bobinado, especialmente la variedad radialmente flexible, de pared delgada que puede actuar como un núcleo equivalente.

La SEGUNDA EDICIÓN DEL HANDBOOK OF PE PIPE del Plastic Pipe Institute es una excelente introducción al material HDPE y su aplicación. Los extractos parafraseados, tomados de las páginas 55 - 56 del capítulo 3, se proporcionan en esta sección. El manual está disponible en el siguiente sitio web http://plasticpipe.org/publications/pe handbook.html

El material de tubería de PE consiste en un polímero de polietileno (comúnmente denominado resina) al que se le han añadido pequeñas cantidades de colorantes, estabilizadores, antioxidantes y otros ingredientes que mejoran las propiedades del material y que lo protegen durante el proceso de fabricación, almacenamiento y servicio. Los materiales de tubería de PE se clasifican como termoplásticos porque se ablandan y se derriten cuando se calientan lo suficiente y se endurecen cuando se enfrían, un proceso que es totalmente reversible y puede repetirse. Por el contrario, los plásticos termoendurecibles se vuelven permanentemente duros cuando se les aplica calor.

Como el PE es un termoplástico, las tuberías y accesorios de PE se pueden fabricar mediante la aplicación simultánea de calor y presión. Y, en el campo, las tuberías de PE se pueden unir mediante procesos de fusión térmica mediante los cuales las superficies coincidentes se fusionan permanentemente cuando se juntan a una temperatura superior a su punto de fusión.

El PE también se clasifica como un polímero semicristalino. Tales polímeros (por ejemplo, nailon, polipropileno, politetrafluoroetileno), en contraste con aquellos que son esencialmente amorfos (por ejemplo, poliestireno, cloruro de polivinilo), tienen una estructura suficientemente ordenada para que porciones sustanciales de sus cadenas moleculares puedan alinearse estrechamente con porciones de cadenas moleculares contiguas. En estas regiones de estrecha alineación molecular se forman cristalitos que se mantienen unidos por enlaces secundarios. Fuera de estas regiones, la alineación molecular es mucho más aleatoria, lo que da como resultado un estado menos ordenado, etiquetado como amorfo. En esencia, los polímeros semicristalinos son una mezcla de dos fases, cristalina y amorfa, en las que la fase cristalina es sustancial en la población.

Una consecuencia beneficiosa de la naturaleza semicristalina del PE es una temperatura de transición vitrea muy baja (Tg), la temperatura por debajo de la cual un polímero se comporta como un vidrio rígido y por encima de la cual se comporta más como un sólido gomoso. Una Tg significativamente más baja dota a un polímero de una mayor capacidad de tenacidad, tal como lo demuestran las propiedades de rendimiento tales como: una capacidad para sufrir deformaciones mayores antes de experimentar un daño estructural irreversible; una gran capacidad para absorber con seguridad las fuerzas de impacto; y una alta resistencia al fallo por rotura o rápida propagación de grietas. Estos aspectos de desempeño se discuten en otra parte de este Capítulo. La tg para materiales de tubería de PE es de aproximadamente -90 °C (-130 °F) en comparación con aproximadamente 105 °C (221 °F) para cloruro de polivinilo y 100 °C (212 °F) para poliestireno, ambos son ejemplos de polímeros amorfos que incluyen poco o ningún contenido cristalino.

Otros materiales de mandril

Aunque el HDPE es una excelente elección de material para un mandril elástico, se pueden utilizar otros materiales. Por ejemplo, el polipropileno tiene una buena cantidad de flexibilidad, estirabilidad, durabilidad y tenacidad porque también tiene una temperatura de transición vítrea por debajo de la temperatura ambiente.

Materiales con temperaturas de transición vítrea por encima de la temperatura ambiente, como nailon y policarbonato, también pueden funcionar, por ejemplo, como mandriles axialmente elásticos. Estos serían utilizables en rebobinadoras que aceptan mandriles radialmente rígidos y ofrecerían al menos las ventajas de bajo coste, baja masa, baja inercia polar y fuerza de extracción reducida. Puede ser favorable usarlos en un caso, por ejemplo, donde se desea mayor rigidez a la flexión que el HDPE para el manejo y transporte del mandril (por ejemplo, el nailon GS (3171,6 MPa (460.000 psi)) y el policarbonato (2413,1 MPa (350.000 psi)) tienen módulos elásticos de flexión significativamente más altos que el HDPE (1241 MPa (180.000 psi)) o cuando se requiere un mandril más fuerte (por ejemplo, el nailon GS (86,2 MPa (12.500 psi)) y el policarbonato (65,5 MPa (9500 psi)) tienen un límite elástico significativamente mayor que el HDPE (7,6 MPa (4000 psi)). El principal inconveniente de estos otros materiales es su relativa fragilidad, por lo que pueden romperse en muchos pedazos durante un choque o atasco de la máquina. Alternativamente, se pueden añadir plastificantes a algunos de estos materiales para cambiar la Tg desde por encima de la temperatura ambiente hasta por debajo de la temperatura ambiente, si esto no reduce también la resistencia y otras propiedades atractivas, demasiado.

Cloruro de polivinilo

Se justifica una sección sobre cloruro de polivinilo (PVC) porque la tubería de PVC puede haber sido probada en el pasado en algunas rebobinadoras e incluso puede estar en uso ahora en algunas rebobinadoras. Es posible que se haya probado la tubería de PVC como una alternativa a los mandriles de aleación metálica utilizados en las rebobinadoras sin núcleo de arranque-detención y se sabe que se usó como un mandril de bobinado para fabricar troncos sin núcleo en al menos una rebobinadora de funcionamiento continuo. La tubería de PVC rígido es atractiva en comparación con las aleaciones metálicas y los materiales compuestos reforzados con fibra porque está fácilmente disponible, mecanizable, de poca fricción, económico y relativamente ligero.

Los siguientes sitios web enumeran los tamaños de tubería métrica de PVC disponibles en el mercado. http://www.epco-plastics.com/pdfs/pvc%20-%2057-87.pdf http://www.epco-plastics.com/PVC-U metric technical.asp

Los siguientes sitios web enumeran los tamaños de tubería de PVC imperial disponibles en el mercado. http://www.professionalplastics.com/professionalplastics/PVCPipeSpecifications.pdf_______________ http://www.sdw.com/civil/pipe data.htm

La tubería de PVC es un termoplástico amorfo con una alta temperatura de transición vítrea. Debido a que su temperatura de transición vítrea está muy por encima de la temperatura ambiente, es firme y relativamente frágiles en servicio, especialmente cuando se somete a cargas repentinas.

La Tabla 2 que muestra las propiedades mecánicas típicas de varios polímeros, presentadas anteriormente en este documento, enumera valores para PVC "rígido" (bajo contenido de plastificante) que se utiliza en tuberías disponibles comercialmente. Estos valores son de los siguientes sitios web. http://www.professionalplastics.com/professionalplastics/PVCPipeSpecifications.pdf________________http://www.sdw.com/civilipipe data.htm

Los siguientes extractos parafraseados se tomaron de pvc.org, que está disponible en el siguiente sitio web.http://www.pvc.org/en/p/pvc-strength

La temperatura de transición vítrea del PVC es superior a 70 °C (158 °F). El resultado es una baja resistencia al impacto a temperatura ambiente, que es una de las desventajas del PVC.

Hay muchas formas de medir la fuerza de impacto. El sitio web anterior tiene un gráfico que muestra la energía absorbida por piezas de prueba de varios materiales plásticos cuando se fijan y martillan para romperse (falla). Los valores más altos indican una mayor resistencia al impacto. El PVC rígido se encuentra en el extremo inferior de la escala.

El sitio web anterior también tiene gráficos que muestran comparaciones del módulo elástico de tracción del PVC con otros plásticos, y comparaciones de la resistencia a la tracción del PVC con otros plásticos.

Los principales inconvenientes del PVC son su fragilidad y su mayor densidad. Debido a su fragilidad, los mandriles de PVC pueden romperse en muchos pedazos durante un choque o atasco de la máquina. Debido a su fragilidad, no se puede utilizar para hacer mandriles radialmente flexibles de paredes delgadas como sí puede hacerlo el HDPE y, quizás, el polipropileno. La pared del tubo debe ser más gruesa, especialmente cuando el OD del mandril es más grande. La pared de tubo más gruesa, combinada con la densidad del material más alta, asegura que los mandriles fabricados con PVC tengan una mayor masa e inercia polar que los fabricados con HDPE y, por lo tanto, sean más difíciles de controlar en una rebobinadora, especialmente a altas velocidades.

Tal vez el material de la tubería de PVC podría funcionar como un mandril radialmente rígido, algo axialmente elástico. Pero, su valor más bajo de límite elástico a la tracción dividido por el módulo elástico lo hace menos adecuado para esta aplicación porque, para muchos productos, se alcanzarían altos niveles de tensión antes de lograr un alargamiento adecuado.

Se pueden añadir plastificantes al PVC para cambiar su temperatura de transición vítrea desde por encima de la temperatura ambiente hasta por debajo de la temperatura ambiente. El PVC acepta fácilmente los plastificantes y esto se hace de manera común. Si esto no reduce también la resistencia y otras propiedades atractivas, demasiado, puede ser viable para un mandril elástico. El uso de este material también estaría entonces dentro de la novedad de la presente invención.

Los plastificantes pueden cambiar la temperatura de transición vítrea tanto que el PVC se vuelve más suave, flexible, incluso gomoso. En estas formas se utiliza en prendas de vestir y tapicería, aislamiento de cables eléctricos, productos inflables, piezas de automóviles y muchas aplicaciones en las que reemplaza al caucho. Con la adición de modificadores de impacto y estabilizadores, se ha convertido en un material popular para marcos de puertas y ventanas, también revestimiento de vinilo. Parece factible que pueda existir o crearse una formulación, que podría cumplir con los requisitos de un mandril elástico radial y axialmente aceptable.

Los siguientes extractos parafraseados se tomaron de pvc.org. Están disponibles en el siguiente sitio web.http://www.pvc.org/en/p/pvc-addit¡ves

El cloruro de polivinilo (PVC) es un termoplástico versátil con la más amplia gama de aplicaciones de cualquier familia de plásticos, lo que lo hace útil en prácticamente todas las áreas de la actividad humana.

Sin aditivos, el PVC no sería una sustancia particularmente útil, pero su compatibilidad con una amplia gama de aditivos, para ablandarlo, colorealo, hacerlo más procesable o más duradero, da como resultado una amplia gama de aplicaciones potenciales, desde sellos para la parte inferior de la carrocería de automóviles y membranas flexibles para techos hasta tuberías y perfiles de ventanas. Los productos de PVC pueden ser rígidos o flexibles, opacos o transparentes, coloreados y aislantes o conductores. No existe un solo PVC sino toda una familia de productos hechos a la medida de las necesidades de cada aplicación. Antes de que el PVC pueda convertirse en productos, debe combinarse con una gama de aditivos especiales. Los aditivos esenciales para todos los materiales de PVC son estabilizadores y lubricantes. En el caso de un PVC flexible, también se incorporan plastificantes. Otros aditivos que pueden usarse incluyen rellenos, auxiliares de procesamiento, modificadores de impacto y pigmentos. Los aditivos influirán o determinarán las propiedades mecánicas, estabilidad a la luz y térmica, color, claridad y propiedades eléctricas del producto. Una vez seleccionados los aditivos, se mezclan con el polímero en un proceso llamado mezclado.

PVC amorfo frente a HDPE semicristalino

Los siguientes extractos fueron tomados de la Encyclopedia of PVC, Segunda edición, Volumen 3: Compounding Processes, Product Design, and Specifications, editado por Leonard I. Nass, 1992, por Marcel Dekker. INSB 0-8247­ 7822-7. Se pueden ver partes del libro en el siguiente sitio web. http://books.google.com/books?id=mDe7EidmgllC&pg=PA238&lpg=PA238&dq =PVCU+strain+at+yield&source=bl&ots=ITBi2RakPv&sig=90G7PuHtxMfmmU q_uzX45zHRpQ&hl=en&sa=X8ei=HTiiT_myK-jW2AXL3LHMDq&ved=0CHwQ6AEwBA#v=onepage&q=PVCU%20strain%20 at%20yield&f=false

El siguiente extracto es del primer párrafo completo en la página 233.

Los últimos 16 años también han estado marcados por la rápida difusión en la industria de una mayor comprensión de la importancia fundamental de la naturaleza de las partículas y la cristalinidad del PVC desarrollado durante las décadas de 1960 y 1970. Los cambios en la morfología del PVC rígido y la forma en que se desarrolla su cristalinidad parcial en el producto final por la cantidad de fusión (gelificación*) obtenidos durante la preparación y el procesamiento han demostrado ser de importancia crítica para lograr productos de buena calidad. Los métodos de prueba para evaluar estas propiedades aún están en desarrollo, pero se informa el estado actual. Se interpreta el desempeño del PVC rígido en pruebas estándar, siempre que sea posible, a la luz de este nuevo conocimiento, para animar al lector a adoptar un enfoque fundamental para el diseño de productos, experimentación, resolución de problemas y establecimiento de especificaciones de rendimiento.

El siguiente extracto es del último párrafo de la página 234. Establece que el 7 - 10 % del volumen de PVC rígido es cristalino. Al parecer, el resto, que es una preponderancia del volumen, es amorfo, haciendo que la composición global se denomine amorfa.

Cada partícula primaria es una unidad independiente que contiene un grupo de moléculas de PVC entrelazadas. La disposición espacial de los átomos de cloro en la cadena principal de hidrocarburo de las moléculas es tal que solo alrededor del 50-70 % del polímero comercial es sindiotáctico [37, 38], por lo que son raras las tiradas ininterrumpidas largas de polímero estereoespecífico. Cuando las regiones estereoespecíficas suficientemente largas se juntan durante la polimerización (o durante el enfriamiento de una masa fundida lo suficientemente caliente como para ser amorfa), se unen para formar una región cristalina, uniendo entre sí diferentes regiones de la misma molécula y partes de moléculas adyacentes. La estructura de estos cristalitos varía en perfección dependiendo de la cantidad, tamaño, regularidad y, por lo tanto, compatibilidad de las regiones estereoespecíficas. Se cree que están separados en promedio aproximadamente 10 nm y normalmente constituyen aproximadamente el 7-10 % de la estructura del polímero. [6]. Cada partícula primaria es un "paquete" independiente. aproximadamente 1 nm de diámetro, que comprende una red tridimensional de estas cadenas moleculares de ^pV^c entrelazadas, unidas a intervalos de aproximadamente 10 nm por regiones cristalinas de diferentes tamaños y grados de perfección.

El siguiente extracto fue tomado del Handbook of Vinyl Formulating, Segunda edición, editado por Richard F. Grossman, 2008, por John Wiley & Sons. INSB 978-0-471-71046-2. Se pueden ver partes del libro en el siguiente sitio web. http://books.google.com/books?id=1eBbloL0bgAC&pg=PA17&lpg=PA17&dq=p vc+percent+crystallinity&source=bl&ots=pz9rStMSEE&sig=q_pxRaqCQwa8o4S q6iFkmu8Rz_g&hl=en&sa=X&ei=9ErjT9aHM6ai2gW73NWoDA&ved=0CH0Q 6AEwBQ#v=onepage&q=pvc%20percent%20crystallinity&f=false

El siguiente extracto es del primer párrafo completo en la página 17. Establece que el 5 - 10 % del volumen de PVC rígido es cristalino.

En el mundo de los termoplásticos, el PVC es un polímero único. A diferencia de muchos de los termoplásticos comerciales que compiten contra él, el PVC es principalmente un material amorfo. Sin embargo, la mayoría de las resinas de PVC disponibles en el mercado contienen regiones cristalinas que oscilan entre el 5 y el 10 por ciento del polímero. Aunque muchas de estas regiones cristalinas se derriten a temperaturas normales de procesamiento de PVC, algunas permanecen intactas a temperaturas muy por encima de los 200 °C.8 El hecho de que algunas de estas regiones existan en el PVC plastificado confieren al polímero características que recuerdan a las de los elastómeros termoplásticos. Estas regiones de cristalinidad, junto con la distribución de pesos moleculares relativamente estrecha del PVC, ayudan a impartir una fuerza de fusión superior durante los procesos de extrusión y calandrado en comparación con otros polímeros.9 La naturaleza mayoritariamente amorfa del PVC también permite la fabricación rentable de artículos transparentes en espesores superiores a 10 mm (0,250 pulgadas) con la selección adecuada de aditivos.

Los siguientes extractos parafraseados están tomados de un artículo titulado Polymer Science disponible en Articlesbase.com. Están disponibles en el siguiente sitio web. http://www.articlesbase.com/technologyarticles/polymer-science-1653837.html Los estudios morfológicos de polímeros se relacionan principalmente con los patrones moleculares y el estado físico de las regiones cristalinas de los polímeros cristalizables. Se conocen polímeros amorfos, semicristalinos y predominantemente cristalinos. Es difícil y puede ser prácticamente imposible alcanzar el 100 % de cristalinidad en polímeros a granel. También es difícil según diferentes evidencias microscópicas, obtener polímeros amorfos sólidos completamente desprovistos de cualquier orden molecular o segmentario, estructuras orientadas o cristalinidad. Un espectro completo de estructuras, que abarca un desorden casi total, diferentes tipos y grados de orden y orden casi total, puede describir el estado físico de un sistema polimérico dado, dependiendo del entorno de prueba, naturaleza del polímero y su ruta de síntesis, microestructura y estereosecuencia de unidades repetidas, e historia termomecánica de la muestra de ensayo. Además, los datos recopilados para el grado de cristalinidad también pueden variar según el método de prueba empleado. Por lo tanto, los datos del grado de cristalinidad que se muestran en la Tabla 2 deben tomarse como aproximados. Los polímeros que muestran grados de cristalinidad superiores al 50 % se reconocen comúnmente como cristalinos. Las moléculas de cadena predominantemente lineal del polietileno de alta densidad (HDPE) muestran un grado de cristalinidad que es mucho más alto que cualquier otro polímero conocido (incluso sustancialmente más alto que el del polietileno de baja densidad (LDPE). Para HDPE, el grado de cristalinidad alcanzable está cerca del límite superior (100 %). Los polímeros atácticos en general (incluidos los de metacrilato de metilo y estireno que tienen grupos laterales voluminosos), que tienen configuraciones irregulares no logran cristalizar significativamente bajo ninguna circunstancia.

Tabla 2: Grado aproximado de cristalinidad (%) para diferentes polímeros.

Polímero Cristalinidad (%)

Polietileno (LDPE) 60 - 80

Polietileno (HDPE) 80 - 98

Polipropileno (Fibra) 55 - 60

Nailon 6 (Fibra) 55 - 60

Terileno (fibra de poliéster) 55 - 60

Celulosa (fibra de algodón) 65 - 70

Área de sección y tensión del mandril y su relación con la extracción

Cuando las fuerzas de extracción del mandril son bajas, el dimensionamiento de la sección transversal del mandril no es crítico y generalmente se realiza para producir la elasticidad radial deseada. Sin embargo, cuando las fuerzas de extracción del mandril son grandes, como con productos bobinados apretadamente, es útil para optimizar el área de la sección.

El diámetro exterior (OD) del mandril está dictado por el diámetro del orificio requerido en el producto acabado. El diámetro interior (DI) del mandril, y por lo tanto el espesor de la pared, están determinados por el área de la sección transversal requerida. El objetivo es utilizar por completo la deformación máxima recomendada de la mitad a dos tercios del límite elástico dividido por el módulo elástico (e0). Esta deformación corresponde a una tensión inicial inducida de algo menos de la mitad a dos tercios del límite elástico (Sy), debido a la respuesta no lineal de la tensión a la deformación. Si los datos reales de la curva tensión-deformación están disponibles, es mejor utilizarlos. Sin embargo, la relación lineal de la Ley de Hooke se usa a continuación para simplificar.

Supongamos s0 = 0,027 y Sy = 27,6 MPa (4.000 psi). Entonces la mitad x s0 = 0,0135 y la mitad x Sy = 13,8 MPa (2.000 psi). La tensión objetivo para producir la deformación deseada de la mitad a dos tercios de s0 es de aproximadamente 13,8 MPa (2.000 psi).

a = F/A

Se define el valor objetivo para a. La fuerza aplicada no es una variable independiente. La fuerza está dictada por la interacción del tronco y el mandril. La única variable independiente en la ecuación es el área de la sección transversal.

La elección de un ID de mandril con un área de sección transversal correspondiente A que produzca la tensión objetivo a para la fuerza de extracción F produce un diseño de mandril optimizado porque la deformación del mandril se utiliza por completo. El proceso de optimización puede ser iterativo, porque la magnitud de la fuerza de extracción no es predecible con precisión y, por lo tanto, es posible que deba medirse. No obstante, el proceso hace posible la optimización del mandril. En algunos casos, puede llevar a la conclusión de que un eje sólido es preferible a una forma tubular, o que se justifica una selección de material diferente.

Cabe señalar en este punto que estirar el mandril no aumenta la magnitud de la fuerza de extracción. Si lo hiciera, entonces este método de estirar un mandril elástico durante la extracción podría ser contraproducente y, por lo tanto, menos útil en la práctica. Pero, no es así. Es similar a levantar un peso de 45,35 kg (100 libras) con una correa elástica en lugar de una cadena de acero inelástica. La fuerza de elevación permanece sin cambios en 45,35 kg (100 libras). Quizás se hace más trabajo porque la correa se alarga además del peso que se levanta, pero la fuerza es la misma.

Restricción de troncos durante la extracción con mandril

En las rebobinadoras sin núcleo de última generación, que no entran dentro del alcance de la invención reivindicada, el tronco está sostenido por un canal, debajo, y restringido en la dirección axial únicamente por una placa contra su cara de extremo cuando se tira del mandril o se empuja el tronco. Esto funciona con mandriles rígidos donde el tronco se suelta repentinamente de manera sustancialmente simultánea, como una unidad, a lo largo de toda su longitud.

Sin embargo, esta disposición no funciona bien con un mandril axialmente elástico, especialmente para troncos bobinados holgadamente que tienen poca fuerza de columna axial. Después de que un primer segmento corto del tronco se haya soltado localmente del mandril elástico en el interior, por ejemplo, en las próximas varias pulgadas de longitud del tronco, el tronco solo tiene su propia resistencia interna al colapso axial para soportarlo porque el mandril ya no ofrece soporte axial en esta región. Solo ofrece soporte radial en esta región. La fuerza de extracción aplicada al mandril se transmite al tronco a través de su interfaz en el segmento que aún no se ha soltado. Esta fuerza atrae el extremo más alejado del tronco hacia la placa fija en la cara del extremo del tronco. Esta carga de compresión que actúa axialmente sobre el tronco, dentro de la región donde el mandril puede deslizarse libremente dentro del tronco, puede colapsarse y arrugar esta región del tronco (como un acordeón).

Se requiere un medio para evitar este colapso axial del tronco. La solución preferida, que no entra dentro del alcance de la invención reivindicada, es proporcionar una restricción axial en la periferia del tronco. No es necesario extender la longitud total del tronco. Sin embargo, hacer que se extienda al menos en la mayor parte de la longitud del tronco es más robusto para tolerar variaciones de un tronco a otro y entre formatos de productos. Y hacer que se extienda al menos en la mayor parte de la longitud del tronco distribuye la fuerza de restricción sobre un área mayor de la periferia del tronco, reduciendo las posibilidades de cualquier daño en la superficie del tronco. Se aplica de manera más útil a lo largo del segmento del tronco donde el mandril aún no se ha soltado, porque la fuerza axial transmitida del mandril al tronco en esta región se contrarresta inmediatamente, en la misma región, con menos posibilidad de dañar el tronco en comparación con las fuerzas opuestas aplicadas a una mayor distancia axial y, por lo tanto, la transmisión de fuerza tomando un camino más largo a través del tronco.

La restricción periférica de los troncos, que no entra dentro del alcance de la invención reivindicada, todavía se recomienda cuando se utiliza el estiramiento del mandril tirando de ambos extremos para reducir en gran medida la fuerza de extracción, por las siguientes razones. Los troncos de baja densidad y/o aquellos con alto estiramiento en la dirección transversal (CD) pueden alargarse ligeramente con el mandril a medida que se estira el mandril. La restricción de la periferia del tronco reduce esta tendencia y, por lo tanto, maximiza el movimiento relativo del mandril y el tronco. Los troncos bobinados holgadamente, de baja firmeza que son posibles gracias al mandril de bobinado muy ligero tienen una resistencia axial y rigidez muy bajas y todavía pueden colapsarse, incluso bajo la fuerza de extracción reducida, si la periferia no está restringida.

La sujeción periférica por sí sola no es adecuada para la mayoría de los productos, por lo tanto, todavía se utiliza una placa fija, que no entra dentro del alcance de la invención reivindicada, en la cara del extremo del tronco. Esta placa asegura que el interior del tronco no se desplace axialmente con el mandril, con respecto a la periferia del tronco, (telescopio) a medida que se retira el mandril.

El uso de un mandril elástico garantiza fuerzas de extracción razonables sin dañar el producto cuando se producen troncos sin núcleo bobinados de forma apretada. Supera el problema de la alta presión entre capas. El uso de un mandril elástico con cara del extremo del tronco y restricción periférica del tronco durante la extracción del mandril asegura fuerzas de extracción bajas sin telescopiado ni arrugamiento cuando se producen troncos sin núcleo bobinados holgadamente, de baja densidad. Supera sus problemas de baja presión entre capas (telescopiado) y baja resistencia de la columna (arrugamiento).

El dispositivo, que no entra dentro del alcance de la invención reivindicada, que aplica presión sobre el tronco para restringir la periferia del tronco debe tener su recorrido limitado después de que entre en contacto con la superficie del tronco (por ejemplo, la varilla se bloquea en los cilindros neumáticos o en un servoactuador con retroalimentación), o comprimirá los troncos holgadamente, de baja densidad aplanados a medida que se retira el mandril.

Como se explicó al principio de esta sección, cuando los mandriles rígidos funcionan correctamente, el tronco se suelta repentinamente de manera sustancialmente simultánea, como una unidad, a lo largo de toda su longitud. Sin embargo, cuando el tronco está demasiado apretado, el accionador se detiene. Por lo general, un segmento del tronco adyacente a la placa de contención se suelta del mandril localmente y se arruga (se colapsa axialmente) porque no puede soportar la tensión de compresión excesiva. Es el agrupamiento de este papel en forma de acordeón lo que hace que el tronco se adhiera al mandril, estancando el accionador. Este mal funcionamiento se puede evitar utilizando la misma restricción periférica descrita anteriormente, que no entra dentro del alcance de la invención reivindicada, para mandriles elásticos, expandiendo así la ventana operativa de los mandriles rígidos para incluir productos bobinados más apretados.

Extracción en línea de mandril

En las rebobinadoras sin núcleo de última generación, que no entran dentro del alcance de la invención reivindicada, el tronco está sostenido por un canal, debajo, y restringido en la dirección axial únicamente por una placa contra su cara de extremo cuando se tira del mandril o se empuja el tronco. En todos los casos el elemento flexible que comunica la fuerza del accionador al mandril (en el caso de tracción) o a la placa (en el caso de empuje), ya sea por cadena, correa dentada, cable, u otros, se desplace lateralmente desde la línea central del mandril, por lo tanto, la fuerza de extracción (tracción) o la fuerza de pelado (empuje) produce grandes cargas de momento en las pistas de guía para el sujetador (tracción) o la placa (empuje). Se requieren marcos sustanciales, soportes y guías para oponerse a estas grandes cargas de momento. Esto aumenta el coste y el espacio requerido y reduce la velocidad práctica a la que operan. Y es una queja frecuente que las guías se desgasten prematuramente.

Una disposición de las poleas y la trayectoria de la correa de distribución, que no entra dentro del alcance de la invención reivindicada, permite que la fuerza de extracción se sitúe sustancialmente en coincidencia con la línea central del mandril. Esto hace que la carga de momento sea mínima o sustancialmente nula.

El hecho de que sustancialmente no tenga carga de momento permite que el dispositivo que soporta el sujetador del mandril sea de construcción muy ligera porque debe soportar solo cargas de tracción y compresión durante la operación, sin cargas de flexión. Su peso más ligero le permite operar a mayores velocidades y aceleraciones máximas, lo que permite lograr velocidades de ciclo más altas para cada extractor. También hace que los componentes sean menos costosos.

Al no tener sustancialmente ningún momento de carga permite que los marcos, soportes y guías se fabriquen con una construcción más ligera y de tamaño más compacto. El hecho de tener cada extractor de tamaño más compacto facilita la utilización de múltiples extractores paralelos en una escala razonable, por ejemplo, que pueda ser alcanzado por un operario de pie en el suelo o en una plataforma baja. La construcción más ligera también hace que los componentes sean menos costosos. Estas mejoras hacen práctico el uso de múltiples extractores paralelos, lo que hace posible, por primera vez, rebobinadoras sin núcleo de ciclo muy alto.

Sujetador de mandril novedoso

Ya sea que el mandril se retire de un tronco estacionario o que el tronco se empuje de un mandril estacionario, se requiere un sujetador, que no entra dentro del alcance de la invención reivindicada, para sujetar con seguridad el extremo del mandril que está expuesto más allá del extremo del tronco. El propósito de la correa de sujetador es controlar la posición del mandril a lo largo de su eje longitudinal, con respecto a la posición del tronco. Puede llamarse plato, sujetador, medio para cooperar con el extremo del mandril, etc.

La técnica anterior en este campo técnico inmediato (rebobinado de tejido sin núcleo) no es capaz de cooperar con un mandril radialmente elástico de sección transversal sustancialmente uniforme. Los mandriles en esta técnica anterior tienen al menos una superficie que es transversal al eje longitudinal del mandril, que se comunica con el sujetador. Puede tener el aspecto de un labio, saliente, reborde anular interior o exterior, perilla, gancho o similar. Las superficies cónicas o estrechadas, con su eje, o ejes, paralelas al eje longitudinal del mandril también podrían usarse, aunque no ofrecen ningún beneficio real, sólo una diferencia de preferencia, en que la(s) superficie(s) de contacto son oblicuas, en lugar de transversales, al eje del mandril.

Sin embargo, con un mandril de sección transversal uniforme (que no puede ser deformado permanentemente por el sujetador, debido a la necesidad de recircularlo y reutilizarlo), que no entra dentro del alcance de la invención reivindicada, las fuerzas deben transmitirse únicamente por fricción entre superficies concéntricas al eje longitudinal del mandril (si es curvado) o tangentes a superficies concéntricas al eje longitudinal del mandril (si es plano). Nota: esta afirmación bastante amplia asume que el medio es un método de contacto tradicional, no un método sin contacto, por ejemplo, utilizando un motor de inducción lineal, con un mandril metálico, o un mandril con parte metálica, accionado axialmente por el motor.

El desafío de mantener un mandril de sección transversal uniforme, radialmente flexible, de esta manera se realza por el hecho de que los mandriles están hechos de materiales antifricción para minimizar las fuerzas de extracción; están diseñados para deslizarse más fácilmente fuera de las cosas.

Los platos de la técnica anterior diseñados para sujetar elementos cilíndricos de sección transversal uniforme desde el exterior, como los que se utilizan para sujetar piezas de trabajo en talleres mecánicos, aplastarían el extremo del mandril antes de desarrollar la fuerza de sujeción axial adecuada. Una suposición inherente a estos dispositivos es que la pieza cilíndrica es relativamente rígida. Sin embargo, el mandril elástico no es lo suficientemente rígido para soportar las fuerzas radiales muy altas necesarias para desarrollar fuerzas de fricción axial adecuadas.

Los platos de la técnica anterior diseñados para sujetar elementos tubulares de sección transversal uniforme desde el interior se saldrían o deformarían permanentemente el extremo del mandril. Una suposición inherente a estos dispositivos es que la pieza cilíndrica es relativamente fuerte y rígida. Sin embargo, el mandril elástico no es lo suficientemente fuerte y rígido para soportar las fuerzas radiales muy altas necesarias para desarrollar fuerzas de fricción axial adecuadas. El extremo del mandril cedería, experimentando un aumento de diámetro permanente, o ruptura. De cualquier manera, estaría dañado y no sería reutilizable. Nota: las fuerzas aplicadas durante el estiramiento y/o la extracción pueden ser mucho mayores que la fuerza de tracción inducida al sujetar los extremos del mandril cuando están presurizados, normalmente de 22,67 a 68,03 kg (50 a 150 libras), por tanto, el plato interior utilizado en el nido de bobinado sería inadecuado para muchos formatos de productos.

Una alternativa válida es hacer que el mandril tenga una sección transversal no uniforme, lo que no entra dentro del alcance de la invención reivindicada, para proporcionar una superficie transversal al eje longitudinal del mandril para que el sujetador coopere. Se puede hacer con un mandril homogéneo fusionando una forma en el mandril en o cerca del extremo, trabajando en caliente una característica en el mandril en o cerca del extremo, trabajando en frío una característica en el mandril en o cerca del extremo, mecanizando una característica en el mandril en o cerca del extremo, o similar. La característica puede no poseer técnicamente una superficie transversal, sino una superficie curvada que funciona de manera similar, como un orificio u orificios a través de la pared del tubo, una forma cónica o estrechada, una protuberancia anular (interior o exterior), un broche, una perilla esférica, o similar. Se puede hacer con un mandril no homogéneo mediante la coextrusión de un polímero de formulación diferente en o cerca del extremo, o añadiendo material diferente, por ejemplo aleación metálica, mediante soldadura sónica, sujeción mecánica, adherencia, adhesivo, etc.

Sin embargo, existe un gran inconveniente en hacer que la sección transversal del mandril no sea uniforme poniendo tales características en sus extremos. El gran inconveniente es un coste mucho más alto. Los mandriles de sección transversal uniforme de materiales termoplásticos se pueden extruir comercialmente de manera muy económica. Si se adquieren en cantidades de 1.000 a 2.000, el coste es inferior al 2 % del coste de un mandril hecho de componentes ensamblados, tales como los enseñados en la técnica anterior. Mantener el mandril homogéneo y simplemente añadir características al extremo sería más económico que añadir piezas de material diferente, pero aún aumentaría el coste por un factor de muchas veces.

Otras desventajas incluyen las siguientes.

• Una mayor inercia polar y de masa permitiría un peor control a altas velocidades de la banda.

• Los mandriles más pesados reducirían la ventana operativa de las bobinadoras de superficie sin núcleo en relación con los productos bobinados holgadamente de baja firmeza.

• El peso añadido en los extremos del mandril aumentaría la probabilidad de daños catastróficos en la máquina durante choques a altas velocidades.

• Los mandriles serán menos duraderos, especialmente si el material añadido es diferente, porque puede separarse bajo cargas altas o cargas de impacto.

• Los mandriles también pueden ser menos duraderos debido a las concentraciones de tensión en las características añadidas.

• Es posible que los mandriles no funcionen en rebobinadoras existentes que también fabrican productos con núcleos de cartón porque su geometría no es equivalente a un núcleo.

• Los mandriles pueden no tener una rigidez radial uniforme en toda su longitud, en lugar de ser más rígidos en o cerca de los extremos, donde la sección transversal difiere. Este no es un problema para los mandriles rígidos, utilizados en rebobinadoras especiales sin núcleo, porque al ser un poco más firmes que rígidos siguen siendo rígidos, es decir, sobre los mismos. Pero, es un inconveniente importante para los mandriles destinados a ser radialmente elásticos y utilizables en bobinadoras de superficie que necesitan compresión en el núcleo (o mandril) para controlarlo, porque alterar la sección transversal en los extremos puede aumentar radicalmente la rigidez en los extremos. Si la rigidez radial es demasiado alta, puede dañar la máquina o el mandril. Si la mayor rigidez se localiza con respecto al eje longitudinal del mandril, puede provocar un desgaste desigual y/o desviar el mandril hacia un lado durante el funcionamiento.

• Los mandriles serán más caros de reciclar si se utiliza un material diferente porque el material diferente debe separarse.

Se requiere holgura para colocar el mandril de sección transversal uniforme en, o sobre, los medios de restricción (sujetador). La holgura tiene variabilidad. Los mandriles de menor coste tendrán una mayor variabilidad (tolerancia de fabricación). Si un sujetador requiere mandriles de mayor precisión, entonces se requieren mandriles de mayor coste. Las tolerancias estándar indicadas para la extrusión comercial normal de mandriles de HDPE con un OD de 4,3 cm (1,700 pulgadas) x 0,09 cm (0,036 pulgadas) de espesor de pared son de ± 0,02 cm (± 0,010 pulgadas) en el diámetro exterior y también de ± 0,02 cm (± 0,010 pulgadas) en el diámetro interior. Esto significa que el espesor de la pared en sí puede variar ± 0,02 cm (± 0,010 pulgadas).

Como se ha mencionado anteriormente, la extrusión de polímeros termoplásticos a tolerancias normales, que no entra dentro del alcance de la invención reivindicada, es una forma muy económica de fabricar mandriles de bobinado, especialmente si se pide en grandes cantidades. Pero para aprovechar esta oportunidad, el sujetador debe adaptarse a la variación del diámetro del mandril y no dañar los extremos del tubo. Por lo tanto, tiene que abrirse lo suficiente para tener holgura en el OD de los tubos más grandes y en el ID de los tubos más pequeños, así como lo suficientemente cerca para encajar en el OD de los tubos más pequeños y en el ID de los tubos más grandes.

A continuación se enumeran los requisitos de diseño del sujetador de mandril, que no se incluyen en el alcance de la invención reivindicada:

• No daña (deforma permanentemente) el mandril.

• Acomoda el intervalo de holgura relativamente grande del tubo de polímero extruido comercialmente normal.

• Puede producir una gran fuerza de sujeción axial.

• Transmite la fuerza de sujeción axial uniformemente a la sección transversal del mandril para evitar puntos de alta tensión localizados que harían que el material del mandril cediera o se rompiera.

• Se activa (bloquea) y desengancha (libera) rápidamente.

• Puede soltarse bajo carga de tracción axial. Este es un requisito del método de estiramiento mecánico.

• Intercambiable para mantenimiento y cambios de diámetro de mandril (formato de producto).

• Compacto, para facilitar la utilización de múltiples extractores paralelos a una escala razonable.

• Ligero, por lo que puede acelerarse rápidamente para la extracción con mandril de alta velocidad (alta velocidad de ciclo).

• Accionamiento eléctrico o neumático (no hidráulico, que es propenso a fugas y susceptible al fuego).

Las Figuras 12 a 18 ilustran la realización preferida de un sujetador 69, que no entra dentro del alcance de la invención reivindicada, que puede cooperar con un mandril elástico de paredes delgadas con una sección transversal uniforme.

Con referencia a la figura 14, un conjunto de cilindro neumático 70 incluye un cuerpo cilíndrico 71 y un pistón 72 que incluye extremos de varilla derecho e izquierdo 73 y 74. El pistón 72 puede deslizarse dentro de un orificio 75 en el cilindro, y el orificio se comunica con una fuente de aire presurizado a través de los puertos 76 y 77. El cilindro 71 es un cilindro de carrera corta, de gran diámetro.

El extremo derecho de la varilla 73 está provisto de roscas de tornillo 78 y un saliente anular 79. Un soporte 80 está asegurado contra el saliente 79 por una tuerca 81. Un extremo 82 de una correa de distribución flexible 83 (véase también la Fig. 18) está asegurado a la parte inferior del soporte 80 por una abrazadera 84 y el otro extremo 85 de la correa de distribución está asegurado a la parte superior del soporte 80 por una abrazadera 86.

Un conjunto de sujeción 88 está montado en el extremo 74 izquierdo de la varilla y está adaptado para sujetar un mandril tubular 60. El conjunto de sujeción incluye una carcasa cilíndrica 89 y una púa central cilíndrica o eje 90 que está dimensionado para insertarse en el orificio del mandril tubular. La púa tiene una punta de bala recortada 91 para garantizar que entre en el mandril incluso si el mandril y el tronco que está bobinado en el mandril están desalineados con el sujetador 69. El diámetro de la púa tiene una tolerancia de fabricación. Se especifica su diámetro máximo por lo que siempre es menor que el diámetro mínimo posible del mandril. Por tanto, cada mandril tiene una holgura radial entre su diámetro interior y la púa. La holgura varía. La holgura es máxima cuando el diámetro interior del mandril está en su límite de tolerancia superior y el diámetro de la púa está en su límite de tolerancia inferior.

Una pluralidad (ocho en la realización ilustrada) de bloques de sujeción 92 espaciados circunferencialmente (véase también la figura 13) están montados dentro de la carcasa cilíndrica 89 para un movimiento radial. Los bloques de sujeción están limitados para el movimiento radial por una cara 93 que se extiende radialmente en la carcasa cilíndrica 89 y una placa anular 94 que está atornillada a la carcasa. Cada uno de los bloques de sujeción incluye una cara interior 95 que se extiende axialmente y una cara de cuña exterior inclinada 96. Con referencia a la figura 13, los bloques de sujeción están separados por espaciadores 97 de forma generalmente trapezoidal que están asegurados a la carcasa 89. Un perno 98 que se extiende radialmente está asegurado a cada uno de los bloques de sujeción y se extiende a través de la carcasa 89. Un resorte de compresión 99 entre la carcasa y el cabezal 100 del perno desvía elásticamente los bloques radialmente hacia afuera para retraer los bloques.

Una cuña de accionamiento 101 está montada radialmente hacia el exterior de cada uno de los bloques de sujeción 92. Cada una de las cuñas de accionamiento incluye una cara de cuña 102 interior inclinada que se engancha con la cara de cuña 96 del bloque de sujeción asociado y una cara exterior 103 que se extiende axialmente que se engancha con una superficie cilíndrica 104 de la carcasa 89. El enganche de las caras 103 y 104 asegura que las cuñas de accionamiento se muevan axialmente dentro de la carcasa 89. Cada cuña de accionamiento 101 está provista de un orificio 105 a través del cual se extiende un perno 98, y cada cuña de accionamiento está asegurada al cuerpo cilíndrico 71 mediante un perno 106 que se atornilla en la cuña. El cabezal 107 de cada perno 106 está asegurado al cuerpo cilíndrico mediante una placa de sujeción 108 y una tuerca 109.

Con referencia a la figura 13, los bloques de sujeción 92 están espaciados radialmente hacia fuera desde la púa cilíndrica 90 para permitir que se inserte un mandril tubular entre la púa y los bloques. La figura 14 ilustra el extremo de un mandril tubular 60 insertado sobre la púa 90. El pistón 72 está en la posición desenganchada en la que el pistón se engancha con la cara izquierda 110 del orificio 75 del cilindro 71. El pistón se mantiene en la posición desenganchada mediante el aire a presión que entra en el puerto 76, y el puerto 77 se ventila.

Haciendo referencia a las figuras 15 y 16, el mandril se sujeta o engancha mediante el puerto de ventilación 76 y el puerto de presurización 77. El aire presurizado del puerto 77 mueve el cilindro 71 hacia la izquierda y los pernos 106 mueven las cuñas de accionamiento 101 hacia la izquierda y fuerzan los bloques de sujeción 92 radialmente hacia adentro para sujetar el mandril entre los bloques de sujeción y la púa 90. La púa rígida 90 dentro del mandril proporciona un soporte interno para el mandril de modo que el mandril no se aplaste.

Cuando el cilindro se engancha a 0,41 MPa (60 psig), los bloques de sujeción ejercen casi 1.814,37 kg (4000 lb) sobre el mandril. Por lo tanto, si el coeficiente de fricción de los bloques en un mandril de HDPE es 0,3, la fuerza de sujeción será de casi 544,31 kg (1.200 libras). Si esta cantidad no es suficiente, el coeficiente de fricción se puede aumentar con revestimientos de fricción en los bloques y la púa interna, quizás elevándolo a 0,5, y por lo tanto la fuerza de retención a 0,41 MPa (60 psig), a casi 907,18 kg (2.000 libras).

El dispositivo es muy compacto y muy ligero en relación con su fuerza de sujeción. Toda la unidad, incluyendo el cilindro neumático, pero excluyendo la correa de distribución, poleas y motor que lo mueven, es de unos 6 kg (13 % libras).

Una característica especialmente novedosa es la forma en que el sujetador se adapta a la holgura necesaria y la tolerancia de fabricación al deformar elásticamente el extremo del mandril sin deformarlo permanentemente. La disposición de los bloques de sujeción 92 se concibió cuidadosamente para evitar la deformación permanente del mandril. La figura 17 muestra cómo se deforma el mandril 60 cuando los bloques de sujeción 92 lo cargan contra la púa 90 dentro del mandril. La carga axial se comunica a través de dieciséis superficies en las ocho regiones de contacto sustancialmente lineal entre los ocho bloques de sujeción 92, el mandril y la púa 90. El mandril solo se deforma suavemente en las regiones entre los bloques. La forma de la sección transversal del mandril adopta temporalmente la apariencia de lóbulos u ondas 111 entre los bloques de sujeción. La tensión máxima de flexión está en los puntos de inflexión. La magnitud de esta tensión es bastante baja porque el radio de curvatura de los lóbulos es grande. Cuando se retira el sujetador del mandril, los lóbulos u ondas desaparecen y el mandril asume su forma original.

El tamaño del mandril en la realización ilustrada es de 4,31 cm (1,700 pulgadas) de OD x 0,091 cm (0,036 pulgadas) de espesor de pared. Ocho bloques de sujeción 92 funcionan fácilmente en su periferia. De hecho, los mismos ocho bloques pueden funcionar en la periferia de un mandril tan pequeño como 2,54 cm (1,000 pulgadas) de OD. Una variante obvia es que para mandriles de menor diámetro se puede reducir la cantidad de bloques. La realización preferida tiene ocho bloques para asegurar una buena distribución de la transmisión de fuerza, para evitar puntos de alta tensión localizados que podrían hacer que el material del mandril ceda o se rompa con fuerzas axiales muy altas, maximizando la vida útil del mandril, pero se pueden usar menos bloques.

Cuando se utilizan ocho bloques de sujeción, la fuerza se transmite a través de dieciséis superficies en ocho regiones de contacto sustancialmente lineal. Se denomina dieciséis superficies porque tanto la púa interior como los bloques exteriores están restringidos axialmente. Se puede hacer una versión del sujetador en donde solo la púa interior, o los bloques exteriores, tienen restricción axial, pero no sería tan eficiente en la transmisión de fuerza.

Otra variante opcional es reemplazar la púa circular en el interior con una forma poligonal o de estrella, o una forma circular con pequeños cortes planos en ella. Por ejemplo, un polígono irregular de 16 lados, con segmentos más cortos para cooperar con los bloques exteriores y segmentos más largos entre los bloques exteriores, puede ser usado. Si la cantidad y el espaciado de los bloques fuera del mandril se ajusta adecuadamente, un polígono regular, con todos los segmentos y ángulos interiores uniformes, puede ser usado. Una forma de estrella o acanalada, con lóbulos o llanos que cooperan con los bloques exteriores, puede ser usada. Todas estas son variantes menores de la invención.

La realización preferida tiene un eje circular dentro del mandril y bloques planos fuera del mandril. Estas formas se eligieron en gran parte por la facilidad de fabricación y operación. Las superficies exteriores al mandril pueden ser planas o convexas, pero no deben ser cóncavas, o marcarían el mandril. Se recomienda llano porque esta forma es fácil de fabricar y asegura que se maximice la anchura de la región de contacto sustancialmente lineal. La superficie, o superficies, dentro del mandril puede ser convexa o plana, pero no debe ser cóncava, o marcaría el mandril. Se recomienda una superficie circular convexa porque esta forma es fácil de fabricar y asegura que la desalineación angular entre los elementos dentro y fuera del mandril no dañará el sujetador, ni el mandril, ni reducirá la fuerza de sujeción. El uso de superficies llanas dentro y fuera del mandril puede ser tentador para aumentar la anchura de la región de contacto, haciéndola una línea más ancha, para transmitir mayor fuerza. Si bien esto es ciertamente posible, tiene los siguientes inconvenientes. En primer lugar, todas las partes deben estar alineadas con precisión para que cada par de superficies llanas que cooperan sean paralelas, de lo contrario, el sujetador, o el mandril, o ambos, pueden dañarse y/o la fuerza de sujeción puede ser menor. En segundo lugar, cuanto más anchas sean las superficies planas en la superficie interior, más cerca deben estar las superficies planas del eje longitudinal del tubo para que la púa encaje dentro del tubo, por lo tanto, más lejos deben viajar los bloques en el exterior y mayor debe ser la deformación de la pared del mandril. En conclusión, se consideró que las superficies planas lo suficientemente estrechas como para no presentar otros problemas significativos no valían la pena por el coste y la complicación adicionales.

Para que el sujetador lleve la carga completa, los bloques de sujeción 92 en el exterior del mandril deben cargarse uniformemente. Debido a que comparten un solo accionador, deben moverse sustancialmente al unísono, o ser ajustables individualmente para que todos presionen la pared del tubo contra la púa interna sustancialmente simultáneamente. En la realización preferida, se proporcionan ajustes individuales a las cuñas 101 que mueven los bloques para permitir una instalación adecuada. Aunque los tubos de polímero extruido tienen tolerancias bastante grandes y, por lo tanto, pueden variar en ID, OD y espesor de pared de tubo a tubo y dentro de un tubo, se ha encontrado que dentro de cualquier sección transversal dada, el OD tiene una buena concentricidad con el ID. Sin embargo, si se encuentra que un tubo de mandril preferido carece de concentricidad, es decir, el espesor de la pared no es sustancialmente uniforme en todo el perímetro, se puede prever que el sujetador se adapte a ello. Se puede añadir elasticidad a los tornillos 106 que empujan las cuñas de accionamiento 101 hacia adelante, empujando los bloques de sujeción hacia abajo. Esta elasticidad puede ser una arandela de poliuretano, resorte de compresión, o similar. La elasticidad también se puede utilizar para compensar el desgaste desigual de las cuñas, si se encuentra que esto es un problema.

La realización preferida del sujetador no posee un medio para empujar el mandril hacia afuera. Se espera que un dispositivo externo, o un par de dispositivos, ayudará a sacar el mandril. Por ejemplo, después de que el sujetador haya retirado la mayor parte de la longitud del mandril de un tronco, dos abrazaderas, una dispuesta más cerca del lado del operario y la otra dispuesta más cerca del lado de accionamiento, actuarían para presionar ligeramente el mandril. Las superficies estarían cubiertas con un material que proporcione resistencia contra el desplazamiento axial adicional del mandril, pero no prohíbe un mayor desplazamiento axial ni marca el mandril. Después de que el extremo del mandril se haya retirado del extremo del tronco y la placa frontal adyacente al mismo, estos dispositivos de sujeción evitarían que se caiga, manteniendo el mandril horizontal al suelo. En este punto, el sujetador estaría acercándose a su posición de detención. Antes de detenerse, el sujetador se soltaría y el sujetador viajaría un poco más a baja velocidad hasta su posición de detención. La resistencia impuesta al mandril mediante las abrazaderas haría que el movimiento del mandril cese antes del movimiento del sujetador, sacando el mandril del sujetador. Entonces, las abrazaderas se soltarían simultáneamente, permitiendo que el mandril caiga en las guías de retorno o en un transportador. Una realización alternativa puede poseer un medio integrado para empujar el mandril hacia atrás fuera del sujetador en lugar de utilizar un dispositivo o dispositivos externos.

Una realización alternativa es la implementación de un dispositivo accionado manualmente. Este dispositivo puede ser manual y usarse para retirar mandriles de troncos bobinados relativamente holgadamente, donde las fuerzas de extracción son bajas. Debido a que las fuerzas son bajas, el dispositivo puede usar menos bloques en la periferia del mandril y más piezas de aluminio y plástico para mantenerse ligero. Los bloques se pueden cargar con palancas de leva o pestillos de palanca sobre el centro en lugar de cuñas para reducir aún más el peso, coste y complejidad. El cliente objetivo estaría en mercados donde el coste de la mano de obra es bajo en relación con el coste del equipo de capital. (Aunque sería agotador hacerlo durante horas, es eminentemente factible. La prueba de concepto del uso de mandriles de bobinado de HDPE de pared delgada se realizó en una máquina con extracción manual de mandril).

Una realización diferente que actúa de manera similar sería usar un anillo rígido fuera del mandril, con cuñas móviles, o bloques, en el interior. En lugar de que los segmentos de la pared del mandril entre los bloques sobresalgan hacia afuera, se extraerían más rectos, como cuerdas corriendo entre las coronas de los bloques. Los lóbulos (o crestas de las olas) estarían alineados con las cuñas, en lugar de entre ellas. La gran desventaja de este enfoque, con respecto a la realización preferida, es que no funciona con mandriles de pequeño diámetro. Incluso para mandriles de diámetro moderado, los mecanismos dentro del tubo tendrían que ser relativamente complejos para encajar.

El hecho de tener elementos móviles tanto dentro como fuera del mandril tiene la limitación del mandril de diámetro pequeño descrita anteriormente, y tampoco es bueno para mantener la concentricidad del sujetador con el mandril. También, es mucho más complejo. Además no es necesario. Si funcionara perfectamente el mandril no se deformaría en absoluto. Si la pared del mandril se deforma en lóbulos entre los bloques (porque los bloques exteriores se desplazan en exceso) o la pared del mandril se deforma en cuerdas entre los bloques (porque los bloques interiores se desplazan en exceso), entraría dentro del alcance de esta invención.

En el caso de que se utilice un mandril con extremos radialmente rígidos, como un mandril macizo 61 axialmente elástico, un mandril axialmente elástico con tapas rígidas, mandril de aleación metálica, o similar, se omite la púa interior 90 y la parte de sujeción del sujetador puede funcionar como un plato exterior convencional. Sus otras ventajas, como un tamaño pequeño, un peso ligero, una gran fuerza de sujeción, y teniendo la fuerza de tracción en la correa de distribución colineal con el eje longitudinal del mandril se mantienen.

Extracción del mandril

La figura 18 ilustra cómo se ejerce una fuerza de tracción axial sobre el sujetador 69 y el mandril 60 para extraer el mandril del tronco. El sujetador 69 está montado de forma deslizante sobre un par de raíles de guía 115 que están montados sobre el marco F del conjunto extractor de mandril. El extremo 82 de la correa de distribución flexible 83 (véanse también las figuras 14 y 15) está alineado axialmente con la línea central o eje CL del mandril. La correa de distribución se extiende alrededor de las poleas locas 116 y 117 que están montadas en ubicaciones fijas en el marco F y alrededor de un impulsor o accionador de correa convencional 118 que está montado en el marco. El otro extremo 85 de la correa de distribución está unido a la parte superior del soporte 80. El accionamiento del impulsor de la correa 118 hace que el extremo 82 de la correa de distribución y el sujetador 69 se muevan hacia la derecha, ejerciendo así una fuerza de tracción axial sobre el mandril.

Las Figuras 19-28 ilustran las etapas del método preferido para extraer un mandril elástico 60 de un tronco 66 cuando se emplea el modo de estirar el mandril dentro del tronco tirando de ambos extremos. Cuando se utiliza el modo de tracción simple para estirar y retirar el mandril, el sujetador izquierdo y la unidad pueden reemplazarse con un accionador lineal simple, tal como un cilindro neumático, para empujar la cara del extremo del tronco contra las placas de sujeción 123 y 124. Cuando sea adecuado, tiene la ventaja de menor coste y complejidad. Cuando se utiliza el método de empujar y tirar para estirar y retirar el mandril, el sujetador izquierdo no tira del mandril, sino que solo lo empuja y puede reemplazarse con un dispositivo no accionador más simple. Todavía se recomienda el control de movimiento con servo para la sincronización adecuada. Cuando sea adecuado, tiene las ventajas de un coste algo menor y una velocidad de ciclo potencialmente más alta.

Haciendo referencia primero a la figura 19 -cuya descripción no entra dentro del alcance de la invención reivindicada-, el tronco se apoya en un canal 120 de soporte de troncos en el marco. Una restricción de troncos periférica inferior 121 está montada en el canal. Una restricción de troncos periférica superior 122 por encima del tronco está posicionada para enganchar la parte superior del tronco.

Un sujetador derecho 69R (o del lado del operario) está posicionado para enganchar el extremo derecho del mandril 60, y un sujetador izquierdo 69L (o del lado de accionamiento) está posicionado para enganchar el extremo izquierdo del mandril. Las placas 123 y 124 de restricción de la cara del extremo del tronco están situadas para engancharse en la cara derecha del tronco.

En la figura 20, el sujetador izquierdo 69L se ha movido para enganchar el extremo izquierdo del mandril. Las placas de restricción 123 y 124 de la cara del extremo del tronco se han cerrado alrededor del extremo derecho del mandril. El sujetador derecho 69R se mueve para enganchar el extremo derecho del mandril.

En la Figura 21, el sujetador izquierdo 69L se ha movido hacia la derecha para empujar el tronco contra las placas de restricción 123 y 124 de la cara del extremo del tronco. El sujetador es detenido por un detector o un límite de par. El sujetador derecho 69R se mueve para enganchar el extremo derecho del mandril y es detenido por un detector o un límite de par.

En la figura 22, mientras el tronco está detenido, el sujetador izquierdo 69L sujeta el extremo izquierdo del mandril, el sujetador derecho 69R sujeta el extremo derecho del mandril, la restricción de troncos periférica superior 122 se engancha a la parte superior del tronco, y la restricción de troncos periférica inferior 121 se engancha a la parte inferior del tronco.

En la Figura 23, el sujetador derecho 69R (lado del operario) se mueve lentamente hacia la derecha para estirar el mandril, induciendo la separación localizada del mandril del tronco, y para asegurar que la cara del lado del operario del tronco permanezca contra las placas de sujeción 123 y 124 de la cara del extremo del tronco. El sujetador izquierdo 69L (lado de accionamiento) se mueve más rápido y más hacia la izquierda para realizar la mayor parte del estiramiento del mandril.

En la figura 24, el sujetador derecho 69R se acelera. El sujetador izquierdo 69L se ralentiza, se invierte y se acelera en la misma dirección que el sujetador derecho. El mandril 60 ahora se está moviendo en relación con el tronco 66, por lo que el sujetador izquierdo suelta el mandril.

En la Figura 25, el sujetador izquierdo 69L se detiene y el sujetador derecho 69R continúa acelerando, retirando rápidamente el mandril 60 del tronco 66.

En la figura 26, cuando el mandril 60 está casi retirado del tronco 66, el sujetador izquierdo 69L se aleja del extremo izquierdo del tronco. La restricción periférica del tronco superior 122 se desengancha, la restricción periférica del tronco inferior 121 se desengancha, y dos abrazaderas 127 y 128 de mandril giran hacia arriba para presionar ligeramente el mandril, proporcionando así una resistencia axial sobre el mandril.

En la Figura 27, el extremo izquierdo del mandril 60 se retira completamente del extremo derecho del tronco 66. El sujetador derecho 69R se desengancha del mandril y continúa moviéndose hacia la derecha, pero más lentamente. La resistencia axial proporcionada por las abrazaderas 127 y 128 hace que el mandril deje de moverse y el sujetador derecho 69R se retira del mandril. Las abrazaderas 127 y 128 mantienen el mandril en posición horizontal.

En la figura 28, el tronco se descarga del canal 120 para que pueda entrar el siguiente tronco. El mandril 60 se deja caer por las abrazaderas 127 y 128 en las guías de retorno 129 para su recirculación a la bobinadora, o el mandril podría depositarse directamente en un transportador para su recirculación a la bobinadora. El sujetador derecho 69R comienza a regresar a la izquierda para el siguiente tronco después de que el mandril se haya apartado.

La Figura 29 es una vista del extremo del tronco 66, la restricción periférica superior 122, el canal 120 de soporte de troncos y la restricción periférica inferior 121. Las restricciones periféricas se desenganchan del tronco. La restricción superior 122 incluye una cobertura generalmente en forma de V 131 que es subida y bajada por un accionador 132. Los lados inclinados de la cobertura 131 que se enganchan con el tronco están provistos de una superficie áspera 133. El canal 120 tiene una superficie lisa que se engancha con el tronco y está provisto de un espacio 134 que se extiende axialmente en el que se monta la restricción inferior 121. La restricción inferior tiene una superficie áspera para enganchar el tronco y es subida y bajada por un accionador 135.

En la figura 30, cuya divulgación no entra dentro del alcance de la invención reivindicada, las restricciones superior e inferior se empujan contra el tronco 66 para impedir que el tronco se mueva axialmente mientras se extrae el mandril. La fuerza ejercida por las restricciones sobre el tronco no es suficiente para dañar la superficie del tronco.

La figura 31, cuya descripción no entra dentro del alcance de la invención reivindicada, es una vista similar a la figura 30, pero también muestra las placas de restricción 123 y 124 de la cara del extremo y la correa de distribución 83 que es colineal con la línea central del mandril 60 para que la fuerza de extracción en la correa de distribución esté alineada axialmente con el mandril.

La figura 32, cuya descripción no entra dentro del alcance de la invención reivindicada, ilustra una trayectoria de recirculación para mandriles que han sido extraídos de troncos y que se recirculan para su reutilización en el bobinado de nuevos troncos. Un mandril 60A se introduce mediante un transportador de alimentación 137 en una rebobinadora convencional 138 para bobinar un tronco alrededor del mandril como se ha descrito anteriormente. Los troncos bobinados se descargan de la rebobinadora y se envían a una selladora de cola 139 convencional para sellar el extremo o cola de la banda de papel que se bobina para formar el tronco. Los troncos sellados se suministran a un conjunto extractor 140 de mandril del tipo que se ha descrito con referencia a las Figuras 19-28. Un mandril extraído 60B se suministra a un transportador 141 para transportar el mandril 60B con mandriles 60C previamente extraídos de vuelta a la rebobinadora 138.

La figura 33, cuya divulgación no entra dentro del alcance de la invención reivindicada, es una vista de extremo del recorrido de recirculación de los mandriles. El transportador 141 suministra los mandriles 60C a una tolva 142 que incluye un conducto de descarga 143. Los mandriles son alimentados por el conducto de descarga al transportador de alimentación 137.

Expansión presurizada del mandril durante el bobinado

Si para un formato de producto dado, la fuerza de extracción es demasiado grande para usar un mandril flexible radialmente, de paredes delgadas, incluso cuando el mandril se alarga durante la extracción para minimizar la fuerza de separación, el mandril se puede fabricar con paredes más gruesas, o incluso macizo. Sin embargo, esta acción perdería numerosas ventajas del mandril de paredes delgadas.

En su lugar, según una construcción m o n o c a s c o novedosa, que no entra dentro del alcance de la presente invención, permite la alternativa de inflar el mandril mientras se bobina el tronco, eliminando a continuación la presión fluídica interna más adelante en el proceso de bobinado, o después de que se complete el bobinado, permitiendo que el mandril se desinfle y regrese casi a su tamaño original, antes de que se empuje el tronco o se extraiga el mandril. Este método se puede emplear en lugar de estirar el mandril dentro del tronco tirando de ambos extremos durante la extracción. Sin embargo, dado que el primero opera durante el bobinado y el segundo opera durante la extracción, no son mutuamente excluyentes y ambos pueden emplearse para lograr una mayor reducción de la fuerza de extracción máxima juntos que cualquiera de ellos solo.

A continuación se comparten extractos parafraseados de la explicación de m o n o c a s c o en Wikipedia. Están disponibles en el siguiente sitio web.http://en.w¡k¡pedia.org/w¡k¡/Monocoque

Monocasco es una técnica de construcción que soporta la carga estructural mediante el uso del recubrimiento externo de un objeto, en lugar de utilizar una estructura interna o una armadura que luego se cubre con un recubrimiento o carrocería que no soporta carga. El término también se utiliza para indicar una forma de construcción de vehículos en la que la carrocería y el chasis forman una sola unidad.

La palabra monocasco proviene del griego para único (mono) y del francés para cubierta (casco). La técnica también puede denominarse recubrimiento estructural o recubrimiento resistente. Un semi-monocasco se diferencia por tener largueros y vigas. La mayoría de las carrocerías de automóviles no son verdaderos monocascos, en cambio, los automóviles modernos usan una construcción unitaria que también se conoce como u n it body, un ibody , o construcción integral de la estructura. Esto utiliza un sistema de secciones de caja, tabiques y tubos para proporcionar la mayor parte de la fuerza del vehículo, al que el recubrimiento resistente añade relativamente poca resistencia o rigidez.

Las mismas características del HDPE que producen un gran alargamiento axial y una reducción diametral significativa cuando se aplica una fuerza axial modesta también sirven para producir un aumento diametral grande cuando se aplica una presión interna modesta. Una presión interna modesta induce tensiones muy por debajo del límite elástico del material para que el mandril vuelva a su tamaño original en un período de tiempo razonable. De nuevo, los atributos que significan que estas características requeridas están presentes e incluyen la temperatura de transición vítrea por debajo de la temperatura de servicio y un gran valor para el límite elástico dividido por el módulo elástico.

Se han utilizado mandriles expansibles mecánicamente para lograr un efecto similar en rebobinadoras sin núcleo, pero invariablemente son conjuntos complejos compuestos por muchas partes intrincadas en las que las partes expansivas que contactan con el interior del producto son esencialmente una cubierta alrededor de los elementos dentro del mandril que soportan las cargas axiales y de flexión. El resultado es un dispositivo caro y pesado que no se puede utilizar como mandril de recirculación en una rebobinadora de superficie sin núcleo.

Se han utilizado mandriles inflables por fluidos para lograr este efecto en rebobinadoras sin núcleo, pero invariablemente también son conjuntos complejos compuestos de muchas partes en las que la parte inflada que entra en contacto con el interior del producto es un recubrimiento envuelto alrededor de, o un neumático colocado sobre, los elementos dentro del mandril que soportan las cargas de flexión y axiales. Aquí también el resultado es un dispositivo caro y pesado que no se puede utilizar bien como mandril de recirculación en una rebobinadora de superficie sin núcleo.

Por el contrario, el diseño m o n o ca sco conserva todas las ventajas del mandril de paredes delgadas, radialmente elástico, axialmente elástico, porque el inflado se ejecuta tensando la misma cubierta que lleva todas las cargas. Es de menor coste, menor masa, menor inercia polar, causa menos daño durante choques a alta velocidad, etc.

Otras ventajas incluyen las siguientes. No hay costuras que marquen ni se agarren en el diámetro interno del producto, como tienen los mandriles mecánicamente expansibles. El inflado es uniforme en toda la longitud del mandril, a diferencia de las unidades con recubrimientos elásticos que abultarán más en los puntos medios y menos en los extremos. También, el diseño m o n o c a s c o conservará la misma concentricidad entre el diámetro exterior y el diámetro interior cuando se infla como cuando se desinfla. Sucede naturalmente con el diseño m o n o ca sco , pero sería un desafío extremo si se usara un mandril rígido con recubrimiento inflable en una rebobinadora de superficie de anchura de producción.

La Figura 41 ilustra un tronco 66 que está bobinado en un mandril tubular 60 mientras el interior del mandril está presurizado por gas o fluido como lo indica la flecha 181. El otro extremo del mandril puede estar cerrado como lo indica la tapa o placa 182 o también puede estar presurizado. El fluido, preferentemente neumático, se puede suministrar al interior del mandril elástico por medios similares a los enseñados en la patente US 2.520.826. El fluido puede ser suministrado a, y ventilado desde, ambos extremos del mandril cuando se requiere una presurización y/o despresurización rápida.

El objetivo de la Patente US 2.520.826 es aumentar temporalmente la rigidez radial de los núcleos, para que no sean aplastados por los rodillos de bloqueo, que pueden aplicar una gran fuerza de contacto. El medio es presurizar los núcleos de bobinado. No menciona la retirada de estos núcleos o la producción de otro producto sin núcleo. Tampoco menciona un aumento del diámetro del núcleo debido a la presurización.

Debido a que la pared del mandril es delgada en relación con el diámetro del mandril, la tensión circunferencial dentro de la pared se puede calcular con la fórmula de Barlow. La explicación de la fórmula de Barlow que se proporciona a continuación fue tomada de HDPE Physical Properties de Marley Pipe Systems. Se puede encontrar en el siguiente sitio web. El método aceptado internacionalmente para calcular la tensión circular circunferencial se deriva de la fórmula de Barlow y es como sigue:

http://www.marleypipesystems.co.za/images/downloads/hdpe_pressure_pipe/HDP E_physicalproperties_v002.pdf

Se proporcionará un ejemplo de presurización de un mandril de HDPE con un OD de 4,3 cm (1,700 pulgadas) x 0,09 cm (0,036 pulgadas) de espesor de pared para ilustrar la magnitud del cambio de diámetro que se puede lograr es significativo para el proceso.

La presión interna de 0,42 MPa (61 psig) induce una tensión circular de 9,7 MPa (1.410 psi). Este nivel de tensión está muy por debajo del límite elástico del material de 27,6 MPa (4.000 psi). La cantidad de aumento de diámetro que corresponde a este nivel de tensión depende del módulo elástico y de la curva tensión-deformación. La relación lineal de la Ley de Hooke indica que el aumento del diámetro será de 0,04 cm (0,016 pulgadas). Debido a la no linealidad de la curva de tensión-deformación del HDPE y el efecto de la duración de la carga (fluencia), es probable que el aumento del diámetro sea aproximadamente un 50 % mayor que este, o aproximadamente 0,06 cm (0,024 pulgadas).

La presión interna de 0,52 MPa (76 psig) induce una tensión circular de 9,7 MPa (1.756 psi). Este nivel de tensión todavía está muy por debajo del límite elástico del material de 27,6 MPa (4.000 psi). La relación lineal de la Ley de Hooke indica que el aumento del diámetro será de 0,050 cm (0,020 pulgadas). Debido a la no linealidad de la curva de tensión-deformación del HDPE y al efecto de la duración de la carga, es probable que el aumento del diámetro sea un 50 % mayor que este, o aproximadamente 0,07 cm (0,030 pulgadas).

La cantidad de aumento del diámetro cuando se aplica la presión es aproximadamente igual a la cantidad de disminución del diámetro después de que se elimina la presión. Reducciones de diámetro de estas magnitudes, desde el bobinado de troncos hasta la extracción del mandril, puede reducir significativamente las fuerzas de extracción.

Es deseable inflar el mandril muy temprano en el bobinado, antes de colocar muchas envolturas de papel en el mandril, porque las envolturas de papel pueden restringir el inflado del mandril. Si el inflado se realiza antes de que el rollo guía entre en contacto, las envolturas de banda son relativamente pocas y no muy apretadas, por lo que el mandril puede aumentar de diámetro y las envolturas de banda pueden estirarse ligeramente, si es necesario. Ciertamente, el inflado se puede hacer después del contacto del rollo guía, pero puede producir un menor crecimiento del diámetro del mandril.

Hay un efecto secundario de inflar el mandril elástico con presión interna, si los extremos no están restringidos en la dirección axial, el mandril se acorta. Esto se debe al efecto de Poisson y se puede cuantificar utilizando el coeficiente de Poisson. Si se presuriza a 0,42 MPa (61 psig), el mandril de HDPE examinado anteriormente sufriría una tensión axial de -0,4 % (Ley de Hooke) a -0,6 % (1,5 x Ley de Hooke). Si se presuriza a 0,52 MPa (76 psig), sufrirá una tensión axial de -0,5 % (Ley de Hooke) a -0,75 % (1,5 x Ley de Hooke). Para un mandril de 110 pulgadas de largo, estos valores de deformación corresponden a una reducción de longitud de 1,11, 1,67, 1,38, y 2,10 cm (0,44, 0,66, 0,55 y 0,83 pulgadas), respectivamente.

Esta reducción en la longitud del mandril dentro del tronco no debería representar un problema para el proceso, siempre que la longitud adecuada sobresalga de los extremos del tronco para la extracción. Incluso puede ser beneficioso, porque el mandril comenzará a alargarse por su propia voluntad después de que se elimine la presión interna, ayudando así a la separación progresiva entre el mandril y el tronco que minimiza la fuerza máxima de extracción.

Pero, ¿qué pasa si los extremos están restringidos axialmente? ¿entonces el mandril no se puede acortar, o no se puede acortar tanto? Se desarrolla fuerza de tracción, y por lo tanto tensión de tracción, dentro de la pared del mandril. Como se enseña en las patentes US 7.293.736 y US 7.775.476, al tener una fuerza de tracción que actúa dentro del núcleo delgado y largo puede ayudar a controlar la vibración lateral dentro del tronco. La fuerza de tracción también puede ser eficaz en este sentido cuando el elemento delgado y largo es un mandril elástico en lugar de un núcleo de cartón. Una diferencia significativa es que en lugar de platos tirando del tubo, como con la técnica anterior, el mandril elástico inflado tira de los platos.

Por supuesto, si está restringido axialmente, el mandril elástico no puede inflarse hasta un diámetro tan grande. Sin embargo, esto es controlado por presión de fluido variable (neumático), que es fácil de regular y, por lo tanto, fácil de experimentar y optimizar.

Los medios enseñados en el documento US 2.520.826 para acoplarse a los extremos del núcleo pueden modificarse para asegurar el sellado en los diámetros mínimo e inflado, y también para retener su agarre en los extremos del mandril para oponerse a la fuerza de tracción axial desarrollada dentro del mandril.

Dependiendo de cómo se enganchan los extremos del mandril, la presión dentro del mandril puede tender a hacer que el mandril experimente un acortamiento o alargamiento axial. Dependiendo de cómo se restringen los extremos del mandril, la tendencia del mandril a acortarse o alargarse axialmente puede inducir estrés de tensión o compresión dentro del mandril. Existen numerosas combinaciones de formas de enganchar los extremos del mandril (para presurización) y de restringir los extremos del mandril (para control) para producir diversos efectos.

La interacción entre el ID del tronco y el OD del mandril también influye si, y cuánto, el mandril en realidad cambia de longitud. Por ejemplo, los troncos bobinados más apretados con una mayor presión entre capas ofrecen una mayor resistencia al movimiento axial del mandril dentro del tronco.

Adhesivos de transferencia

La patente US 6.752.345 describe en las líneas 26-42 de la columna 2 varias formas de transferir la banda a los mandriles de bobinado sin usar el pegamento de transferencia de alta adhesividad que se usa normalmente con los núcleos. Estos métodos se emplean porque el pegamento de alta adhesividad hace que la extracción del mandril del tronco sea más difícil. Las líneas 43-48 de la columna 2 explican que estos métodos simplemente no son lo suficientemente confiables para funcionar a alta velocidad. La transferencia al vacío y el pliegue de la banda también se pueden añadir a la lista de métodos comparativamente deficientes, por las razones descritas en la sección de antecedentes de este documento.

Otros beneficios de usar pegamento de transferencia incluyen los siguientes.

• Los pegamentos de transferencia de viscosidad baja y moderada penetran en la banda y sellan la cola interna a la envoltura de banda adyacente. Esto evita que la cola interna se deshaga durante la manipulación y el tránsito, un problema de calidad importante, porque el rollo no se puede montar en un dispensador estándar si se ha desbobinado internamente, cerrando el orificio.

• Una máquina que puede cambiar rápida y fácilmente entre la producción con núcleos y sin núcleos es mucho más práctica si se usa pegamento de transferencia para ambos. Proporcionar medios de transferencia alternativos para la producción sin núcleo es más costoso, más mantenimiento, mayor complejidad, y requiere más amontonamiento de componentes, haciéndolo más difícil de trabajar.

• Se puede poner perfume en el pegamento de transferencia. Es muy común en algunos mercados perfumar el papel higiénico. Por lo general, se realiza pulverizando o goteando perfume sobre los núcleos. Esto no se puede hacer con productos sin núcleo. Una alternativa atractiva es poner el aroma del perfume en el pegamento de transferencia. No se requiere equipo de aplicación adicional.

• Un beneficio secundario es que se puede usar menos perfume, en relación con cuando se ejecuta con núcleos, que es un ahorro de costes. El perfume generalmente se pone en el diámetro externo de los núcleos, por lo que se envuelve dentro del producto acabado. El perfume en el pegamento de transferencia del producto sin núcleo estaría expuesto a la atmósfera, por lo que una cantidad reducida de perfume puede producir el mismo aroma.

Se pueden utilizar formulaciones comercialmente disponibles, existentes en el mercado de adhesivos de transferencia (captación) con los mandriles elásticos. Y estos adhesivos se pueden aplicar con los métodos de aplicación existentes. Esto no es una sorpresa, porque es el mismo pegamento que se usaba en el pasado aplicado a los mandriles que se comportan como núcleos. Otra posibilidad es utilizar un adhesivo para los extremos de menor adhesividad en húmedo. Por supuesto, también se pueden desarrollar formulaciones especiales adaptadas específicamente a la producción sin núcleo.

Todos los pegamentos que se comentan a continuación se pueden aplicar a los mandriles elásticos con un sistema de aplicación por extrusión. El sistema de aplicación por extrusión se puede ajustar para trabajar con pegamento de mayor o menor viscosidad. Funciona mejor con pegamento que tenga una viscosidad en el intervalo de 3.000 a 18.000 cps.

Diversas y numerosas opciones están disponibles con respecto al pegamento de transferencia. La siguiente información se proporciona para demostrar la viabilidad de este enfoque. Los ejemplos son específicos, pero debe entenderse que no son limitantes.

Los adhesivos se pueden clasificar en tres categorías generales: limpios, cerosos y gomosos.

A. Adhesivos limpios

Los ejemplos son Seal 118T de Henkel y Seal 3415 de Henkel. Ambos son adhesivos para los extremos, se utiliza para sellar la cola exterior de un tronco de papel tisú o toalla acabado. Los adhesivos para los extremos tienen muy buena humectación y penetración, por lo que son excelentes para sellar el extremo interno cuando se usan como adhesivo de transferencia. También son excelentes para transferir papel higiénico, debido a su alta absorbencia, a altas velocidades de la banda.

Seal 118T tiene una viscosidad nominal de 4.500 cps. Seal 3415 tiene una viscosidad nominal de 6.000 cps.

Lo más destacable del uso de estos pegamentos en mandriles de HDPE es lo limpios que salen los mandriles cuando se extraen del tronco. Son prístinos, sin una indicación de que alguna vez hubo pegamento de transferencia en ellos. Si el pegamento aún está húmedo cuando sale el mandril, es simplemente una muy buena, película delgada que desaparece rápidamente sin dejar rastro cuando se expone a la atmósfera. El interior del tronco no sufre daños y el adhesivo no aumenta sustancialmente la magnitud de la fuerza de extracción.

Estos adhesivos no requieren medidas especiales, ni lavado, para mantener limpios los mandriles en recirculación.

B. Adhesivos cerosos

Los ejemplos son Tack 3338 de Henkel y Tack 5511MH de Henkel. Ambos son adhesivos de captación de alta adhesividad (transferencia de banda) que se usan con frecuencia cuando se transfieren bandas de papel higiénico o de toallas de cocina en los núcleos. Puede ser deseable usarlos para lograr velocidades de transferencia confiables más altas, especialmente para sustratos más pesados y/o menos absorbentes.

Tack 3338 tiene una viscosidad nominal de 9.000 cps. Tack 5511MH tiene una viscosidad nominal de 18.000 cps.

Cuando se utilizan estos pegamentos, queda una pequeña cantidad de residuos en los mandriles de HDPE extraídos. La cantidad de residuo es menor para el pegamento de menor viscosidad y mayor para el pegamento de mayor viscosidad. Si el pegamento aún está húmedo cuando sale el mandril, se seca bastante rápido cuando se expone a la atmósfera, el pegamento de menor viscosidad secándose más rápido y el pegamento de mayor viscosidad tardando más. Para ambos el residuo seco es ceroso, sin adhesividad. Se puede limpiar fácilmente con un paño seco o un pañuelo seco. De hecho, si fuera posible extraerlo dos veces del tronco, todo el residuo se eliminaría con la segunda pasada.

Estos pegamentos no han sido probados en producción extendida, por lo que no se sabe si la pequeña cantidad de residuo ceroso de adhesividad cero que queda en los mandriles es un problema para la recirculación. Si no ensucia la máquina, es aceptable. Cualquier residuo que quede de un tronco se eliminará cuando se extraiga el mandril de su próximo tronco, por lo que los residuos en los mandriles alcanzarán inmediatamente un nivel de equilibrio, sin seguir escalando. Los depósitos de contaminación en el sistema de recirculación y rebobinadora podrían seguir aumentando, sin embargo. Si esto es un problema, se puede instalar un dispositivo de limpieza o limpieza en seco automatizado dentro de la trayectoria de recirculación. El hecho de que el residuo pueda limpiarse sin agua u otro disolvente hace que esta combinación de material de mandril y pegamento sea muy atractiva en relación con la técnica anterior.

Al igual que con los adhesivos limpios para los extremos, el interior del tronco no sufre daños. Estos adhesivos aumentan la magnitud de la fuerza de extracción en una cantidad menor.

C. Adhesivos gomosos

Un ejemplo es Tack 6K74 de Henkel. Este es un adhesivo de captación de alta adhesividad que se usa con frecuencia cuando se transfieren papel higiénico o toallas de cocina en los núcleos. Fue formulado para tener un largo tiempo abierto, lo que significa que permanece pegajoso durante mucho tiempo, incluso mientras se seca. Algunos pegamentos que tienen largos tiempos abiertos permanecen pegajosos indefinidamente cuando se colocan sobre una superficie dura que no tiene absorbencia. No se sabe que estos pegamentos ofrezcan alguna ventaja significativa en relación con la categoría de pegamentos de captación que se secan como cera y también tienen una alta adhesividad.

Cuando se utiliza este pegamento, queda una pequeña cantidad de residuos en los mandriles de HDPE extraídos. La cantidad de residuo que queda depende en gran medida de la cantidad de pegamento aplicado. En todas las pruebas, el pegamento todavía estaba húmedo cuando emergió el mandril. Todavía estaba pegajoso y no se secó rápidamente. De hecho, generalmente se mantuvo pegajoso, con una sensación gomosa, durante un tiempo relativamente largo (más de 10 minutos en una prueba).

Aunque este pegamento no ha sido probado en producción extendida, por lo que no se sabe con certeza que la pequeña cantidad de residuo gomoso que queda en los mandriles ensuciaría la máquina, se espera que cause problemas, así que hay que hacer algo al respecto. Debido a que el pegamento permanece gomoso durante un tiempo relativamente largo, no se puede limpiar con un paño seco o un pañuelo seco. Sin embargo, puede, debido a que es soluble en agua, ser muy fácil de limpiar con un paño húmedo o un pañuelo húmedo. El residuo se puede lavar manualmente. O la limpieza podría automatizarse mediante la instalación de lavadoras dentro de la trayectoria de recirculación.

Que el interior del tronco sufra daños menores o no sufra ningún daño depende en gran medida de la resistencia o debilidad del sustrato mismo. En la mayoría de los casos, los troncos no sufrirán daños cuando estén asegurados por la cara del extremo y la periferia, como se describe en la sección sobre restricción de troncos. Este adhesivo aumenta la magnitud de la fuerza de extracción en mayor medida que los adhesivos que se secan cerosos.

Extracción con mandril limpio

El mercado desea un sistema simple sin núcleo de bajo coste que muestra una buena higiene del pegamento. Sería ideal un sistema en donde el propio tronco limpie el mandril y no se requiera una limpieza automática ni manual.

Como se explica en la sección anterior, cuando se utilizan adhesivos limpios para los extremos en mandriles de HDPE, la fuerza de extracción es relativamente baja, ni el tronco ni el mandril sufren ningún daño y el mandril permanece completamente limpio. Es una solución sobresaliente a lo que había sido un tema complejo y espinoso.

Sin embargo, puede ser ventajoso para algunos productos o sustratos, o quizás los convertidores insistan en ello debido a sus propias preferencias, usar otros adhesivos que pueden ser cerosos, gomosos, o simplemente no tan limpios. Los métodos que se enseñan a continuación se desarrollaron para hacer frente a esta situación y, por lo tanto, aumentar la selección de pegamentos que funcionan con mandriles limpios de buena higiene, extractor limpio, sistema de recirculación limpio, rebobinadora limpia. Aunque los métodos se desarrollaron principalmente para acomodar el uso de pegamentos de transferencia "problemáticos", ciertamente se pueden emplear con cualquier pegamento de transferencia.

La mayoría de las bobinadoras de superficie modernas tienen una línea de pegamento de transferencia a lo largo del núcleo, paralela al eje longitudinal del núcleo, no anillos de pegamento de transferencia alrededor de la circunferencia del núcleo. Esta disposición es beneficiosa para usar menos pegamento por núcleo, teniendo menos contaminación de pegamento en la máquina y teniendo unas transferencias de banda de mayor calidad, más fiables. La línea puede ser continua o rota por espacios. Los métodos para aplicar dichas líneas de pegamento se enseñan en las patentes US 5.040.738 y US 6.422.501. Las líneas 26 - 44 de la columna 4 del documento US 5.040.738 explican algunas ventajas de la línea de pegamento única.

La figura 34 es una vista en sección transversal de un tronco 66 o 67 que está bobinado en un mandril tubular 60 o en un mandril macizo 61. Se aplica una línea axial de adhesivo 145 al mandril antes de bobinarlo. El tronco está formado por una pluralidad de capas o envolturas 147 de papel, y solo se ilustran algunas de las capas. El adhesivo 145 asegura la primera capa de papel al mandril.

Es preferible que los mandriles para la producción sin núcleo utilicen esta misma línea de pegamento longitudinal para conservar sus numerosas ventajas. Sin embargo, cuando se extrae el mandril (o se empuja el tronco) en la dirección longitudinal, la disposición del pegamento de transferencia en una sola línea paralela al eje longitudinal del mandril hace que el pegamento permanezca en la interfaz entre el mandril y el tronco, porque no ha sido absorbido por la banda, por untar, ya que el pegamento libre y la banda pegada se mueven en la misma dirección. Si en cambio, alguna banda seca sin pegar pasó sobre el pegamento libre en la línea para dispersarlo, el pegamento se extendería más delgado y sería absorbido en gran medida por la banda o transferido a la red, en lugar de simplemente untar la longitud del mandril.

El método consiste en girar el mandril dentro del tronco antes de extraerlo o mientras se extrae. La rotación relativa unta el pegamento libre y la banda pegada alrededor de la circunferencia del OD del mandril y el ID del tronco en lugar de hacerlo axialmente a lo largo del mandril. Esta acción transfiere más pegamento libre al tronco, promueve la absorción de más pegamento libre por la banda y dispersa la línea de pegamento libre de modo que cualquier pegamento residual en el mandril sea una película extremadamente delgada que no se transferirá como contaminación a los elementos de la máquina en el extractor, sistema de recirculación, rebobinadora, etc.

Esta rotación relativa puede ejecutarse en cualquier momento después de que se complete la transferencia de banda. Puede lograrse sujetando el tronco y girando el mandril, o sujetando el mandril y girando el tronco. En la práctica, sujetar el mandril y girar el tronco debería ser más simple de implementar, si se hace después de completar el bobinado del tronco.

Las Figuras 37-40 ilustran un aparato para hacer girar un tronco con respecto al mandril antes de que se extraiga el mandril para untar o dispersar la línea axial de adhesivo alrededor de la circunferencia del mandril. Un tronco 66 o 67 con un mandril 60 o 61 está soportado por un par de rodillos inferiores 170 y 171 que están montados de forma giratoria en cojinetes de rodillos 172 que están montados en una estructura 173. Un rodillo superior 174 está montado giratoriamente de forma similar en un par de cojinetes de rodillos 172 que están montados en una parte móvil 173a de la estructura. Una polea de distribución 175 está montada en el lado izquierdo o de accionamiento de cada uno de los rodillos superior e inferior para hacer girar los rodillos por medio de una correa de distribución accionada.

Los sujetadores de mandril derecho e izquierdo 69R y 69L están montados de forma deslizante en guías lineales 176 que están montadas en la estructura. Cada uno de los sujetadores se puede mover axialmente con respecto al tronco mediante un accionador 177.

Un tronco se mueve sobre los dos rodillos inferiores 170 y 171 rodando hacia abajo una mesa de alimentación 178 (Fig. 40). A continuación, el rodillo superior 174 se mueve hacia abajo para engancharse con el tronco, y los sujetadores derecho e izquierdo 69R y 69L se mueven para engancharse con el mandril 60, 61, como se muestra en la Figura 39. El mandril 60 o 61 se mantiene estacionario gracias a los sujetadores mientras que los rodillos 171, 172 y 174 superior e inferior accionados hacen girar el tronco. El par necesario para iniciar la rotación relativa puede reducirse haciendo que los sujetadores 69L y 69R estiren el mandril. Si se hace esto, los accionadores 177 pueden reubicarse en línea con el mandril 60, 61 para minimizar la carga de momento en las guías lineales 176.

Después de girar el tronco lo suficiente como para untar el adhesivo alrededor de la superficie del mandril, los sujetadores y el rodillo superior se desenganchan, y el tronco se hace rodar hacia abajo por una mesa de descarga 179 (Fig. 40). El tronco se puede descargar girando el rodillo izquierdo 171, con una parte de la mesa de entrada 178a, sobre el rodillo derecho 170.

Alternativamente, la rotación relativa del mandril al tronco se puede lograr mientras el tronco todavía está en el nido de bobinado, al forzar el mandril para que gire más rápido o más lento que el tronco, se haría que el mandril girara basándose en que el tronco es impulsado únicamente por los rollos en su periferia.

Las ventajas de ejecutar la rotación relativa en el nido de bobinado se enumeran a continuación.

• El pegamento de transferencia ha tenido menos tiempo de secado, por lo que la rotación relativa es más fácil de iniciar.

• Debido a que la rotación relativa es más fácil de iniciar, hay menos posibilidades de dañar el producto y el mandril.

• Se puede lograr añadiendo frenos o motores a las guías de posición del núcleo, que puede suministrarse de todos modos por otras razones, tales como el control de troncos telescópicos, por lo que puede ser mucho menos costoso de implementar.

• Se puede utilizar para influir en el bobinado del tronco, como se explica a continuación.

Las ventajas de iniciar la rotación relativa temprano en el ciclo, si se ejecuta en el nido de bobinado, se enumeran a continuación.

• El pegamento de transferencia ha tenido el menor tiempo de secado, por lo que la rotación relativa es más fácil de iniciar.

• La presión de contacto entre el tronco y el mandril es menor, debido a menos envolturas de banda sobre el mandril, por lo que la rotación relativa es más fácil de iniciar.

• Debido a que la rotación relativa es más fácil de iniciar, hay menos posibilidades de dañar el producto y el mandril.

• Como se explica anteriormente en este documento, una vez iniciado el movimiento relativo, requiere menos fuerza (o par) para mantenerlo, así que arrancarlo cuando es más fácil es mejor.

La rotación relativa puede ser breve o continuada durante gran parte de la duración del ciclo de bobinado. Algunas razones por las que puede ser preferible mantenerlo breve se enumeran a continuación.

• La rotación relativa puede ejecutarse temprano en el bobinado, por un breve período, antes de que el mandril se presurice y, por lo tanto, aumente de diámetro, lo que aumenta la presión de contacto entre el tronco y el mandril.

• La rotación relativa puede ejecutarse tarde en el bobinado, por un breve período, después de que el mandril se haya despresurizado, y por lo tanto disminuido en, diámetro, reduciendo la presión de contacto entre el tronco y el mandril.

• La rotación relativa puede ser ejecutada solo por una porción, o porciones, del ciclo de bobinado si la fricción del movimiento relativo genera calor excesivo y amenaza con debilitar o dañar el mandril.

Una razón para continuar durante la mayor parte del período del ciclo del bobinado es que luego se puede usar para influir en las características del tronco, ayudar a hacer que el bobinado sea más apretado o más holgado.

Cuando el mandril gira con respecto al tronco, transmite un par al interior del tronco, debido a la fricción entre el mandril y el diámetro interior del tronco. Si se hace que el mandril gire más lento de lo que lo haría el tronco, el mandril se desliza hacia atrás y proporciona un par negativo en el interior del tronco. Si se hace que el mandril gire más rápido de lo que lo impulsaría el tronco, el mandril se desliza hacia adelante y proporciona un par positivo en el interior del tronco. El par positivo tendería a ayudar a bobinar el tronco más apretado y más pequeño, el par negativo tendería a ayudar a bobinar el tronco más suelto y más grande.

Este es efectivamente un bobinador de superficie central con el accionamiento central operando en modo de torsión a través de una forma de embrague deslizante. Como tal, no es del todo nuevo. Pero, el hecho de que se produzca deslizamiento entre una superficie del mandril y una superficie del tronco, específicamente el OD del mandril y el ID del tronco, es novedoso.

Las bobinadoras de superficie central tienen uno, o más, tambores accionados y un accionamiento al núcleo, o mandril, donde el accionamiento central puede ser directamente al núcleo, o al núcleo a través de un mandril dentro del núcleo. Las patentes US 1.437.398 (Cameron), US 2.090.130 (Kittel), US 2.385.692 (Corbin), US 5.639.045 (Dorfel), US 6.199.789 (Celli), US 7.293.736 (Recamí), US 7.775.476 (Recamí), y US 7.942.363 (Gelli) enseñan un bobinado de superficie central.

Cameron '398 tiene dos realizaciones. La primera, que la llaman un "rebobinado central", se describe en las líneas 30 - 43 en la página 2. Hoy en día se conoce comúnmente como una bobinadora de superficie central de un solo tambor. La segunda, que la llaman un "rebobinado de superficie", se describe en las líneas 47 - 54 en la página 2. Hoy en día se la conoce comúnmente como una bobinadora de superficie central de 2 tambores. La rebobinadora opera con un mandril dentro de una fila de núcleos coaxiales adyacentes. El problema que pretenden resolver está presente en el estado de la técnica de ambos tipos, aunque afirman en varios lugares que, en su experiencia, es peor en las bobinadoras de superficie central de un solo tambor.

La máquina está diseñada para bobinar rollos firmes compuestos de papel de bajo volumen. Los rollos bobinados holgadamente se consideran defectuosos porque las capas pueden moverse internamente y colapsarse durante la manipulación una vez que se completa el bobinado; y, son problemáticos operativamente, debido al entretejido de las tiras cortadas.

Los rollos bobinados holgadamente ocurren cuando el eje de bobinado impulsado gira demasiado lento, con respecto a la superficie de los tambores impulsores, para un calibre de papel dado. Esto puede suceder en las rebobinadoras de corte longitudinal porque las tiras de la banda en áreas de calibre más delgado hacen que los rollos tengan un diámetro más pequeño que los rollos adyacentes, pero los núcleos de todos los rollos comparten la misma velocidad angular porque están montados sobre un eje común. Esto se explica en las líneas 64 - 80 en la página 1.

Una distinción importante es que, aunque estos rollos son más pequeños que sus hermanos en el mismo mandril, son más grandes (más voluminosos) de lo que deberían ser porque están bobinados demasiado holgadamente. Y la razón por la que están bobinados demasiado holgadamente es que sus núcleos están siendo impulsados a una velocidad más lenta de lo que deberían ser. De forma indirecta, esto enseña que el par negativo aplicado al centro del tronco ayuda a bobinar un tronco más suelto y más grande.

Su invención es un mandril que permite que cada núcleo se deslice con respecto al mandril. Es como si cada núcleo tuviera su propio embrague de fricción para que puedan girar a diferentes velocidades que el mandril y entre sí. Por lo tanto, cada rollo gira a una velocidad angular única, por lo que la velocidad periférica de todos los rollos es uniforme y se adapta a la velocidad de avance de la banda. Esto es efectivamente un ajuste automático de la velocidad de accionamiento central para lograr una firmeza y compacidad uniformes entre los rollos.

Un aspecto importante de la solución es que la invención hace que los núcleos de los rollos antes bobinados holgadamente giren a una velocidad angular más alta que sus hermanos en el mismo mandril, lo que hace que los rollos se bobinen más apretados y pequeños (más compactos). De forma indirecta, esto enseña que el par positivo aplicado al centro del tronco ayuda a bobinar un tronco más apretado y más pequeño.

La rotación del mandril opera bajo control de par a través del tren de transmisión a través de un embrague deslizante y los núcleos individuales operan bajo control de par adicional (secundario), a través de su propio deslizamiento individual. Los mecanismos que permiten el deslizamiento de los núcleos con respecto al mandril se describen en las líneas 7 - 78 en la página 3. Los elementos deslizantes en la transmisión del par desde el centro de accionamiento hasta los rollos de bobinado son superficies planas transversales al eje longitudinal del mandril y los núcleos. No se enseña el deslizamiento entre el OD del núcleo y el ID del tronco, ni lógica. Asimismo, no se menciona el rebobinado sin núcleo.

Kittel '130 describe una bobinadora de superficie central de 2 tambores. Un objeto especial declarado de la invención es producir "rollos de compacidad sustancialmente uniforme" (líneas 7 - 8 en la página 1). La reivindicación 4 en la página 2 resume la velocidad correcta del accionamiento central para lograr esto, definiendo lo que puede denominarse una velocidad adaptada que no aplica un par positivo ni negativo al bobinado, más bien, solo el par motor necesario para hacer girar el rollo: "Una bobinadora combinada de centro y superficie que comprende rollos de respaldo, un rollo de recogida montado sobre dichos rollos de respaldo y que tiene un eje de accionamiento central, engranaje de accionamiento de velocidad superficial constante a dichos rollos de respaldo y engranaje de accionamiento de velocidad variable a dicho eje central, incluyendo engranajes autocompensantes para accionar automáticamente dicho eje central a una velocidad para mantener constante la velocidad de la superficie del rollo de recogida en los puntos de enganche con los rollos de respaldo".

No se menciona el deslizamiento entre el mandril y los rollos de producto ni el deslizamiento entre el diámetro exterior del núcleo y el diámetro interior del producto. Asimismo, no se menciona el rebobinado sin núcleo.

Corbin '692 describe una máquina que funciona como una bobinadora de superficie central de 3 tambores hasta que los rodillos de la jaula se retiran, después de lo cual funciona como una bobinadora de superficie central de un solo tambor. Es la combinación de una bobinadora de superficie y una bobinadora de torreta sin mandriles. Los núcleos están soportados y accionados mediante platos en cada extremo. Cada par de platos tiene un plato deslizante (elementos 88 y 89, Fig. 11) como elemento deslizante en la transmisión de par desde el accionamiento central a los rollos de bobinado. No se enseña el deslizamiento entre el OD del núcleo y el ID del tronco, ni lógica.

Hay una mención casual de rebobinado sin núcleo en las líneas 23 - 28 de la columna A en la página 1. Afirma, "en ausencia de un núcleo [los rollos se bobinarían] directamente sobre un mandril adecuado que posteriormente se puede retirar del rollo acabado". Sin embargo, no se enseña nada con respecto a este mandril adecuado. No se proporcionan comentarios sobre su geometría, composición material, ni cómo se usaría. Asimismo, no se menciona ninguno de los enormes desafíos para el éxito del rebobinado sin núcleo, ni instrucción dada en cuanto a cómo pueden ser superados.

Dorfel '045 describe una bobinadora de superficie central de 3 tambores. Al menos uno de los platos es opcionalmente accionado rotacionalmente como se explica en las líneas 9 - 15 de la columna 5. Enseña un beneficio del bobinado de superficie central en las líneas 4 - 8 de la columna 5:

"Un accionamiento central de este tipo reduce el par que los rollos rey 11 y 12 deben transferir a la bobina 13. Esta medida en particular hace posible una estructura mejorada de la bobina, es decir, una predeterminación superior de la densidad de la bobina".

No se menciona el deslizamiento entre el mandril y los rollos de producto ni el deslizamiento entre el diámetro exterior del núcleo y el diámetro interior del producto. Asimismo, no se menciona el rebobinado sin núcleo.

Celli '789 describe una bobinadora de superficie central de 3 tambores. La rebobinadora opera con un mandril dentro de un solo núcleo, o una fila de núcleos coaxiales adyacentes si la banda se corta en tiras. No se menciona el deslizamiento entre el mandril y los rollos de producto ni el deslizamiento entre el diámetro exterior del núcleo y el diámetro interior del producto. Las líneas 15 - 16 de la columna 2 afirman "El mandril de bobinado es preferentemente expandible, en una forma conocida p e r se". Es casi seguro que se trata de un mandril mecánicamente expansible del tipo que es un conjunto complejo compuesto de muchas piezas intrincadas, aunque su naturaleza no se establece explícitamente. Las líneas 7 - 11 de la columna 2 afirman "porque solo hay un mandril y no se recicla alrededor de la máquina, como sucede en algunas rebobinadoras usadas actualmente, el tamaño y el peso del mandril en realidad pueden hacerse considerables para aumentar su resistencia". Esto es lo opuesto al mandril elástico ligero de la presente invención.

Hay una mención casual de rebobinado sin núcleo en las líneas 34 - 36 de la columna 2. Afirma, "En teoría, la máquina podría realizar el bobinado directamente en el mandril axial, que a continuación se extrae de la bobina acabada para que la bobina acabada no tenga núcleo de bobinado". Sin embargo, no se enseña nada sobre los detalles del mandril. No se proporcionan comentarios sobre su geometría, ni composición material. Asimismo, no se menciona ninguno de los enormes desafíos para el éxito del rebobinado sin núcleo, ni instrucción dada en cuanto a cómo pueden ser superados.

Recami '736 y '476 describen una bobinadora de superficie central de 2 tambores. Los núcleos están soportados y accionados mediante platos en cada extremo. Cada plato es accionado por un motor. No se enseña el deslizamiento entre el OD del núcleo y el ID del tronco, ni lógica. Asimismo, no se menciona el rebobinado sin núcleo.

Gelli '363 describe una bobinadora de superficie central de 3 tambores. Los núcleos están soportados y accionados mediante platos en cada extremo. Cada plato es accionado por un motor. No se enseña el deslizamiento entre el OD del núcleo y el ID del tronco, ni lógica. Asimismo, no se menciona el rebobinado sin núcleo.

Finalmente, la presente invención es diferente de toda la técnica anterior en que el objetivo principal de la rotación relativa es dispersar el pegamento de transferencia de modo que se pueda retirar un mandril limpio del tronco. Un propósito secundario puede ser influir en la estructura del bobinado del tronco, aumentando o disminuyendo su rigidez, y esto es diferente de toda la técnica anterior porque el método de aplicar un par positivo o negativo al interior del tronco es la fricción deslizante entre el OD del mandril y el ID del tronco, que es novedoso.

Los frenos son adecuados para hacer que el mandril vaya más lento (fase inversa en relación con el tronco) y pueden ser más fáciles de implementar, debido a su peso ligero y pequeño tamaño. Se requieren motores para hacer que el mandril vaya más rápido (fase hacia adelante en relación con el tronco) y también se pueden usar para hacerlo más lento, como pueden hacerlo los frenos.

Es improbable que este método sea necesario para los adhesivos de transferencia "limpios", pero se puede utilizar de todos modos, y en realidad puede ser ventajoso para algunos sustratos, algunos formatos de productos, o si se aplica una cantidad especialmente grande de pegamento de transferencia. Este método hace que la mayoría, o todos, de los adhesivos de transferencia "cerosos" sean aceptables. Cuando se dispersa en una película tan delgada, la pequeña cantidad de residuos no se transferirá a otros componentes de la máquina como contaminación.

No se sabe qué tan efectivo puede ser para los adhesivos de transferencia "gomosos". Seguro que puede ayudar, aunque para algunos formatos de productos y sustratos puede dañar el tronco alterando negativamente el perfil del bobinado, o incluso rasgando la lámina, ya que el pegamento siempre pegajoso resiste el corte y la propagación. No obstante, el hecho de que este método hace que los pegamentos "cerosos" se puedan usar sin lavar el mandril es un tremendo beneficio. Los pegamentos "cerosos" de alta adhesividad son tan pegajosos y efectivos para transferir bandas pesadas y/o de baja absorbencia como los pegamentos "gomosos" de alta adhesividad, para que se pueda acomodar el espectro de productos, incluso si el espectro de pegamentos utilizados con núcleos no pueda.

Cualquiera de los mecanismos de accionamiento central de la técnica anterior que se han discutido puede usarse para hacer girar el mandril con respecto al tronco para proporcionar una extracción limpia del mandril.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un método para formar un rollo (66, 67) de material de banda bobinado de manera convolutiva (W, N) que comprende las etapas de:

a) aplicar un adhesivo a un mandril alargado (60, 61, 64);

b) bobinar un material de banda (W, N) alrededor de dicho mandril para formar un rollo (66, 67) de material de banda bobinado de manera convolutiva (W, N);

c) girar el mandril (60, 61, 64) con respecto al rollo para untar el adhesivo;

d) tirar del mandril (60, 61, 64) longitudinalmente; y

e) retirar el mandril (60, 61, 64) del rollo (66, 67).

2. El método de la reivindicación 1 en el que la etapa de tirar del mandril (60, 61, 64) longitudinalmente comprende además reducir el diámetro del mandril (60, 61,64).

3. El método de la reivindicación 1 en el que la etapa de tirar del mandril (60, 61, 64) longitudinalmente comprende además aumentar la longitud del mandril (60, 61, 64).

4. El método de la reivindicación 1 en el que la etapa de girar el mandril (60, 61, 64) con respecto al rollo (66, 67) se realiza antes de la etapa de retirar el mandril (60, 61, 64) del rollo (66, 67).

5. El método de la reivindicación 1 en el que la etapa de girar el mandril (60, 61, 64) con respecto al rollo (66, 67) se realiza durante la etapa de retirar el mandril (60, 61,64) del rollo (66, 67).

6. El método de la reivindicación 1 en el que la etapa de girar el mandril (60, 61, 64) con respecto al rollo (66, 67) se realiza durante la etapa de bobinar la banda alrededor del mandril (60, 61, 64).

7. El método de la reivindicación 1 en el que la etapa de girar el mandril (60, 61, 64) con respecto al rollo (66, 67) unta el adhesivo en una dirección circunferencial alrededor del mandril (60, 61, 64).

8. El método de la reivindicación 1 que comprende además aplicar el adhesivo al mandril alargado (60, 61, 64) longitudinalmente a lo largo del mandril (60, 61, 64).

9. El método de la reivindicación 1 en el que la etapa de aplicar el adhesivo al mandril alargado (60, 61, 64) incluye aplicar un adhesivo que tiene una viscosidad en el intervalo de 3.000 a 18.000 cps.

10. El método de la reivindicación 1 en el que la etapa de aplicar el adhesivo al mandril alargado (60, 61, 64) incluye aplicar el adhesivo a un mandril (60, 61,64) que se compone de material flexible y elástico que tiene al menos una de las siguientes propiedades:

(a) un límite elástico a la tracción dividido por un módulo elástico superior al 2,0 %

(b) una temperatura de transición vítrea inferior a 15,55 grados C (60 grados F);

(c) una densidad de masa (g/cc) inferior a 1,50;

(d) un módulo elástico a la tracción inferior a 13.789,5 MPa (2.000.000 psi);

(e) un límite elástico a la tracción inferior a 344,7 MPa (50.000 psi);

(f) una estructura (% de cristalinidad) superior a 25; y

(g) un coeficiente de Poisson superior a 0,30.

11. El método de la reivindicación 1 en el que la etapa de girar el mandril (60, 61,64) con respecto al rollo (66, 67) se realiza antes de la etapa de tirar del mandril (60, 61, 64) longitudinalmente.

12. El método de la reivindicación 1 en el que la etapa de girar el mandril (60, 61,64) con respecto al rollo (66, 67) se realiza durante la etapa de tirar del mandril (60, 61, 64) longitudinalmente.