ES2929342T3

ES2929342T3 - Extrusión de ariete de paneles finos de polímeros de UHMW

Info

Publication number: ES2929342T3
Application number: ES20217519T
Authority: ES
Inventors: Broderick Jason Strange; Daniel Patrick Braniff
Original assignee: Roechling Eng Plastics Ltd
Current assignee: Roechling Eng Plastics Ltd
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2022-11-28
Anticipated expiration: 2037-02-17
Also published as: WO2017139869A1; EP3825095B1; CA2958384C; BR112018016870A8; EP3416801A1; EP3416801A4; US10427347B2; EP3825095A1; US20170239868A1; ES2861519T3; EP3416801B1; BR112018016870A2; CA3194383A1; CA2958384A1; KR20180114091A

Abstract

Un aparato de extrusión de ariete que incluye una matriz (10) que tiene varias zonas térmicas (50), una tolva (30) para introducir una resina polimérica granular en la matriz y un ariete (18) para mover la resina polimérica granular a través de las zonas térmicas de la matriz y hacia afuera desde un extremo de salida del mismo a una temperatura por encima de la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica. La tolva puede diseñarse para entregar la resina de polímero en una entrada de resina de la matriz en una pluralidad de cantidades medidas específicamente que pueden variar a lo ancho del extremo de entrada de resina de la matriz. El aparato puede incluir además una o más mesas de acabado (500, 502) colocadas después del extremo de salida del troquel para recibir y alejar la resina extruida del extremo de salida del troquel para que no haya contrapresión en la resina extruida, y que proporcionan fuerza de compresión e incluso enfriamiento a la resina extruida. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

d e s c r ip c ió n

Extrusión de ariete de paneles finos de polímeros de UHMW

Solicitud relacionada

Esta solicitud es una continuación en parte de la Solicitud de Patente de Estados Unidos n.015/047.935, presentada el 19 de febrero de 2016.

La presente invención se refiere generalmente a la maquinaria de extrusión de ariete, y más particularmente a un aparato capaz de una extrusión rápida de paneles anchos y finos de polímeros de peso molecular ultra alto.

L^ospaneles de plástico grandes se pueden producir mediante diversas técnicas, incluido el moldeo por compresión, extrusión de ariete y sinterización. La extrusión de ariete de resinas poliméricas granulares utiliza normalmente un equipo que comprende una disposición de ariete y matriz. El material polimérico a extrudir se introduce en un extremo de entrada de una matriz y las carreras de avance de un ariete alternativo compactan el material y lo fuerzan a través de la matriz caliente de forma continua para formar una forma ininterrumpida de un perfil deseado.

Muchos tipos de materiales plásticos, tales como el plástico de cloruro de polivinilo y el plástico ABS, se han extruido con éxito de este modo. Sin embargo, este procedimiento aparentemente simple ha demostrado ser bastante difícil en la práctica cuando se emplean resinas poliméricas de peso molecular ultra alto (UHMW). Estas resinas son sensibles a las fuerzas de cizallamiento, particularmente cuando las presiones de extrusión son muy altas (acercándose a 344,74 MPa (50.000 psi)), lo que se complica por el hecho de que tienden a ejercer fuerzas de fricción significativas en una matriz durante el proceso de extrusión. Además, estas resinas son sensibles a las altas temperaturas, mostrando a menudo degradación debido a la oxidación a temperaturas superiores a 260 °C, de modo que el tiempo de permanencia dentro de la matriz se vuelve importante. Sin embargo, temperaturas más bajas que pueden permitir tiempos de permanencia más largos, no son económicas y, a menudo, no funden completamente la resina.

L^osprimeros intentos de extrudir resinas poliméricas de UHMW resultaron a menudo en defectos tales como vacíos, grietas ^oseparaciones notables interiores indeseables entre las varias cargas impulsadas por las repetidas carreras del ariete. A veces incluso incluían regiones que aún presentaban la estructura original en polvo ^ogranular del material, evidentemente habiendo sido insuficientemente ablandado en la matriz.

L^osavances recientes en los procesos de extrusión de ariete han permitido la producción de paneles de material más grandes, pero generalmente estos paneles tienen varios centímetros de espesor y anchuras limitadas. A menos que los protocolos de calentamiento utilizados para producir estos paneles estén estrictamente controlados, el extruido puede deformarse ^olas dimensiones finales pueden no mantenerse dentro de las tolerancias aceptables. Además, si el aire accede a la resina compactada y/o la temperatura aumenta demasiado, puede comenzar un proceso de oxidación que reduce el peso molecular de los polímeros y degrada ^oimpacta negativamente las propiedades físicas del producto final.

La producción de paneles más anchos y finos también se ha visto limitada por el aparato de extrusión de ariete. Para producir un gran panel plano de resina polimérica de UHMW, se emplea una matriz que tiene una gran superficie superior e inferior. Una matriz de este tipo puede experimentar un aumento de las presiones internas que son difíciles de controlar, especialmente para paneles que tienen un perfil más fino. Por ejemplo, las grandes presiones pueden hacer que la región central de estas matrices más anchas se arquee, produciendo así un panel que tiene un mayor espesor en el medio que en los bordes. Tal arqueamiento es más evidente para paneles más finos. L^osintentos de la técnica anterior para resolver este problema han utilizado matrices que están arqueadas de forma convexa hacia el centro para contrarrestar las grandes fuerzas hacia fuera generadas durante el proceso de extrusión.

Además, al salir de la matriz caliente, si los paneles no se enfrían uniformemente y a un ritmo uniforme, la cristalinidad del extruido se vuelve heterogénea hasta tal punto que el panel sólido resultante no es plano, libre de tensión ^oposee las propiedades físicas homogéneas requeridas para un ^usofinal satisfactorio del producto de polímero de UHMW. E^sdecir, la gran área superficial y la alta relación de aspecto de tales paneles a menudo hace que se deformen al enfriarse por debajo de la temperatura de fusión cristalina externa a la matriz. Las diferencias en la velocidad de enfriamiento y cristalización pueden causar deformaciones, arqueamiento, irregularidades en el espesor y en la superficie, y similares. Entonces, tales defectos requerirían mínimamente el raspado de la superficie y un mecanizado a medida. Sin embargo, algunos defectos, por ejemplo, deformación y arqueamiento, pueden ser imposibles de eliminar.

Un aparato de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 se divulga en el documento EP 1908568 A l

En consecuencia, es un objetivo de la presente invención proporcionar sistemas y métodos mejorados para la extrusión de resinas poliméricas de UHM ^w, y particularmente, para la extrusión de paneles de gran relación de aspecto de resina polimérica de UHMW.

Estos y otros objetivos se consiguen mediante un aparato según la reivindicación 1. Otros aspectos de la invención están cubiertos por las reivindicaciones dependientes.

La invención actualmente divulgada supera muchas de las deficiencias de la técnica anterior proporcionando sistemas y métodos para la extrusión de ariete de paneles anchos y finos de resina polimérica de UHMW. Se desvelan sistemas y métodos capaces de suministrar cantidades específicamente medidas de una resina polimérica de UHMW granular a lo ancho de una entrada de la matriz en un aparato de extrusión de ariete. Las cantidades medidas pueden ser las mismas ^opueden variar a lo ancho de la entrada de la matriz y/o durante el proceso de extrusión (es decir, en función del tiempo). Se desvelan además sistemas y métodos para comprimir y/o enfriar uniformemente los paneles de resina polimérica de UHMW después de salir de una salida de la matriz de un aparato de extrusión de ariete.

Por tanto, de acuerdo con ^susprincipales aspectos, y en pocas palabras, la presente invención incluye un aparato para extrudir una resina polimérica que comprende una matriz que tiene un extremo de entrada, un extremo de salida y una pluralidad de zonas térmicas separadas a lo ancho y largo de la matriz, un ariete montado para moverse dentro del extremo de entrada de la matriz desde una posición retraída hasta una posición extendida, y al menos una tolva para sujetar y suministrar una resina polimérica granular a una entrada de resina de la matriz. Se incluyen además medios para regular independientemente una temperatura de la pluralidad de zonas térmicas a temperaturas por encima ^opor debajo de la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica, y medios para impartir movimiento al ariete a lo largo de un eje longitudinal de la matriz para mover la resina polimérica desde la entrada de resina a través de la pluralidad de zonas térmicas y fuera del extremo de salida de la matriz, fundiéndose y comprimiendo la resina polimérica para formar un perfil de extrusión de la matriz durante la progresión a través de las zonas térmicas de la matriz.

De acuerdo con ciertos aspectos del aparato, la matriz puede comprender una porción superior, una porción inferior y porciones laterales que definen el perfil de extrusión de la matriz, teniendo el perfil de extrusión un espesor de no más de 2,54 cm (1,0 pulgada) y una anchura de 101,5 cm (40 pulgadas) ^omayor. Además, las zonas térmicas cerca del extremo de entrada de la matriz, como cerca de la entrada de resina y del ariete, pueden permanecer sin calentar ^opueden enfriarse a una temperatura por debajo de la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica. Las zonas térmicas a lo largo de una porción restante de la matriz se pueden calentar a una temperatura igual ^osuperior a la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica. Puede incluirse más de una zona térmica, de forma que se pueda mantener un gradiente ^ocurva de temperatura a lo largo y/o ancho del perfil de la matriz.

De acuerdo con ciertos aspectos del aparato, se puede incorporar un corte térmico entre el extremo de entrada de la matriz y las regiones calientes de la matriz, ^ozonas térmicas calientes. E^sdecir, se puede incorporar un corte térmico en cada una de las placas de matriz superior e inferior de la matriz antes de la entrada de resina, en la que el corte térmico define al menos una región térmica caliente que comprende las zonas térmicas separadas entre el corte térmico y el extremo de salida de la matriz. En general, la resina polimérica se extrude desde el extremo de salida de la matriz a una temperatura igual ^osuperior a la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica. En ciertos casos, la región entre la entrada de resina ^oel extremo de entrada de la matriz y el corte térmico se puede enfriar a una temperatura por debajo de la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica.

De acuerdo con ciertos aspectos del aparato, la al menos una tolva del aparato se puede configurar para suministrar la resina polimérica en un estado granular en la entrada de resina de la matriz en una pluralidad de cantidades específicamente medidas. Las cantidades específicamente medidas pueden ser las mismas ^opueden variar a lo ancho del extremo de entrada de resina de la matriz. Además, las cantidades específicamente medidas pueden cambiar durante el curso de una extrusión (a lo largo del tiempo). Generalmente, la entrada de resina está próxima al extremo de entrada de la matriz y antes de la posición retraída del ariete.

Se prevén diversos métodos y aparatos que logren el suministro de cantidades variadas de la resina polimérica a lo ancho de la entrada de resina. De acuerdo con ciertos aspectos, la al menos una tolva puede comprender una pluralidad de tubos de alimentación separados a lo ancho de la entrada de resina de la matriz, comprendiendo cada uno de la pluralidad de tubos de alimentación un extremo distal que está próximo a la entrada de resina de la matriz y un extremo próximo en comunicación fluida con la al menos una tolva. Cada uno de la pluralidad de tubos de alimentación puede comprender un alimentador de tornillo sin fin, un alimentador vibratorio, ^oun alimentador giratorio que se puede controlar independientemente para suministrar la pluralidad de cantidades específicamente medidas de resina polimérica. Como alternativa, ^oadicionalmente, cada uno de la pluralidad de tubos de alimentación puede moverse independientemente en una dirección perpendicular (por ejemplo, de arriba hacia abajo ^ode lado a lado) al eje longitudinal de la resina, y/o paralelo al eje longitudinal de la resina, para suministrar la pluralidad de cantidades específicamente medidas de resina polimérica.

De acuerdo con ciertos aspectos del aparato, cada uno de la pluralidad de tubos de alimentación puede comprender una zapata en el extremo distal del mismo configurada para distribuir uniformemente la resina polimérica de cada uno de la pluralidad de tubos de alimentación hasta la entrada de resina de la matriz. La pluralidad de tubos de alimentación se pueden separar uniformemente a lo ancho de la entrada de resina de la matriz para proporcionar un suministro contiguo de resina polimérica a lo ancho de la entrada de resina de la matriz.

De acuerdo con ciertos aspectos del aparato, la resina polimérica extruida ("extruido"), que sale del extremo de salida de la matriz a una temperatura igual ^osuperior a la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica, puede enfriarse uniformemente y/o comprimirse verticalmente al salir por el extremo de salida de la matriz. Esto puede ayudar a proporcionar una tasa de cristalización constante y uniforme para la resina polimérica, tal como una resina polimérica de UHMW, de modo que las características estructurales de la resina polimérica (por ejemplo, resistencia) y del panel (por ejemplo, sin deformación ^oarqueamiento, espesor uniforme), pueden controlarse estrictamente.

Se prevén diversos métodos y aparatos que logren la compresión vertical e incluso el enfriamiento del extruido después de la salida de la matriz. Además, tales medios pueden proporcionar el movimiento del extruido alejándolo del extremo de salida de la matriz de modo que no se ejerza compresión horizontal sobre el extruido. E^sdecir, Cualquier medio para alejar el extruido del extremo de salida de la matriz no aplica una fuerza de compresión sobre el extruido paralela a un eje longitudinal (es decir, con la dirección de flujo de la resina polimérica a través del aparato de extrusión de ariete), pero aplica una fuerza de compresión sobre el extruido perpendicular al eje longitudinal (es decir, en los lados superior e inferior del extruido).

De acuerdo con la invención, el aparato comprende una ^omás mesas de acabado que alejan el extruido del extremo de salida de la matriz para que no haya contrapresión en el extruido (es decir, compresión horizontal), y que promueven un enfriamiento uniforme y una compresión vertical intermitente del extruido. Cada una de las una ^omás mesas de acabado puede comprender placas superior e inferior, en las que la placa superior se puede mover en una dirección perpendicular al eje longitudinal de la matriz a través de un intervalo de posiciones que incluyen al menos (a) una posición abierta que no entra en contacto con el extruido, (b) una posición hacia abajo que entra en contacto con el extruido pero no aplica una fuerza de compresión sobre el extruido, y (^c) una posición de sujeción que entra en contacto y aplica la fuerza de compresión sobre el extruido.

La una ^omás mesas de acabado pueden incluir medios para controlar una temperatura de las placas superior e inferior por debajo de la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica. Dichos medios pueden, directa ^oindirectamente, tal como a través de ventiladores, controlar la temperatura de las placas. Además, las placas superior e inferior de cada una de la una ^omás mesas de acabado pueden comprender un patrón en relieve ^ograbado. Cuando se incluye más de una mesa de acabado, la temperatura de las placas superior e inferior de una segunda ^oposterior mesa de acabado puede ser menor que la temperatura de las placas superior e inferior de una primera ^oanterior mesa de acabado.

De acuerdo con ciertos aspectos del aparato, una primera mesa de acabado puede estar situada después del extremo de salida de la matriz y puede moverse en una dirección paralela al eje longitudinal de la matriz. Cuando se incluye, se puede situar una segunda mesa de acabado después de la primera mesa de acabado y se puede mover en una dirección paralela al eje longitudinal de la matriz. La segunda mesa de acabado puede configurarse para (A) alejarse de la primera mesa de acabado cuando la placa superior de la segunda mesa de acabado está en la posición hacia abajo ^ode sujeción y la placa superior de la primera mesa de acabado está en cualquier posición, y se mueve hacia la primera mesa de acabado cuando la placa superior de la segunda mesa de acabado no está en la posición de sujeción y la placa superior de la primera mesa de acabado está en la posición hacia abajo ^ode sujeción; (B) moverse al unísono con la primera mesa de acabado; ^o(C) permanecer en una posición estática, en la que cuando la placa superior de la primera mesa de acabado está en cualquier posición, la placa superior de la segunda mesa de acabado está en la posición hacia abajo para proporcionar una disipación de temperatura uniforme (es decir, enfriamiento) al extruido pero sin fuerza de compresión sobre el extruido.

De acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención, las placas superior e inferior de cada una de la una ^omás mesas de acabado pueden comprender un material rígido, tal como un material que tenga una rigidez mínima a la flexión unitaria de 3,92 kg/m2 (13.40^olibras-pulgada2). De acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención, la placa superior de la primera mesa de acabado puede comprender un material fino, flexible, tal como un material que tiene una rigidez máxima a la flexión unitaria de 3,92 kg/m2 (13.40^olibras-pulgada2). De acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención, las placas superiores de una ^omás mesas de acabado pueden conectarse operativamente a uno ^omás accionadores a través de un extremo distal de un vástago de pistón del accionador, en las que los accionadores efectúan el movimiento de la placa superior en una dirección perpendicular al eje longitudinal de la matriz. L^osvástagos del pistón del accionador pueden incluir una placa de presión en ^suextremo distal.

La presente invención incluye también un método para producir paneles poliméricos usando una extrusora de ariete. El método puede comprender introducir cantidades específicamente medidas de una resina polimérica granular a lo ancho de un extremo de entrada de una matriz de la extrusora de ariete, teniendo la matriz un perfil definido por un espesor de menor que 2,54 cm (1,0 pulgada) y una anchura de 101,6 cm (40 pulgadas) ^omayor; empujar gradualmente la resina polimérica granular hacia un extremo de salida de la matriz bajo presión de un ariete; calentar la resina pollmérlca granular a una temperatura Igual ^osuperior a la temperatura de fusión cristalina a medida que la resina polimérica granular avanza a través de la matriz hacia el extremo de salida, en el que la resina polimérica granular se funde y se comprime para adaptarse al perfil de la matriz; y extrudir la resina polimérica fundida como un extruido desde el extremo de salida de la matriz a una temperatura superior a la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica granular. De acuerdo con ciertos aspectos del método, el extremo de entrada de la matriz se puede enfriar a una temperatura por debajo de la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica granular.

De acuerdo con ciertos aspectos del método, las cantidades específicamente medidas de la resina polimérica granular pueden comprender una pluralidad de cantidades específicamente medidas que pueden variar a lo ancho de una entrada de resina de la matriz. Generalmente, la entrada de resina está próxima al extremo de entrada de la matriz y antes de la posición retraída del ariete. Se prevén diversos métodos y aparatos que logren el suministro de cantidades variadas de resina polimérica a lo ancho de la entrada de resina. La resina granular se puede suministrar desde al menos una tolva que tiene una pluralidad de tubos de alimentación que se pueden controlar individualmente y se pueden mover en direcciones sustancialmente perpendiculares y/o sustancialmente paralelas a, la dirección de movimiento del ariete. Por ejemplo, se puede suministrar más resina desde los tubos de alimentación cerca de los bordes del perfil de la matriz que desde los tubos de alimentación en el medio de la matriz.

De acuerdo con ciertos aspectos del método, el extruido puede salir por el extremo de salida de la matriz y pasa al menos a una primera mesa de acabado que puede alejar el extruido del extremo de salida de la matriz para que no haya contrapresión sobre el extruido. La primera mesa de acabado puede comprender placas superior e inferior que aplican intermitentemente una fuerza de compresión vertical sobre el extruido y distribuyen uniformemente el calor del extruido.

De acuerdo con ciertos aspectos del método, el extruido se puede extraer ^oempujar de la primera mesa de acabado a una segunda mesa de acabado que comprende placas superior e inferior que aplican intermitentemente una fuerza de compresión sobre el extruido y distribuyen uniformemente el calor del extruido. En los casos en los que el extruido se empuja a una segunda mesa de acabado, ninguna compresión horizontal significativa (es decir, contrapresión) se ejerce sobre el extruido. E^sdecir, cualquier fuerza de empuje no proporcionaría suficiente contrapresión para distorsionar la forma del extruido.

La presente invención incluye también paneles de resina polimérica de UHMW que tienen un espesor de menor que 2,54 cm (1,0 pulgada), tal como menor que 1,9 cm (0,75 pulgadas) ^oincluso menor que 1,27 cm (0,5 pulgadas), y una anchura de 101,6 cm (40 pulgadas) ^omayor, Tal como 137,16 cm (54 pulgadas) ^oincluso 167,64 cm (66 pulgadas), que se producen utilizando cualquiera de los aparatos ^ométodos divulgados en el presente documento. En particular, la presente invención incluye paneles de polietileno ^opolitetrafluoroetileno de UHMW que tienen un espesor de entre 1,27 cm y 1,4 cm (0,50 y 0,55 pulgadas) y una anchura de 101,6 cm a 167,64 cm (40 pulgadas a 66 pulgadas).

Breve descripción de Ios dibujos

L^osaspectos, características, beneficios y ventajas de las realizaciones del presente documento serán evidentes con respecto a la siguiente descripción, reivindicaciones adjuntas y dibujos adjuntos. En las siguientes figuras, los mismos números representan características similares en las distintas vistas. Cabe señalar que las características y componentes de estos dibujos, que ilustran las vistas de realizaciones de la presente invención, a menos que se indique lo contrario, no están necesariamente dibujadas a escala.

la Figura 1A ilustra una vista en sección transversal a lo largo de un eje longitudinal de una matriz que comprende un ariete en una posición retraída de acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención;

la Figura IB ilustra una vista en sección transversal del ariete mostrado en Figura 1A, con el ariete en una posición extendida;

la Figura 1C ilustra una vista en sección transversal a lo largo de un eje longitudinal de una matriz que comprende un ariete en una posición retraída de acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención;

la Figura ID ilustra una vista en sección transversal del ariete mostrado en la Figura 1C, con el ariete en una posición extendida;

la Figura 2A ilustra una vista en sección transversal de un aparato de extrusión de ariete que muestra las placas de matriz y los bloques de presión de acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención;

la Figura 2B ilustra una vista en sección transversal de un aparato de extrusión de ariete que muestra las placas de matriz y los bloques de presión de acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención;

la Figura 3 ilustra una vista lateral de un aparato de extrusión de ariete que muestra las posiciones relativas de las placas de matriz y bloques de presión, y un ariete y cilindros hidráulicos de acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención;

la Figura 4A ilustra una vista en sección transversal del ariete como se muestra en la Figura IB tomad a lo largo de la línea 4A - 4A;

la Figura 4B ilustra una vista transversal similar a la que se muestra en la Figura 4A para una matriz de acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención;

la Figura 5 ilustra una vista transparente de una matriz que muestra las zonas térmicas Internas de acuerdo con ciertos aspectos de la presente Invención;

la Figura 6 ilustra una vista desde un extremo de una tolva y una matriz de acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención;

la Figura 7 ilustra una vista transparente de un aparato de extrusión de ariete que muestra las posiciones relativas de una tolva, una matriz y dos mesas de acabado de acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención; y

la Figura 8 ilustra una vista en perspectiva de una primera mesa de acabado de un aparato de extrusión de ariete de acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención.

En la siguiente descripción, la presente invención se expone en el contexto de diversas realizaciones e implementaciones alternativas que implican sistemas y métodos para producir paneles anchos y finos de polímeros de peso molecular ultra alto (UHMW) que tienen una relación de aspecto grande definida por un espesor igual ^omenor que 2,54 cm (1,0 pulgada), como menor que 1,9 cm (0,75 pulgadas) ^oincluso menor que 1,27 cm (0,5 pulgadas), y un ancho de 101,6 cm (40 pulgadas) ^omayor, como 137,16 cm (54 pulgadas) ^oincluso 167,64 cm (66 pulgadas). Se desvelan aparatos y métodos de extrusión de ariete únicos que optimizan el suministro de una resina polimérica granular en un extremo de entrada de una matriz, y proporcionan fuerzas de compresión y enfriamiento uniformes sobre el extruido después de la salida de un extremo de salida de la matriz, y producir así paneles que tienen un espesor constante y excelentes características de rendimiento de forma más económica y en mayor volumen de lo que ha sido posible hasta ahora.

Se pueden ilustrar diversos aspectos del aparato de extrusión de ariete con referencia a uno ^omás ejemplos de implementación. Como se usa en el presente documento, el término "ejemplo" significa "que sirve como ejemplo, caso ^oilustración", y no debe interpretarse necesariamente como preferido ^oventajoso sobre otras variaciones de los dispositivos, sistemas ^ométodos divulgados en el presente documento. Adicionalmente, la palabra "comprendiendo" como se usa en el presente documento significa "que incluye, pero sin limitación".

Se pueden ilustrar diversos aspectos del aparato de extrusión de ariete describiendo componentes que están acoplados, fijados y/o unidos entre ^{s í}. Como se usa en el presente documento, los términos "acoplado", "fijado" y/o "unido" se usan indistintamente para indicar una conexión directa entre dos componentes ^o, cuando sea adecuado, una conexión indirecta entre ^sía través de componentes intervinientes ^ointermedios. Por el contrario, cuando se hace referencia a un componente como estando "acoplado directamente", "fijado directamente" y/o "unido directamente" a otro componente, no se muestran elementos intermedios en dichos ejemplos.

Las expresiones relativas tales como "más abajo" ^o"inferior" y "más arriba" ^o"superior" pueden usarse en el presente documento para describir la relación de un elemento con otro elemento ilustrado en los dibujos. Se entenderá que los términos relativos pretenden abarcar diferentes orientaciones de aspectos del aparato de extrusión de ariete además de la orientación representada en los dibujos. A modo de ejemplo, si los aspectos del aparato de extrusión de ariete que se muestran en los dibujos se giran, los elementos descritos como estando en el lado "inferior" de los otros elementos se orientarían entonces en el lado "superior" de los otros elementos como se muestra en el dibujo correspondiente. Por tanto, el término "inferior" puede abarcar tanto una orientación "inferior" como "superior" dependiendo de la orientación particular del dibujo.

También cabe destacar que tal como se usa en el presente documento y en las reivindicaciones adjuntas, las formas en singular "un", "una" y "el/la" incluyen la referencia en plural a menos que el contexto dicte claramente lo contrario. Por tanto, por ejemplo, la referencia a "una tolva", "una mesa de acabado", ^o"un tubo de alimentación" es una referencia a uno ^omás de cada uno y ^susequivalentes conocidos por los expertos en la materia, y así sucesivamente. A menos que se defina de otro modo, todos los términos técnicos y científicos que se usan en el presente documento tienen el mismo significado que el entendido habitualmente por un experto en la técnica.

Un objetivo principal de la presente invención es proporcionar un método y aparato novedosos para la extrusión continua de resinas poliméricas de UHMW como paneles que tienen un espesor igual ^omenor que 2,54 cm (1,0 pulgada) y una anchura de 101,6 cm (40 pulgadas) ^omayor. La longitud de los paneles extruidos puede variar y puede determinarse según sea necesario, tal como lo define una configuración de producto final específica, ubicación de almacenamiento ^ométodo de envío.

Haciendo referencia a continuación a los dibujos, realizaciones del aparato de extrusión de ariete de la presente invención se muestran en las Figuras 1-8. Las Figuras 1A - ID ilustrar vistas en sección transversal de una matriz 10 y un ariete alternativo 18. Como se muestra en la Figura 1A, la matriz 10 comprende una placa superior 72 y una placa inferior 74 que definen una abertura de matriz 15 que tiene un extremo de entrada 14 y un extremo de salida 16. Un ariete alternativo 18 puede situarse cerca del extremo de entrada 14 de la matriz 10, antes de una entrada de resina 32 de una tolva 30 que está situada cerca del extremo de entrada 14 de la matriz 10. El ariete 18 puede tener un cabezal de ariete de forma rectangular 19 que puede moverse alternativamente a lo largo de un eje longitudinal 100 coincidente con la abertura de matriz 15. Las cargas de una resina polimérica granular se pueden suministrar desde la tolva 30 hasta la entrada de resina 32 antes del ariete retraído 18. De acuerdo con ciertos aspectos de la invención, la tolva 30 puede comprender también un tubo de alimentación 34 ^orampa que conecta un extremo inferior de la tolva 30 con la entrada de resina 32.

Como se muestra en la Figura IB , el ariete 18 puede moverse alternativamente a una posición extendida dentro de la abertura de matriz para compactar la carga de resina polimérica granular y hacer avanzar la carga compactada a través de una serie de zonas térmicas 50 en la matriz 10 en la que puede salir por un extremo de salida 16 de la matriz 10. Las diversas zonas térmicas 50 en la matriz 10 pueden enfriarse ^ocalentarse. Por ejemplo, las zonas térmicas 50 a la izquierda de la entrada de resina 32 (es decir, hacia el extremo de entrada l4 de la matriz) se pueden enfriar para evitar que la resina granular se derrita y/o se oxide antes de la compactación y extracción del exceso de aire, mientras que aquellas a la derecha de la entrada de resina 32 (es decir, hacia el extremo de salida 16 de la matriz) se pueden calentar. Además, las zonas térmicas 50 a la derecha de la entrada de resina 32 se pueden calentar diferencialmente de modo que se aplique un gradiente ^ocurva de calores diferentes a la resina polimérica a medida que avanza a través de la abertura de matriz hacia la salida 16 de la matriz. La temperatura de las zonas térmicas 50 en ^ocerca de la salida 16 de la matriz puede ser igual ^osuperior a la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica.

Se muestra en las Figuras 1C y ID una disposición alternativa para la tolva 30 y la entrada de resina 32. La Figura 1C muestra la placa superior 72 y la placa inferior 74 que definen la abertura de matriz 15 que tiene un extremo de entrada 14 y un extremo de salida 16, en la que la tolva 30 y la entrada de resina 32 están situadas muy cerca ^oen el extremo de entrada 14 de la matriz. Un ariete alternativo 18 se puede situar antes de la entrada de resina 32. La Figura ID muestra el ariete 18 y el cabezal de ariete 19 en una posición extendida, habiéndose movido alternativamente a lo largo de un eje longitudinal 100 coincidente con la abertura de matriz 15. Las cargas de una resina polimérica granular suministrada desde la tolva 30 hasta la entrada de resina 32 antes del ariete retraído 18 se empujan a continuación en la abertura de matriz y a través de la matriz hacia el extremo de salida 16 de la matriz.

También se muestra en Figura ID un corte térmico (80, 82) en cada una de las placas superior e inferior (72, 74) de la matriz. el corte térmico (80, 82) separa generalmente las zonas térmicas 50 de la matriz de modo que las regiones de enfriamiento y las regiones de calentamiento permanezcan separadas. Por ejemplo, como se muestra en la Figura ID , el corte térmico 80 en la placa superior 72 puede comprender una porción de la placa superior 72 que se ha eliminado para que la región quede expuesta al aire ambiente. De forma similar, el corte térmico 82 en la placa inferior 74 puede comprender una porción de la placa inferior 74 que se ha eliminado para que la región quede expuesta al aire ambiente. Como alternativa, el corte térmico puede comprender una porción de las placas superior y/o inferior (72, 74) que se ha reemplazado por un material diferente, tal como un material no conductor ^oun compuesto de alta temperatura que puede aislar las diversas regiones térmicas. Además, el corte térmico puede comprender simplemente una ^omás de las zonas térmicas (50) que se mantienen a una temperatura neutra constante tal como, por ejemplo, temperatura ambiente.

Como se muestra en la Figura 2A, las placas de matriz (72, 74) del aparato de extrusión de ariete se puede intercalar entre los bloques de presión superior 102 e inferior 104. Estos bloques de presión (102, 104) pueden ayudar a sujetar las placas de matriz (72, 74) en una posición constante independiente de la presión interna ejercida en la abertura de matriz (es decir, resistir las fuerzas externas que pueden causar el arqueamiento de las placas en el medio, lo que puede producir un panel más grueso en el medio). Para la producción de paneles que no sean muy anchos, tales como con una anchura menor que 60,96 cm (24 pulgadas) y/o generalmente más gruesos que los de la presente invención, tales como con un espesor de aproximadamente 5,08 cm (2 pulgadas) ^omás, los bloques de presión (102, 104) pueden proporcionar suficiente resistencia para contrarrestar las presiones internas que provocan el arqueamiento de las placas de matriz (72, 74). Sin embargo, como se describirá a continuación, incluso bloques de presión muy grandes (102, 104) pueden no proporcionar suficiente resistencia a tal presión interna durante la producción de las láminas anchas y finas de la presente invención.

También se muestra en la Figura 2A I^ospernos tensores 550 que se pueden utilizar para mantener las placas de matriz (72, 74) y I^osbloques de presión (102, 104) en posición uno respecto al otro, y una base de soporte 120.

Mientras que un conjunto de dos filas de pernos tensores 550 se muestran a ambos lados de la abertura de matriz, cualquier número de filas de pernos tensores 550 puede incluirse, tal como una sola fila a cada lado de la abertura de matriz. Además, cualquier número de pernos tensores 550 puede incluirse en cada fila tal como, por ejemplo, de 2 a 8 pernos tensores 55o. La posición de cada fila de pernos tensores se puede variar también de modo que el espacio entre filas (575) y en el borde de I^osbloques de presión (585) puede variar. Tales variaciones, es decir, número y posiciones de I^ospernos tensores, pueden depender de la longitud, anchura y espesor de la abertura de matriz.

Como se ha indicado anteriormente con referencia a las Figuras 1A - ID, la matriz comprende diversas zonas térmicas 50 que se pueden enfriar, tal como cerca del extremo de entrada 14 de la matriz, ^ocalentar, tal como en la región entre la entrada de resina 32 y el extremo de salida 16 de la matriz. Diversos medios para enfriar ^ocalentar estas diversas zonas térmicas 50 es posible. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 2^a , las ranuras 55 se pueden mecanizar en I^osbloques de presión superior e inferior (102, 104). Estas ranuras 55 puede tener el tamaño adecuado para contener calentadores ^oenfriadores de cartucho que se pueden usar para proporcionar calentamiento ^oenfriamiento a las zonas térmicas de la matriz. L^oscalentadores ^oenfriadores de cartucho pueden entrar en contacto con, ^opueden estar parcialmente insertados en, una cara de las placas de matriz (72, 74), que está enfrente de la abertura de matriz 15. Estas ranuras 55 se pueden separar a lo ancho de la abertura de matriz 15 y se pueden cargar con calentadores ^oenfriadores de cartucho que se pueden controlar independientemente para proporcionar un gradiente ^ocurva térmica a lo ancho de la abertura, ^ose pueden unir en grupos ^otodos Juntos para proporcionar una temperatura constante en todo ^ouna porción de la anchura de la matriz.

Como se indica en la Figura 1A, las zonas térmicas pueden abarcar también la longitud de la abertura de matriz (a lo largo del eje longitudinal 100, véase Figura 1A). Como tal, las ranuras 55 pueden cargarse con calentadores ^oenfriadores de cartucho que pueden abarcar la longitud de la abertura de matriz, y pueden controlarse independientemente para proporcionar un gradiente ^ocurva térmica a lo largo de la abertura, ^opueden unirse en grupos ^otodos Juntos para proporcionar una temperatura constante a lo largo de todo ^ouna porción de la longitud de la matriz. En general, el enfriamiento por cualquier medio solo se emplea cerca del extremo de entrada de la matriz, tal como cerca de la entrada de resina 32, y el calentamiento por cualquier medio se emplea en el resto de la matriz, tal como en toda la región después de la entrada de resina 32 y hasta, e incluyendo, el extremo de salida 16 de la resina.

Por tanto, de acuerdo con ciertos aspectos de la invención, las zonas térmicas 50 delante ^ocerca de la entrada de resina 32, ^oantes de un corte térmico (80, 82 en la Figura ID), pueden enfriarse, tal como por las líneas de agua ^orefrigerante a través de las placas superior e inferior (Véase 72, 74 en la Figura ID), ^opor enfriadores de cartucho ^oenfriadores de agua instalados en ranuras mecanizadas 55 en los bloques de presión (véase 102, 104 en la Figura 2A), ^opor enfriadores de cartucho ^oenfriadores de agua instalados en ranuras mecanizadas en las placas de matriz superior e inferior (véase 72, 74 en la Figura 2B), ^ocualquier combinación de los mismos. Dicho enfriamiento se realiza generalmente para evitar que la abertura de matriz y el ariete se calienten de modo que la resina polimérica no se funda ni/u oxide al entrar en la abertura de matriz y antes de que pueda ocurrir la desaireación y compresión de la resina. Por tanto, el enfriamiento es generalmente a una temperatura por debajo de la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica.

Las zonas térmicas 50 después de la entrada de resina 32, ^odespués del corte térmico (80, 82 en la Figura ID), se pueden calentar a temperaturas iguales ^osuperiores a la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica. El calentamiento puede ser a través de conductos en las placas superior e inferior (véase 72, 74 en la Figura ID), ^opor calentadores de cartucho ^osimilares instalados en ranuras mecanizadas 55 en los bloques de presión (véase 102, 104 en la Figura 2A), ^opor calentadores de cartucho ^osimilares instalados en ranuras mecanizadas en las placas de matriz superior e inferior (véase 72, 74 en la Figura 2B), ^ocualquier combinación de los mismos. Dicho calentamiento puede realizarse en gradiente a lo largo del eje longitudinal (100 en la Figura 1A) de la abertura de matriz, tal como en dos ^omás zonas térmicas, y puede variar a lo ancho de la abertura de matriz, tal como el calentamiento cerca de los bordes de la abertura de matriz que es diferente al calentamiento en el medio de la abertura de matriz. Estas zonas térmicas calientes se emplean generalmente para calentar la matriz y fundir la resina polimérica de modo que adopte la forma de la matriz. El panel de polímero sale generalmente de la matriz como un extruido que está a la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica ^opor encima de la misma.

Son posibles diversos medios para calentar ^oenfriar las zonas térmicas y están dentro del alcance de la presente invención. Como se muestra en las Figuras 1A-1D, 4A, 4B, y 5, las zonas térmicas pueden ser conductos en las placas de matriz (72, 74) que abarcan la anchura de la abertura de matriz. Como alternativa, y como se muestra en la Figura 2A, las zonas térmicas pueden incluir ranuras mecanizadas en los bloques de presión superior e inferior (102, 104) que hacen contacto con las placas de matriz superior e inferior (72, 74) en una cara opuesta a la abertura de matriz l5. También se pueden mecanizar pequeños puertos en las placas de matriz superior e inferior (72, 74), como se muestra en la Figura 2A, que pueden recibir una pequeña porción de los calentadores ^oenfriadores de cartucho. Como alternativa, y como se muestra en las Figuras 2B y 3, las zonas térmicas pueden incluir ranuras ^ocanales mecanizados en las placas de matriz superior e inferior (72, 74) en una cara opuesta a la abertura de matriz. En cualquiera de las disposiciones descritas, diversos medios y dispositivos tales como, por ejemplo, calentadores, enfriadores de cartucho, líneas de fluidos y combinaciones de las mismas, que pueden proporcionar calentamiento y/o enfriamiento a las placas de matriz (72, 74) y/o a la abertura de matriz 15 están previstos y forman parte del alcance de la presente invención.

Se entenderá que las temperaturas de las diversas zonas térmicas de la matriz se establecen para calentar la resina polimérica a una temperatura igual ^osuperior a la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica, ^opara enfriar la resina polimérica a una temperatura inferior a la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica. Como tal, el perfil de temperatura de la matriz puede depender de la resina polimérica específica elegida para la extrusión. También debe entenderse que las temperaturas mencionadas anteriormente, a menos que se indique de otro modo, son las temperaturas de la matriz a diferencia de las temperaturas del material y que estas temperaturas de la matriz tendrán una relación directa y dependerán de la sección transversal del perfil que está siendo extruido.

Por ejemplo, una región térmica enfriada cerca del extremo de entrada, ^oantes de un corte térmico, puede estar a cualquier temperatura por debajo de la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica. Una región térmica caliente después de la entrada de resina, ^odespués de un corte térmico, puede incluir varias zonas térmicas que calientan las placas de matriz a una temperatura igual ^osuperior a la temperatura de fusión cristalina, como, por ejemplo, de aproximadamente 148,89 °C (300 °F) a aproximadamente 215 °C (420 °F). Se debe tener cuidado para asegurar que las temperaturas de las diversas zonas térmicas no excedan el punto de degradación de la resina pollmérica, que es generalmente superior a 260 °C (500 °F) para la mayoría de las resinas de polímero de UHMW. Un ejemplo del número de zonas térmicas y un intervalo de temperaturas en cada zona térmica es el siguiente para una resina de polietileno de UHMW (UHMW-PE), que tiene una temperatura de fusión cristalina de entre 130 °C y 136,11 °C (266 °F y 277 °F):

Varias zonas térmicas a lo largo del eje longitudinal de la abertura de matriz, que incluyen

(a) antes del corte térmico, inferior a 126,67 °C (260 °F), generalmente inferior a 93,33 °C (200 °F)

(b) después del corte térmico, de 148,8 °C a 160 °C (30^o °F a 320 °F)

(c) región media, de 165,56 °C a 215,56 °C (33o °F a 420 °F)

(d) región de salida, de 148,89 °C a 176,67 °C (300 °F a 350 °F).

De forma adicional, hacia la región de salida, la temperatura cerca de los bordes de la matriz (cerca de las porciones laterales 76, véase Figura 5) puede ser más alta que en la región media (es decir, en el centro de la matriz) para evitar que la resina polimérica se pegue durante una interrupción ^o arranque y para evitar que el extruido cuelgue hacia atrás en los bordes del panel debido a las fuerzas de fricción.

Por ejemplo, y con referencia a las Figuras 3 y 5, la zona térmica (a) puede comprender líneas de agua 45, y conductos o puertos (50A), las zonas térmicas (b) y (c) pueden comprender conductos o puertos (50B), mientras que la zona térmica (d) puede comprender conductos o puertos (50c ). Puesto que los conductos o puertos (50c ) discurren paralelos al eje longitudinal de la abertura de matriz (Véase 100 en la Figura 1A), el calentamiento puede variar a lo ancho de la abertura de matriz cerca del extremo de salida 16.

La resina polimérica granular empleada aquí puede comprender una resina polimérica de peso molecular ultra alto (UHMW) tal como polietileno, politetrafluoroetileno, poliamidoimida, poliamida (nailon, kevlar), poliacetal (polioximetileno), tereftalato de polietileno ^o tereftalato de polibutileno. Preferentemente, la resina polimérica granular puede comprender un polietileno o politetrafluoroetileno de UHMW.

Además, la resina polimérica de UHMW puede comprender aditivos adicionales tales como, por ejemplo, colorantes y pigmentos, antioxidantes, estabilizantes de UV, estabilizadores térmicos, agentes nucleantes y clarificantes, lubricantes, materiales eléctricamente conductores, cargas y otros materiales de refuerzo, y combinaciones de los mismos. Las cantidades de tales aditivos son generalmente pequeñas, tal como hasta un 5 % en peso, ^o entre un 0,1 % en peso y un 3 % en peso. L^os ejemplos de lubricantes incluyen ceras y aceites, tales como los aceites de silicona. Los lubricantes pueden reducir el coeficiente de fricción y/o agregar propiedades de liberación, y pueden aumentar también el brillo del producto de panel final. Por ejemplo, un aceite de polidimetilsiloxano al 2 % en peso añadido a una resina de polietileno de UHMW produjo un panel que tenía un brillo entre 22 y 30 medido con un medidor de brillo de 60°.

De forma adicional, en los casos en los que la resina polimérica es una resina polimérica no semicristalina, tal como para resinas de poliéster ^o policarbonato, las temperaturas de calentamiento pueden ser temperaturas superiores a la temperatura de fusión de la resina, y las temperaturas de enfriamiento pueden ser temperaturas inferiores a la temperatura de fusión de la resina. Como tal, si bien se han descrito ciertas temperaturas y resinas semicristalinas, se puede formar una gama de otras resinas en paneles usando el aparato y los métodos descritos en el presente documento. Dichas otras resinas pueden incluir al menos resinas no semicristalinas, tales como poliésteres o policarbonatos, ^o resinas semicristalinas, tales como poliolefinas, ^o resinas muy cristalinas, tales como policetonas. En ciertos casos, las resinas que pueden fundirse y fluir en ausencia de aditivos pueden todavía encontrar uso en los aparatos y métodos descritos en el presente documento cuando se complementan con cargas ^o están muy reticuladas.

La combinación de la temperatura de las diversas zonas térmicas de la matriz y la presión ejercida sobre la resina polimérica por la acción del ariete pueden combinarse para ablandar y fundir la resina polimérica de modo que se convierta en una masa homogénea con características similares a la masilla, en la que se crea un enlace completo entre las cargas sucesivas de las partículas de polímero. Esta masa de resina polimérica se puede comprimir dentro de la abertura de matriz para adaptarse al perfil de la abertura de matriz (es decir, generalmente de forma rectangular).

Como se muestra en la Figura 3, la resina polimérica entra en la abertura de matriz a través de la entrada de resina 32 y se comprime y empuja a lo largo de un eje longitudinal (véase 100 en la Figura 1A) hacia el extremo de salida 16 de la matriz por un ariete 18. El ariete 18 puede ser una placa con un cabezal de ariete rectangular 19 unido a un extremo que está configurado para moverse alternativamente entre una posición retraída y una posición extendida, como se ha descrito anteriormente. El ariete 18 puede accionarse por cilindros hidráulicos 1l8, cilindros neumáticos, gatos de tornillo, ^o cualquier otro medio conocido en la técnica.

El cabezal de ariete 19 puede ser más pequeño que la abertura de matriz (por ejemplo, menos grueso y ligeramente menos ancho) para evitar el roce y la unión en la matriz. Se puede usar una placa limpiadora para empujar el cabezal de ariete 19 contra la superficie Inferior de la abertura de la resina para evitar que el ariete 18 se eleve y fuerce el aire expulsado y los finos hacia la abertura de la cámara (véase entrada de resina 32, tubo de alimentación 34, y tolva 30 en la Figura 1A). La sección posterior del ariete 18 que es por general exterior a la abertura de matriz se puede enfriar también con canales de agua 45 en las placas de matriz (72, 74) para evitar la oxidación de la resina polimérica en la interfaz de carga de polvo y para evitar la fusión antes de la compresión.

También se muestran en la Figura 3 las diversas zonas térmicas que pueden calentar ^oenfriar diferentes regiones de la matriz y la abertura de matriz. Como se menciona anteriormente, las regiones de la matriz antes del corte térmico (80, 82) en las placas superior e inferior (72, 74) de la matriz (es decir, a la derecha del corte térmico en la Figura 3) pueden enfriarse. Por ejemplo, se muestran canales de agua 45 en la placa de matriz inferior 74 cerca de la sección posterior del ariete 18 que pueden ser generalmente exteriores a la abertura de matriz, y se muestran canales ^opuertos mecanizados (5oA) cerca de la entrada de resina 32, pero antes del corte térmico (80, 82).

Además, las regiones de la matriz después del corte térmico (80, 82) en las placas superior e inferior (72, 74) de la matriz (es decir, a la izquierda del corte térmico en la Figura 3) pueden calentarse. Por ejemplo, se muestran canales ^opuertos mecanizados que pueden discurrir perpendiculares al eje longitudinal de la matriz. (50B), y/o pueden discurrir paralelos al eje longitudinal de la matriz (5oC). La adición de canales ^opuertos mecanizados que discurren paralelos al eje longitudinal de la matriz. (50C) puede proporcionar una gama de esquemas de calentamiento a lo ancho de la resina, específicamente a la salida de la matriz.

El aparato de extrusión de ariete de la presente invención puede comprender también capas de material compuesto de alta temperatura (310a , 310b ) que están intercaladas entre las placas de matriz (72, 74) y los bloques de presión (102, 104). Estas capas de material compuesto de alta temperatura pueden actuar como un corte térmico y pueden ayudar a aislar los bloques de presión de las temperaturas de las placas de matriz, y proporcionar así protección para los diversos componentes de calentamiento/enfriamiento. el corte térmico puede acelerar también los tiempos de arranque puesto que las zonas térmicas alcanzarán las temperaturas de operación más rápidamente y puede reducir el coste de mantener las temperaturas de operación (no se desperdicia energía en calentar los bloques de presión).

También en Figura 3 se muestran los pernos tensores 550, I^osconductos ^oranuras que pueden, por ejemplo, hacer pasar fluidos ^oretener un calentador/enfriador de cartucho, respectivamente, y la base 120 que puede soportar el aparato de extrusión de ariete.

Se muestra en la Figura 4A una vista en sección transversal de la abertura de matriz tomada a lo largo de la línea 4A-4A de la Figura IB. Las placas de matriz superior e inferior (72, 74) se muestran separadas por porciones laterales 76 que juntas definen un perfil de la matriz que tiene una anchura 52 y un espesor 78. También se muestra una zona térmica 50, que en esta ilustración se representa como un conducto. En I^oscasos en I^osque las zonas térmicas pueden estar desplazadas, un solo conducto (zona térmica 50) aparecería en una vista transversal, como se muestra en la Figura 4A.

Ilustrado en la Figura 4B hay una vista en sección transversal de una abertura de matriz, también tomada a lo largo de la línea 4A-4A de la Figura IB. De acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención, las placas de matriz superior e inferior (72, 74) puede tener porciones laterales integradas que definen el perfil de la matriz y que coinciden para formar una abertura de matriz 15 cerrada.

Ilustrado en Figura 5 hay una vista transparente de una matriz que muestra una placa de matriz superior 72 que está separada de una placa de matriz inferior 74 por un conjunto de separadores 76 que definen un perfil interior de la abertura de matriz. También se muestran cortes térmicos (80, 82) en las placas de matriz superior e inferior, y una disposición que se puede utilizar para lograr las zonas térmicas (Véase 50 en la Figura 1A). Como se muestra, las zonas térmicas pueden ser conductos a través de las placas de matriz que son perpendiculares a la dirección de desplazamiento de la resina polimérica (45, 50A, 50B; de la entrada 14 a la salida 16), ^oparalelas a la dirección de desplazamiento de la resina (50C). Las zonas térmicas (45, 50A) antes del corte térmico pueden enfriarse, mientras aquellas después del corte térmico pueden calentarse (50B, 50C). L^osconductos se pueden utilizar para hacer pasar fluidos tal como agua ^orefrigerante. Como alternativa, las placas de matriz (72, 74) pueden comprender filas de puertos pequeños, recibiendo ^oestando en contacto cada puerto con una porción de un calentador ^oenfriador de cartucho. Aun así, las placas de matriz (72, 74) pueden no comprender ningún conducto ^opuerto, y pueden calentarse ^oenfriarse por contacto directo con I^osdiversos calentadores ^oenfriadores, que de acuerdo con ciertos aspectos de la invención, se pueden situar en I^osbloques de presión (102, 104).

Como se ha indicado anteriormente, y con referencia a la Figura 1A, la resina polimérica se puede suministrar a la entrada de resina 32 de la matriz en cantidades que son constantes a lo ancho de la entrada de resina, ^oen cantidades que varían a lo ancho de la entrada de resina. La extrusión de Ariete Convencional utiliza una "tolva inundada", lo que significa que toda la entrada de resina de la matriz está cargada con suficiente resina para llenar completamente la cavidad de la matriz con cada carrera del ariete. Como tal, no existen medios para alimentar una resina polimérica más ^omenos granular a un área específica de la matriz sin ejercer una contrapresión sobre el extruido. Por tanto, el control de la linealidad del producto, tensión y líneas de carga se realizan comúnmente usando frenos de fricción después de la salida de la matriz. En ciertas soluciones de la técnica anterior, esta contrapresión se utiliza para forzar a la resina polimérica a adaptarse completamente al perfil de la matriz. Al extrndir paneles finos con una gran relación de aspecto, el frenado a la salida del matriz hará que la resina polimérica, blanda fundida se combe. De forma adicional, este método ha demostrado ser de ^usolimitado puesto que la resina polimérica exhibe una memoria que hace que la forma formada durante la fusión se restaure más tarde ^ose almacene en forma de tensión en el producto.

Por tanto, un objeto principal de la presente invención es un aparato y un método que proporcionan el suministro de cantidades variadas de la resina polimérica a lo ancho de la entrada de la matriz y durante la duración de una serie de producción (es decir, las cantidades variadas de la resina polimérica suministradas a lo ancho de la abertura de matriz pueden cambiarse en función del tiempo y, por tanto, también a lo largo de la serie de producción). De acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención, se pueden suministrar cantidades variadas de resina polimérica a lo ancho de la entrada de resina de la matriz para mantener una distribución ajustable de la resina que puede controlar la carga de polvo, calibre, linealidad del extruido, planitud y tensión en el producto final del panel. Se prevén diversos métodos y aparatos que pueden lograr este objetivo. Por ejemplo, la resina polimérica puede suministrarse desde más de una tolva 30 a través de tubos de alimentación 34 con diferentes diámetros ^omediante tubos de alimentación 34 que están situados a una altura diferente con respecto a la placa inferior 74 de la matriz. L^ostubos de alimentación 34 que son más anchos, ^oestán situados más lejos de la placa de matriz inferior 74 pueden suministrar más resina granulada a la entrada de resina 32 de la matriz 10. Como alternativa, ^oadicionalmente, el tubo de alimentación 34 de cada tolva 30 puede comprender un alimentador de tornillo sin fin, alimentador vibratorio ^oalimentador giratorio que puede controlarse individualmente de modo que se puedan suministrar cantidades variadas de resina polimérica desde cada tolva 30 a lo ancho de la entrada de resina 32. Como alternativa, cada tolva 30 y/o tubo de alimentación 34 pueden comprender una serie de deflectores, desviadores, compuertas deslizantes controladas y/o contenedores de pesaje gravimétrico, por ejemplo, que pueden proporcionar el suministro de una pluralidad de cantidades variadas de la resina polimérica a lo ancho de la entrada de la matriz. Por tanto, de acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención, una ^omás tolvas 30 se pueden emplear para suministrar la resina polimérica granular.

De forma adicional, y como se muestra en la Figura 6, cada tolva 30 puede tener uno ^omás tubos de alimentación 34 (cuatro se muestran en la Figura 6). L^ostubos de alimentación 34 puede tener un extremo proximal 38 que se fija a la tolva 30, tal como a lo largo de una porción inferior 40 de la tolva, y un extremo distal 36 que está próximo a la entrada de resina 32 de la matriz (en ^opróximo al extremo de entrada 14 de la abertura de matriz). El bloque de presión superior 102 y la placa de matriz superior 72 pueden mecanizarse para proporcionar una abertura (entrada de resina 32) para que la resina polimérica en polvo ^ogranular entre en la abertura de matriz. Hay que recordar, que esta abertura puede estar en ^ocerca del extremo de entrada 14 de la abertura de matriz (como se muestra en la Figura 1C), ^osituarse parcialmente dentro de la abertura de matriz (como se muestra en la Figura 1A).

Con referencia continuada a la Figura 6, los tubos de alimentación 34 pueden moverse individualmente a lo largo de un eje 60 que es perpendicular al eje longitudinal de la abertura de matriz (en el que el eje longitudinal se muestra como 100 en la Figura 1A), tal como telescópicamente. Además, los tubos de alimentación 34 pueden moverse individualmente a lo largo de un eje que es paralelo al eje longitudinal de la abertura de matriz. Si bien cuatro tubos de alimentación 34 se muestran en la Figura 6, cualquier número de tubos de alimentación 34 se puede fijar a cualquier número de tolvas 30. Por ejemplo, tres tolvas 30 podrían emplearse, cada una con 1 ^o2 tubos de alimentación 34, ^ouna tolva 30 que tiene de 3 a 6 tubos de alimentación 34. De esta forma, por ejemplo, se podrían suministrar diferentes cantidades de resina polimérica granular al centro de la abertura de matriz (por ejemplo, menos) que a lo largo de los bordes de la abertura de matriz (por ejemplo, más).

Como se muestra en la Figura 6, cada tubo de alimentación 34 puede comprender también una zapata 80A-80D fijada en el extremo distal 36 del mismo. Las zapatas individuales 80A-80D pueden ayudar a proporcionar una distribución uniforme de la resina granular a lo ancho de la entrada de resina, y pueden proporcionar un medio para formar un flujo contiguo de resina desde la pluralidad de tubos de alimentación (es decir, carga ininterrumpida de resina a lo ancho de la entrada de resina). Cada zapata 80A-80D se puede mover a lo largo de un eje que es perpendicular al eje longitudinal de la abertura de matriz (60, generalmente con el movimiento del tubo de alimentación), ^oparalelo al eje longitudinal de la abertura de matriz (por ejemplo, inclinación, en el que se inclina lejos de la entrada de resina 32 puede proporcionar un mayor espacio en el que puede caer la resina granulada, proporcionando así más resina granulada a la entrada de resina 32 de la matriz 10). Cada uno de los movimientos de los tubos de alimentación 34 y/o zapatas 80A-80D puede poder controlarse individualmente de modo que se puedan suministrar cantidades variadas de la resina polimérica desde una ^omás tolvas 30 a lo ancho de la entrada de resina 32. Por ejemplo, los tubos de alimentación/zapatas en los bordes exteriores (80A, 80D) pueden suministrar una cantidad diferente a la de los tubos de alimentación/zapatas en el centro (80B, 80C) de la abertura de matriz. De forma adicional, en lugar de, ^oademás de los diversos movimientos de los tubos de alimentación 34 y zapatas 80A-80D, cada tubo de alimentación 34 puede comprender un alimentador de tornillo sin fin, alimentador vibratorio ^oalimentador rotatorio que puede controlarse individualmente de modo que se puedan suministrar cantidades variadas de la resina polimérica desde uno ^omás tubos de alimentación 34 a lo ancho de la entrada de resina 32.

La cantidad de resina polimérica granular suministrada a lo ancho de la entrada de resina puede controlarse automática ^omanualmente, por ejemplo, mediante un operario de la máquina que observe los paneles que salen de la máquina. Las cantidades de cada una de las tolvas 30 y/o tubos de alimentación 34 puede controlarse para corregir deformaciones ^oimperfecciones en la superficie como se ha indicado. Por ejemplo, si el panel es más grueso en una cierta región, como hacia el centro del panel, se puede depositar menos resina de las tolvas 30 y/o tubos de alimentación 34 cerca del centro de la entrada de resina 32 de la matriz, ^ose puede depositar más resina de las tolvas 30 y/o tubos de alimentación 34 cerca de los bordes de la entrada de resina 32 de la matriz.

Un proceso de este tipo se puede implementar fácilmente como un proceso automático en hardware y/o software, por ejemplo, escaneando el panel transversalmente en una ^omás posiciones a lo largo de ^sulongitud por medio de un comparador óptico ^osimilar, ^opalpadores, etc., que detectan deformaciones, espesor ^oarqueamiento, y hacer las correcciones automáticamente. Cabe señalar que debido a la naturaleza de los problemas asociados a la extrusión de ariete de paneles de alta relación de aspecto, numerosos factores causarán inestabilidad, por ejemplo, fluctuaciones en la temperatura del refrigerante, cambios de lote de materia prima, etc.

También se muestra en la Figura 6 una capa de material compuesto de alta temperatura 310A que se puede situar entre el bloque de presión superior 102 y la placa de matriz superior 72. N^ose muestra el bloque de presión inferior 104, la placa de matriz inferior 74, ni la capa de material compuesto de alta temperatura (310b ) que puede situarse entremedio.

Una vez que la resina polimérica ha pasado a través de las diversas zonas térmicas y está completamente comprimida para adaptarse al perfil de la abertura de matriz (es decir, generalmente de forma rectangular), puede salir por la salida de ariete 16 como extruido. El extruido puede pasar por la salida 16 de la matriz sobre una mesa de enfriamiento en la que se puede aplicar presión a lo largo de un eje perpendicular a la dirección de movimiento del extruido (véase la flecha 60 en la Figura 7, que es perpendicular al eje longitudinal 100 de la abertura de matriz, representado por una flecha 100). Como se ha analizado anteriormente, las diferencias en la velocidad de enfriamiento y cristalización pueden causar deformaciones, arqueamiento, irregularidades en el espesor y en la superficie, y similares. Por tanto, pueden proporcionarse una ^omás mesas de acabado que proporcionen un enfriamiento y compresión uniformes del extruido.

El extruido puede salir por el extremo de salida 16 de la matriz a una temperatura igual ^osuperior a la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica. Para el polietileno de UHMW (UHMW-PE), la temperatura de fusión cristalina generalmente se considera entre 266 °F - 277 °F. A medida que el extruido sale por el extremo de salida de la resina, el extruido viaja a través de una zona de enfriamiento, tal como en una ^omás mesas de acabado en las que la temperatura se reduce gradualmente a una temperatura por debajo de la temperatura de fusión cristalina, tales como a una temperatura de entre 100 y 130 °F. A esta temperatura, el producto terminado puede ser completamente autoportante.

Como se ha indicado anteriormente, el extruido sale por el extremo de salida 16 de la matriz en ^opor encima de la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica, y retiene suficiente calor para permanecer en un estado amorfo durante unos minutos después de salir del extremo de salida 16. El tratamiento del material en esta etapa crítica es un objetivo adicional de la presente invención. El extruido blando puede deformarse y combarse cuando sale de la matriz, a menos que esté restringido verticalmente. También, el control de la velocidad de enfriamiento, de forma que se minimice el gradiente de temperatura desde el centro del extruido hasta los bordes, puede ayudar a reducir la tensión en el producto terminado.

L^ospresentes inventores han descubierto que el enfriamiento controlado del extruido después de que abandona el extremo de salida de la abertura de matriz conduce a mejores características de rendimiento del extruido (sin deformación, pandeo ^otensión) y a costes de producción reducidos. Más específicamente, los métodos de la técnica anterior implicaban el ^usode un horno de recocido para recalentar los paneles extruidos para reducir las tensiones provocadas por el enfriamiento desigual de las resinas poliméricas de UHMW. L^osmétodos y aparatos de la presente invención eliminan la necesidad de un paso de calentamiento adicional, tal como en el horno de recocido.

se prevén diversos métodos y dispositivos que pueden lograr fuerzas de enfriamiento y compresión uniformes sobre el extruido. Por ejemplo, y con referencia a la Figura 7, el aparato de extrusión de ariete puede comprender una ^omás mesas de acabado (500, 502) que alejan el extruido del extremo de salida de la matriz para que no haya contrapresión sobre el extruido. Además, la una ^omás mesas de acabado pueden promover un enfriamiento uniforme y proporcionar una compresión intermitente al extruido. Cada una de las mesas de acabado (500, 502) puede comprender las placas superior (504, 512) e inferior (506, 510), en las que la placa superior se puede mover en una dirección perpendicular (dirección de la flecha 60) al eje longitudinal (dirección de la flecha 100) de la matriz a través de un intervalo de posiciones que incluyen al menos (a) una posición abierta que no entra en contacto con el extruido, (b) una posición hacia abajo que entra en contacto con el extruido pero no aplica una fuerza de compresión vertical sobre el extruido, y (^c) una posición de sujeción que entra en contacto y aplica una fuerza de compresión vertical sobre el extruido.

Además, cada una de la una ^omás mesas de acabado (500, 502) puede incluir medios para controlar la temperatura de las placas superior (504, 512) e inferior (506, 510) por debajo de la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica. Las placas superior e inferior se pueden enfriar ^ola temperatura se puede controlar directamente, tal como por calentamiento ^oenfriamiento de las placas, ^oindirectamente, tal como a través de ventiladores y similares que pueden situarse en el exterior y/o no en contacto con las placas.

Cuando se incluye más de una mesa de acabado, una temperatura de las placas superior e inferior (510, 512) de una segunda (^oposterior) mesa de acabado (502) puede ser generalmente más baja que una temperatura de las placas superior e inferior (504, 506) de una primera (^oanterior) mesa de acabado (5^o0).

Además, las placas superior (504, 512) e inferior (506, 510) de cada una de la una ^omás mesas de acabado (504, 512) pueden comprender un patrón en relieve ^ograbado para permitir calandrar una textura en el extruido. En general, la primera mesa de acabado 500 puede tener placas superior e inferior (504, 506) que se pueden utilizar para imprimir un patrón (en relieve ^ograbado) en el extruido, puesto que el material puede tener una temperatura suficiente para adoptar un patrón de este tipo. Las mesas de acabado posteriores pueden haber enfriado el extruido, ^opueden recibir el extruido enfriado hasta un grado insuficiente para imprimir un patrón.

De acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención, una primera mesa de acabado 500 puede estar situada después del extremo de salida 16 de la matriz y puede moverse en una dirección paralela al eje longitudinal 100 de la matriz. Cuando se incluye, una segunda ^oposterior mesa de acabado 502 puede situarse después de la primera ^oanterior mesa de acabado 500 y puede moverse en una dirección paralela al eje longitudinal loo de la matriz. La segunda mesa de acabado 502 puede configurarse para (A) alejarse de la primera mesa de acabado 500 cuando la placa superior 512 de la segunda mesa de acabado 502 está en la posición hacia abajo ^ode sujeción y la placa superior 504 de la primera mesa de acabado 500 está en cualquier posición y se mueve hacia la primera mesa de acabado 500 cuando la placa superior 512 de la segunda mesa de acabado 502 no está en la posición de sujeción y la placa superior 504 de la primera mesa de acabado 500 está en la posición hacia abajo ^ode sujeción; (B) moverse al unísono con la primera mesa de acabado 500; ^o(C) permanecer en una posición estática, en la que cuando la placa superior 504 de la primera mesa de acabado 500 está en cualquier posición, la placa superior 512 de la segunda mesa de acabado 502 está en la posición hacia abajo para proporcionar un enfriamiento uniforme al extruido pero sin fuerza de compresión sobre el extruido.

Descrito de forma más simple, la una ^omás mesas de acabado pueden comprender una placa inferior estacionaria y una placa superior con movimiento alternativo vertical montada operativamente en una pluralidad de vástagos de pistón del accionador conectados correspondientemente a los accionadores de placa tales como, por ejemplo, cilindros neumáticos (560a , 560b ) que pueden soportarse sobre la mesa de acabado, tal como por un carril de soporte (580a , 580b ). Otros ejemplos de accionadores de placa incluyen al menos accionadores eléctricos (por ejemplo, de tornillo) y accionadores hidráulicos.

El movimiento alternativo vertical del vástago de pistón del accionador dentro del cilindro neumático (560^a, 560^b) puede sincronizarse con la carrera de movimiento alternativo horizontal del ariete de modo que cuando el ariete hace ^sucarrera hacia dentro, (a) la placa superior se eleva a la posición abierta ^oestá en una posición hacia abajo que no restringe el movimiento del extruido en ^suinterior, ^o(b) la placa superior se sujeta y la mesa de acabado se mueve hacia delante (alejándose del extremo de salida de la matriz). A medida que el ariete se retira a la posición retraída, la placa superior puede permanecer abierta, ^opuede moverse hacia abajo a la posición hacia abajo ^ode sujeción, y la mesa de acabado puede permanecer en ^sulugar.

De acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención, Las placas superior (504, 512) e inferior (506, 510) de cada una de la una ^omás mesas de acabado (500, 502) puede comprender un material rígido, tal como un material que tenga una rigidez mínima a la flexión unitaria de ⁱ3.400 libras-pulgada2. L^osejemplos de materiales rígidos incluyen una placa de aluminio de A pulgada de espesor, que tiene una rigidez a la flexión unitaria de 104.000 libraspulgada2. Como tal, cualquier fuerza de compresión proporcionada por los cilindros neumáticos (560^a, 560^b) cuando está en la posición de sujeción, se puede distribuir uniformemente en las placas superiores (504, 512). De acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención, la placa superior 504 de la primera mesa de acabado 500 puede comprender un material más flexible. Por ejemplo, la placa superior 504 puede estar formado por un material que tenga una rigidez máxima a la flexión unitaria de 3,92 kg/m2 (13.40^olibras-pulgada2). Como se usa en el presente documento, la expresión "rigidez a la flexión unitaria" se define como el producto del módulo de elasticidad (E) y el segundo momento del área (I), y se define para una sección de placa de 2,54 cm (1 pulgada) de ancho, de modo que la sección transversal utilizada para calcular el segundo momento del área (I) tiene una base b = 2,54 cm (1 pulgada) y una altura h = espesor de placa. Por tanto, la placa superior 504 puede tener una rigidez a la flexión unitaria que le permita adaptarse al extruido blando sin requerir tanta fuerza que deforme el extruido ^ocree una contrapresión en el extruido en la salida de la matriz. Esto puede proporcionar un medio para reducir la rugosidad de la superficie del extruido (es decir, alisar aún más la superficie del extruido).

Ejemplos de materiales para una placa superior flexible 504 incluyen, por ejemplo, placa de aluminio de 6061 de 0,95 cm (3/8 pulgadas) de espesor (rigidez a la flexión unitaria = 3,92 kg/m2 (13.00^olibras-pulgada2)), lámina de acero con un espesor de 0,44 cm (0,175 pulgadas) ^omenos, ^oplaca de aluminio de 0,16 cm (1/16 de pulgada) (rigidez a la flexión unitaria = 0,00005853 kg/m2 (0,2 llbras-pulgada2)). Se pueden usar otros materiales térmicamente conductores para formar la placa superior flexible 504 tal como, por ejemplo, cualquier otro metal, plástico modificado ^omaterial compuesto con una rigidez máxima a la flexión unitaria de 3,92 kg/m2 (13.40^olibraspulgada2).

La flexibilidad de la placa superior 504 puede proporcionar un contacto adicional entre el extruido y la placa superior 504 durante la compresión vertical, y asegurar que la placa superior 504 se ajuste a, ^ose mantenga en contacto con, toda la superficie del extruido. Para efectuar el movimiento alternativo vertical con respecto a la placa inferior y proporcionar fuerzas de compresión, la placa superior 504 puede montarse operativamente en una pluralidad de vástagos de pistón del accionador conectados a una pluralidad de accionadores de placa, tales como, accionadores neumáticos, hidráulicos ^oeléctricos (por ejemplo, cilindros de aire, resortes, cilindros hidráulicos ^uotros accionadores). Estos accionadores de placa se pueden emplear a lo ancho y/o largo de la placa superior 504.

Además, los accionadores de placa pueden actuar al unísono, pueden actuar individualmente, ^oalguna combinación de los mismos, y pueden proporcionar compresión vertical en la placa superior 504 de tal forma que se distribuya la fuerza de compresión uniformemente a lo ancho y/o largo de la placa.

Ilustrado en Figura 8 hay un ejemplo de aparato que comprende una primera mesa de acabado 500 que incluye una placa superior más fina, flexible 504A y una placa inferior 506. Una pluralidad de accionadores de placa, tales como cilindros neumáticos (cinco se muestran en la Figura 8; 610A - 610E), soportados sobre la placa superior flexible 504A de la primera mesa de acabado 500 por un carril de soporte 680A, pueden incluirse para efectuar un movimiento alternativo vertical de la placa superior. Además, más de una fila de accionadores de placa, con cada fila soportada en un carril de soporte, pueden incluirse para efectuar un movimiento alternativo vertical de la placa superior. Por ejemplo, la Figura 8 muestra tres filas de accionadores de placa soportados por tres carriles de soporte (68oA, 680b , 68oC), en la que cada fila incluye cinco accionadores de placa (6i 0a -610E; 620A-620E; 630A-630E).

L^osaccionadores de placa pueden controlarse individualmente ^oal unísono, tal como el accionamiento unificado de una fila de accionadores de placa en un carril de soporte ^ouna fila de accionadores de placa paralelos al eje longitudinal del extruido, ^ocualquier combinación de los mismos. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 8, los accionadores de placa (por ejemplo, cilindros neumáticos) soportados en los dos primeros carriles de soporte (680^a, 680b ) se accionan individualmente (solo un subconjunto de perillas manuales 615A, 625A; y paneles de lectura de presión 616A, 626a están etiquetados para mayor claridad), mientras que el conjunto de accionadores de placa en el tercer carril de soporte 680C se controlan al unísono (perilla manual 635 y panel de lectura de presión 636).

L^osaccionadores de placa se pueden controlar de forma automática ^omanual, por ejemplo, mediante un operario de la máquina que observe los paneles que salen de la máquina. La cantidad de presión ejercida por cada accionador de placa, ^oconjunto de accionadores de placa, puede controlarse para corregir deformaciones ^oimperfecciones en la superficie según lo indique el operario. Un proceso de este tipo se puede implementar fácilmente como un proceso automático en hardware y/o software, por ejemplo, escaneando el panel transversalmente en una ^omás posiciones a lo largo de ^sulongitud por medio de un comparador óptico ^osimilar, ^opalpadores, Interruptores de fin de carrera, medidores de temperatura, etc., que detectan deformaciones, características de la superficie, temperatura, espesor, arqueamiento, etc., y realizar correcciones a la presión ejercida por los accionadores de placa automáticamente.

De acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención, los accionadores de placa utilizados para efectuar el movimiento alternativo vertical de la placa superior fina y flexible 504A pueden tener placas de presión (618^a, 628^a, 638A) fijadas a un extremo distal de un vástago de pistón (617A, 627A, 637A) del accionador en el accionador de placa para que la fuerza de compresión vertical se pueda aplicar de forma más uniforme en toda la anchura y/o longitud de la placa superior fina y flexible 504A. Las placas de presión (618A, 628A, 638A) pueden estar hechas materiales de rígidos, térmicamente conductores como cualquier metal de 3/8 pulgada de espesor ^omás grueso, tales como 1,59 cm (5/8 pulgada) de espesor ^o0,95 cm (3/4 pulgada) de espesor. Como alternativa, las placas de presión pueden estar hechas de materiales rígidos no termoconductores, tales como madera, plástico ^omateriales compuestos.

Si bien se han descrito y/o ilustrado diseños específicos para las mesas de acabado en las Figuras, la configuración general de una ^omás mesas de acabado puede depender de varios factores. E^sdecir, el número de vástagos de pistón/accionadores de placa en una fila, el número de filas de vástagos de pistón/accionadores de placa, la disposición longitudinal de filas de vástagos de pistón/accionadores de placa, las dimensiones y materiales de cualquier placa de presión incluida en el extremo distal de cada vástago de pistón, y el esquema por el que los accionadores de placa se pueden controlar (es decir, individualmente, ^oen alguna combinación) puede depender de cualquier número de factores, incluyendo al menos: (a) la rigidez a la flexión unitaria de la placa superior de la mesa de acabado, (b) la temperatura del extruido, (^c) el tipo de resina granular utilizada para formar el extruido, y (d) la dimensión del extruido. Como ejemplo, una placa superior más flexible puede requerir un mayor número de vástagos de pistón/accionadores de placa por fila y/o un mayor número de filas de vástagos de pistón/accionadores de placa para distribuir uniformemente una fuerza de compresión sobre el extruido, en comparación con una placa superior rígida.

Con referencia específica a Figura 7, cada mesa de acabado puede estar montada sobre un carril ^opuede incluir ruedas (300, 302) ^ocualquier otro medio por el que se pueda producir un movimiento que no esté restringido por fuerzas de fricción excesivas. Como se ha indicado anteriormente, el movimiento de la una ^omás mesas de acabado puede coordinarse con el movimiento del ariete. Además, la distancia movida por cada mesa de acabado puede coordinarse también con los movimientos del ariete. Por ejemplo, cada mesa de acabado se puede configurar para oscilar entre los interruptores de fin de carrera situados aproximadamente a 2 pulgadas separados para coincidir con una carrera de 2 pulgadas del ariete. Cuando la mesa haya extraído 2 pulgadas de extruido, por ejemplo, puede abrir las placas superior e inferior (posición abierta ^ohacia abajo), retroceder al frente de la carrera, recuperar el extruido entre las placas y empezar a extraerlo de nuevo.

En general, la una ^omás mesas de acabado no restringen el movimiento del extruido fuera de la matriz, y pueden ayudar en el movimiento del extruido lejos de la matriz. Además, las placas de la una ^omás mesas pueden situarse en un intervalo de posiciones que incluyen al menos una posición hacia abajo que no restringe el movimiento del extruido pero que proporciona un enfriamiento uniforme del extruido.

Con referencia continuada a la Figura 7, para evitar que las placas superior e inferior (504, 506) de la primera mesa de acabado 500 produzcan una fuerza de fricción opuesta a la dirección de extrusión, una segunda mesa de acabado 502 puede usarse para aplicar tensión al extruido y ayudar a superar la fuerza de fricción creada por la primera mesa de acabado. 500. Como tal, la primera mesa de acabado 500 puede mantenerse estacionaria y la segunda mesa de acabado 502 puede oscilar para igualar los movimientos del ariete como se ha descrito anteriormente.

La primera y segunda mesas de acabado, y cualquiera posterior, puede conectarse mediante accionadores de mesa (503, 505), tal como accionadores hidráulicos, eléctricos ^oneumáticos (por ejemplo, cilindros de aire) que proporcionan la fuerza de tracción. Esto puede proporcionar un medio para conectar y/o sincronizar el movimiento de las diversas mesas de acabado sin necesidad de una conexión directa entre las placas de las diversas mesas de acabado. De esta forma, el calor no se conducirá desde las placas (504, 506) de la primera mesa de acabado 500 hasta las placas (510, 512) de la segunda mesa de acabado 502, ^ocualquiera posterior a esta. Esto permite que la segunda mesa de acabado 502 se enfríe, tal como con ventiladores, sin afectar negativamente a la primera mesa de acabado 500 que puede permanecer caliente. Por otra parte, la primera mesa de acabado 500 se puede conectar al extremo de la matriz mediante un cilindro de aire (503) que puede permitir el movimiento a lo largo del eje longitudinal.

Como alternativa, ^oadicionalmente a los accionadores de mesa (503, 505) que pueden conectar las distintas mesas de acabado, cada mesa de acabado PUEDE incluir ruedas (300, 302) y/o puede montarse en un sistema de carril que puede proporcionar el movimiento de las mesas hacia ^oalejándose de la resina. Como se menciona anteriormente, dicho movimiento puede estar sincronizado con los movimientos del ariete, y/o una mesa de acabado anterior.

Se prevén varios métodos y dispositivos que consiguen fuerzas de compresión vertical y de enfriamiento uniformes sobre el extruido, pero no ejercen una contrapresión horizontal sobre el extruido. En general, la presente invención está dirigida a dispositivos y métodos que pueden usarse para mantener el extruido plano mediante compresión perpendicular a la dirección del flujo a través de la matriz, y dispositivos y métodos que pueden enfriar el extruido de forma controlada. Por tanto, la presente invención puede incluir cualquier número de medios para mover un panel extruido que ha salido de la matriz a una temperatura por encima del punto de fusión, ^otemperatura de fusión cristalina, alternándolo ^osujetándolo constantemente entre las superficies superior e inferior de temperatura controlada mientras el dispositivo de restricción ^ola sujeción avanza de forma incremental con la carga de polvo y la emergencia resultante del extruido.

Si bien se han divulgados dispositivos específicos que impulsan el movimiento, como el cilindro hidráulico 118 que mueve el ariete, los cilindros neumáticos (560a , 560b ) que mueven las placas superiores en las mesas de acabado y los cilindros de aire (503, 505) que mueven las distintas mesas de acabado, cualquier número y variedad de dispositivos que puedan proporcionar movimiento son posibles y están dentro del alcance de la presente invención divulgada. Adicionalmente, un método más sofisticado para activar el avance de una ^omás tablas de acabado, incluyendo controles a través de codificador electrónico e interruptores de proximidad, sincronizados para coincidir con los movimientos del pistón es posible y está dentro del alcance de la presente invención.

También se puede proporcionar un panel eléctrico para el aparato de extrusión de ariete con interruptores apropiados, termostatos, diales indicadores de temperatura, y tales instrumentos relacionados que se requieran para controlar las condiciones operativas en cuanto a temperatura, presión y similares, y proporcionar una indicación visual de la misma.

Ejemplo A

A continuación se describe un ejemplo de un primer aparato de extrusión de ariete. Si bien se proporcionan temperaturas y dimensiones específicas, estos se dan para describir solamente un ejemplo de realización y pueden variar dentro de I^oslímites definidos y descritos anteriormente. L^osnúmeros de referencia se proporcionan para ayudar a comprender esta realización específica, y pueden hacer referencia a cualquiera de las Figuras 1 - 8. Una matriz 10 que comprende dos placas de matriz de acero altamente pulido (72, 74), cada una con 7,62 cm (tres (3) pulgadas) de espesor, se intercala entre dos bloques de acero (102, ⁱ04) que tienen cada uno 60,96 cm (veinticuatro (24) pulgadas) de espesor. Las placas de matriz están separadas por separadores endurecidos (76, espesor del panel; < 1,9 cm (3/4 pulgada)) y tienen una anchura de 101,6 cm a 16,64 cm (40 pulgadas a 66 pulgadas) (anchura del panel; normalmente 137,16 cm (54 pulgadas)), y una longitud de un poco más de 81,28 cm (32 pulgadas) (longitud de la abertura de matriz, no longitud del panel) para formar una abertura de matriz rectangular.

El extremo de entrada de la matriz tiene enfriadores de agua instalados en ranuras mecanizadas en las placas de la matriz para evitar que la resina en polvo se oxide antes de entrar en la matriz.

la matriz 10 se calienta mediante calentadores de cartucho eléctricos que encajan en ranuras mecanizadas en las placas (72, 74). L^oscalentadores están dispuestos en doce (12) zonas controladas individualmente a lo largo de la matriz y ocho (8) zonas emparejadas a lo largo de la salida de la matriz. Las zonas de calentamiento adicionales a lo largo de la cara de salida de la matriz (tal como en 50C, véase Figuras ID, 3 y 5) se proporcionan para que se puedan utilizar diferentes perfiles de temperatura a lo ancho de la matriz a ^susalida: I^osbordes exteriores de la matriz incluyen una entrada de calor adicional para evitar que el plástico se pegue durante una interrupción ^oarranque y evitar que las líneas de carga (extruido) cuelguen en I^osbordes del panel.

Un ejemplo del perfil de calentamiento para una resina de polietileno de UHMW puede incluir tres zonas térmicas a lo largo del eje longitudinal de la abertura de matriz: después del corte térmico, de 148,89 °C a 160 °C (300 °F a 320 °F); Región media, de 165,56 °C a 215,56 °C (330 °F a 420 °F); región de salida, de 148,89 °C a 176,67 °C (300 °F a 350 °F).

El extremo de entrada del bloque superior y la placa de matriz están mecanizados para proporcionar una abertura (entrada de resina 32) para que la resina polimérica de UHMW en polvo se introduzca en la abertura de matriz desde una tolva 30 que comprende una pluralidad de tuberías (por ejemplo 4; tuberías de alimentación 34) que se extienden hasta la entrada de la matriz. Cada tubería se puede subir ^obajar para regular la alimentación al área debajo de cada tubería. Como alternativa, cada tubo de alimentación puede comprender un alimentador de tornillo sin fin, alimentador vibratorio ^oalimentador giratorio. Las zapatas de aluminio 80 se fijan a la parte inferior de las tuberías para ayudar a distribuir la resina.

Una placa de acero (cabezal de ariete 19) que mide 1,27 cm (media (0,5) pulgada) ^x137,16 (cincuenta y cuatro (54) pulgadas) con una sección transversal rectangular se fija a una placa guiada (ariete 18) que es accionada por cilindros hidráulicos (118). El ariete es capaz de realizar una carrera lineal de 15,24 cm (seis (6) pulgadas) que se extiende 5,08 cm (dos (2) pulgadas) en la entrada de la matriz. El ariete es significativamente más fino que la abertura de matriz para evitar la fricción y unión en la matriz. Se utiliza una placa limpiadora para empujar el ariete contra la superficie de matriz inferior para evitar que el ariete se eleve y fuerce el aire expulsado y I^osfinos hacia la abertura de la cámara. La sección posterior del ariete se enfría con canales de agua para evitar la oxidación de la resina.

D^osmesas de acabado (500, 502) se proporcionan después del extremo de salida de la matriz, en las que cada mesa de acabado comprende una placa superior e inferior. Las placas son de aluminio de 1,9 cm (3/4 pulgada) de espesor (buena conductividad térmica y suficiente rigidez). L^oscilindros neumáticos (560a , 560b ) se utilizan para aplicar presión a las placas de modo que el plástico se mantenga plano y también para asegurar el contacto superficial entre el plástico y el aluminio para promover una conductividad térmica constante.

Las mesas están conectadas solo por I^osdos cilindros neumáticos (503, 505) que proporcionan la fuerza de tracción para que el calor no se conduzca desde las placas de la primera mesa de acabado hasta las placas de la segunda mesa de acabado. La segunda mesa de acabado puede oscilar entre I^osinterruptores de fin de carrera situados aproximadamente a 2 pulgadas de distancia. Cuando la mesa haya extraído 2 pulgadas de plástico, por ejemplo, abrirá las placas de aluminio, retrocederá al frente de la carrera, volverá a sujetar el panel y comenzará a extraerlo de nuevo.

La primera sección de la mesa se calienta en las placas superior e inferior que pueden tener una textura en relieve ^ograbada parcial ^ototalmente para permitir el calandrado de una textura en el panel. La segunda sección de la mesa avanza simultáneamente con la primera y está conectada mecánicamente a la primera sección, pero consisten en placas superior e inferior separadas. Esta segunda mesa se enfría, tal como con ventiladores, sin afectar negativamente a la mesa frontal que permanece caliente.

Ejemplo B

Aquí se describe un ejemplo de un segundo aparato de extrusión de ariete, en el que la matriz 10, el ariete alternativo 18, y la tolva 30 son como se describen en el Ejemplo A. L^osnúmeros de referencia se proporcionan para ayudar a comprender esta realización específica, y pueden referirse a cualquiera de las Figuras 1-8.

Como se describe en el Ejemplo A, dos mesas de acabado (500, 502) se proporcionan después del extremo de salida de la matriz, en las que cada mesa de acabado comprende una placa superior e inferior. La placa superior (504^a en la Figura 8) de la primera mesa de acabado 500 es de aluminio de 0,95 cm (3/8 pulgadas) de espesor, mientras que la placa superior 512 de la segunda mesa de acabado 502 y las placas inferiores (506 y 510, respectivamente) de la primera y segunda mesa de acabado son de aluminio de 1,9 cm (3/4 pulgada) de espesor. La placa superior 504A de la primera mesa de acabado se sube ^obaja mediante tres filas de accionadores de placa que se soportan sobre la placa superior sobre carriles de soporte (680^a, 680^b, 680^c). Cada una de las tres filas de accionadores de placa incluye nueve (9) cilindros de aire neumáticos (véase, por ejemplo, 610, 620, 630 en la Figura 8). La primera y segunda filas (la fila más cercana al extremo de salida de la matriz es la "primera fila", cerca del extremo 540 de la mesa mostrada en Figura 8) de los accionadores de placa se pueden controlar individualmente, mientras que la tercera fila (la más fina del extremo de salida de la matriz; cerca del extremo 542 de la mesa mostrada en la Figura 8) de los accionadores de placa se controla al unísono. Conectado operativamente en el extremo distal del vástago de pistón (617a , 627a , 637a ) de cada accionador de placa es una placa de presión (618^a, 628^a, 638^a) formada a partir de aluminio de 1,9 cm (3/4 pulgada). Se describen más detalles del aparato de extrusión de ariete en el Ejemplo A.

Si bien se han descrito con detalle las realizaciones específicas de la presente divulgación, los expertos en la materia deberían apreciar que podrían desarrollarse diversas modificaciones, alternancias y aplicaciones a la luz de las enseñanzas generales de la divulgación. En consecuencia, las disposiciones, sistemas, aparatos y métodos particulares divulgados tienen la intención de ser únicamente ilustrativos y limitantes únicamente por el alcance de las reivindicaciones.

Claims

r e iv in d ic a c io n e s

1. Un aparato para extrudir una resina polimérica, comprendiendo el aparato:

una matriz (10) que tiene un extremo de entrada (14) y un extremo de salida (16);

un ariete (18) montado para moverse dentro del extremo de entrada (14) de la matriz (10) desde una posición retraída hasta una posición extendida;

al menos una tolva (30) para introducir la resina polimérica en un estado granular en una entrada de resina (32), en donde la entrada de resina (32) está próxima al extremo de entrada (14) de la matriz (10) y aguas abajo de la posición retraída del ariete (18);

una pluralidad de zonas térmicas (50, 50a , 50b , 50C) en la matriz separadas a lo ancho y largo de la matriz (10); medios para calentar algunas de la pluralidad de zonas térmicas (50, 50a , 50b , 50C) a una temperatura por encima de la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica;

medios para impartir movimiento al ariete (18) a lo largo de un eje longitudinal (100) de la matriz (18) para mover la resina polimérica desde la entrada de resina (32) a través de la pluralidad de zonas térmicas (50, 50a , 50b , 50C) y fuera del extremo de salida (16) de la matriz (10) como un extruido, fundiéndose y comprimiéndose la resina polimérica para formar un perfil de extrusión de la matriz (10) durante la progresión a través de la pluralidad de zonas térmicas (50, 50a , 50b , 50C) de la matriz (10), en donde la resina se extrude desde el extremo de salida (16) de la matriz como un extruido a una temperatura igual o superior a la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica; medios para enfriar y comprimir uniformemente el extruido después de salir del extremo de salida (16) de la matriz (10),

caracterizado por que el aparato comprende además:

medios para alejar el extruido del extremo de salida (16) de la matriz (10), en donde los medios para alejar el extruido del extremo de salida (16) de la matriz (10) no aplican una fuerza de compresión sobre el extruido paralela al eje longitudinal (100) de la matriz (10); y además, caracterizado por que los medios para alejar el extruido del extremo de salida (16) de la matriz comprenden una o más mesas de acabado (500) que alejan el extruido del extremo de salida (16) de la matriz para que no haya contrapresión sobre el extruido, y que promueven un enfriamiento uniforme y una compresión vertical intermitente del extruido, en donde los medios para alejar el extruido del extremo de salida (l6) de la matriz (10) aplican una fuerza de compresión vertical sobre el extruido perpendicular al eje longitudinal (100) de la matriz (10).

2. El aparato de la reivindicación 1, en el que los medios para alejar el extruido de la salida de la matriz y para enfriar y comprimir uniformemente el extruido comprenden:

una primera mesa de acabado (500) situada después del extremo de salida (16) de la matriz (10) y que comprende placas superior e inferior (504, 506), en donde la placa superior (504) se puede mover en una dirección perpendicular al eje longitudinal (100) de la matriz (lO) a través de un intervalo de posiciones que incluyen al menos (a) una posición que no entra en contacto con el extruido y (b) una posición hacia abajo que entra en contacto con el extruido pero no aplica una fuerza de compresión sobre el extruido en la dirección perpendicular al eje longitudinal de la matriz;

una segunda mesa de acabado (5O2) situada después de la primera mesa de acabado (5OO) y que se puede mover en la dirección paralela al eje longitudinal (1OO) de la matriz (1O), comprendiendo la segunda mesa de acabado (5O2) las placas superior e inferior (512, 51O) en donde la placa superior (512) se puede mover en la dirección perpendicular al eje longitudinal (1OO) de la matriz (1O) a través de un intervalo de posiciones que incluyen (a) una posición abierta que no entra en contacto con el extruido, (b) una posición hacia abajo que entra en contacto con el extruido pero no aplica una fuerza de compresión sobre el extruido en la dirección perpendicular al eje longitudinal de la matriz, y (c) una posición de sujeción que aplica la fuerza de compresión sobre el extruido, en donde la segunda mesa de acabado (5O2) está configurada para alejarse de la primera mesa de acabado (5OO) cuando la placa superior (512) de la segunda mesa de acabado (5O2) está en la posición de sujeción, y moverse hacia la primera mesa de acabado (5OO) cuando la placa superior (512) de la segunda mesa de acabado (5O2) no está en la posición de sujeción y la placa superior (5O4) de la primera mesa de acabado (5OO) está en la posición hacia abajo o de sujeción.

3. El aparato de la reivindicación 2, en el que al menos una de la primera y la segunda mesas de acabado (5OO,5O2) está configurada para controlar una temperatura de las placas superior e inferior (5O4, 5O6; 512, 51O) por debajo de la temperatura de fusión cristalina de la resina polimérica.

4. El aparato de la reivindicación 1, en el que la matriz (1O) comprende una placa superior (72) y una placa inferior (74), cada una de las cuales comprende una rotura térmica (80,82) aguas abajo de la entrada de resina (32), en donde la rotura térmica (80,82) define al menos una región térmica calentada que comprende las zonas térmicas (50,50a , 5OB,5OC) espaciadas entre la rotura térmica (80,82) y el extremo de salida (16) de la matriz.

5. El aparato de la reivindicación 4, en el que la rotura térmica (80,82) define además una región térmica enfriada que comprende las zonas térmicas (50, 5OA, 5OB, 5OC) espaciadas entre el extremo de entrada (14) de la matriz (1O) y la rotura térmica (80,82).

6. El aparato de la reivindicación 1, en el que la al menos una tolva (30) está configurada para Introducir la resina pollmérica en la entrada de resina (32) de la matriz (10) en una pluralidad de cantidades específicamente medidas a lo ancho del extremo de entrada de resina (14) de la matriz (10).

7. El aparato de la reivindicación 6, en el que las cantidades específicamente dosificadas de la resina polimérica varían a lo ancho del extremo de entrada de resina (14) de la matriz (10).

8. El aparato de la reivindicación 1, en el que la al menos una tolva (30) comprende una pluralidad de tubos de alimentación (34) separados a lo ancho de la entrada de resina (32) de la matriz (10), comprendiendo cada uno de la pluralidad de tubos de alimentación (34) un extremo distal (36) que está próximo a la entrada de resina (32) de la matriz (10) y un extremo proximal en comunicación fluida con la tolva (30).

9. El aparato de la reivindicación 8, en el que cada uno de la pluralidad de tubos de alimentación (34) se puede mover independientemente en una dirección vertical que es perpendicular al eje longitudinal (100) de la matriz (10) para proporcionar la pluralidad de cantidades específicamente medidas de resina polimérica, en donde la pluralidad de cantidades específicamente medidas varía a lo ancho del extremo de entrada de resina (14) de la matriz (10).

10. El aparato de la reivindicación 8, en el que cada uno de la pluralidad de tubos de alimentación (34) comprende un alimentador de tornillo sin fin, un alimentador vibratorio, ^oun alimentador giratorio que se puede controlar independientemente para proporcionar la pluralidad de cantidades específicamente medidas de resina polimérica, en donde la pluralidad de cantidades específicamente medidas varía a lo ancho del extremo de entrada de resina (14) de la matriz (10).

11. El aparato de la reivindicación 8, en el que cada uno de la pluralidad de tubos de alimentación (34) comprende una zapata en ^suextremo distal configurada para distribuir uniformemente la resina polimérica desde cada uno de la pluralidad de tubos de alimentación (34) a la entrada de resina (14) de la matriz (10).