ITMI20002615A1 - Attrezzatura per estrudere foglia o lastra in polimero espanso - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce ad una attrezzatura per estrudere foglia o lastra in polimero espanso, in particolare polipropilene.

Nel campo della realizzazione di prodotti da polimeri espansi in foglia o lastra, in particolare di polipropilene, sono state sino ad ora realizzate apparecchiature che non consentono di ottenere, a basso costo, un prodotto finale avente buone caratteristiche di resistenza.

Infatti si deve tenere presente che i polimeri in genere ed in particolare il polipropilene è un polimero le cui caratteristiche non permettono una facile espansione. Infatti il polipropilene possiede, allo stato fuso, nella sua caratteristica temperatura reologica, una fluidità tale per cui l'azione di gas, che tendono ad espandere le celle, fa collassare la sua struttura.

Si deve peraltro tenere conto che un materiale polimerico, quale il polipropilene, è desiderabile per il suo basso costo e le sue buone caratteristiche di resistenza meccanica e termica e quindi, una volta espanso, ha evidenti vantaggi economici, ecologici e tecnici .

Sono noti a tale proposito metodi che, tramite un processo di estrusione, permettono di espandere chimicamente questo polimero solamente utilizzando particolari espandenti chimici. Peraltro, gli espandenti chimici, usati come necessario per tale scopo con percentuali pari al 2-6% rispetto al polimero, ovvero al polipropilene, non danno nessun vantaggio economico poiché sono notevolmente costosi.

Inoltre, è noto l'uso di gas fisici che vengono iniettati nel polimero, ad esempio il polipropilene, con processi di iniezione, i quali non permettono di avere un prodotto economicamente valido.

Scopo della presente invenzione è quello di cercare di realizzare una attrezzatura per la estrusione in foglio o in lastra di polimeri espansi, in particolare polipropilene espanso, che consenta di avere costi ridotti ed elevate prestazione del prodotto ottenuto.

Altro scopo è quello di realizzare una attrezzatura per la estrusione in foglio o in lastra di polipropilene espanso che possa essere sicura ed ecologicamente valida, pur in presenza di gas di espansione, quale C02-Questi scopi secondo la presente invenzione vengono raggiunti realizzando una attrezzatura per estrudere foglia o lastra in polimero espanso, in particolare propilene espanso, come esposto in dettaglio nella rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche sono esposte nelle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche ed i vantaggi di una attrezzatura per estrudere foglia o lastra in polimero espanso, quale polipropilene espanso, secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

le figure la e lb sono viste schematiche in alzata che mostrano nel complesso un'attrezzatura per estrudere foglia o lastra in polipropilene espanso secondo l'invenzione,

la figura 2 è una sezione ingrandita di una metà di un estrusore bivite corotante facente parte della apparecchiatura di figura 1,

la figura 3 è un particolare in sezione ingrandita di una disposizione sulla vite per evitare il ritorno di gas verso l'alimentazione del polimero, la figura 4 è una sezione trasversale parziale di un iniettore posizionato lungo l'estrusore bivite, la figura 5 è una sezione della sola parte finale della attrezzatura in una forma alternativa.

Con riferimento alle figure la e lb, viene mostrata una attrezzatura per estrudere foglia o lastra in polimero espanso, in particolare polipropilene espanso, secondo l'invenzione in una sua forma di realizzazione.

La attrezzatura comprende un apparato per la dosatura gravimetrica 11 di un certo numero di componenti, quali ad esempio diversi tipi di polimero, quale polipropilene, cariche minerali od altro. Questo apparato 11 comprende almeno una coppia di dosatori 12, 13 per tipi diversi di polimeri, quali polipropilene, associati ad una unità di dosaggio 14 funzionante con logica 'a somma di pesi'. La ricetta cosi ottenuta viene omogeneizzata in un apposito mescolatore 15 il quale a sua volta alimenta la miscela così ottenuta ad un dosatore gravimetrico 16, funzionante con logica 'loss in weight', che provvede ad alimentare, in una forma cosiddetta "a bocca affamata", un apparato di estrusione 17. Inoltre, in una zona intermedia di tale apparato sono iniettate cariche minerali provenienti da un ulteriore dosatore gravimetrico 18, funzionante con logica 'loss in weight', che provvede ad alimentare in maniera costante un forzatore a coclea 19 associato all'apparato di estrusione 17.

L'apparato di estrusione 17 risulta costituito da un estrusore bivite corotante 20 con rapporto di lunghezza 1/34 diametri. L'involucro o cilindro 21 di questo estrusore è controllato termicamente in 8 zone distinte tramite olio diatermico circolante in camere 22 .

La figura 2 mostra l'estrusore bivite corotante 20 che è suddivisibile in una seri di parti.

Si prevede infatti una alimentazione 23 allineata ad una tramoggia 24 che riceve la miscela dosata di polipropilene. Immediatamente a valle di questa prima alimentazione 23 è collocata una seconda alimentazione 25 in cui è introdotta la carica minerale proveniente dal forzatore a coclea 19. In una porzione 26 di estrusore compresa tra le due alimentazioni 23 e 25 avviene la fusione dei polimeri alimentati tramite la miscela.

In una porzione successiva 27 dell'estrusore si realizza la miscelazione tra polimeri e carica grazie alla presenza di apposite camme, schematizzate in 28.

Secondo la presente invenzione è quindi prevista una zona di iniezione 29 nella quale viene immesso gas, ad esempio C02 proveniente da un serbatoio contenitore 30.

Al fine di evitare il ritorno del gas verso l'alimentazione dei polimeri e della carica vengono previsti elementi a tappo 31, sotto forma di anelli disposti sulla coppia di viti.

Quando si vuole iniettare la C02 volatile nella zona di iniezione in depressione 29 sono infatti installati gli elementi a tappo 31. Essi creano, con il cilindro 21 dell'estrusore, un traferro stretto entro cui la miscela è in pressione; poiché la zona immediatamente successiva è quella in depressione dentro la quale viene iniettato il gas volatile, tale gas potrà andare solamente avanti e non indietro.

Dal momento che il gas, ad esempio C02, è in uno stato gassoso, la sua pressione è regolata tramite un apposito regolatore e la portata del gas è in funzione del volume occupato dalla miscela polimerica nella zona di depressione 29. Ad esempio in presenza di più volume libero dalla miscela nella zona in depressione, e di più giri vite, si avrà un maggior consumo di gas. La pressione di lavoro, con questo sistema, mediamente si aggira tra 8 bar e 15 bar.

Successivamente, dalla zona 29 la miscela polimerica ed il gas vengono trasportati in una ulteriore zona 32 che comprime la miscela sia a causa della sua variazione di sezione sia perché, in quella zona dell'estrusore, la temperatura scende repentinamente. Il gas sarà sempre più compresso e micronizzato nella miscela polimerica.

La figura 4 mostra una disposizione di iniettore 33 posizionabile in corrispondenza della zona in depressione 29 per 1'alimentazione del gas contenuto nel serbatoio 30.

In alternativa è possibile iniettare il gas nella zona 32 in pressione. In questo caso occorre precisare che la C02, in forma liquida, proviene da un apposito serbatoio contenitore 34 con pescante in zona liquida, è raffreddata alla temperatura di -5°C ed iniettata nella massa fusa del materiale allo stato liquido, con una speciale pompa, schematizzata in 35, ad esempio quale quella commercializzata dalla LEWA. La particolarità di questa pompa è quella di dosare il gas in quantità regolari e ad una pressione superiore a quella della miscela in alimentazione. Anche in questo caso è necessario prevedere elementi a tappo 31 ed il gas può essere alimentato con un ugello 33 in tutto simile a quello mostrato in figura 4.

All'uscita dall'apparato di estrusione viene previsto un gruppo di controllo 36 sia della temperatura che della pressione della massa miscelata prima che la stessa sia fatta passare entro un filtro (non mostrato) associato ad un cambìfiltro 37. E' questa un'apparecchiatura che nell'estrusione è atta a filtrare la miscela polimerica trattenendo qualunque corpo estraneo. In generale infatti esso prevede piastre filtranti intercambiabili che hanno 10 scopo di proteggere organi meccanici.

Prima che la miscela venga introdotta in una pompa di dosaggio 38 si prevede un gruppo di controllo 39 della pressione in aspirazione della pompa 38. Similarmente, all'uscita della pompa è previsto un gruppo di controllo 40 della pressione in mandata. In generale quale pompa è utilizzata una pompa ad ingranaggi modulari motorizzata con motore in corrente continua tramite riduttore. Questa pompa ha il compito di spingere, attraverso i successivi: miscelatori statici, stratificatore e testa piana, la miscela che ha una viscosità sempre più elevata in quanto raffreddata, come già accennato. In aspirazione ed in mandata le pressioni sono controllate. In particolar modo, quella in aspirazione interagisce con i dosatori gravimetrici 12 e 13 in modo che vi sia sempre una pressione impostata per favorire un'espansione del prodotto costante .

La miscela così ottenuta è quindi pompata all'interno di un gruppo statico 41 per la miscelazione ed il condizionamento termico della miscela .

Tale gruppo statico 41 è composto da una serie di miscelatori statici inseriti in una cartuccia 42 termoregolata ad olio. Questi miscelatori sono appositamente calcolati per ottenere una perdita di carico elevata, in modo che la pressione di spinta della pompa 38 risulti essere mai inferiore a 350-400 bar. Si noti inoltre che a creare questa pressione contribuiscono anche uno stratificatore ed una testa piana posti all'estremità della attrezzatura. La termoregolazione della cartuccia nominata sopra è ottenuta tramite un'apposita centralina ad olio (non mostrata) . Nel miscelatore si avrà una miscelazione miscela/gas in stato ipercritico ideale (vedi Legge di Henry) per il polipropilene che diventa sempre più viscoso .

Associato al gruppo statico 41 viene previsto uno stratificatore collegato a sua volta ad una testa piana di estrusione 43.

Nella realizzazione mostrata si possono alternativamente prevedere due tipi di stratificatore 44 e 45 per l'alimentazione della miscela alla testa 43. Una prima realizzazione, mostrata in figura 5, prevede uno stratificatore 45 che separa la miscela proveniente dal gruppo statico 41 in tre canali 46 che alimentano poi canali 47 della testa piana 43.

Alternativamente può essere previsto uno stratificatore 44 che alimenta i tre canali 47 della testa piana con un canale 48, proveniente direttamente dal gruppo statico 41 e quindi dall'estrusore 17, e con altri due coestrusori schematizzati in 49 che alimentano due canali 48' collegati ai rimanenti canali 47 della testa piana 43.

Nell'esempio descritto ed illustrato si è prevista una testa piana a tre canali separati termoregolata ad olio 43, ma in alternativa può essere associata all'attrezzatura dell'invenzione una testa anulare (non mostrata).

Si è così visto come secondo l'invenzione sia stata realizzata una attrezzatura che permette l'estrusione in foglia o lastra di un polimero espanso, in particolare polipropilene.

In tal modo si può pensare di ottenere manufatti che saranno impiegati in diversi settori come, ad esempio, quello automobilistico (controporte interne), quello di imballaggi per cibi, cassette per la frutta ecc.

Si precisa che si preferisce il gas C02 perché è maneggevole senza pericolo, ecologicamente più valido di altri perché è una risorsa naturale riutilizzata, prodotta senza bruciare nulla e di basso costo; sembra inoltre essere il più indicato per un'espansione non violenta.

Un'altra importante raccomandazione è di abbassare il più possibile la temperatura della miscela fusa, immediatamente dopo l'iniezione del gas, per aumentarne la viscosità in modo da favorire il fenomeno fisico denominato Legge di Henry (secondo cui la solvenza dei gas nei solidi è proporzionale alla pressione esercitata) e da agevolare ancora di più il contenimento del collasso. Ad esempio, la temperatura in questione dovrà essere poco superiore al punto di fusione del polimero (nel caso di polipropilene a 160° C).

I manufatti così realizzati possono essere laminati monoestrusi in un solo strato completamente espanso, oppure laminati coestrusi con l'ausilio di altri coestrusori, come mostrato in figura lb. Gli eventuali strati,non espansi saranno sempre di materiali compatibili.

La struttura interna, oltre che essere espansa, potrà, all'occorrenza, essere caricata con cariche minerali, tipo CaC03, talco o altro che possono servire ad aumentare la rigidità, a favorire l ' espansione come nucleanti ed a diminuire i costi.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Attrezzatura per estrudere foglia o lastra in polimero espanso caratterizzata dal fatto di comprendere un apparato per la dosatura gravimetrica (11) di un certo numero di polimeri componenti e/o cariche minerali, un apparato di estrusione (17) costituito da un estrusore bivite corotante (20) con rapporto di lunghezza di almeno 1/34 diametri controllato termicamente, una pompa di dosaggio (38) a valle di detto apparato di estrusione, un gruppo statico (41) per la miscelazione ed il condizionamento termico della miscela pompata inserito in una cartuccia (42) termoregolata, uno stratificatore (44, 45) ed una testa piana (43), in cui in almeno una porzione di detto apparato di estrusione (17) è prevista una zona di iniezione (29, 32) nella quale viene immesso gas, quale C02, proveniente da un serbatoio contenitore (30, 34).
2. 2. Attrezzatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta zona di iniezione è una zona di iniezione in depressione (29) di detto apparato di estrusione (17) nella quale su detto estrusore bivite corotante (20) sono installati elementi a tappo (31) che creano, con un involucro cilindrico (21) esterno un traferro stretto entro cui vi è miscela in pressione così che detto gas iniettato in forma volatile non può tornare indietro.
3. 3. Attrezzatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta zona di iniezione è una zona di iniezione è una zona in pressione (32) in cui detto gas in forma liquida, provienente da un apposito serbatoio contenitore (34) raffreddato, viene iniettato nella massa fusa del materiale tramite una pompa (35) ed un relativo iniettore (33).
4. 4. Attrezzatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto stratificatore è uno stratificatore (44) che separa la miscela proveniente da detto gruppo statico (41) in più canali (46) che alimentano canali (47) di detta testa piana (43).
5. 5. Attrezzatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto stratificatore è uno stratificatore (44) che alimenta tre canali (47) della testa piana (43) con un canale (48), proveniente da detto gruppo statico (41), e con altri due coestrusori (49) che alimentano due canali (48') collegati a rimanenti canali (47) della testa piana (43).
6. 6. Attrezzatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che tra detto apparato di estrusione (17) e detto un gruppo statico (41) sono previsti un gruppo di controllo 36 sia della temperatura che della pressione della massa miscelata prima che la stessa sia fatta passare entro un filtro di un cambiafiltro (37), un gruppo di controllo (39) della pressione in aspirazione della pompa (38), disposto a valle di detto cambiafiltro (37), ed un gruppo di controllo (40) della pressione in mandata all'uscita della pompa (38).
7. 7. Attrezzatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che sia detto apparato di estrusione (17) che detto gruppo statico (41) sono termoregolati tramite camere (22) in cui è circolante olio diatermico.
8. 8. Attrezzatura per estrudere foglia o lastra in polimero espanso, in particolare polipropilene, come in precedenza descritto e come illustrato nei disegni allegati.