ITMI961692A1 - Procedimento per la mescolazione ed estrusione in continuo di materiali polimerici con pre-mescolazione a secco del materiale e - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
Formano oggetto del presente trovato un procedimento per la mescolazione e l’estrusione in continuo di materiali polimerici in cui è prevista almeno una fase di pre-mescolazione a secco del componenti la mescola e un relativo estrusore bivite atto ad attuare detto procedimento.
E’ noto come il processo di lavorazione del polimeri preveda una prima fase di preparazione della composizione desiderata; a partire dai singoli componenti, mediante mescolazione di un polimero base che viene caricato con additivi vari per esaltarne certe caratterietiche rispetto ad altre, determinando in tal modo 1 vari tipi di composto finale, rispettivamente adatti per i differenti utilizzi.
Il composto viene successivamente estruso nei formati desiderati per le diverse necessità.
Tali fasi di mescolazione ed estrusione vengono attuate mediante singole macchine, rispettivamente denominate mescolatori ed estrusori, le quali presentano particolari Caratteristiche tecniche specifiche per il tipo di operazione da eseguire; in particolare si richiede che I mescolatori siano versatili e facilmente adattabili per mescolare differenti tipi di composti, consentano un controllo e regolazione della temperatura di mescolazione e alta produttività.
E’ anche noto che si è tentato effettuare la doppia operazione di mescolazione ed estrusione con estrusori del tipo dotato di due alberi filettati cooperanti, alcune sezioni assiali dei quali presentavano la sostituzione di tratti di filettatura con tratti di albero conformati secondo veri e propri rotori di mescolatori, al fine di ottenere sia l'avanzamento del prodotto verso la testa di estrusione sia la migliore mescolazione dello stesso.
Tali tipi di macchina presentano tuttavia alcuni inconvenienti, che ne limitano in pratica l'impiego, tra questi: la scarsa capacità di mescolazione; la mancanza di flessibilità al variare del tipo di composto; la scarsa produttività; il difficile controllo della temperatura.
Oltre a ciò dette macchine obbligano ad una operazione preliminare, esterna alle stesse, cosiddetta di premescolazione, delle materie prime, al fine di alimentare all'estrusore componenti di base già mescolati senza fusione o rammollimento del materiale macromolecolare .
Si pone pertanto il problema tecnico di realizzare un procedimento di lavorazione di materiali polimerici, (elastomeri e plastomeri) che consenta una ottima mescolazione dei polimeri e delle cariche negli stessi a partire dai componenti di base, provenienti da alimentazioni separate, per rendere la mescola cosi ottenuta adatta alla successiva estrusione da effettuarsi in continuo, e una macchina atta ad attuare detto procedimento e che associ le caratteristiche di flessibilità , adattabilità, produttività dei mescolatori alla possibilità di effettuare l’estrusione senza necessità di operazioni esterne alla macchina.
Nell'ambito di tàle problema tecnico costituisce ulteriore necessità che detti procedimento e macchina diano la possibilità di ottenere, in un'unica macchina, una mescolazione completa che comprenda le seguenti fasi:
- riduzione del diametro medio delle particelle dei singoli componenti della mescola ed incorporazione delle particelle cosi ridotte nella matrice macromolecolare (mescolazione dispersiva) e
- distribuzione uniforme ed omogeneizzazione delle particelle all'interno della mescola (mescolazione distributiva) ;
- mantenimento di un ottimale controllo della temperatura della mescola durante tutte le fasi di mescolazion e;
e che consenta nello stesso tempo di mantenere inalterato il profilo degli alberi filettati. di mescolazione al variare dei vari tipi di materiale. Detti problemi tecnici sono risolti secondo il presente trovato da un procedimento di mescolazione di polimeri e di cariche tramite una macchina in continuo di tipo orizzontale a due alberi paralleli, il quale prevede almeno le seguenti fasi:
- alimentazione delle materie prime alla detta macchina ;
- avanzamento delle materie prime ad una zona di pre-mescolazione ;
- pre-mescolazione a secco delle materie prime;
- avanzamento della mescola ad una prima zona di mescolazione;
- mescolazione della mescola
- avanzamento della mescola omogeneizzata all'uscita della macchina.
Forma ulteriore oggetto del presente trovato una macchina di attuazione del detto metodo la quale comprende una camera di mescolazione al cui Interno sono alloggiati due alberi paralleli, almeno un tratto del quali presenta configurazione atta alla mescolazione a secco dei componenti la mescola e almeno un tratto dei quali presenta configurazione atta alla mescolazione della mescola con fusione della stessa. Maggiori dettagli potranno essere rilevati dalla seguente descrizione del procedimento e della macchina secondo il trovato data a titolo esemplificativo, ma non limitativo, con riferimento alle allegate figure in cui al mostra;
in figura 1: una sezione della macchina secondo un piano longitudinale verticale;
in figura 2: una sezione schematica della macchina di fig. 1 effettuata secondo un plano longitudinale orizzontale;
in figura 3: una,sezione trasversale secondo il piano di traccia III-III di fig. 1;
in figura 4: una sezione secondo il plano di traccia IV-'IV di fig. 1.
Il procedimento di estrusione del polimeri secondo il trovato si basa sul fatto che è stato sperimentalmente accertato che al fine di ottenere una buona dispersione di prodotti costituiti da aggregati di particelle elementari è necessario effettuare un preliminare smembramento degli aggregati e poi l’omogeneizzazione nella matrice polimerica delle particelle elementari cosi ottenute.
Oltre a ciò si è rilevato che lo smembramento degli agglomerati è molto più facile quando la viscosità della matrice polimerica è elevata e diviene, al contrario, tanto più difficoltoso e lento quanto più è bassa la viscosità della matrice polimerica.
Il procedimento di mescolazione di un composto polimerico caricato con additivi di vario tipo tramite un estrusore continuo di tipo a due alberi paraileli secondo il trovato prevede le seguenti fasi: - alimentazione Separata delle materie prime alla macchina di estrusione;
- avanzamento delle materie prime ad una zona di pre-mescolazione ;
- pre-mescolazione a secco delle materie prime; detta fase di pre-mescolazione, come risulterà meglio evidente nel seguito, è effettuata tramite tratti di alberi dell’estrusore, conformati secondo rotori di mescolazione e in condizioni di temperatura controllata. L’azione di sgretolamento degli agglomerati ha luogo grazie alla presenza di polimero ancora rigido (non fuso); in tal modo le particelle, accelerate dai rotori, urtano tra loro e sulle pareti della camera dell’estrusore, cedendo energia cinetica agli aggregati di particelle elementari che vengono pertanto sgretolati.
— avanzamento della mescola pre-mescolata ad un primo tratto di mescolazione
che può essere ad esempio effettuato mediante tratti di tipo rotorico del due alberi;
regolazione dell’apertura di una valvola di strozzatura della luce della camera d.L mescolazione, disposta lungo il percorso di avanzamento della mescola a valle di detto primo tratto di mescolazione; la regolazione di detta valvola consente di mantenere più o meno aperta la luce della camera di mescolazione della mescola determinando il livello di riempimento di tale camera e quindi l’intervallo di tempo durante il quale la mescola permane nella detta prima zona di mescolazione, venendo lavorata.
La maggiore o minore permanenza della mescola in tale zona di prima mescolazione determina pertanto il momento, ovvero la posizione assiale all'interno della camera di mescolazione, in cui la mescola passa allo stato fuso, momento che può pertanto essere controllato in modo che la mescola stessa aia ancora non completamente fusa quando oltrepassa la valvola (valvola aperta), oppure già completamente fusa quando la mescola oltrepassa la valvola (valvola chiusa). Una volta oltrepassata la prima fase di mescolazione la mescola può subire differenti lavorazioni a seconda del tipo di composto finale che si desidera ottenere se infatti la mescola è già completa dopo la prima mescolazione viene solamente fatta avanzare verso la testa di estrusione se invece è prevista l’aggiunta di ulteriori cariche allora il procedimento secondo il trovato prevede le seguenti ulteriori fasi:
- allmentazione alla macchina delle cariche della mescola ;
- avanzamento della mescola ad una seconda zona di mescolazione
- omogeneizzazione della mescola;
- avanzamento della mescola omogeneizzata all’uscita della macchina.
Detto procedimento consente pertanto di ottenere le migliori condizioni di lavoro per i differenti tipi di mescole; tra queste sono da considerarsi peredomlnanti le due seguenti applicazioni del procedimento stesso, per le quali è rispettivamente ri-
chiesto :
a) mescole madri concentrate; per le quali la qualità del prodotto viene definita principalmente in base al livello di dispersione della carica (pigmento o simile) nel polimero e successivamente in base alla concentrazione della carica stesse; in tal caso è preferibile lavorare a valvola aperta in modo da allungare il tempo durante il quale il prodotto non è fuso e quindi ottenere la migliore dispersione possibile, prima della fusione del materiale con conseguente riduzione della viscosità;
b) mescole ipercaricate o rinforzate per le quali la qualità del prodotto finale è valutata innanzitutto per la quantità di carica introdotta, e poi in relazione alla dispersione della carica stessa: in tal caso è preferibile lavorare a valvola chiusa in modo che al momento dell'alimentazione della carica la mescola sia già completamente fusa e la carica (o rinforzo) venga bagnata dal polimero fuso e quindi in modo che nella successiva fase di seconda mescolazione dette cariche vengano disperse e la mescola omogeinizzata.
Come illustrato nelle figure la macchina 1 secondo il trovato si compone di una serie di elementi la, lb, le, ld, le, lf che sono tra loro resi solidali secondo il senso della lunghezza mediante viti 4 o simili in modo da formare una camera di mescolazione unica di lunghezza desiderata.
Detti elementi presentano inoltre forma esterna differente a seconda della posizione occupata nella successione, forma che determina anche il diverso utilizzo di ciascun tratto.
In particolare l’elemento la presenta una Imboccatura superiore IOa per l’alimentazione degli elementi componenti la mescola, i quali vengono alimentati anche indipendentemente secondo prestabiliti rapporti attraverso una tramoggia di carico 10b.
L’elemento ld presenta a sua volta un'imboccatura lOd per l'eventuale introduzione di cariche speciali, o rinforzi o loro miscele e l’elemento le presenta una Imboccatura lOe per il degasaggio del composto, infine l’elemento lf costituisce l'elemento di collegamento con la testa di estrusione vera e propria non illustrata .
All’interno della camera cosi formata vengono montati due alberi 5, 6 ad asse parallelo e corotanti, i quali sono sostenuti, alle estremità., da cuscinetti 7 e azionati da motori 8 in modo di per sè noto e quindi solamente schematizzato nelle figure.
I due alberi 5 e 6 presentano a loro volta tratti di forma e sezione diversificate al fine di attuare le differenti fasi del metodo sopra descritto durante il percorso compiuto dalla mescola dall’ingresso IOa all 'uscita 1f.
Più particolarmente i due alberi presentano tratti Sa,6a; 5'b,6’b; 5d,6d; 5e,6e conformati secondo viti di differenti passo e generatrici, affinchè la loro interazione reciproca e con la parete della camera attui l'avanzamento del composto e una sua contemporanea mescolazione.
Alternati a detti tratti di filettatura sono anche previsti tratti 5b,6b; 5c,6c; 5'd,6'd di albero conformati secondo rotori di mescolazione.
Pili In dettaglio il tratto di albero 5b,6b, è previsto nel tratto lb di camera di mescolazione immediatamente successivo al tratto di vite 5a,óa necessario per afferrare il materiale e trascinarlo all'interno della camera 5 e poi farlo avanzare verso l'uscita e presenta con formazione di un rotore a più pale del tipo interagente in senso tangenziale.
In tal modo nel tratto lb di camera di mescolazione dell'estrusore si compie una pre-mescol azione , o pre-miscelazione, dei componenti la mescola in condizioni di polimero non fuso, il che determina una elevata resa del processo di disgregazione degli agglomerati delle cariche e quindi una aumentata dispersione delle stesse, già nella prima fase di avanzamento del componenti nella camera di mescolazione.
Tale sezione lavora ad una temperatura molto più bassa della temperatura caratteristica di rammollimento del materiale In lavorazione in modo da garantire la non fusione delle particelle.
Il tratto rotorico 5b di albero è seguito da un ulteriore tratto di filettatura 5'b tramite la quale si fa avanzare il materiale premiscelato al successivo tratto 5c di albero a sua volta costituito da un profilo rotorlco tale da avere ottima efficienza a valvola chiusa e scarsa efficienza a valvola aperta. In tal modo il tratto di macchina 5c corrispondente al tratto di alberi 5c,6c costituisce un vero e proprio mescolatore continuo nel quale avviene una prima mescolazione in condizioni di temperatura e pressione controllate e regolabili tramite opportuni mezzi di per sé noti dei quali è illustrata solamente una valvola 9 di regolazione della luce della camera di mescolazione, disposta immediatamente a valle di detto tratto rotorlco 5c.
Detta valvola 9 prevede elementi 9a azionabili in direzione radiale e nei due sensi per determinare la magglore/minore 'occlusione della luce di paesaggio del materiale, detta maggiore/minore occlusione determinando la maggiore/minore permanenza della mescola nel tratto le di camera e pertanto il maggiore/minore grado di fusione della stessa.
Detta regolazione viene pertanto effettuata in relazione al differente tipo di mescola in lavorazione e al fatto che nel successivo tratto ld di camera venga alimimentata una maggiorer /minore quantità di carica della mescola stessa.
Con tale configurazione 1 componenti alimentati attraverso l'imboccatura IOa vengono trascinati avanti dall'azione delle viti dei tratti 5a,5'b,5d subendo contemporaneamente una pre mescolazione a secco nel tratto rotorico 5b, e una prima mescolazione in corrispondenza del tratto rotorico 5c, determinando, tramite la valvola 9 la maggior/minor fusione del materiale polimerico prima della sua avanzata verso il tratto 5’d a sua volta conformato secondo un rotore, in corrispondenza del quale avviene la definitiva omogeinizzazione della mescola.
Come si rileva dalla precedente descrizione il complesso secondo il trovato costituisce una singola macchina , orizzontale, che effettua la mescolazione mediante tratti costituent i veri e propri mescolatori continui atti a garantire maggiore produttività e versatilità con parametri di lavorazione facilmente regolabili e possibilltà di un preciso controllo delle temperature, costituendo nel contempo una macchina di alimentazione della testa per l'estrusione, alla quale il composto può essere alimentato, senza discontinuità di ciclo, a partire dalla mescolazione delle materie prime, consentendo inoltre una maggiore adttabilità di una prefissata configurazione dgli alberi 5 e 6 ai differenti tipi di mescola da lavorare.
Claims (2)
- RIVENDICAZIONI 1) Procedimento di mescolazione di polimeri e di cariche tramite una macchina in continuo di tipo orizzontale a due alberi paralleli caratterizzato dal fatto che prevede le seguenti fasi: - alimentazione delle materie prime alla detta macchina ; - avanzamento delle materie prime ad una zona di pre-mescolazione; - pre-mescolazióne a secco delle materie prime; - avanzamento della mescola ad una prima zona di mescolazione ; - mescolazione della mescola - avanzamento della mescola omogeneizzata all'uscita della macchina.
- 2) Procedimento di mescolazione secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta pre-mescolazione è effettuata con prodotto sostanzialmente seccò. 3} Procedimento di mescolazione secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che prevede le seguenti ulteriori fasi: - alimentazione dei prodotti di carica alla macchina a valle di detta prima fase di mescolazione;; - avanzamento della mescola ottenuta nella prima fase di mescolazione e delle cariche ad un secondo tratto di mescolezione; - omogeinizzazione della mescola; - avanzamento della mescola omogeinizzata alla uscita della macchina. 4) Procedimento di mescolazione secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che prevede inoltre l’ulteriore fase di - regolazione dèil'apertura di una valvola di regolazione della luce della camera di mescoiazione disposta lungo il percorso di avanzamento deIla mescola . 5} Procedimento di mescolazione secondo rivendicazione 4 caratterizzzato dal fatto che detta regolazione della luce della camera di mescolazione è effettuata a valle della prima zona di mescolazione . 6) Procedimento di mescolazione secondo rivendicazlone 1 caratterizzato dal fatto che durante la fase di prima moescolazione la mescola è solo parzialmente fusa. 7) Procedimento di mescolazione secondo rivendicazlone 3 caratterizzato dal fatto che durante la fase di seconda mescolazione la mescola è totalmente fusa. 8) Macchina per la lavorazione di polimeri comprendente una pluralità di elementi coassiali (la,lb,le ,ld,1e,1f), tra loro adiacenti e resi solidali, almeno uno di detti tratti presentando aperture di alimentazione dei componenti la mescola e almeno uno di detti trati presentando un’apertura di alimentazione delle cariche della mescola, detti tratti formando al loro interno una camera (la,lb,1c,ld), estendentesl longitudinalmente, all'interno della quale è disposta una coppia di alberi (5,6) coassiali e interagenti aventi porzioni assiali (5a,6a;5b,ób; 5c,6c;5d ,6d;5e,6e) corrispondentemente differenziate per costituire tratti di avanzamento e mescolazione del composto, caratterizzata dal fatto che è previsto in combinazione - almeno un tratto (lb) di camera adiacente al tratto (la) di ingresso dei componenti, in corrispondenza del quale detti alberi (5,6) presentano configurazione ad elementi di mescolazione atti alla lavorazione a secco dei materiali, - almeno un tratto di camera (le), successivo a detto primo tratto (lb), in corrispondenza del quale gli alberi (5,6) presentano configurazione a rotore di mescolazione . 9) Macchina secondo rivendicazione 8 caratterizzata dal fatto che detto tratto di camera di mescolazione in corrispondenza del quale gli alberi (5,6) hanno configurazione retorica è non adiacente al detto primo tratto di camera per la lavorazione a secco della mescola. 10) Macchina secóndo rivendicazione 8 caratterizzata dal fatto che prevede almeno un terzo tratto (ld) di camera disposto a valle dei due precedenti tratti (lb,lc) di mescolazione in corrispondenza del quale gli alberi (5,6);presentano configurazione atta alla mescolazione continua della mescola. 11) Macchina secondo rivendicazione 10 caratterizzata dal fatto che in! corrispondenza di detto terzo tratto (ld) di camera gli alberi (5,6) presentano tratto (5d,6’d) a configurazione rotorica. 12) Macchina secondo rivendicazione 8 caratterizzata dal fatto che è prevista una valvola (9) di regolazione della luce della camera (1). 13) Macchina secondo rivendicazione 12 caratterizzata dal fatto che detta valvola è disposta immediatamente a valle del secondo tratto rotorico (5c,6c) degli alberi (5,6). 14) Macchina secondo rivendicazione 8 caratterizzata dal fatto che detti alberi (5,6) presentano tratti (5a ,6a;5'b,6 'b;5d,6d;5 e,6e), corrispondenti al tratti di avanzamento, conformati secondo viti tra loro interagenti . 15) Macchina secóndo rivendicazione 8 caratterizzata dal fatto che detti elementi coassiali, e detti alberi sono preferibilmente disposti con asse longitudinale orizzontale. 16) Macchina secondo rivendicazione 8 caratterizzata dal fatto che è una macchina di estrusione.
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