RO120128B1 - Procedeu şi instalaţie pentru obţinerea unui produs, din material plastic, extrudat - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu şi la o instalaţie de obţinere a produselor extrudabile, în cadrul căreia materialul de extrudat este livrat sub formă de pulbere, pelete sau granule. Instalaţia conform invenţiei cuprinde cel puţin un rotor (1) şi cel puţin un stator (2 şi 3) şi o fantă de alimentare (4), între aceştia, în rotor (1) fiind prevăzute canale (7), pe una din laturile fantei de alimentare (4), pentru presarea materialului de extrudat, în afara extruderului, atunci când este rotit rotorul (1), în stator fiind prevăzute contracanale (8), a căror orientare este în direcţia opusă celei a canalelor (7) din rotor, după porţiunea de alimentare fiind prevăzută o zonă de forfecare, contracanalele (8) fiind amplasate, în mod substanţial, pe întreaga lungime a zonei de forfecare, iar aria secţiunii transversale, a cavităţii de procesare, constă din volumele canalelor (7), ale contracanalelor (8) şi din spaţiul dintre ele.

Description

Invenția se referă la un procedeu de obținere a produselor extrudabile, în cadrul căruia materialul de extrudat este livrat sub formă de pulbere, pelete sau granule, prin utilizarea unuia sau mai multor mijloace de alimentare, către o cavitate de procesare, care constă din volumele canalelor din rotor, ale canalelor din stator și din spațiul dintre ele.

Invenția se referă, de asemenea, și la o instalație pentru punerea în practică a procedeului menționat, în vederea obținerii unui produs din material plastic extrudat, instalația cuprinzând cel puțin un rotor și cel puțin un stator, și o fantă de alimentare între aceștia. Pe una din laturile fantei de alimentare, sunt prevăzute niște canale pentru a presa materialul de extrudat, în afara extruderului, atunci când este rotit rotorul, secțiunea canalului fiind, în mod substanțial, aceeași, iar pe partea cealaltă a canalului de alimentare este prevăzut un contracanal, pe cel puțin o anumită porțiune a fantei de alimentare, orientarea filetului contracanalului având sensul opus direcției filetului canalului.

Se cunoaște din stadiul tehnicii faptul că este foarte dificil să se prelucreze materiale plastice cu greutate moleculară mare, cu ajutorul unui extruder convențional, constând dintrun șurub lung și un cilindru. Randamentul extruderului rămâne scăzut, întrucât temperatura devine prea înaltă, datorită căldurii generate de frecare. Polimerii greu de prelucrat includ, de exemplu, materiale fluorescente și polietilene cu masă molară mare și greutate moleculară de peste 200.000 g/mol, și materialele plastice foarte dure cu o greutate molară chiar de peste 300.000 g/mol.

Există mai multe materiale similare care sunt greu de prelucrat, ele având în comun o greutate moleculară mare și prin urmare un debit scăzut de curgere în stare topită, un punct de topire ridicat și în anumiter cazuri un domeniu îngust de prelucrabilitate, cu alte cuvinte temperatura de descompunere a materialului plastic este situată aproape de temperatura sa de topire.

Operația de extrudare este deosebit de dificilă la temperaturi joase, atunci când temperatura de extrudare este menținută doar cu câteva zeci de grade daesupra punctului de topire cristalină, adică temperatura este în mod tipic cu aproximativ 30-40°C mai joasă decât în mod normal pentru ca anumite componente reactive opționale să nu reacționeze prea devreme. Această situație este întâlnită mai ales atunci când sunt produse țevi reticulate chimic. Problemele apar, deoarece există cinci funcțiuni interconectate, diferite, care se bazează pe acțiunea șurubului și care acționează pe aceeași axă și, prin urmare, la aceeași viteză de rotație: alimentarea, topirea, amestecarea, omogenizarea și generarea presiunii. într-un extruder convențional, șurubul este lung și raportușl dintre lungimea șurubului și diametrul său este cel mai adesea între 20 și 30, șurubul cuprinzând un filet, uneori două sau trei. Canalul șurubului este divizat în secțiuni diferite prin varierea secțiunii transversale a canalului din șurub, astfel încât filetele sunt adesea adânci și dispuse la intervale mari între ele în porțiunea în care are loc alimentarea, iar secțiunea transversală este păstrată constantă în toată zona de topire, dar este mult mai mare decât la capătul de ieșire. Astfel, materialul nu curge ușor prin canal, iar restricționarea de la capăt determină producerea de căldură prin frecare. în porțiunea de amestecare, canalul are adesea o geometrie proprie, iar în cele din urmă, canalul devine mai puțin adânc și începe generarea de presiune. Prin intermediul acestei presiuni, masa de material poate fi presată chiar și printr-ο sculă complicată. Pe de altă parte, în cazul unui extruder convențional, lungimea totală a canalului șurubului este prea mare, caz în care raportul dintre lungimea canalului și secțiunea sa transversală devine prea mare și, prin urmare, total neadecvată pentru materiale plastice cu fluiditate scăzută.

RO 120128 Β1

Brevetul US 3314108 descrie un extruder care cuprinde un rotor conic și niște 1 statoare conice, prevăzute la exterioarul și în interiorul rotorului. Rotorul cuprinde canale rectangulare plate, destinate presării materialului de extrudat în afara extruderului, prin 3 rotirea rotorului. Totuși, cu ajutorul acestei instalații este foarte dificil să se prelucreze materiale care prezintă o fluiditate scăzută. De asemenea și capacitatea este limitată. 5

Documentul EP 422042 descrie un extruder care cuprinde câteva statoare conice și câteva rotoarea conice, amplasate între stataorele menționate. Rotoarele și/sau statoarele 7 sunt prevăzute cu canașe în fortmă de calotă destinate presării materialului de extrudat în afara extruderului, la rotirea rotoarelor. Cu ajutorul acestei mașini este posibil să se producă, 9 în mod avantajos, țevile din material plastic multistratificate, dar procesarea matrerialelor greu de prelucrat creează probleme. în plus, presiunea de turnare este generată la capătul 11 de ieșire al mașinii, astfel încât randamentul acestuia nu este întrutotul satisfăcător. De asemenea, materialul de extrudat este topit cu ajutorul căldurii furnizate din exterior, astfel 13 încât este dificil să se controleze temperatura, iar consumul de energie este relativ mare.

Documentul US 4125333 descrie un extruder care cuprinde un șurub lung filetat și 15 un stator situat în afara șurubului, având filetul în același sens. Filetul de același sens al statorului produce un reflux, astfel încât materialul este amestecat, iar cantitatea de căldură 17 generată prin frecare crește ușor către un nivel necontrolat.

Documentul DE 2558238 descrie, de asemenea, un extruder care cuprinde la capătul 19 său o porțiune de amestecare, având în stator canale de același sens, de sens opus sau directe. Acest dispozitiv amestecă materialul în mod eficient, dar nu poate fi utilizat de loc 21 în cazurile în care temperatura materialului trebuie reglată cu precizie, întrucât cantitatea de căldură generată prin frecare crește foarte repede. 23

Documentul US 3712783 descrie un extruder care cuprinde o zonă de alimentare divergentă. După zona de alimentare, materialul este pompat într-o zonă de restricție, după 25 care materialul este pompat și determinat să iasă printr-un orificiu de extrudare. Structura acestei instalații este foarte complicată, cauzând totodată o frecare foarte mare. întrucât 27 presiunea de extrudare este ridicată în apropierea orificiului de ieșire, randamentul instalației este foarte slab. 29

Documentul EP 0678069 descrie extrudarea țevilor multistrat realizate din polietilenă reticulată. Prima etapă cuprinde cuprinde extrudarea stratului central al țevii, iardupă aceea, 31 acesta este acoperit cu alte pelicule. Aceste pelicule servesc doar la îmbunătățirea caracteristicilor de curgere ale țevii la trecerea acesteria prin scula de încălzire. Un 33 dezavantaj principal al acestei instalații constă în necesitatea unei scule cu suporturi reticulare, deoarece suporturile reticulare produc linii de sudură. 35

Documentele US-A-4136969 și US-A-4462692 dezvăluie extrudere având zonele de intrare și de ieșire de formă cilindrică, o zonă de amestecare fiind prevăzută între acestea 37 și având mai multe caneluri în rotor și în stator, rotorul și statorul având secțiuni descrescătoare. 39

Obiectivul prezentei invenției este acela de a asigura un procedeu și o instalație cu ajutorul cărora să fie relativ ușor să se extrudeze materiale greu prelucrabile, în vederea 41 obținerii unui produs din material plastic, și urmărește totodată realizarea unui produs din material plastic cu proprietăți excelente. 43

Astfel, prezenta invenție descrie un procedeu conform celui definit în revendicarea independentă 1 și o instalație conform celei definite în revendicarea independentă 12. 45

Exemplele de realizare preferate sunt prezentate pe parcursul revendicărilor dependente. 47

RO 120128 Β1

Procedeul de obținere a produselor extrudabile cu ajutorul unei instalații de extrudat conform invenției, cuprinzând cel puțin un rotor și cel puțin un stator, și o fantă de alimentare între aceștia, în rotor fiind prevăzute canale, pe una din laturile fantei de alimentare pentru presarea materialului de extrudat, în afara instalației de extrudat prin rotirea rotorul, secțiunea transversală a canalelor fiind, în mod substanțial, aceeași de-a lungul lungimii rotorului, iar în stator, fiind prevăzute contracanale, pe cealaltă latură a fantei de alimentare, cel puțin pe o anumită lungime a fantei, orientarea filetului contracanalelor fiind în direcția opusă celei a canalelor din rotor, și în care materialul ce trebuie extrudat este livrat sub formă de pulbere, pelete sau granule, prin utilizarea unuia sau a mai multor mijloace de alimentare, într-o cavitate de procesare, formată din volumele canalelor din rotor, ale contracanalelor din stator și din spațiul dintre acestea, înlătură dezavantajele soluțiilor cunoscute în stadiul tehnicii prin aceea că aria secțiunii transversale a cavității de procesare descrește cel puțin parțial continuu de-a lungul axei extruderului, iar prin mișcarea de rotație relativă a statorului și a rotorului, materialul este forțat să avanseze de-a lungul unei axe X, astfel încât căldura de frecare cauzată de forfecare topește o parte din material formând un pat constând din particule în principal netopite înconjurate de particule topite, permițând formarea unei cavități de procesare care este umplută complet la o anumită secțiune transversală distanțată de capătul extruderului, conducând astfel la o creștere a presiunii la un nivel mai mare decât cel necesar împingerii ulterioare a materialului printr-o matriță, de-a lungul axei X.

Instalația de extrudat produse din material plastic, conform invenției, cuprinzând cel puțin un rotor și cel puțin un stator, și o fantă de alimentare între aceștia, în rotor fiind prevăzute canale, pe una din laturile fantei de alimentare pentru presarea materialului de extrudat în afara extruderului, atunci când este rotit rotorul, secțiunea transversală a canalelor fiind, în mod substanțial, aceeași de-a lungul lungimii rotorului, în stator fiind prevăzute contracanale, pe cealaltă latură a fantei de alimentare, cel puțin pe o anumită lungime a intervalului de alimentare, orientarea filetului contracanalelor fiind în direcția opusă celui a canalelor din rotor, înlătură dezavantajele soluțiilor cunoscute în stadiul tehnicii, prin aceea că, după porțiunea de alimentare, este prevăzută o zonă de forfecare, contracanalele fiind amplasate, în mod substanțial, pe întreaga lungime a zonei de forfecare, iar aria secțiunii transversale a cavității de procesare, constând din volumele canalelor din rotor, din contracanalele din stator și din spațiul dintre ele, descrește cel puțin parțial continuu de-a lungul axei extruderului.

Ideea de bază a prezentei invenții este aceea că materialul este extrudat într-o cavitate de procesare care constă din canalele rotorului și cele ale statorului, precum și din spațiul dintre ele, iar volumul acestei cavități descrește cel puțin parțial în direcția axială, astfel încât materialul este forțat în direcția axială către un spațiu transversal mai mic, căldura generată prin frecare rezultată din forfecare, topind materialul cel puțin parțial și conducând prin urmare la o creștere a presiunii începând deja cu o anumită distanță față de capătul de ieșire al instalației.

Este esențial pentru invenție ca materialul plastic să poată fi prelucrat într-o atât de mică măsură, încât la nivelul orificiului extruderului, dacă nu există mijloace de încălzire, materialul în curgere să conțină particule care nu s-au topit complet. în cazul polietilenei, de exemplu, aceste particule sunt vizibile ca particule de culoare mai închisă în interiorul materialului transparent. Potrivit testelor efectuate, particulele netopite nu diminuează în nici un fel proprietățile produsului. De preferință, cel puțin o parte a contracanalului corespunde fiecărui canal prevăzut pe cealaltă parte a fantei de alimentare, caz în care contracanalul este mai îngust decât canalele prevăzute pe cealaltă parte a fantei de alimentare.

RO 120128 Β1 într-un exemplu de realizare a invenției, lățimea contracanalului este cu aproximativ 1 30-50% mai mică decât lățimea canalului prevăzut pe cealaltă parte a fantei de alimentare.

într-un alt exemplu de realizare preferat al invenției, înclinarea contracanalului este 3 aproximativ din înclinarea canalului prevăzut pe cealaltă parte a fantei de alimentare.

într-un alt exemplu de realizare, dimensiunea contracanalului sau volumul cavității 5 de procesare variază în așa fel încât raportul dintre aria transversală a părții inițiale a canalului și aria transversală a părții finale a acestuia este aproximativ egală cu raportul 7 dintre densitatea materialului solid și dimensiunea în vrac a materialului de extrudat.

într-un al patrulea exemplu de realizare a invenției, fanta de alimentare este inelară 9 și descrește uniform în diametru, adică are o formă conică cel puțin pe o parte a lungimii sale, astfel încât diametrul fantei de alimentare, la capătul pe unde este furnizat materialul, 11 este mai mare decât diametrul din apropierea capătului de ieșire al materialului, iar raportul dintre diametrul porțiunii mai largi a conului și diametrul porțiunii mai înguste este aproximativ 13 egal cu raportul dintre densitatea materialului solid și densitatea, în vrac, a materialului de extrudat. 15 într-un al cincilea exemplu preferat de realizare a invenției, canalul care realizează alimentarea cu material are o secțiune substanțial triunghiulară sau semicirculară. în plus, 17 raportul dintre lungimea șurubului de extrudare și cel mai mare diametru al șurubului este de preferință egal cu, sau mai mic decât 10, de exemplu. De preferat este ca raportul pentru 19 un extruder cilindric să fie cuprins între 3 și 6. în timp ce pentru un extruder cunoscut raportul dintre lungimea canalului șurubului și aria transversală a canalului este de peste 20 l/mm, 21 în cazul instalației conform invenției, raportul dintre lungimea canalului șurubului și aria transversală a canalului este mai mic de 20 l/mm. 23

Invenția prezintă avantajul că topirea și omogenizarea materialului necesită cât mai puțină energie de deformare posibil. Atunci când presiunea este ridicată suficient de mult 25 într-o fază relativ incipientă, randamentul productiv al aparatului poate fi îmbunătățit substanțial. Este posibilă determinarea pentru un extruder a unui randament teoretic care 27 indică ce cantitate de material ideal este produsă de instalație atunci când rotorul se rotește o dată. Pentru instalațiile cum sunt cele descrise în stadiul tehnicii, randamentul efectiv este 29 destul de redus în comparație cu valoarea maximă teoretică, de obicei în jur de 10 -15%.

în cazul instalației conform invenției, este posibilă atingerea unui randament de 50% 31 din valoarea randamentului de producție maxim, prin intermediul contracanalelor și al ariei transversale descrescătoare a cavității. Secțiunea transversală neschimbată a canalului de 33 transport al topiturii nu forțează îndepărtarea materialului plastic de aria canalului nici chiar în porțiunea finală a canalului. Atunci când este prevăzut un contracanal pe cealaltă parte 35 a intervalului de alimentare, deschiderea dintre canalele de alimentare poate fi făcută largă întrucât contracanalul apucă materialul de extrudat care este astfel propulsat înainte prin 37 instalație, adică scade substanțial cantitatea de energie risipită. Atunci când deschiderea dintre contracanale este astfel reglată, încât să corespundă deschiderii dintre canalele de 39 pe cealaltă parte a fantei de alimentare, este împiedicat, în mod eficient, refluxul materialului, iar acesta din urmă este determinat să se rotească în mod avantajos. 41 în cazul unui extruder prevăzut cu geometria șurubului conform invenției, materialele plastice care altfel ar fi greu de prelucrat pot fi și ele bine extrudate. Este posibilă 43 procesarea, de exemplu, a polietilenei reticulate cu o greutate moleculară de peste 200.000 g/mol sau chiar de peste 300.000 g/mol. Chiar pentru asemenea materiale, productivitatea 45 aparatului poate fi cu ușurință menținută la peste 100 kg/h, în timp ce productivitatea unui extruder convențional cu piston este în mod tipic de aproximativ 25 kg/h. Atunci când 47 contracanalul sau volumul de procesare ori intervalul de alimentare este modificat într-un

RO 120128 Β1 raport egal cu raportul dintre densitatea masei solide de material de extrudat și densitatea materialului în vrac, poate fi împiedicată trecerea aerului o dată cu fluxul de material. De asemenea, supraalimentarea nu va duce la suprapresiuni atât de mari ca în cazul aparatelor convenționale, care determină deranjamente sau cel puțin o diminuare a cuplului.

Curgerea materialului printr-un canal substanțial triunghiular sau semicircular este ușoară, gradienții de temperatură sunt mai mici, iar mișcarea de rotație a materialului în secțiunea transversală a canalului este foarte eficace. Prin utilizarea unui șurub conic, este posibilă reducerea lungimii totale a canalului șurubului și prin urmare reducerea cantității de căldură generată prin frecarea cauzată de curgere. în plus, suprafața unui șurub conic este în mod tipic cu aproximativ 50% mai mare decât suprafața unui șurub al unui extruder cilindric convențional de aceeași productivitate, ceea ce este foarte avantajos pentru controlul încălzirii sau al răcirii.

Atunci când instalațiile cu un singur șurub rotund sunt echipate cu contracanale, extruderul are nevoie de răcire în zona de alimentare, datorită presiunii și frecării excesive, îmbunătățirea importantă conform prezentei invenții, este aceea că nu este necesară o răcire suplimentară, iar procesul este foarte stabil și controlabil. Nici în cilindrul extruderului nu este necesară o răcire suplimentară (ventilatoare etc.), în ciuda productivității foarte mari atinse.

Invenția va fi descrisă în continuare mai detaliat, cu referire la fig. 1-12, care reprezintă:

- fig. 1, secțiune printr-o instalație conform invenției;

- fig. 2, secțiune schematică, printr-un detaliu al unei instalații conform invenției;

- fig. 3, detaliu al instalației din fig. 1;

- fig. 4, secțiune transversală schematică, printr-un al treilea exemplu de realizare a instalației, conform invenției;

- fig. 5, vedere laterală a unui rotor al instalației conform invenției;

- fig. 6, secțiune transversală printr-o parte a rotorului ilustrat în fig. 5;

- fig. 7, prezentarea schematică a deplasării materialului într-un canal al rotorului;

- fig. 8, secțiune transversală, după o direcție oblică, a unei țevi din material plastic, produse cu ajutorul instalației conform invenției;

- fig. 9, vedere laterală schematică a unui rotor al unei instalații conform invenției;

- fig. 10, diagrama funcției de presiune a unei instalații conform invenției;

- fig. 11, secțiune transversală printr-o instalație conform invenției;

- fig. 12, secțiune transversală printr-o parte a unui alt exemplu de realizare a instalației conform invenției.

Fig. 1 prezintă un extruder care cuprinde un rotor conic rotativ 1, un stator conic exterior 2 dispus în afara rotorului și un stator conic interior 3 dispus în interiorul rotorului, între rotorul 1 și statoarele 2 și 3 se află niște fante de alimentare 4 inelare, care se îngustează, sau conice. Pentru claritate, fantele de alimentare 4 sunt redate în fig. 1 mult mai mari decât în realitate. Rotorul 1 este rotit cu ajutorul unor mijloace de rotire 5 într-un mod cunoscut în sine. Instalația mai cuprinde niște mijloace de alimentare 6 care furnizează materialul de extrudat în fanta de alimentare 4. Instalația cuprinde mai multe mijloace de alimentare 6, astfel încât materialul poate fi furnizat către o anumită parte a fantei de alimentare 4, de exemplu, către partea cea mai largă a rotorului 1 sau către o parte mai îngustă a rotorului 1, din apropierea capătului de ieșire. Și pe direcția circumferențială pot fi prevăzute mai multe mijloace de alimentare.

Problema întâlnită la un extruder convențional este aceea că el este optim, doar pentru un tip de material și o anumită productivitate. De exemplu, atunci când un aparat

RO 120128 Β1 proiectat pentru pulberi este utilizat pentru granule, productivitatea scade clar, în mod tipic 1 cu cel puțin 30%, dar adesea cu până la 50%. Pe de altă parte, dacă șurubul este proiectat pentru o productivitate de 500 kg/h, el funcționează foarte prost, dacă debitul de extindere 3 trebuie menținut la un nivel de 200 kg/h.

Instalația conform invenției poate cuprinde mai multe mijloace de alimentare, datorită 5 faptului că, dacă densitatea în vrac a materialului plastic de extrudat este mai mare decât densitatea pentru care șurubul a fost proiectat, rezultatul optim poate fi totuși obținut prin 7 furnizarea materialului către fanta de alimentare 4, prin intermediul mijloacelor de alimentare 6 situate mai aproape de capătul de ieșire. Rotorul 1 cuprinde niște canale 7, adică niște 9 degajări ale șurubului, care deplasează materialul de extrudat în afara extruderului, atunci când este rotit rotorul 1. Pe partea cealaltă a fantei de alimentare 4, adică în statoarele 2 și 11 3, sunt prevăzute niște contracanale 8. Contracanalele 8 facilitează extruderea materialelor cu prelucrabilitate scăzută. Filetul contracanalelor 8 este orientat în sens opus canalelor 7 13 ale rotorului 1. Atunci când contracanalele 8 sunt dispuse în zonele de alimentare și de forfecare, ele crează o frecare suplimentară, dat fiind că granulele sau pulberea se fixează 15 de contracanalele 8, ceea ce este de dorit la începutul procesării materialului. După porțiunea de alimentare, contracanalele 8 apucă materialul de extrudat, în așa fel încât 17 acesta să se deplaseze efectiv înainte prin extruder. Contracanalele 8 reduc cantitatea de energie risipită și determină curgerea eficientă a materialului fără o creștere excesivă de 19 temperatură.

Dacă materialul de extrudat este, de asemenea natură încât nu se prinde, de 21 exemplu, de statorul neted, sub acțiunea frecării, materialul poate fi determinat să curgă eficient prin extruder chiar la o temperatură joasă, prin intermediul contracanalelor 8. Un nivel 23 adecvat de frecare poate fi asigurat și prin selectarea corectă a agenților de acoperire pentru rotor și stator. De preferință, statorul este acoperit cu materiale de acoperire nanoceramice 25 sau, de exemplu, cu diamant sintetic (DLC). Rotorul 1 este acoperit de preferință cu un material cu coeficient scăzut de frecare, cum ar fi prin nitrurare neagră sau placare crom- 27 PTFE, așa după cum este descris în altă cerere de brevet a solicitantului, PCT/ EP96/02801, considerată ca încorporată aici prin această referință. Atunci când instalația este prevăzută 29 cu acoperirea avantajoasă menționată anterior, care are o foarte bună rezistență la abraziune, pentru rotor și/sau stator poate fi utilizat un material mai moale, care să conducă 31 mai bine căldura, de exemplu, bronz-beriliu, care are o conductivitate termică de peste cinci ori mai mare decît oțelul de scule. Dacă instalația este conică, structura scurtă a instalației 33 oferă avantajul faptului că, căldura poate fi condusă eficient dinspre capătul de ieșire al instalației înspre zona mai rece din porțiunea inițială, unde instalația poate fi răcită pentru a 35 împiedica topirea prea rapidă a materialului. Intr-un astfel de caz, fluxul materialului topit poate avea un gradient de temperatură mai avantajos, decât în cazul unui extruder 37 convențional.

Forma conică este și ea avantajoasă, întrucât raportul dintre lungimea șurubului și 39 diametrul său cel mai mare este avantajos, prin aceea că fixarea asigurată prin lagăre poate fi realizată ferm prin amplasarea sistemului de lagăre, de exemplu, în partea cea mai largă 41 a extruderului, iar șurubul nu prezintă încovoieri considerabile, astfel încât contactul metalmetal este complet evitat, ceea ce nu este cazul la extruderele cilindrice convenționale. 43

Pentru materialele plastice cu o greutate moleculară mare, linia de sudură reprezintă punctul slab. Acest șurub având un orificiu interior asigură posibilitatea de a mări, în mod 45

RO 120128 Β1 clar, rezistența produsului întrucât scula poate fi atașată la cadrul extruderului fără un suport reticular. Fig. 1 ilustrează un dorn 10 amplasat într-o deschizătură situată în interiorul statorului interior 3, care este susținut de statorul interior 3. în acest mod, dornul 10 rămâne la locul sau chiar dacă nu se utilizează suporturi reticulare, iar materialul poate fi trimis către dornul 10 fără scindarea sa în vreo parte a extruderului. Cu deosebire în cadrul acestui procedeu în care se permite amestecarea de particule netopite în afara dispozitivului, suporturile reticulare ar cauza niște suturi foarte slabe.

Secțiunea transversală a canalelor 7 din rotorul 1 rămâne substanțial nemodificată de la partea de alimentare până la capătul șurubului. în acest mod, energia de deformare consumată de topirea și omogenizarea materialelor poate fi menținută cât mai redusă cu putință. în cazul instalației conform invenției, presiunea materialului de extrudat este generată de preferință chiar la începutul zonei de forfecare și este apoi menținută la un nivel substanțial constant. Dacă, de exemplu, diametrul maxim al rotorului este de aproximativ 400 mm, iar diametrul său minim este de aproximativ 200 mm, atunci rotorul cuprinde în mod tipic circa 20 canale cu o lățime de 6 mm. Productivitatea unui astfel de aparat este în mod tipic de aproximativ 300 kg/h. Surprinzător este faptul că productivitatea și calitatea extrudatului pot fi menținute la valori bune pentru diverse materiale. într-un fel, se poate spune că un extruder conic cuprinde mai multe extrudere cilindrice convenționale, conectate în paralel. în acest caz, curgerea materialului poate fi mai bine controlată.

în cursul unor încercări, s-a observat că variația timpului de reținere a materialului este mai mică decât în cazul extruderelor normale. Acest aspect este important îndeosebi pentru extruderea reactivă, unde se amestecă de exemplu peroxid cu materialul plastic, iar timpul de reținere trebuie să fie scurt și distribuția îngustă pentru a preîntâmpina reticularea în interiorul extruderului. în plus, aceste mici canale asigură o orientare a moleculelor după direcția canalelor, astfel încât scade forța de frecare dintre material și canal. De asemenea, suprafața de contact între aparat și materialul plastic este mare, astfel încât schimbul de căldură este foarte eficient. în comparație cu un extruder convențional, pentru un timp mediu de reținere, suprafața de transfer de căldură cu care materialul plastic vine în contact într-un aparat conic este mai mult decât dublă în condițiile unei bune proiectări. Aceasta înseamnă că temperatura materialelor plastice greu de prelucrat poate fi controlată mult mai eficient prin răcire sau încălzire.

Atunci când instalația conform invenției este utilizată la prelucrarea unui material, densitatea materialului se modifică pe măsură ce trece din mijloacele de alimentare către capătul șurubului. Aceasta se datorează faptului că materialul este furnizat instalației cu precădere sub formă de pulbere sau granule, caz în care densitatea reprezintă în mod uzual între 20 și 80% din densitatea materialului solid.

Așadar, porozitatea produsului și productivitatea scăzută constituie adesea probleme, întrucât instalația ilustrată în fig. 1 este conică, viteza circumferențială a rotorului 1 se modifică astfel încât este mai mare în porțiunea de alimentare decât în apropierea ajutajului de ieșire. De preferință, raportul dintre diametrul inițial al rotorului 1 și diametrul porțiunii finale este egal cu raportul dintre densitatea materialului de extrudat în stare solidă și densitatea materialului în vrac. Cu alte cuvinte, porțiunea inițială a rotorului 1 are în mod tipic un diametru de 1,25 - 5 ori mai mare decât diametrul porțiunii finale a rotorului 1, acest raport fiind de preferință aproximativ egal cu 2.

Dacă instalația nu ar fi conică, un efect aproape similar celui descris în paragraful precedent ar putea fi asigurat prin modificarea mărimii secțiunii transversale a contracanalului 8 între porțiunile inițială și finală, astfel încât raportul dintre secțiunea transversală la

RO 120128 Β1 începutul contracanalului 8 și secțiunea transversală la sfirșitul contracanalului să fie aproxi- 1 mativ egal cu raportul dintre densitatea materialului în stare solidă și densitatea materialului în vrac. 3 în cadrul instalației conform invenției, porțiunea de alimentare este la fel de mare, după direcția axială ca și diametrul fantei de alimentare. Lungimea zonei de forfecare care 5 începe după porțiunea de alimentare poate fi definită pe direcția axială prin măsurare cu un senzor de presiune, atunci când canalul este plin cu material. După zona de forfecare, există 7 o zonă de omogenizare și amestecare, care se extinde până la capătul aparatului. O zonă separată de creștere a presiunii nu este necesară, deoarece materialul este topit în zona de 9 forfecare într-o mică măsură, iar presiunea este mărită simultan. Aparatul poate crea o presiune care egalează pierderea de presiune a sculei, deja din zona de forfecare. 11

De preferință, după zona de forfecare direcția contracanalului 8 este modificată, adică, canalele au același sens pentru a mări eficiența amestecării. în această zonă, aparatul 13 poate fi conic sau cilindric. în plus, în această zonă suprafața opusă poate fi prevăzută cu niște adâncituri semi-sferice care se suprapun, în vederea îmbunătățirii omogenizării, așa 15 după cum se descrie în altă cerere de brevet a solicitantului, PCT/FI96/00658, încorporată aici prin această referință. 17 în cadrul testelor efectuate, s-a observat că într-un extruder convențional, având de exemplu canale directe în porțiunea de alimentare, poate apărea cu ușurință o 19 supraalimentare, astfel încât în aparat să poată fi măsurată o presiune de până la 1000 bar.

în cazul invenției, volumul de procesare descrescător împreună cu efortul de forfecare 21 descrescător duc la formarea rapidă a unui bușon, care constă în material parțial netopit și particule, astfel încât materialul trebuie să curgă mai repede în canal, iar întrucât secțiunea 23 transversală a canalului însuși este, de preferință, constantă, materialul poate curge foarte rapid și eficient, ieșind din aparat, iar în interiorul extruderului este împiedicată apariția unei 25 presiuni care ar fi prea mare.

în cursul încercărilor, s-a observat că este aproape imposibil să se creeze o presiune 27 care să distrugă instalația sau să ducă la formarea unui cuplu critic într-un extruder conform invenției. în plus, întrucât distanța totală este mică într-un extruder, conform invenției, 29 contrapresiunea nu poate crește. Drept urmare, la creșterea vitezei de rotație a fost posibilă detectarea unei scăderi de temperatură a materialului; cu alte cuvinte, instalația conform 31 invenției, asigură un interval de prelucrare foarte larg, în special, în scopuri de reticulare, deoarece este considerabil lărgit intervalul vitezelor de rotație și este posibilă crearea unei 33 contrapresiuni constante prin modificarea rapoartelor șurubului și ale alimentării forțate.

Fig. 2 reprezintă o secțiune transversală a unui detaliu al unui alt exemplu de 35 realizare al instalației conform invenției. Semnele de referință din fig. 2 corespund celor din fig. 1. Rampele 8a situate între contracanalele 8 sunt dispuse astfel încât, în mod substanțial, 37 în orice loc pe direcția fantei de alimentare 4, de exemplu, în direcția săgeții A din fig. 2, cel puțin o parte a rampei 8a a contracanalului 8 să corespundă fiecărei rampe alternative (din 39 două în două) 7a a canalelor 7 din rotor.

în fig. 2, materialul de extrudat apare în cele două canale de sus. Aceste două canale 41 reprezintă zona de forfecare în care o mică parte din materialul plastic este topit sub influența forțelor de forfecare, iar presiunea este mărită simultan. Scopul este de a topi cât mai rapid 43 cu putință, prin intermediul forței de frecare, doar o astfel de cantitate de material, încât să fie posibilă ridicarea presiunii, ceea ce se întâmplă repede atunci când materialul este 45 compact, adică s-a topit cel puțin la suprafață.

în mod surprinzător, proporția materialului topit ar trebui să fie de numai aproximativ 47 10%. Canalul situat mai aproape de numărul de referință 1 (în fig. 2) este umplut cu pulbere uscată. Prin urmare, nu va exista nici un semnal de presiune. Pe de altă parte, canalul situat 49

RO 120128 Β1 mai aproape de numărul de referință 7 (în fig. 2) este umplut cu granule de pulbere și niște material plastic topit, care este suficient pentru generarea presiunii. Caracteristica esențială a invenției este aceea că presiunea este generată foarte devreme față de șurub, iar întrucât această presiune este destul de mare pentru a depăși pierderile de presiune din sculă mult mai încolo pe direcția șurubului, materialul este transportat rapid prin canale.

Fig. 3 ilustrează un detaliu al instalației din fig. 1.

Semnele de referință din fig. 3 corespund celor din fig. 1 și 2. Pentru claritate, fanta de alimentare 4 este redată mai mare decât în realitate. Lățimea a a contracanalelor 8 este mai mică decât lățimea b a rampelor7a dintre canalele 7, astfel încât refluxul este împiedicat foarte eficient. Totuși, în ciuda formei lor înguste, contracanalele 8 ajută în mod efectiv materialul de extrudat să avanseze în aparatul de extrudere. Lățimea a a contra-canalelor 8 este de preferință cu aproximativ 30 - 50% mai mică decât lățimea c a canalelor 7. Filetul contracanalelor 8 are sens opus filetului canalelor 7 din rotorul 1. Gradientul contracanalelor 8 este de aproximativ Γ la 90°, de preferință aproximativ jumătate din gradientul corespunzător al canalelor 7 din rotorul 1. Dacă gradientul este de 90°, canalul direct optimizează avansul materialului în cursul utilizării normale.

Instalația conform invenției poate fi utilizată ca unitate de plastifiere a unei prese de injecție, iar atunci când curgerea înainte a materialului este împiedicată la capătul de injecție, de exemplu, prin intermediul unui piston, rotorul 1 poate fi totuși rotit continuu întrucât materialul care urmează a fi presat poate curge înapoi în instalație de-a lungul canalelor directe, iar presiunea materialului nu poate crește prea multîn apropierea capătului de ieșire al instalației. în termeni absoluți, o înclinare foarte adecvată pentru un contracanal variază între 3 și 10°. De preferință, numărul contracanalelor 8 este mai mare decât numărul de canale 7 din rotorul 1. S-a observat că atunci când secțiunea transversală a canalelor 7 din rotor rămâne în esență aceeași, între stator și rampele 7a situate între canale nu există practic material de extrudat, chiar dacă intervalul ar fi suficient de mare, de exemplu, aproximativ 0,4 mm.

De preferință, secțiunea transversală a canalelor 7 este substanțial triunghiulară, cu o latură a triunghiului dispusă în principal pe direcție axială și cu cealaltă latură substanțial perpendiculară pe cealaltă, așa după cum apare în fig. 3.

Materialul curge ușor și gradienții de temperatură sunt mai mici într-un canal de formă substanțial triunghiulară. în canal, materialul curge înainte și se rotește simultan, această curgere rotațională îmbunătățită reducând, de asemenea, în mod substanțial, formarea necontrolată de căldură generată prin frecare.

Rampele 7a situate între canalele 7 din rotorul 1 pot fi realizate înclinat, astfel încât intervalul dintre rotorul 1 și statorul 2 să fie mai mare la marginea frontală a rampei 7a decât la marginea posterioară a rampei 7a. Rampa 7a este astfel supusă unei funcții de presiune datorită căreia curgerea axială nu este semnificativă. Structura detaliată a exemplului preferat de rampă între canale, este prezentată în cererea de brevet a solicitantului cu numărul FI-964988, încorporată aici prin această referință.

Fig. 4 reprezintă o secțiune transversală printr-un alt exemplu de realizare a instalației conform invenției. Semnele de referință din fig. 4 corespund celor din fig. 1-3.

în fig. 4 apare o singură fantă de alimentare 4, în afara căreia se află un stator 2, iar în interiorul căruia se afla un rotor 1. Pentru o mai mare claritate, în figură nu apar mijloace de alimentare, mijloace de rotire a rotorului 1 și nici canalele. Interiorul rotorului 1 cuprinde un șurub conic 9 care este rotit de un mijloc de rotire 5. Capătul fantei de alimentare 4 este în acest caz tubular. După șurubul 9 se poate afla un dorn de orientare 10 cu ajutorul căruia

RO 120128 Β1 produsul extrudat 11 poate fi lărgit. Atunci când sunt fabricate produse obișnuite, neorientate, 1 secțiunea transversală nu este modificată. Produsul 11 extrudat poate fi, de exemplu, o țeavă din material plastic, o peliculă sau un manșon de cablu. 3

Rotorul conic 1 poate fi deplasat, cu ușurință, pe direcția axială, astfel încât jocul fantei de alimentare 4 să poată fi reglat fără dificultate. Prin reglarea jocului, este posibilă 5 controlarea productivității și a capacității de generare de presiune ale aparatului și cantitatea de căldură produsă prin frecare, fără modificarea vitezei de rotație a rotorului 1. Și șurubul 7 9 poate fi deplasat pe direcție axială, astfel încât aparatul poate fi ușor transformat într-o presă de injecție. Productivitatea unui extruder normal cu piston este de aproximativ 25 kg/h, 9 în timp ce o instalație conform invenției asigură cu ușurință o productivitate de peste 200 kg/h. Atunci când lungimea șurubului cilindric este variată pe direcția axială, este ușor de 11 optimizat nivelul de presiune care este necesară doar pentru presarea materialului prin sculă. Șurubul 9 și dornul de orientare 10 pot fi prevăzute cu niște conducte și niște mici deschideri 13 prin care să poată fi furnizat un lubrifiant și/sau un agent de răcire. în acest caz, lubrifierea poate fi realizată, de exemplu, cu material plastic topit, iar răcirea care are loc în porțiunea 15 finală a sculei, poate fi realizată cu alt agent.

După ajutajul extruderului, în exteriorul produsului 11, se poate afla un dispozitiv de 17 încălzire 12 care funcționează cu ulei sau cu energie electrică, de exemplu. în vederea reticulării, dispozitivul 12 poate fi realizat, de preferință, din sticlă de cuarț, astfel încât 19 dispozitivul 12 să fie transparent, iar pentru reticulare să poată fi utilizată încălzirea prin radiații infraroșii, așa după cum apare în cererea de brevet PCT/SE96/01169 a solicitantului, 21 care este încorporată aici prin această referință.

Temperatura produsului și durata de timp în care materialul se află în interiorul 23 dispozitivului de încălzire, adică timpul de reținere, pot fi reglate, de exemplu, prin selectarea unei lungimi a dispozitivului de încălzire care să asigure și încălzirea suficientă a materialului 25 prin convecție. Temperatura dispozitivului și timpul de reținere a materialului sunt astfel reglate, încât la ieșire, materialul să fie în cea mai mare parte omogenizat. 27

Obiectivul urmărit cu această instalație în care energia de deformare rămâne mică este ca particulele aglomerate din material plastic să nu fie neapărat topite integral, ci 29 energia de frecare să fie menținută la un nivel la care particulele să fie interconectate la suprafață. în acest mod, este posibilă trecerea materialului cuprinzând particule netopite 31 printr-un extruder care nu cuprinde mijloace de încălzire. Acest proces este denumit sinterizare continuă. în special, atunci când polietilena reticulată cu greutate moleculară 33 mare este procesată la temperatură joasă, adică în domeniul 140 - 180°C, în care peroxidul nu reacționează într-un interval rezonabil de timp, particulele netopite nu sunt semnificative 35 pentru proprietățile produsului final; totuși, întrucât extruderul conform invenției, este conectat la o unitate de încălzire în care temperatura materialului este ridicată rapid la 250°C, de 37 exemplu, astfel încât particulele anterior netopite se topesc în totalitate, curgerea materialului este în final omogenizată și peroxidul este descompus rapid. 39

Așa după cum s-a afirmat anterior, este de preferat ca în acest proces dornul 10 să fie susținut fără vreun suport reticular, întrucit în acest caz curgerea materialului nu este 41 scindată în nici o etapă. Totuși, utilizarea unui dorn 10 lung crează probleme în controlul toleranțelor față de perete și în centrarea dornului. De exemplu, un perete cu o grosime de 43 aproximativ 10 mm aparținind unei țevi cu diametrul de 100 mm necesită un dispozitiv de încălzire de peste 2 m lungime, caz în care dornul 10 se încovoaie cu ușurință, iar poziția sa 45 centrată nu mai poate fi menținută. Această problemă poate fi rezolvată prin prevederea la capătul dornului 10 a unei bare de torsiune 14 cu un diametru care poate fi mai mic decât 47

RO 120128 Β1 cel mai mare diametru al dornului 10, pentru a reduce frecarea. La capătul barei de torsiune 14 se află un bușon 15 realizat dintr-un material foarte alunecos, cum ar fi tetrafluoretilena, aflat parțial în contact cu produsul 11, astfel încât bușonul 15 să alunece ușor în contact cu peretele interior al produsului 11. Atunci când bușonul 15 se extinde, de exemplu, în interiorul unui bazin de răcire 16 sau chiar mai departe către un dispozitiv de tragere 17, dacă se dorește, bușonul 15 se sprijină pe un perete care deja s-a întărit. în acest caz, centrarea dornului 10 în zona materialului topit poate fi reglată, cu ușurință, în poziția corectă exactă, de exemplu, prin devierea poziției axiale a dispozitivului de tragere 17. Bara lungă de torsiune 14 încovoaie dornul 10, astfel încât acesta din urmă să fie corect centrat.

Fig. 5 reprezintă o vedere laterală a unui rotor 1 dintr-o instalație conform invenției. Semnele de referinț din fig. 5 corespund celor din fig. 1-4. Fig. 5 prezintă rotorul 1 în porțiunea de alimentare cu material. în situația ilustrată în fig. 5, materialul de extrudat este furnizat cu un mijloc de alimentare atât către interiorul, cât și către exteriorul rotorului 1. în dreptul mijlocului de alimentare, rotorul 1 cuprinde niște intervale de alimentare 13 prin care o parte din material poate curge dinspre mijlocul de alimentare către interiorul rotorului 1. Marginile intervalelor de alimentare 13 sunt prevăzute cu niște teșituri 13a orientate alternativ, una către circumferința exterioară a rotorului și următoarea către circumferința sa interioară.

Pe măsură ce rotorul 1 se învârte, materialul furnizat se deplasează printr-un interval de alimentare 13 către exteriorul rotorului 1 și prin următorul interval de alimentare 13, către interiorul rotorului. în acest mod, teșiturile 13a asigură distribuirea uniformă a materialului de extrudat către exteriorul și către interiorul rotorului. în fig. 5 teșiturile 13a care canalizează materialul către interiorul rotorului 1 sunt indicate prin linie întreruptă.

Fig. 6 reprezintă o secțiune transversală prin partea de rotor ilustrată în fig. 5. Semnele de referință din fig. 6 corespund celor din fig. 1-5. Mijlocul de alimentare 6 este de preferință un șurub de alimentare forțată care asigură o presiune suficient de mare materialului furnizat care se deplasează către instalația de extrudare. Prin intermediul șurubului de alimentare forțată și al orientării alternative a teșiturilor 13a ale intervalelor de alimentare 13 către exterior și respectiv către interiorul rotorului 1, se asigură prezența unei cantități suficiente de material de extrudat în canalele 7, ceea ce asigură mai departe o productivitate mare și uniformă a aparatului de extrudere. Fig. 6 redă printr-o linie întreruptă teșitura care canalizează materialul către interior, dinspre intervalul de alimentare 13 situat în spatele suprafeței de secțiune. Nu este necesară prevederea unui orificiu în locurile în care teșitura 13a este îndreptată către circumferința exterioară a rotorului 1, dar este suficient că există în această poziție o cavitate prin care materialul poate să curgă către canalele situate în afara rotorului.

Fig. 7 reprezintă o secțiune transversală printr-un canal al rotorului 1. în acest caz, secțiunea transversală a canalului este substanțial semi-circulară. Datorită amplasării rampelor 7a ale canalelor 7 ale rotorului conform invenției, și a rampelor 8a ale contracanalelor 8, materialul de extrudat rămâne efectiv în canalul 7 și este determinat să se deplaseze de o manieră rotațională. Forma semicirculară ilustrată în fig. 7 este deosebit de avantajoasă pentru această deplasare rotativă, indicată prin săgeți, și forma substanțial triunghiulară a secțiunii transversale, ilustrată în fig. 3 este avantajoasă pentru rotația materialului, materialul fiind prevăzut cu o mișcare rotativă similară celei indicate prin săgețile din fig. 7.

Curgerea rotațională din canalul șurubului, rezultată ca urmare a frecării față de cilindrul unui extruder convențional, creează un gradient important de temperatură în canal.

RO 120128 Β1

Această temperatură neechilibrată este dăunătoare din două motive. în primul rând, ea per- 1 turbă extrudererea agenților sensibili la temperatură, deoarece este clar că atunci când temperatura locală este, de exemplu, cu 40°C mai mare decât temperatura reglată a extrude- 3 rului, în cazul polietilenei reticulate rezultatul este o masă de material cu zone locale reticulate. La prelucrarea PVC, temperaturile locale prea mari determină degradarea termică a 5 masei de material. Pe de altă parte, o temperatură neuniformă face ca prelucrarea să fie mai dificilă, întrucât cele mai multe materiale plastice își modifică cu ușurință vâscozitatea în 7 funcție de temperatură. De exemplu, în domeniul de forfecare tipic polietilenei, o creștere cu 60°C a temperaturii scade vâscozitatea de la 1000 Pas la aproximativ jumătate. Atunci când 9 canalul este prevăzut cu o formă semi-circulară sau triunghiulară, materialul curge mai ușor și gradienții de temperatură sunt mai mici. Totodată, curgerea rotațională îmbunătățită re- 11 duce generarea necontrolată de căldură cauzată de frecare. Distanța dintre bordurile canalului șurubului unui extruder convențional este aproximativ egală cu diametrul șurubului, ceea 13 ce duce, în mod tipic, la un raport lățime/înălțime de peste 10 pentru canalul șurubului. Atunci când se prelucrează materiale plastice cu greutate moleculară mare, energia de deformare 15 trebuie să fie cât mai mică posibil, adică trebuie să existe cât mai puțină căldură generată prin frecare. Este de presupus că este mai dificilă determinarea unei curgeri rotaționale a 17 materialului într-un canal puțin adânc decât, de exemplu, într-un canal semicircular sau triunghiular. Raportul optim dintre lățimea canalului și adâncimea sa este cuprins de 19 preferință între 2 și 7 pentru un extruder conic, dacă se utilizează canale dreptunghiulare.

Fig. 8 reprezintă o secțiune printr-un produs realizat conform invenției. întrucât 21 curgerea rotațională într-un canal de șurub conform invenției este foarte ușoară, apar două avantaje, și anume frecarea totală dintre stator și rotor este mult mai mică decât cea 23 presupusă, ceea ce se datorează parțial contracanalelor, iar materialul care curge și se rotește este prevăzut cu o structură laminară, adică materialul sub formă de tijă care trece 25 prin canal este similar hârtiei înfășurate pe o rolă. Aceasta duce la obținerea unei țevi din material plastic ca cea ilustrată în fig. 8, la care secțiunea prin țeavă arată zeci de benzi 27 transversale cauzate de curgerea rotațională din canale. Pentru un perete având, de exemplu, grosimea de 4 mm, pot fi evidențiate mai mult de 50 de straturi laminare. Structura 29 laminară a țevii 11 este indicată prin linii subțiri în fig. 8. Această structură laminară asigură niște valori considerabil îmbunătățite de rezistență la impact și de permeabilitate, în special 31 în cazul adăugării la materialul plastic matrice de extrudat a unei cantități de 1 - 30% de material plastic de baraj, cum ar fi poliamidă sau LCP. Structura laminară este asigurată mai 33 ușor atunci când materialul plastic matrice și materialul plastic de baraj nu se amestecă, ci au de preferință o bună adeziune reciprocă. S-a observat și că un material plastic de baraj 35 are de preferință o viscozitate mai mare la aceeași temperatură. Materialul plastic de baraj utilizat este de preferință policetonă alifatică (de exemplu cea comercializată sub denumirea 37 Ketonex, de către British Petroleum). Țeava 11 din fig. 8 a fost fabricată, de exemplu, prin extruderea unui amestec cuprinzând 1% polipropilenă în polietilenă. 39

Atunci când se utilizează peroxizi sau compuși azo-, în materialul plastic se formează compuși micromoleculari cu gust și/sau miros neplăcut, care migrează la suprafața 41 polietilenei. în cursul unei producții convenționale, o țeavă trebuie, prin urmare, să fie clătită sau tratată termic înainte de a putea fi utilizată pentru produse alimentare. Cu o instalație 43 conform invenției, este posibil să se producă un produs din material plastic multistratificat la care stratul exterior, mai gros, este realizat din polietilenă reticulată, iar stratul interior este 45 realizat dintr-un material plastic de baraj, astfel încât produsele reziduale rezultând din reticularea stratului exterior să fie împiedicate să migreze către suprafața interioară a 47 produsului de către stratul de baraj.

RO 120128 Β1

Fig. 9 reprezintă o vedere laterală a unui rotor al unei instalații conform invenției. Semnele de referință din fig. 9 corespund celor din fig. 1-8. Rotorul 1 este prevăzut cu un canal intermediar 7' care este substanțial perpendicular pe direcția axială a rotorului 1. Canalul intermediar 7' asigură omogenizarea adițională a materialului de extrudat. La nivelul canalului intermediar 7*, materialul se poate deplasa pe o distanță corespunzătoare câtorva canale în direcția radială, înainte de a reveni în canalele 7. Canalul intermediar 7'poate fi dispus fie în rotor 1, fie în stator, fie în amândouă. în special, în cazul unui rotor 1 cilindric, volumul contracanalelor 8 descrește de preferință pânâ la canalul intermediar 7' și continuă la un nivel constant după canalul intermediar 7'. De preferință, canalul intermediar 7' este dispus pe direcția axială a extruderului după zona de mijloc, de preferință într-un punct situat la 2/3 din lungimea instalației, pe direcția axială. Gradientul canalului 7 al rotorului poate fi modificat cu ușurință, după canalul intermediar 7'. Atunci când unghiul de înclinare al canalului 7 devine mai ascuțit, este ușor să se obțină aceeași productivitate ca și în cazul păstrării aceluiași unghi de înclinare, daratunci când gradientul devine mai ascuțit, cantitatea totală de căldură generată prin frecare poate fi redusă întrucât scade lungimea canalelor. Conform invenției, secțiunea transversală a canalelor 7 rămâne substanțial nemodificată, dar definiția substanțial nemodificată include și cazul în care rotorul și/sau statorul cuprind un canal intermediar 7' în care particulele de material sunt rearanjate în vederea asigurării omogenizării.

în cazul ilustrat în fig. 9, zona de forfecare se extinde până la canalul intermediar 7'. Amestecarea are loc în canalul intermediar 7', iar omogenizarea ulterioară, imediat după canalul intermediar 7'.

Fig. 10 prezintă funcția de presiune a instalației conform invenției (cu linie continua) și funcția de presiune a unui extruder convențional (cu linie întreruptă). La un extruder convențional, presiunea P este mărită la capătul lungimii I a extruderului și este prin urmare cea mai mareîn punctul A, care indică amplasarea ajutajului aparatului. La instalația conform invenției, presiunea este mărită în interiorul instalației, deja într-o etapă incipientă, din zona de forfecare. La capăt, presiunea poate chiar să scadă către ajutaj.

Fig. 11 reprezintă o secțiune transversală printr-un extruder conform invenției. Semnele de referință din fig. 11 corespund celor din fig. precedente. Atât rotorul 1, cât și statorul 2 sunt cilindrice. Canalele 7 din rotor se extind cu practic aceeași secțiune transversală pe întreaga lungime a rotorului 1. Secțiunea transversală a contracanalelor 8 prevăzute în statorul 2 descrește continuu. Contracanalele 8 se extind aproximativ până la mijlocul instalației, de preferință până la un punct situat la 1/3 din lungimea instalației.

Fig. 12 reprezint o secțiune transversală printr-o parte a unei instalații, conform invenției. Semnele de referință din fig. 12 corespund celor din figurile precedente. Rotorul 1 și statorul 2 sunt conice. Rotorul 1 este astfel alcătuit, încât în porțiunea finală, jocul dintre rotorul 1 și statoarele 2 și 3 să devină substanțial mai mare decât în porțiunea inițială. De exemplu, în porțiunea inițială jocul poate fi de circa 0,5 mm, iar în porțiunea finală de circa 6 nmm, De asemenea, canalele 7 și contracanalele 8 se opresc înaintea porțiunii finale a rotorului 1, iar materialul curge doar prin jocul mărit menționat anterior. în acest caz, viteza de rotație a rotorului 1 poate fi mărită, întrucât efortul de forfecare exercitat asupra materialului în porțiunea finală este scăzut datorită jocului mărit. Productivitatea crește, fiind posibilă obținerea unei productivități mari chiar și cu o instalație de dimensiuni mici.

De asemenea, spre capăt este posibilă asigurarea unui efort de forfecare uniform, astfel încât temperatura materialului să poată fi menținută uniformă, ceea ce este foarte important în prelucrarea PEX, de exemplu. în acest mod, dacă se dorește, este posibilă

RO 120128 Β1 începerea reticulării deja din extruder. Cu această structură este posibil de asemenea, să 1 se obțină un produs cu structură laminară care să nu cuprindă părțile eliptice prezentate în fig. 8, ci să fie în întregime laminar. Și echipamentul de transmisie necesar poate fi de 3 dimensiuni reduse, întrucât viteza de rotație este mare, iar cuplul poate fi mai mic în condiții de putere constantă. în plus, toleranțele de producție ale instalației pot fi substanțial mai mari 5 la capătul rotorului, ceea ce implică o reducere a costurilor de fabricație. De preferință, partea mai subțire a rotorului 1 reprezintă cel puțin jumătate din lungimea rotorului; și mai 7 bine este ca porțiunea directă să constituie 2/3 din lungimea rotorului. Contra-canalele 8 ale statorului se extind până la punctul în care rotorul este îngustat, adică unde este mărit jocul. 9

Scopul îngustării rotorului poate fi și generarea de orientare, iar rotorul poate cuprinde și niște deschizături prin care să poată curge materialul; cu alte cuvinte, structura porțiunii 11 finale a rotorului poate fi similară celei descrise în cererea de brevet PCT/FI96/00261 a solicitantului, care este încorporată aici prin această referință. 13

Desenele și descrierea care se referă la acestea sunt destinate doar ilustrării ideii inventive. Detaliile invenției pot varia în limitele revendicărilor. De exemplu, termenul conic 15 include și formele de parabolă sau de hiperbolă, sau o structură în care porțiunea inițială are forma unui trunchi de con, iar forma porțiunii finale este de cilindru. De asemenea, instalația 17 poate cuprinde mai multe rotoare și/sau statoare. în plus, dacă se dorește, rotorul poate fi amplasat în afara statorului. 19

Claims (26)

1. Revendicări 21

   1. Procedeu de obținere a produselor extrudabile cu ajutorul unei instalații de extrudat 23 cuprinzând cel puțin un rotor (1) și cel puțin un stator (2, 3) și o fantă de alimentare (4) între aceștia, în rotor fiind prevăzute canale (7), pe una din laturile fantei de alimentare (4) pentru 25 presarea materialului de extrudat în afara instalației de extrudat prin rotirea rotorul (1), secțiunea transversală a canalelor (7) fiind, în mod substanțial, aceeași de-a lungul lungimii 27 rotorului (1), iar în stator fiind prevăzute contracanale (8), pe cealaltă latură a fantei de alimentare (4), cel puțin pe o anumită lungime a sa, orientarea filetului contracanalelor (8) 29 fiind în direcția opusă celei a canalelor (7) din rotor, și în care materialul ce trebuie extrudat este livrat sub formă de pulbere, pelete sau granule, prin utilizarea unuia sau a mai multor 31 mijloace de alimentare (6), într-o cavitate de procesare formată din volumele canalelor (7) din rotor, ale contracanalelor (8) din stator și din spațiul dintre acestea, caracterizat prin 33 aceea că aria secțiunii transversale a cavității de procesare descrește cel puțin parțial continuu de-a lungul axei extruderului, iar prin mișcarea de rotație relativă a statorului (2, 3) 35 și a rotorului (1), materialul este forțat să avanseze de-a lungul unei axe X, astfel încât căldura de frecare cauzată de forfecare topește o parte din material, formând un pat 37 constând din particule, în principal, netopite, înconjurate de particule topite, permițând formarea unei cavități de procesare care este umplută complet la o anumită secțiune 39 transversală distanțată de capătul extruderului, conducând astfel la o creștere a presiunii la un nivel mai mare decât cel necesar împingerii ulterioare a materialului printr-o matriță, de-a 41 lungul axei X.
2. 2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că volumul cavității de 43 procesare este scăzut de-a lungul axei X cel puțin până la sfârșitul zonei de forfecare, în mod tipic la aproximativ jumătate din lungimea totală a rotorului (1) și de preferință între 1/3 și 2/3 45 din lungimea șurubului.
3. 3. Procedeu conform revendicării 2, caracterizat prin aceea că volumul cavității de 47 procesare după zona de forfecare este menținut constant sau este crescut.

   RO 120128 Β1
4. 4. Procedeu conform oricăreia dintre revendicările precedente, caracterizat prin aceea că materialul constând din topitură și posibil din particule netopite este omogenizat și amestecat în porțiunea de după zona de forfecare, dar geometria canalelor este astfel concepută încât efortul de forfecare este mai mic decât în zona de forfecare.
5. 5. Procedeu conform revendicării 4, caracterizat prin aceea că presiunea materialului după zona de forfecare nu este mărită substanțial.
6. 6. Procedeu conform oricăreia dintre revendicările precedente, caracterizat prin aceea că debitul de curgere a materialului de-a lungul canalelor (7) este variat prin forțarea materialului printr-o canelură circulară (7'), ca să intre într-un nou set de canale elicoidale.
7. 7. Procedeu conform oricăreia dintre revendicările precedente, caracterizat prin aceea că materialul de extrudat este prelucrat într-o măsură atât de mică, încât materialul cuprinde, la capătul de ieșire al extruderului, înainte de un posibil mijloc de încălzire al materialului, particule parțial netopite, care sunt interconectate în principal la suprafață, în cursul sinterizării continue care are loc în cadrul procedeului.
8. 8. Procedeu conform oricăreia dintre revendicările precedente, caracterizat prin răcirea rotorului (1) și/sau a statorului (2, 3) în porțiunea de alimentare astfel, încât un flux de căldură venind dinspre capătul de ieșire al extruderului să nu topească materialul prea devreme.
9. 9. Procedeu conform oricăreia dintre revendicările precedente, caracterizat prin aceea că temperatura materialului în interiorul mijlocului de încălzire (12) este ridicată mai sus decât temperatura materialului din interiorul extruderului.
10. 10. Procedeu conform revendicării 9, caracterizat prin aceea că temperatura mijlocului de încălzire (12) și timpul de reținere a materialului în zona de influență a mijlocului de încălzire (12) sunt reglate astfel încât fluxul de material care iese să fie în cea mai mare parte omogenizat.
11. 11. Procedeu conform oricăreia dintre revendicările precedente, caracterizat prin aceea că în mijlocul produsului de extrudat (11) se află un dorn (10) la capătul căruia este prevăzută o bară de torsiune (14), dornul (10) fiind centrat prin îndoirea pe poziție prin intermediul barei de torsiune (14) care se sprijină pe suprafața interioară a produsului (11) care deja s-a întărit.
12. 12. Instalație de extrudat produse din material plastic cuprinzând cel puțin un rotor (1) și ce) puțin un stator (2,3) și o fantă de alimentare (4) între aceștia, în rotor (1) fiind prevăzute canale (7), pe una din laturile fantei de alimentare (4) pentru presarea materialului de extrudat în afara extruderului, atunci când este rotit rotorul (1), secțiunea transversală a canalelor (7) fiind, în mod substanțial, aceeași de-a lungul lungimii rotorului (1), în stator fiind prevăzute contracanale (8), pe cealaltă latură a fantei de alimentare (4), cel puțin pe o anumită lungime a sa, orientarea filetului contracanalelor (8) fiind în direcția opusă celui a canalelor (7) din rotor (1), caracterizat prin aceea că, după porțiunea de alimentare, este prevăzută o zonă de forfecare, contracanalele (8) fiind amplasate în mod substanțial pe întreaga lungime a zonei de forfecare, iar aria secțiunii transversale a cavității de procesare, constând din volumele canalelor (7) din rotor (1), din contracanalele (8) din stator (2,3) și din spațiul dintre ele, descrește cel puțin parțial continuu de-a lungul axei extruderului.
13. 13. Instalație de extrudat conform revendicării 12, caracterizată prin aceea că rotorul (1) și statorul (2, 3) sunt cilindrici, iar secțiunea transversală a contracanalelor (8) descrește în mod substanțial uniform până la capătul zonei de forfecare.
14. 14. Instalație de extrudat, conform revemdicării 12 sau 13, caracterizată prinaceea că lățimea contracanalelor (8) este mai mică decât lățimea unor rampe (7a) situate între canalele (7) rotorului (1).

    RO 120128 Β1
15. 15. Instalație de extrudat, conform oricăreia dintre revendicările 12-14, caracterizată 1 prin aceea că lățimea contracanalelor (8) este cu aproximativ 30-50% mai mică decât lățimea canalelor (7) rotorului (1). 3
16. 16. Instalație de extrudat conform oricăreia dintre revendicările 12-15, caracterizată prin aceea că înclinarea contracanalelor (8) este de aproximativ 1-90’, de preferință 5 jumătate din înclinarea canalelor (7).
17. 17. Instalație de extrudat, conform oricăreia dintre revendicările 12 sau 14-16, 7 caracterizată prin aceea că fanta de alimentare (4) este conică pe cel puțin o porțiune a lungimii sale, astfel încât diametrul fantei de alimentare (4) la capătul direcției de intrare a 9 materialului, este mai mare decât diametrul său mai apropiat de capătul de ieșire a materialului, iar raportul dintre diametrul părții mai largi a conului și diametrul părții mai 11 înguste a conului este aproximativ egal cu raportul dintre densitatea masei solide de material de extrudat și densitatea materialului în vrac.13
18. 18. Instalație de extrudat conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că materialul poate fi livrat către fanta de alimentare (4) cu mai multe mijloace de alimentare (6)15 care sunt dispuse diferit după direcția axială și/sau după direcția circumferențială a instalației.17
19. 19. Instalație de extrudat, conform revendicării 17 sau 18, caracterizată prin aceea că raportul dintre lățimea și adâncimea canalelor (7) este cuprins între 2 și 7.19
20. 20. Instalație de extrudat, conform oricăreia dintre revendicările 12-19, caracterizată prin aceea că, canalele (7) au o secțiune transversală substanțial semicirculară.21
21. 21. Instalație de extrudat, conform oricăreia dintre revendicările 12-19, caracterizată prin aceea că, canalele (7) au o formă substanțial triunghiulară.23
22. 22. Instalație de extrudat conform revendicării 21, caracterizată prin aceea că cel puțin unele dintre rampele (7a) canalelor (7) sunt realizate înclinate, astfel încât jocul dintre 25 rotor (1) și stator (2,3) să fie mai mare la marginea din față a rampei (7a), decât la marginea din spate a rampei (7a). 27
23. 23. Instalație de extrudat, conform oricăreia dintre revendicările 12-22, caracterizată prin aceea că, în exteriorul rotorului (1), se află un stator exterior (2), iar la interior, se află 29 un stator interior (3), materialul fiind livrat cu același mijloc de alimentare (6) atât către exteriorul, cât și către interiorul rotorului (1), rotorul (1) cuprinzând niște intervale de 31 alimentare (13) prevăzute cu niște teșituri (13a) destinate furnizării de material către exteriorul rotorului (1) prin fiecare al doilea interval de alimentare (13), iar către interiorul 33 rotorului (1) prin intervalele de alimentare (13) intermediare.
24. 24. Instalație de extrudat, conform oricăreia dintre revendicările 12-23, caracterizată 35 prin aceea că materialul este furnizat către fanta de alimentare (4) cu un mijloc de alimentare (6) care este un melc de alimentare forțată. 37
25. 25. Instalație de extrudat, conform oricăreia dintre revendicările 12-24, caracterizată prin aceea că rotorul (1) și statorul (2, 3) sunt acoperiți cu un agent de acoperire foarte 39 rezistent la uzură, iar materialul din care sunt realizați prezintă o conductivitate termică mai bună decât cea a oțelului de scule. 41
26. 26. Instalație de extrudat, conform oricăreia dintre revendicările 12-25, caracterizată prin aceea că, după zona de forfecare, canalele (7) din rotor (1) și contracanalele (8) din 43 stator (2, 3) au aceeași orientare.