PT1211045E

PT1211045E - ''processo e instalação para a produção de massas de plástico reforçadas por fibras''

Info

Publication number: PT1211045E
Application number: PT01128630T
Authority: PT
Inventors: Richard Bruessel
Original assignee: Dieffenbacher Gmbh & Co Kg
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2007-07-27
Also published as: US6776596B2; US20020089082A1; EP1211045A3; EP1211045A2; CN1373036A; DE10059525A1; CN1226129C; DE50112366D1; ATE359903T1; EP1211045B1

Description

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DESCRIÇÃO "Processo e instalação para a produção de massas de plástico reforçadas por fibras" 0 invento refere-se a um processo para a produção de massas de plástico reforçadas por fibras de acordo com o conceito genérico da reivindicação 1. Refere-se além disso a uma instalação para a realização do processo de acordo com o conceito genérico da reivindicação 4.

De US 5879602 A e EP 0960715 A2 conhecem-se dispositivos e processos para a impregnação de fios fibrosos com um material de plástico, sendo que em US 5879602 A se juntam camadas de plástico e fibras compridas numa cabeça de impregnação, alimentando uma outra extrusora para serem misturadas. Além do grande investimento construtivo, o processo ai aplicado apresenta também o inconveniente de haver grandes quantidades de material de plástico em todo o sistema. Em EP 0960715 A2, o material de plástico é unido com os fios fibrosos na abertura de alimentação de uma extrusora, sendo que neste caso existe o problema de poder ocorrer que as fibras formem novelos na zona de alimentação da extrusora misturadora e, desta maneira, não-homogeneidades.

Conhece-se um processo deste género de DE 19836787 Al. O processo e a extrusora de plastificação que ele descreve, deram bons resultados na prática. No entanto, para aplicações especiais, em especial para material a granel contendo fibras, eles podem ainda ser aperfeiçoados.

Sabe-se além disso, que para a extrusão de plastificados são utilizados os granulados chamados "granulados de vareta", que na maioria dos casos são hoje em dia varetas de plástico reforçadas por fibras de vidro. Para esta finalidade, os granulados de vareta têm geralmente um comprimento de 25 mm e são fundidos em extrusoras de um só parafuso sem-fim de rotação lenta. Para esta finalidade são necessárias extrusoras relativamente grandes, para se obter rendimentos de fusão razoáveis, uma vez que a fusão destas varetas de plástico com fibras deve ser realizada com um minimo de energia de cisalhamento (dissipação), mas tanto quanto 2

ΕΡ 1 211 Ο 45/PT possível através de condução de calor. Esta fusão suave é necessária para se manter uma percentagem tão elevada quanto possível do comprimento inicial das fibras. Estes granulados de vareta são produtos semi-acabados nos quais o teor de fibras está ajustado à peça a fabricar. Uma vez que a fabricação destes produtos semi-acabados é relativamente cara, prefere-se entretanto um método de fabricação em que se utilizam varetas chamadas "varetas de concentrado", com um teor de fibras tão elevado quanto possível. Estas varetas de concentrado são então misturadas na extrusora de fusão com um granulado de plástico não dispendioso, para se obter o teor de fibras necessário na peça a fabricar. É certo que este método teve uma influência favorável nos custos de material, mas as extrusoras não ficaram mais pequenas ou a potência de fusão não cresceu por essa razão.

Devido ao facto de se tratar nas potências de fusão exigidas na prática, de extrusoras cada vez maiores com um conteúdo de material cada vez maior, aumenta também o dano causado às fibras e em tempos de ciclo curtos piora o comportamento em relação à tolerância de peso do plastificado e o comportamento ao arranque.

Além disso sabe-se que para a alimentação da extrusora com materiais não aderentes com reduzida densidade aparente, se trabalha usualmente com mangas com ranhura e passos do sem-fim relativamente grandes, para aumentar o avanço do material na zona de alimentação aberta.

Quando se pretende juntar um material a granel, como por exemplo fibras cortadas, e um plástico fundido numa extrusora separada, é adicionado, como se sabe, o plástico fundido ao material a granel, com a extrusora que é alimentada com as fibras, na zona fechada a jusante. No entanto, isto tem o inconveniente de que as fibras e o plástico fundido não se misturam de forma homogénea quando se encontram mas, pelo contrário, formam zonas de acumulação de fibras e de plástico. Estas devem tornar a ser desagregadas através de elementos de mistura, para se obter uma mistura e um embeber homogéneos das fibras. Isto significa que é necessário um tempo de permanência adequadamente longo na extrusora com elementos de mistura, o que, como se sabe, prejudica as 3 ΕΡ 1 211 045/ΡΤ fibras e significa a presença de elevadas quantidades de material.

Na tentativa de adicionar simultaneamente, misturando-os, um plástico fundido e um material a granel através da abertura de alimentação de uma extrusora, lida-se muito rapidamente com aglutinações e, por conseguinte, com a formação de pontes, o que estorva ou bloqueia a adição. 0 problema a resolver pelo invento é o de indicar um processo com o qual, para o processo de extrusão de plastificados de termoplásticos reforçados por fibras compridas (LFT), se torna possível misturar um material a granel contendo fibras (material fibroso) e um granulado de plástico, para elevados rendimentos de produção e uma minimização dos danos causados às fibras durante o processo de fusão, e de criar uma instalação com uma extrusora de plastificação para a realização do processo, com uma geometria adaptada da caixa da extrusora com a abertura de alimentação e os elementos de sem-fim correspondentes, para que sejam evitados os inconvenientes acima mencionados. A solução deste problema em relação ao processo consiste em fundir numa primeira extrusora, um granulado de plástico a uma temperatura que é superior à temperatura necessária para o plastificado e fazer sair a massa fundida sob a forma de um filme de plástico líquido, em pré-aquecer simultaneamente um material fibroso até ao ponto de ainda poder ser introduzido na abertura de alimentação sem se aglutinar, em juntar o filme de plástico líquido e o material fibroso na abertura de alimentação de uma extrusora de plastificação e em incorporar o material fibroso de forma amplamente homogénea no filme de plástico líquido dentro do troço de alimentação e impregnação da extrusora de plastificação e em aquecê-lo no troço de saída e transporte completamente até à temperatura do plastificado, e em se realizar o juntar e incorporar do material fibroso com o filme de plástico líquido durante o primeiro H a 34 enrolamento u a partir de terem entrado em contacto, 4 ΕΡ 1 211 045/ΡΤ em que para o juntar e incorporar durante o enrolamento u é disponibilizado um diâmetro D alargado em 2 a 20 mm do furo na caixa. A solução em relação à instalação consiste em prever como extrusora de plastificação, uma extrusora de duplo parafuso com avanço paralelo, tendo os parafusos de preferência elementos "penteadores" de passos grandes, a qual apresenta uma abertura de alimentação em forma de fenda, em cima de um veio de alimentação, em que a partir da abertura de alimentação e na zona do veio de alimentação, o furo cilíndrico do veio de alimentação apresenta um diâmetro D alargado em 2 a 20 mm, que o diâmetro alargado se estende em V4 a 34 do enrolamento u, que no fim do diâmetro D alargado está colocada uma régua raspadora e que, a seguir, o furo da caixa do veio de alimentação está reduzido ao diâmetro do parafuso sem-fim. É particularmente conveniente utilizar uma extrusora de duplo parafuso com avanço paralelo em que exista uma abertura de alimentação em forma de fenda, relativamente comprida, em cima de um dos parafusos sem-fim. Este parafuso sem-fim é designado na descrição que se segue, por "veio de alimentação". Na zona do veio de alimentação, o diâmetro da caixa do parafuso sem-fim está alargado de tal forma que a tira de plástico fundido, assente sobre as partes salientes do parafuso sem-fim, ainda disponha de espaço livre na caixa do parafuso sem-fim. Para que durante a rotação em cima das partes salientes do parafuso sem-fim do veio de alimentação não possa ocorrer uma acumulação de material devido ao aumento do diâmetro da caixa, o furo da caixa do parafuso sem-fim é reduzido até ao diâmetro do parafuso sem-fim, antes de nova admissão da tira de plástico fundido. Isto é realizado de preferência pela inserção de uma régua raspadora. Para que o misturar de material a granel e da tira de plástico/filme de plástico fundido na zona de alimentação se efectue de forma tão homogénea quanto possível, o material a granel é espalhado de forma plana - sem formar aglomerados - e alimentado aproximadamente com a largura da tira de plástico. Na zona de alimentação utilizam-se de preferência elementos "penteadores" de passos relativamente grandes, do parafuso sem-fim. 5

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Para a alimentação de material a granel, como por exemplo varetas de concentrado, fibras cortadas, fibras de espalhar, granulados ou de material semelhante, prefere-se não alargar a zona do segundo parafuso sem-fim no furo da caixa. É também conveniente trabalhar com varetas de concentrado e fundir o plástico necessário para obter a concentração de fibras na peça a fabricar, antes de este ser junto às varetas de concentrado ou ao material fibroso. Isto significa que o calor para a fusão do plástico a adicionar é introduzido sem a presença das fibras compridas. Por esta razão é possivel trabalhar nesta zona com um elevado número de rotações e elevada dissipação. Além disso é conveniente se o plástico for fundido a uma temperatura que seja superior à temperatura necessária no plastificado e se o material fibroso for pré-aquecido até à temperatura em que este ainda não tende a aglutinar-se, podendo ainda ser adicionado sem problema.

Conforme o grau de concentrado de fibras no material a granel e o teor de fibras na peça a fabricar, já existe desta maneira amplamente o calor no material, de forma a apenas ser necessário conduzir o calor às varetas de concentrado incorporadas no plástico liquido, para efectuar a fusão e para a compensação da temperatura.

Isto ocorre na extrusora, num troço de transporte relativamente curto com uma reduzida quantidade de material. Neste contexto, a extrusora de duplo parafuso com avanço paralelo revelou-se ser conveniente. 0 aumento do diâmetro na zona de alimentação estende-se a jusante para dentro da zona fechada, até a uma distância maior ou menor conforme a estrutura das fibras e o comportamento de impregnação, terminando o diâmetro aumentado do cilindro de preferência em forma de espiral no sentido de rotação do parafuso sem-fim, para as partes salientes do parafuso sem-fim não cortarem as fibras ou varetas durante a transição para o diâmetro reduzido. Uma outra possibilidade de aperfeiçoar a alimentação de material a granel é que o lado de alimentação seja formado como cilindro com accionamento e equipado com raspadora ou uma parede oscilante. Neste caso, o cilindro é 6

ΕΡ 1 211 045/PT accionado com uma velocidade periférica igual ou superior à do veio de alimentação, sendo desta maneira o material a granel puxado para dentro. Para aperfeiçoar o processo de alimentação ainda mais, a caixa da extrusora é ainda equipada, além do aumento do diâmetro, com uma zona de alimentação cónica.

Outras medidas e aperfeiçoamentos úteis do objecto do invento constam das sub-reivindicações e da descrição que se segue, com o desenho. As Figuras mostram: FIGURA 1: a instalação para a realização do processo de acordo com o invento numa vista lateral e num corte B-B de acordo com a Figura 2. FIGURA 2 : a extrusora de plastificação de acordo com o invento após um corte A-A de Figura 1, FIGURA 3: a extrusora de plastificação de acordo com a Figura 2, com um ângulo de enrolamento u mais pequeno FIGURA 4 : A extrusora de plastificação de acordo com a Figura 2, com um veio de alimentação na abertura de alimentação, e FIGURA 5 : A extrusora de plastificação de acordo com a Figura 2, com um encosto de admissão, A Figura 1 mostra a instalação para a realização do processo, compreendendo a extrusora de plastificação 1 e a extrusora de fusão de plástico 30. Nas Figuras 2 a 5, a extrusora de plastificação 1 de acordo com o invento é representada sob a forma de extrusora de dois veios com o comprimento L. Como a Figura 1 mostra, o comprimento da extrusora de plastif icação 1 está dividido em duas zonas funcionais para as quais está adequadamente equipada: um troço de admissão e impregnação m e um troço de saída e transporte n. Para a saída moldadora do produto acabado 24 (= massa de plástico reforçada por fibras) existe, na sua extremidade, um bocal de saída 8. No corte A-A de Figura 1, a Figura 2 mostra a admissão do material fibroso 10 a introduzir sob a forma de material a granel, na abertura de alimentação 18. A extrusora de plastificação 1 consiste, além 7

ΕΡ 1 211 Ο 45/PT disso, na caixa 25 com os furos de caixa 2 e 3, assim como os eixos de extrusora 6 e 7 para o veio de alimentação 5 e o veio tandem 4 no troço de admissão e impregnação m, na caixa 26 com os furos 2' e 3' para os veios de extrusora 4' e 5' do troço de saida e transporte n. De acordo com a Figura 1, a extrusora de fusão de plástico 30 para a preparação do plástico, consiste no funil de enchimento 19 para a alimentação do granulado de plástico e na conduta do plástico 29. Neste âmbito, a conduta do plástico 29 transporta a película de plástico preparada 11 através do dispositivo de admissão do plástico 28 para dentro do bocal de saída 13. Para o accionamento dos veios de extrusora 4/5 e 4'/5' serve o accionamento 20. Durante o serviço de fabrico, no movimento de transporte, o material fibroso 10 é puxado para dentro do canal de admissão 2 7 e daí na direcção da saída do produto, mediante os elementos do parafuso sem-fim da extrusora de plastificação 1, para cima das partes salientes 9 do parafuso sem-fim e do fundo arredondado 22. O material fibroso 10 movimenta-se neste caso com o plástico fundido na extrusora de duplo parafuso com avanço paralelo 1 sempre do veio de alimentação 5 para o veio tandem 4 e vice-versa, na direcção da saída. Isto significa que o material fibroso 10 é transportado numa espécie de enrolamento, conforme a largura b do material alimentado, de forma mais ou menos sobreposicionado, na direcção do bocal de saída 8. Durante estes movimentos de transporte deslizantes, a película de plástico líquido 11 arrastada pelo material fibroso 10 é introduzida por friccionamento no material fibroso 10 e nas fibras individuais. Como se depreende também das Figuras 1 a 5, o material fibroso 10 é puxado para dentro da fenda de admissão da abertura de alimentação 18 da extrusora de plastificação 1 e, com a sua largura b paralela aos eixos 6 e 7 da extrusora e de forma aproximadamente tangencial, enrolada no veio de alimentação 5, num enrolamento de H a 34 de acordo com o ângulo de enrolamento u, assim como para dentro do furo 3 na caixa com um diâmetro D aumentado em 2 a 20 mm, eventualmente disposto de forma excêntrica. Na abertura de alimentação 18 é também realizada a aplicação da película de plástico líquido 11 directamente no material fibroso 10 que entra aí, através de pressão pelo bocal de saída 13 para dentro da película de plástico líquido 11 aplicada no veio de alimentação 5. Nesta operação, o material 8

ΕΡ 1 211 045/PT fibroso 10 é humectado ou impregnado, dentro do troço de admissão e impregnação m por friccionamento nos veios 4 e 5 da extrusora, por toda a parte com a película de plástico líquido 11. A seguir, as fibras individuais do material fibroso 10 impregnadas ou embebidas com a película de plástico líquido 11, são transportadas do troço de admissão e impregnação m para o troço de saída e transporte n, sendo que em granulados de vareta ocorre a completa fusão e distribuição das fibras. Conforme a espessura S do material fibroso 10 e a consistência adaptada da massa de plástico fundida, pode ser conveniente se o material fibroso 10 for pressionado no fim do furo de diâmetro aumentado 3 na caixa, por meio de uma aresta raspadora 12 ou uma régua raspadora 21, para dentro das ranhuras e sobre as partes salientes 23 do veio de admissão 5. Um aperfeiçoamento da alimentação do material fibroso 10 é obtido através de um cilindro de alimentação 15 colocado na abertura de alimentação 8, como representado na Figura 4. A alimentação do material fibroso 10 na abertura de alimentação 18 é também melhorada se a zona de alimentação for alargada conicamente. Um outro aperfeiçoamento, no que se refere a um avanço não perturbado do material fibroso 10 pela abertura de alimentação 18 e a uma possível limpeza desta zona, consiste em prever um encosto de admissão 16 montável e desmontável, de acordo com a Figura 5. Este encosto de admissão 16 está termicamente isolado em relação à caixa 25 e pode ser aquecido e/ou refrigerado por meio de um furo 17, podendo ser ajustado a uma temperatura que se encontra um pouco abaixo da temperatura de aglutinação do material fibroso 10. Além disso é útil se o encosto de admissão 16 estiver equipado com um accionamento oscilante e a redução do diâmetro d para o veio de alimentação 5, a jusante da abertura de alimentação 18, terminar em forma de espiral no sentido da rotação.

Lista das referências numéricas: 1. Extrusora de plastificação 2. Furo na caixa (parte de impregnação) 3. Furo na caixa (parte de impregnação) 4. Veio tandem (parte de impregnação) 9

ΕΡ 1 211 Ο 45/PT 5. Veio de alimentação (parte de impregnação) 6 . Eixo da extrusora 7. Eixo da extrusora 8 . Bocal de saida 9. Parte saliente do parafuso sem-fim 10. Material fibroso (material a granel) 11. Película de plástico liquido 12. Aresta raspadora 13. Bocal de saida 14. Zona de alimentação 15. Cilindro de alimentação 16. Encosto de admissão 17. Furo no encosto de admissão 16 18. Orificio de alimentação 19. Funil de enchimento 20. Accionamento 21. Régua raspadora 22. Fundo do parafuso sem-fim 23. Parte saliente do parafuso sem-fim 24. Produto 25 . Caixa para m 26 . Caixa para n 27. Canal de admissão 28. Alimentação do plástico para o bocal de saida 13 29. Conduta do plástico 30. Extrusora de fusão do plástico b Largura do material alimentado D Diâmetro alargado na caixa d Diâmetro normal na caixa m Troço de admissão e impregnação n Troço de saida e transporte L Comprimento da extrusora de plastificação S Espessura do material fibroso u Ângulo de enrolamento

Lisboa,

Claims

ΕΡ 1 211 045/PT 1/4 REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a produção de composições de plástico reforçadas por fibras compridas (24), utilizando uma extrusora de plastificação (1), na qual varetas de um concentrado, pastilhas de material reciclado, fibras a granel ou outros granulados, frios ou pré-aquecidos - como material fibroso (10) - passam através de uma grelha de guia e um dispositivo de pré-aquecimento existente na abertura de alimentação (18) da extrusora de plastificação (1), são enrolados de preferência de forma paralela aos eixos (6,7) da extrusora e aproximadamente tangencial, num veio (5) da extrusora e são conduzidos para os veios da extrusora (5,6) e introduzidos nos furos cilíndricos (2,3), em que na abertura de alimentação (18) são realizadas a aplicação de uma película de plástico líquido (11) no veio da extrusora (5) e o estiramento/compressão do material fibroso (10) para dentro da película de plástico líquido (11), sendo a seguir o material fibroso humectado ou embebido em todas as partes num troço de admissão e impregnação (m) com o filme de plástico liquido (11), sob friccionamento das fibras individuais nos veios (5,6) da extrusora, e guiado para dentro de um troço de saida e transporte (n), e feito sair sob a forma de uma massa de plástico reforçada por fibras compridas (24) (matéria plastificada) apta para processamento posterior, processo esse caracterizado por a) se fundir numa primeira extrusora (30) o granulado de plástico a uma temperatura que é superior à temperatura necessária para o plastificado e se fazer sair a massa fundida sob a forma de um filme de plástico líquido (11), b) se pré-aquecer simultaneamente um material fibroso (10) até ao ponto de ainda poder ser introduzido sem problema e sem se aglutinar, na abertura de alimentação (18), c) se juntar o filme de plástico líquido (11) e o material fibroso (10) na abertura de alimentação (18) de uma extrusora de plastificação (1), por se incorporar dentro do troço de alimentação e impregnação (m) da extrusora de plastificação (1) o material fibroso (10) de forma amplamente homogénea, no filme de plástico líquido (11) e por o aquecer no troço de saida e transporte (n) completamente até à temperatura da matéria plastificada, e ΕΡ 1 211 Ο 45/PT 2/4 d) se realizar a junção e incorporação do material fibroso (10) ao filme de plástico liquido (11) durante o primeiro H a 34 de enrolamento (u) a partir do momento de terem entrado em contacto, e) em que para a junção e incorporação durante o enrolamento (u) é disponibilizado um diâmetro D alargado em 2 a 20 mm do furo (3) na caixa.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material fibroso (10) ser doseado gravimetricamente através da abertura de alimentação (18).
3. Processo de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por o material fibroso (10) espalhado sob a forma de tira plana ser feito passar por uma abertura de alimentação (18) em forma de ranhura, da extrusora de plastificação (1), e adicionado de forma homogénea ao filme de plástico liquido (11).
4. Instalação para a produção de composições de plástico reforçadas por fibras compridas, a partir de um material fibroso (10) e de um filme de plástico liquido (11), com uma extrusora de plastif icação (1) e uma extrusora de fusão de plástico (30), com um dispositivo de aquecimento que aquece o material fibroso (10) dentro da linha de transporte para a extrusora de plastif icação (1), com um troço de alimentação e impregnação (m) dentro da extrusora de plastificação (1) para a introdução do material fibroso (11) e, para o misturar, uma extrusora de plastif icação (1) que consiste numa caixa com dois furos (2,3) e dois veios de extrusora (4,5) de accionamento rotativo, sendo previsto na caixa (25) um orifício de alimentação (18) para a introdução do material fibroso (10), instalação essa para a realização do processo de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizada por se proporcionar como extrusora de plastificação (1) uma extrusora de duplo parafuso com avanço paralelo, tendo os parafusos de preferência elementos "penteadores" de passo grande, o qual apresenta uma abertura de alimentação (18) em forma de fenda, acima de um veio de alimentação (5), em que a partir da abertura de alimentação (18) e na zona do veio de ΕΡ 1 211 045/PT 3/4 alimentação (5), o furo cilíndrico (3) do veio de alimentação (5) apresenta um diâmetro (D) alargado em 2 a 20 mm, e o diâmetro alargado (D) se estende em a H do enrolamento (u), e em que no fim do diâmetro (D) alargado está colocada uma régua raspadora (12) e o furo (3) na caixa do veio de alimentação (5) está reduzido ao diâmetro (d) do parafuso sem-fim.
5. Instalação de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por a zona de alimentação (14) estar alargada de forma cónica em direcção ao veio de alimentação (5).
6. Instalação de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por o aumento do diâmetro na zona de alimentação (14) se estender a jusante para dentro da zona fechada da extrusora de duplo parafuso (1), até a uma distância maior ou menor, conforme a estrutura das fibras e o comportamento de impregnação.
7. Instalação de acordo com uma ou várias das reivindicações 4 a 6, caracterizada por na zona de admissão (14) da abertura de alimentação (18) estar colocado um cilindro de alimentação (15) com accionamento e equipado com uma régua raspadora (21).
8. Instalação de acordo com uma ou várias das reivindicações 4 a 7, caracterizada por, do lado da admissão do material a granel (16), estar colocado um encosto de admissão (16) móvel extensível e retráctil.
9. Instalação de acordo com uma ou várias das reivindicações 4 a 8, caracterizada por o diâmetro aumentado (D) na caixa terminar em forma de espiral no sentido de rotação, a jusante do encosto de admissão (16).
10. Instalação de acordo com uma ou várias das reivindicações 4 a 9, caracterizada por o encosto de admissão (16) estar disposto sob forma termicamente isolada em relação à caixa do parafuso sem-fim (25).
11. Instalação de acordo com uma ou várias das reivindicações 4 a 10, caracterizada por o encosto de ΕΡ 1 211 Ο 45/PT 4/4 admissão (16) poder ser movido através de um accionamento oscilante.
12. Instalação de acordo com uma ou várias das reivindicações 4 a 11, caracterizada por a temperatura do encosto de admissão (16) poder ser ajustada abaixo da temperatura de aglutinação do material fibroso (10).
13. Instalação de acordo com uma ou várias das reivindicações 4 a 12, caracterizada por serem proporcionados raspadores substituíveis (21) na abertura de alimentação (18) . Lisboa,