BRPI0809871A2

BRPI0809871A2 - Método para a plastificação e o transporte de materiais macromoleculares e equipamento para executar o método

Info

Publication number: BRPI0809871A2
Application number: BRPI0809871-9A2A
Authority: BR
Inventors: Jinping Qu
Original assignee: Univ South China Tech
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2014-09-30
Also published as: EP2113355A1; RU2009130327A; JP2010522658A; WO2009094815A1; ES2436288T3; US20100135102A1; KR101142095B1; MX2009013163A; DK2113355T3; CA2676718A1; RU2446943C2; AU2008349133B2; BRPI0809871B1; CN100496927C; CN101219565A; EP2113355B1; ES2436288T9; KR20090119869A; MY163667A; HK1134062A1

Description

MÉTODO PARA A PLASTIFICAÇÃO E O TRANSPORTE DE MATERIAIS MACROMOLECULARES E EQUIPAMENTO PARA EXECUTAR O MÉTODO

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se ao a um método para a

plastificação e o transporte de materiais macromoleculares e equipamentos do mesmo, e particularmente a um método para a plastificação e o transporte de materiais macromoleculares com base no fluxo de alongamento, e a um equipamento do mesmo.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO O processamento de materiais macromoleculares é um processo com um elevado consumo de energia. Normalmente, é utilizada maquinaria de rosca, tal como extrusora do tipo de rosa e máquina de injeção do tipo de rosca. Os materiais de plástico devem ser processados com o processo de transporte, fusão e plastificação, durante o processamento por extrusão, injeção ou calendra, e este processo ocupa a maior parte do consumo de energia do processamento de materiais macromoleculares. Na maquinaria de rosca, a plastificação e o transporte dos materiais dependem principalmente do efeito de arrasto durante a rotação da rosca, em que o transporte de sólido é baseado no atrito, o transporte em fusão é baseado na viscosidade, o gradiente da velocidade dos materiais é vertical à direção do fluxo e deformação, e esse fluxo e essa deformação são principalmente sujeitos à tensão de cisalhamento. Portanto, pode-se considerar que a maquinaria de rosca atual utilizada extensamente é um equipamento de plastificação e transporte do tipo de rosca de materiais 3 0 macromoleculares baseado na reologia de cisalhamento, e é inevitável que a capacidade de plastificação e de transporte dependa bastante do atrito interno dos materiais e do atrito entre os materiais e a superfície do tambor de material. Estes dois problemas também dependem da propriedade física dos materiais e das condições do processo durante a manufatura. Na maquinaria de rosca, abordagens tais como a provisão de sulcos na seção de transporte de sólido do tambor 5 de material para aumentar o atrito entre o tambor e os materiais, a ampliação da relação entre o comprimento e o diâmetro da rosca, e a otimização da estrutura da rosca, são geralmente adotadas para solucionar os problemas acima. No entanto, estas abordagens podem resultar no aumento do 10 histórico termomecânico, do consumo de energia, e do volume do equipamento, etc.

A tecnologia de processamento dinâmico encurta o histórico termomecânico dos materiais e reduz a resistência ao fluxo dos materiais durante o processamento, de modo que o 15 consumo de energia de plastificação e de transporte é reduzido, e a capacidade de plastificação é melhorada. No entanto, o equipamento de processamento dinâmico para materiais macromoleculares é essencialmente uma máquina do tipo de rosca em que a plastif icação e o transporte dos 20 materiais é baseado na reologia de cisalhamento, e desse modo não pode superar o problema de que a capacidade de plastificação e de transporte depende bastante do atrito entre os materiais e a superfície interna do tambor de material e do atrito interno dos materiais. Consequentemente, 25 a redução no consumo de energia de plastificação e transporte e a melhoria na capacidade de plastificação e de transporte são bastante limitadas.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO Devido aos inconvenientes da técnica anterior, um 3 0 objetivo da presente invenção consiste na apresentação de um método para a plastificação e o transporte de materiais macromoleculares com base no fluxo de alongamento, que supera os problemas acima mencionados de histórico termomecânico longo e elevado consumo de energia durante o processamento.

Um outro objetivo da presente invenção consiste na provisão de equipamento para a plastificação e o transporte de materiais macromolecular com base no fluxo de alongamento.

■ 5 No método para a plastif icação e o transporte de

materiais macromoleculares à base do fluxo de alongamento de acordo com a presente invenção, um conjunto de espaços que têm uma forma geométrica específica é formado; e o volume dos espaços aumenta e diminui periodicamente de modo que os 10 materiais fluem para o espaço quando o volume do espaço aumenta; e os materiais são comprimidos, plastificados e descarregados quando o volume diminui. Desse modo, os materiais estão principalmente sob tensão normal durante o processo inteiro de plastificação e de transporte.

0 equipamento para a execução do método acima é da

seguinte estrutura: uma unidade de plastificação e transporte do tipo de palheta que compreende um estator oco cilíndrico; um rotor de coluna instalado excentricamente na cavidade interna do estator, em que um grupo de entalhes retangulares 20 é formado ao longo da circunferência do rotor; e uma pluralidade de palhetas que são arranjadas uniformemente nos entalhes e podem se mover livremente ao longo da direção radial. Em cada extremidade do estator é instalado um defletor que é concentricamente disposto em relação ao 25 estator, para controlar a direção do fluxo de materiais. Na unidade de plastificação e de transporte do tipo de palheta, a excentricidade entre o estator e o rotor é ajustável e é maior do que zero, mas menor do que a diferença entre o raio da cavidade interna do estator e o raio do rotor. A 3 0 superfície interna do estator, a superfície externa do rotor, as duas palhetas, e os dois defletores circundam para formar espaços que têm a forma geométrica específica. Quando o rotor gira, um par de palhetas no diâmetro do rotor executa movimentos radiais alternados dentro do entalhe retangular formado ao longo da circunferência do rotor devido ã superfície superior externa das palhetas ser restringida pela superfície interna do estator; conseqüentemente, o volume dos 5 espaços encerrados aumenta e diminui periodicamente. Quando o volume do espaço aumenta, os materiais fluem para o espaço gradualmente; ao passo que, quando o volume diminui, os materiais são triturados, compactados e descarregados no espaço principalmente sob a tensão normal; e são 10 plastificados e derretidos sob o aquecimento externo do estator e são forçados para fora no final. Desse modo, o processo de plastificação e de transporte inteiro é completado em um histórico termomecânico muito curto. Durante o processo, o volume dos espaços muda sincronicamente com o 15 tamanho da seção transversal através da qual os materiais passam, e consequentemente o gradiente da velocidade dos materiais é paralelo à direção do fluxo e deformação, que é principalmente sujeita à tensão normal. Portanto, este processo de plastificação e de transporte é baseado no fluxo 20 de alongamento. Uma pluralidade de unidades de plastificação e de transporte do tipo de palheta pode ser combinada em série para formar uma extrusora de plastificação e de transporte do tipo de palheta. O equipamento de plastificação e de transporte do tipo de palheta de vários tipos de 25 extrusora ou máquina de injeção pode consistir em uma unidade de plastificação e de transporte do tipo de palheta e várias unidades de extrusão do tipo de palheta ou unidades de injeção do tipo de pistão.

O método para a plastificação e o transporte de materiais macromolecular à base do fluxo de alongamento e o equipamento do mesmo superam o inconveniente de que em uma unidade de plastificação e de transporte tradicional a capacidade de plastificação e de transporte depende bastante do atrito entre os materiais e a superfície do tambor e o atrito interno dos materiais. Em comparação com a tecnologia e o equipamento de plastif icação e de transporte do tipo de rosca, a presente invenção apresenta as seguintes vantagens: ,5 l.o histórico termomecânico é encurtado

significativamente; e o consumo de energia durante o processamento de plastificação e de transporte é reduzido;

2. o processo de plastificação e de transporte é executado através da mudança de volume da forma específica,

que mostra o caráter de deslocamento positivo e é de alta eficiência;

3. o processo de plastificação e de transporte é completado em um histórico termomecânico muito curto, e o equipamento tem uma estrutura muito mais compacta;

4. a capacidade de plastificação e de transporte é

independente das propriedades físicas dos materiais; a estabilidade de plastificação e de transporte é melhorada; e o equipamento é apropriado para mais materiais.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 é uma vista estrutural esquemática de

uma unidade de plastif icação e de transporte do tipo de palheta em que os materiais fluem para a unidade através da entrada de alimentação do defletor;

a Figura 2 é uma vista secional da unidade de plastificação e de trans porte do tipo de palheta mostrada na Figura 1, tomada ao longo da linha A-A;

a Figura 3 é uma vista estrutural esquemática de uma unidade de plastif icação e de transporte do tipo de palheta em que os materiais fluem para a unidade pela entrada 3 0 de alimentação do estator;

a Figura 4 é uma vista secional da unidade de plastificação e de transporte do tipo de palheta mostrada na Figura 3, tomada ao longo da linha B-B; a Figura 5 é uma vista estrutural esquemática de uma extrusora de plastificação do tipo de palheta;

a Figura 6 é uma vista secional da extrusora mostrada na Figura 5, tomada ao longo da linha C-C;

a Figura 7 é uma vista estrutural esquemática de

uma extrusora combinado com a unidade de plastificação e de transporte do tipo de palheta e rosca;

a Figura 8 é uma vista estrutural esquemática de uma máquina de plastificação e de injeção do tipo de palheta. DESCRIÇÃO DETALHADA DA REALIZAÇÃO PREFERIDA

Muitos aspectos da invenção podem ser mais bem compreendidos nas seguintes realizações com referência aos desenhos em anexo.

REALIZAÇÃO 1

Com referência à Figura 1 e à Figura 2, a unidade

de plastif icação e de transporte do tipo de palheta compreende principalmente um estator oco 1 que tem uma cavidade interna cilíndrica; rotor de coluna 2 instalado excentricamente dentro da cavidade interna do estator, em que

2 0 um grupo de entalhes retangulares é formado ao longo da circunferência do rotor; uma pluralidade de palhetas 3 que são arranjadas uniformemente no entalhe retangular e podem se mover livremente ao longo da direção radial; e defletores 4, 5 que são montados em ambas as extremidades do estator. 0 25 rotor 2 é instalado excentricamente dentro do estator oco 1, e a excentricidade entre o estator Ieo rotor 2 é ajustável, a qual é maior do que zero mas menor do que a diferença entre o raio da cavidade interna do estator e o raio do rotor. As palhetas 3 são montadas em pares dentro do entalhe 30 retangular, e os fundos internos das duas palhetas ficam em contato um com o outro, e as superfícies externas superiores entram em contato com a superfície interna do estator. Quando

o rotor 2 gira no sentido anti-horário, um par das palhetas 3 no diâmetro do rotor 2 executa movimentos radiais alternados dentro do entalhe retangular devido à superfície superior externa das palhetas ser restringida pela superfície interna do estator; conseqüentemente, o volume dos espaços encerrados , 5 definidos pela superfície interna do estator 1, pela superfície externa do rotor 2, pelas palhetas 3 e pelos defletores 4, 5, aumenta e diminui periodicamente. 0 volume aumenta quando a palheta 3 se move gradualmente para fora da seção C do rotor 2; ao passo que o volume diminui quando a 10 palheta 3 se move gradualmente para a seção D do rotor 2. Quando o volume está aumentando, os materiais macromoleculares fluem através da entrada de alimentação A do defletor 4; e quando o volume está diminuindo os materiais são triturados, comprimidos, descarregados e plastificados 15 principalmente sob tensão normal; e entrementes os materiais são derretidos sob o aquecimento externo do estator e forçados para fora através da saída B do defletor 5.

Com referência à Figura 3 e à Figura 4, quando o volume está aumentando, os materiais fluem através da entrada 20 de alimentação AA do estator 1; e quando o volume está diminuindo os materiais são triturados, comprimidos, descarregados e plastificados principalmente sob tensão interna resistente à tração (compressiva); e entrementes os materiais são derretidos sob o aquecimento externo do 25 estator, e forçados para fora através da saída B do defletor 5 .

REALIZAÇÃO 2

Com referência à Figura 5 e â Figura 6, a extrusora de plastificação do tipo de palheta compreende principalmente 30 as unidades de plastif icação e de transporte do tipo de palheta I, II, III e um eixo propulsor 1, um funil de material 2, uma luva de transição 3 e um divisor de fluxo 4, em que as unidades de plastif icação e de transporte do tipo de palheta I, II, III são superpostas em série; o defletor 5 da unidade de plastificação e de transporte do tipo palheta I e o defletor 4 da unidade II são conectados concentricamente um no outro; o defletor 5 da unidade II e o defletor 4 da 5 unidade III também são conectados concentricamente um no outro; e a luva de transição 3 é conectada coaxialmente ao defletor 5 da unidade III. A direção excêntrica do estator 1 da unidade I com respeito ao rotor 2 é oposta à direção excêntrica do estator 1 da unidade II com respeito ao rotor 10 2; e a direção excêntrica do estator 1 da unidade III com respeito ao rotor 2 é oposta à direção excêntrica do estator

1 da unidade II com respeito ao rotor 2. Os rotores 2 das unidades de plastificação e de transporte do tipo de palheta são conectados coaxialmente entre si; e o eixo propulsor 1 é 15 conectado coaxialmente ao rotor 2 da unidade I. O divisor de fluxo 4 é disposto na cavidade interna cilíndrica da luva de transição 3, e conectado coaxialmente ao rotor 2 da unidade

III. O funil de material 2 ê montado no estator 1 da unidade I. A saída B no defletor 5 da unidade I se comunica com a

2 0 entrada de alimentação A no defletor 4 da unidade II; e a

saída B no defletor 5 da unidade II se comunica com a entrada de alimentação A no defletor 4 da unidade III. Quando os rotores 2 das unidades de plastificação e de transporte do tipo de palheta I, II, III são impelidos pelo eixo propulsor 25 1, os materiais do funil de material 2 fluem para a unidade I; e depois de serem plastificados os materiais são transportados para as unidades II, III em ordem para mais plastificação e uniformização; e os produtos finais são obtidos depois da extrusão, do resfriamento e da formação no

3 0 molde conectado à luva de transição 3.

REALIZAÇÃO 3

Com referência à Figura 7, a extrusora de plastificação do tipo de rosca compreende principalmente uma unidade de plastificação e de transporte do tipo de palheta

I, uma unidade de extrusão do tipo de rosca II, um eixo propulsor 1 e um funil de material 2, em que a unidade de extrusão Il consiste em um tambor de material 3 e uma rosca 5 4. A unidade de plastificação e de transporte I é conectada à unidade de extrusão II em série, em que o tambor de material 3 da unidade de extrusão II é conectado coaxial ao defletor 5 da unidade de plastif icação e de transporte I; a rosca 4 da unidade de extrusão II é conectada coaxialmente ao rotor 2 da

unidade de plastificação e de transporte I; e o eixo propulsor 1 é conectado coaxialmente ao rotor 2 da unidade I. 0 funil de material 2 é montado no estator 1 da unidade de plastificação e de transporte I. Quando o rotor 2 da unidade de plastificação e de transporte Iea rosca 4 da unidade de 15 extrusão II são girados pelo eixo propulsor 1, os materiais do funil de material 2 fluem para a unidade de plastificação e de transporte I; e depois de serem plastificados os materiais são transportados para a unidade de extrusão II para mais plastificação e uniformização; e os produtos finais 20 são obtidos depois da extrusão, do resfriamento e da formação no molde conectado no tambor de material 3.

REALIZAÇÃO 4

Com referência à Figura 8, o equipamento de plastificação e de injeção do tipo de palheta compreende 25 principalmente uma extrusora de plastificação do tipo de palheta I, uma unidade de injeção do tipo de pistão II e um retentor de material 1, em que a unidade de injeção II consiste em um cilindro de injeção 2, um pistão de injeção 3, um tambor de material de injeção 4 e um bocal 5. A

3 0 extremidade de entrada do retentor de material 1 é conectada à extremidade de saída da luva de transição 3 da extrusora de plastificação I; e a extremidade de saída do retentor de material 1 é conectada à extremidade de entrada do tambor de injeção 4 da unidade de injeção II. A massa em fusão obtida após a plastificação na extrudora de plastificação do tipo de palheta I entra no tambor de material de injeção 4 da unidade de injeção II; e o pistão de injeção 3 da unidade de injeção

II se move para trás sob a pressão da massa em fusão. Quando a quantidade de armazenagem do tambor de material de injeção

4 da unidade de injeção II alcança o valor de medição requerido pelo produto da injeção, a extrusora de plastificação I para de plastificar, e o processo de medição de plastificação da máquina de injeção é encerrado. Depois que o processo de enchimento do molde e de manutenção da pressão da máquina de injeção é encerrado, a extrusora de plastificação do tipo de palheta I começa a plastificação durante o estágio de resfriamento do produto; e a máquina de injeção começa um novo ciclo de moldagem do produto.

Deve ser enfatizado que as realizações descritas acima da presente invenção, particularmente quaisquer realizações preferidas, são meramente exemplos possíveis de implementações, meramente apresentadas para . uma compreensão clara dos princípios da invenção. Muitas variações e modificações podem ser feitas nas realizações descritas acima da invenção sem que se desvie substancialmente do caráter e dos princípios da invenção. Todas tais modificações e variações devem ser aqui incluídas dentro do âmbito desta descrição e da presente invenção e protegidas pelas seguintes reivindicações.

Claims

1. MÉTODO PARA A PLASTIFICAÇÃO E O TRANSPORTE DE MATERIAIS MACROMOLECULARES, com base no fluxo de alongamento, caracterizado pelo fato de que é utilizado um conjunto de espaços que têm forma específica, e o volume dos espaços pode ser aumentado e diminuído periodicamente, e os materiais fluem para o espaço quando o volume está aumentando; e os materiais são comprimidos, plastificados e então forçados para fora quando o volume está diminuindo, e o processo de plastificação e de transporte está desse modo principalmente sob tensão normal.

2. EQUIPAMENTO PARA EXECUTAR O MÉTODO, conforme definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender uma ou mais unidades de plastificação e de transporte do tipo de palheta, em que cada unidade de plastificação e de transporte compreende principalmente um estator oco cilíndrico (1), um rotor de coluna (2) instalado excentricamente na cavidade interna do estator (1), em que um grupo de entalhes retangulares é formado ao longo da circunferência do rotor; uma pluralidade de palhetas (3) que são arranjadas uniformemente nos entalhes e podem se mover livremente ao longo da direção radial, e defletores (4, 5) respectivamente montados em ambas as extremidades do estator (1) ·

3. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a excentricidade entre o estator (1) e o rotor (2) é ajustável, e é maior do que zero mas menor do que a diferença entre o raio da cavidade interna do estator (1) e o raio do rotor (2).

4. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que palhetas (3) são providas em pares e pelo menos dois pares no diâmetro do rotor (2) , a altura total de cada par de palhetas (3) é menor do que o diâmetro da cavidade interna cilíndrica do estator (1) , os fundos internos de duas palhetas (3) entram em contato um com o outro, e quando o rotor (2) gira as duas palhetas (3) no diâmetro do rotor (2) executam movimentos radiais alternados dentro do entalhe retangular devido à superfície superior exterior das palhetas ser restringida pela superfície interna do estator (1).

5. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que, quando o rotor (2) gira, o volume dos espaços definidos pela superfície interna do estator (1) , pela superfície externa do rotor (2) , pelas palhetas (3) e pelos defletores (4, 5) aumenta e diminui periodicamente.

6. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os defletores (4, 5) em dois lados do estator (1) são fornecidos com uma entrada de material (A) e uma saída de material (B), respectivamente, a entrada material (A) corresponde ã seção (C) onde a palheta (3) se move gradualmente para fora do rotor (2), e a saída de material (B) corresponde a uma seção (D) onde a palheta (3) se move gradualmente para o rotor (2).

7. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que é provida uma saída de material (B) no defletor (5) em um lado do estator (1), é provida ma entrada de material (AA) no estator (1) , e a entrada de material (AA) corresponde à seção (C) onde a palheta (3) se move gradualmente para fora do rotor (2).

8. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de unidades de plastificação e de transporte do tipo de palheta é combinada em série para forma uma extrudora.

9. EQUIPAMENTO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as unidades de plastificação e de transporte do tipo de palheta podem ser combinados com várias unidades de extrusão do tipo de rosca ou unidades de injeção do tipo de pistão para formar um dispositivo de plastif icação e de injeção do tipo de palheta de uma v5 extrusora ou máquina de injeção.