CH632447A5

CH632447A5 - Estrusore ad una o piu viti per la produzione di schiume sintetiche termoplastiche.

Info

Publication number: CH632447A5
Application number: CH171579A
Authority: CH
Inventors: Franco Ragazzini; Roberto Colombo
Original assignee: Lavorazione Mat Plast
Priority date: 1978-02-23
Filing date: 1979-02-21
Publication date: 1982-10-15
Also published as: NO790579L; CA1109621A; DE2906973A1; IL56579A; ES477979A1; JPS596217B2; SE434481B; BE874365A; FR2418074B1; GB2014898A; JPS54126275A; NO153422B; GB2014898B; DE2906973C2; NL7901207A; US4222729A; NL191558B; AU507490B2; NL191558C; IL56579A0

Description

La presente invenzione si riferisce ad un estrusore ad una o più viti per la fabbricazione di articoli estrusi (ad esempio lastre o tubi) di schiuma sintetica termoplastica, ad esempio di polistirolo, polietilene o polipropilene.

Secondo la tecnica convenzionale, una resina termoplastica viene fusa in continuo e sotto pressione nella canna di un estrusore ad una o più viti, terminante con una testa di estrusione avente una stretta fessura di estrusione piana (per le lastre) o circolare (per i tubi). In una sezione intermedia della canna s'inietta in continuo nella resina fusa un agente volatile di espansione, usualmente in stato liquido, ad esempio un «Freon» oppure pentano, e l'estrusore è progettato in modo da produrre una possibilmente uniforme dissoluzione di tale agente nella resina fusa. Vantaggiosamente, la resina può anche contenere convenienti agenti nuclean-ti, come ad esempio talco, acido citrico e bicarbonato sodico in forma di finissime particelle uniformemente disperse nella resina fusa. Sul percorso verso la fessura di estrusione il materiale fuso è sottoposto ad un'elevata pressione, necessaria per impedire la volatilizzazione dell'agente di espansione. Uscendo dalla fessura di estrusione il materiale subisce una decompressione alla pressione atmosferica, per cui l'agente di espansione si separa in seno al materiale in forma di bollicine, dando luogo alla desiderata schiuma.

È noto che la qualità della schiuma così ottenuta dipende fortemente dalla temperatura di estrusione. Se la temperatura di estrusione è troppo elevata, la schiuma risulta collassata e disuniforme, il suo peso specifico (densità) è indesiderabilmente elevato rispetto al valore teoricamente ottenibile, e la sua resistenza meccanica è scadente. In linea di principio, quanto più alta è la percentuale dell'agente di espansione nel materiale fuso tanto più bassa deve essere la temperatura di estrusione, perché altrimenti la viscosità della resina appena estrusa è insufficiente per resistere alla pressione distruttiva del gas che si libera nella resina. Siccome, per ottenere schiume a bassa densità (inferiore a 0,1 g/cc), occorrono sostanziali percentuali di agente di espansione, il problema dell'abbassamento della temperatura di estrusione assume un'estrema importanza.

Il raffreddamento della testa di estrusione si è finora dimostrato insufficiente per ottenere il risultato desiderato, principalmente per il fatto che la struttura cellulare della schiuma così ottenuta è grossolana e tutt'altro che uniforme. Un accorgimento finora impiegato per ottenere una struttura cellulare uniforme è quello di raffreddare l'ultima sezione della canna dell'estrusore. Ad esempio, il brevetto italiano 831 699 (ed i corrispondenti brevetti inglese 1 231 535 e francese 1 600 010) della Richiedente descrivono un estrusore per schiume termoplastiche comprendente almeno un iniettore dell'agente di espansione in una zona intermedia della canna contenente il materiale fuso la quale zona è seguita da una prima zona di raffreddamento, mediante una camicia d'acqua, e da una seconda zona di raf-

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freddamente) (finale) mdiante un serpentino alimentato da un sistema frigorifero. Neppure con un raffreddamento così intenso si riesce, però, ad abbassare la temperatura del materiale fuso al valore che sarebbe necessario per ottenere risultati optimali. Infatti, man mano che il materiale avanza nelle zone reffraddate la sua viscosità aumenta e quindi aumenta anche il calore d'attrito dovuto all'azione della vite o delle viti; si arriva quindi ad uno stato stazionario in cui la temperatura del materiale non decresce più mentre è ancora lontana dal basso valore desiderato per la estrusione. Si può rimediare in parte a questo inconveniente ridu-cendo convenientemente la velocità di rotazione delle viti; con ciò, però, viene anche ridotta la produttività oraria dell'estrusore. Un altro rimedio (brevetto USA 3 151 192) consiste nell'effettuare il raffreddamento in un altro estrusore, al quale il primo estrusore alimenta la massa fusa ed in cui la vite o le viti ruotano a bassa velocità. La densità della schiuma ottenuta in questo modo è accettabile. Però, il costo di esercizio del secondo estrusore è solo raramente inferiore a quello del primo, a parte un forte costo di investimento.

Secondo il brevetto USA 2 669 751 il materiale fuso uscente da un estrusore viene fatto passare sotto pressione in un cilindro raffreddato, nel quale ruota coassialmente un albero tubolare raffreddato internamente, munito di un gran numero di palette. Il materiale così mescolato e raffreddato viene estruso attraverso una testa di estrusione collegata all'estremità di scarico del cilindro. In pratica, con questo sistema non si riesce ad incorporare nel materiale più del 7-8% di agente di espansione liquido (ad esempio n-penta-no); nel contempo, il costo di esercizio è molto elevato a causa della forza motrice necessaria per l'azionamento dell'albero palettate in un materiale estremamente viscoso.

Secondo il brevetto USA 3 751 377 schiume sintetiche a bassa densità (ad esempio dell'ordine di 0,026 - 0,029 g/cc per il polistirolo) sarebbero ottenibili interponendo tra l'estrusore e la testa di estrusione un «mescolatore statico» o «generatore di superfici di interfaccia», per sé noto da numerosi brevetti precedenti (ad esempio brevetto USA 3 286 992), grazie al quale sarebbe possibile incorporare nel materiale termoplastico fuso oltre il 10% in peso di agente di espansione liquido. In un «mescolatore statico», che appartiene alla classe generale di mescolatori privi di organi mobili, il flusso di materiale fuso da omogeneizzare (contenente l'agente di espansione) viene suddiviso in flussi parziali mediante un opportuno organo partitore fisso, e questi flussi parziali vengono ricombinati insieme in condizioni modificate di contatto (come posizione e/o come superficie) mentre vengono evitati il più possibile i fenomeni di mescolamento per turbolenza che caratterizzano, invece, gli ordinari mescolatori privi di parti mobili. In pratica, in un mescolatore statico occorrono molti stadi (anche 20 o più) di suddivisione e di ricombinazione, operanti uno di seguito all'altro in un involucro tubolare comune; ne risulta una strattura ingombrante, di complicata fabbricazione, ed in cui è necessario l'impiego di materiali ad elevata resistenza meccanica per contenere le elevate pressioni interne di svariate decine di kg/cmq. I brevetti anteriori citati nel testo del suddetto brevetto 3 751 377 dimostrano che, per aumentare l'efficienza, sono state studiate numerose forme degli organi partitori del flusso, che però non fanno che aumentare ancora ulteriormente le difficoltà di fabbricazione e la complessità del mescolatore. Inoltre ancora, per l'inerente esigenza di operare in regime laminare, la velocità del flusso in un mescolatore statico deve essere relativamente bassa. Ciò significa che portate commercialmente soddisfacenti (di almeno 150 kg/ora) possono essere raggiunte soltanto aumentando corrispondentemente l'area in sezione trasversale del mescolatore, con la conseguenza che per la suddivisione sufficientemente spinta di un flusso di tale area trasversale occorre un notevole numero di stadi. Inoltre ancora, i mescolatori statici finora noti sono privi di mezzi di raffreddamento e quindi non sono in grado di raffreddare il materiale dalla temperatura dell'estrusore alla temperatura optimale di estrusione; anzi, come hanno dimostrato le esperienze della Richiedente effettuate coll'impiego di un mescolatore statico corrispondente a quello illustrato nel brevetto USA 3 286 992 (commercializzato dalla ditta Kenics), la temperatura del materiale non è controllabile ed, anzi, spesso tende a salire di qualche °C, a causa degli attriti interni, anziché a scendere per dispersione naturale del calore verso l'esterno. Proseguendo le esperienze, la Richiedente ha cercato di applicare al suddetto mescolatore una camicia esterna di raffreddamento; con ciò, però, l'omogeneità della schiuma è risultata notevolmente peggiorata, quasi certamente per il fatto che, con le portate commercialmente soddisfacenti, il mescolatore non era in grado di produrre un'adeguata omogeneizzazione tra lo strato esterno (raffreddato) del flusso di materiale e gli strati interni, non raffreddati.

In conclusione, per quanto riguarda l'ottenimento di schiume estruse a bassa densità di polimeri come polistirolo, polietilene o polipropilene, la tecnica attualmente più affidabile è quella basata sull'impiego di due estrusori in tandem, qui prima menzionata con riferimento al brevetto USA 3 151 192, anche se essa comporta elevati costi di investimento e di esercizio.

Lo scopo più generale della presente invenzione è di provvedere un estrusore comprendente un dispositivo di raffreddamento del materiale fuso, contenente l'agente di espansione, in cui il flusso di materiale può essere efficacemente raffreddato ed omogeneizzato con un consumo di forza motrice molto limitato. Uno scopo subordinato è di provvedere il suddetto dispositivo in una forma compatta, robusta ed ottenibile a basso costo con lavorazioni a macchina del tutto ordinarie. Ancora un ulteriore scopo dell'invenzione è di realizzare il suddetto dispositivo in una forma facilmente applicabile ad un preesistente estrusore di schiuma sintetica termoplastica. Altri scopi e vantaggi risulteranno dalla descrizione che segue.

In accordo con quanto sopra, l'oggetto dell'invenzione risiede in un estrusore ad una o più viti, per schiuma sintetica termoplastica, comprendente mezzi per iniettare nella canna dell'estrusore un agente volatile di espansione ed una testa di estrusione alimentata dalla canna con un flusso di resina sintetica termoplastica fusa in cui è intimamente disperso sotto pressione il detto agente (volatile) di espansione, detto estrusore essendo caratterizzato da un dispositivo di raffreddamento del detto flusso di resina, interposto tra la detta testa e la detta canna, il quale dispositivo di raffreddamento comprende:

(a) un blocco metallico raffreddato, avente due facce opposte ed almeno una fila di passaggi attraversanti il detto blocco dall'una all'altra delle dette facce;

(b) un colletore di arrivo del detto flusso ad una prima delle dette facce ed un collettore di uscita estendentesi dalla seconda delle dette facce;

(c) detto collettore d'uscita essendo diretto nella stessa direzione della detta fila di passaggi ed avendo una delle sue pareti laterali costituita dalla detta seconda faccia del detto blocco, per cui i singoli passaggi nella detta fila sboccano nel collettore d'uscita trasversalmente alla direzione di quest'ultimo ed in successione rispetto alla detta direzione.

Vantaggiosamente, anche il collettore di arrivo è diretto nella stessa direzione della detta fila di passaggi e del collettore d'uscita ed ha una delle sue pareti laterali costituita

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dalla prima delle dette facce del blocco, per cui i singoli passaggi si diramano dal detto collettore di arrivo trasversalmente alla direzione di quest'ultimo ed in successione rispetto alla detta direzione.

In una forma di attuazione particolarmente vantaggiosa, il rapporto lunghezza/diametro dei passaggi, di sezione circolare, non supera 10:1, cosicché la perdita di carico attraverso i passaggi è mantenuta entro valori particolarmente bassi. Inoltre, invece di un solo blocco, il dispositivo può comprendere un ulteriore blocco metallico raffreddato, conforme a quanto sopra indicato con (a), con i rispettivi collettori di arrivo e d'uscita secondo (b), e (c), il collettore d'uscita del primo blocco essendo raccordato al collettore d'arrivo del secondo blocco, per cui si realizzano più stadi di raffreddamento in serie tra loro. In ogni caso, secondo una caratteristica particolare dell'invenzione, la sezione complessiva dei passaggi intercolleganti un collettore di arrivo col rispettivo collettore d'uscita è preferibilmente maggiore della sezione effettiva del collettore di arrivo, e preferibilmente anche di quella del collettore d'uscita.

Come si vedrà meglio in seguito, nel dispositivo di raffreddamento come qui prima definito il flusso del materiale fuso viene raffreddato almeno in due modi strettamente legati tra loro in primo luogo, il materiale in arrivo viene suddiviso in una moltitudine di piccoli flussi parziali che vengono raffreddati singolarmente mentre attraversano- i rispettivi passaggi nel blocco metallico raffreddato; in secondo luogo, con la disposizione secondo il punto (c), il flusso di materiale nel collettore d'uscita lambisce la rispettiva faccia del blocco (che costituisce una parete laterale del collettore) e quindi viene anch'esso raffreddato dal detto blocco. Lo stretto legame è dovuto al fatto che ognuno dei suddetti flussi parziali interferisce fortemente col flusso nel collettore d'uscita, con la conseguente estrema omogeneizzazione della temperatura nel flusso che abbandona il detto collettore. Se anche il collettore di arrivo è disposto nel modo qui prima indicato come vantaggioso, il materiale di arrivo viene raffreddato dal blocco metallico ancor prima di raggiungere i passaggi attraverso il blocco, cosicché i flussi parziali che imboccano i passaggi appartenenti alla stessa fila sono già preraffreddati. Siccome la perdita di carico attraverso i detti passaggi può essere ridotta al minimo, vengono corrispondentemente ridotti sia il consumo di forza motrice sia lo sviluppo del calore d'attrio. Come conseguenza, risulta possibile abbassare uniformemente la temperatura del materiale a valori molto prossimi alla temperatura ideale di estrusione, il che è confermato dai risultati (densità ed uniformità della schiuma estrusa, produttività oraria e potenza consumata) che verranno qui descritti in seguito in appositi esempi di lavorazione.

Nei disegni annessi:

la fig. 1 illustra un estrusore di schiuma termoplastica equipaggiato con una forma di attuazione del dispositivo secondo l'invenzione;

la fig. 2 illustra in sezione longitudinale una elementare forma di attuazione del dispositivo;

la fig. 3 è una vista in pianta di imo dei blocchi raffreddati impiegati nel dispositivo della fig. 2;

la fig. 4 è una sezione assiale di un dispositivo secondo l'invenzione in una forma preferita di attuazione, e la fig. 5 una vista frontale, parzialmente in sezione, di uno dei blocchi raffreddati impiegati nel dispositivo della fig. 4.

L'estrusore 10 illustrato nella fig. 1 comprende una tramoggia 12 per la granella di resina sintetica termoplastica, la quale ultima viene portata allo stato fuso sotto pressione nella canna 14 contenente la vite o le viti non illustrate. La presente invenzione è particolarmente vantaggiosa in applicazione ad estrusori a due viti ingrananti tra loro (in particolare con viti equirotanti, secondo il cosiddetto «sistema Colombo»), che finora sono stati più adatti per ottenere schiume a media densità (0,15 - 0,4 g/cc) che non schiume a bassa densità (0,03 - 0,15 g/cc). In una sezione intermedia della canna 14 sbocca un iniettore 16 per l'agente liquido volatile di espansione. In questa zona la temperatura della resina fusa nella canna supera notevolmente (anche di 90 - 100°C) il punto di fusione, in modo che la viscosità della resina fusa sia sufficientemente bassa ai fini di una pronta ed omogenea dissoluzione dell'agente di espansione. La pressione applicata alla resina dalle viti in questa zona è elevata e dipende principalmente dalla natura dell'agente e dalla percentuale iniettata; in genere, si tratta di pressioni da 200 a 300 kg/cmq. Una sezione terminale 14' della canna è preferibilmente raffreddata; a ciò è sufficiente una semplice camicia esterna a circolazione d'olio, eventualmente in combinazione con un raffreddamento interno delle viti in questa sezione. In questo modo la temperatura della resina fusa viene pre-ridotta ad un valore conveniente, che in genere supera di 20-50°C la desiderata temperatura di estrusione, a seconda della resina trattata e dell'agente di espansione impiegato. Tanto per dare qualche esempio, nel caso di polistirolo ad alto peso molecolare (ad esempio DOW 686) caricato con 7-8% di una miscela 50/50 di Freon 11 e Freon 12, la desiderabile temperatura di estrusione sembra essere di circa 125°C. Con lo stesso polimero, caricato con 7-8% di pentano, la temperatura desiderabile di estrusione sembra essere di 110°C, mentre invece nel caso di polietilene a bassa densità (ad esempio QG1 della Montedison) con 12-14% di Freon 114 la temperatura di estrusione dovrebbe essere di circa 100°C. A queste temperature corrispondono valori di viscosità praticamente impossibili da ottenere nella sezione 14' della canna per i motivi già spiegati in precedenza. Col pre-raffreddamento limitato come sopra suggerito la viscosità del materiale nella sezione 14' raggiunge solo quei valori che sono ancora compatibili con la resistenza meccanica della canna e delle viti e che comunque corrispondono ad un limitato calore d'attrito, dissipabile dai mezzi di raffreddamento menzionati.

Il flusso continuo di resina fusa così ottenuto, coll'agen-te di espansione uniformemente disciolto nella resina, è alimentato dalla canna 14 ad una testa di estrusione 18, che presenta in modo per sé noto una stretta fessura di estrusione di configurazione adattata al profilo che si desidera ottenere. Nel caso specifico che verrà meglio sviluppato in seguito si farà riferimento ad una fessura circolare, adatta per l'estrusione di un tubo di schiuma.

Secondo l'invenzione, tra la testa di estrusione 18 e la canna 14 è interposto un dispositivo di raffreddamento 20, che è fissato all'estremità libera della canna e sopporta a sua volta la testa 18. Il dispositivo 20 è uno scambiatore di calore privo di organi in movimento, al cui lato «freddo» viene alimentato in continuo un liquido (ad esempio olio) alla necessaria temperatura, ed imo degli scopi essenziali della presente invenzione è di raffreddare con questo dispositivo il detto flusso di resina in modo estremamente omogeneo ad una temperatura che sia possibilmente vicina a quella del liquido di raffreddamento, cioè con elevato rendimento.

Nelle figg. 2 e 3, con 22 è indicato un blocco piatto rettangolare di un metallo buon conduttore di calore, preferibilmente di alluminio, avente due facce opposte 22A, 22B parallele tra loro. Nel blocco 22 sono trapanate più file (A, B, C, D, E) parallele di fori passanti 24 di sezione circolare, detti fori essendo almeno sostanzialmente perpendicolari alle dette facce ed essendo preferibilmente identici tra loro. Il blocco 22 è montato, a tenuta periferica, in

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una scatola 26 nella quale è formato tutt'attorno al perimetro del blocco un canale 28 per la circolazione dell'olio di raffreddamento. La faccia 22A del blocco 22 costituisce una parete laterale longitudinale di un collettore 30, formato nella scatola 26, per l'arrivo del flusso di resina fusa al blocco 22. La direzione longitudinale del collettore d'arrivo 30 è indicata dalla freccia 32 nella fig. 3 e corrisponde alla direzione delle file A...E dei fori 24.1 fori in ognuna delle file si diramano perciò in successione dal collettore 30, trasversalmente alla direzione di quest'ultimo cioè, in pratica, trasversalmente al flusso di resina nel collettore. In altre parole, la resina nel collettore avanza tangenzialmente sulla faccia 22A del blocco 22 per raggiungere in successione i singoli fori di ognuna delle file A...E. Preferibilmente, come illustrato, la sezione del collettore 30 diminuisce progressivamente fino a zero nella direzione del flusso, ovvero nella direzione delle file A...E.

Nelle condizioni sostanzialmente simili si diparte dalla faccia opposta 22B del blocco 22 un collettore d'uscita 34, la cui direzione longitudinale corrisponde a quella delle file A...E ed è ancora indicata dalla freccia 32. Così, la faccia 22B costituisce una parete laterale longitudinale del collettore 34 ed i fori 24 di ognuna delle file A...E sbucano in successione in questo collettore trasversalmente alla sua direzione longitudinale. Perciò, anche in questo caso il flusso di resina fusa avanza nel collettore 34 tangenzialmente alla faccia 22B del blocco 22, nella direzione 32; in queste condizioni, come si vede anche dalle frecce riportate, i flussi raffreddati parziali di resina scaricati dai successivi fori 24 di ogni fila interferiscono sostanzialmente perpendicolarmente col flusso generale nel collettore, dando luogo ad un efficace rimescolamento del materiale e quindi all'omogeneizzazione della temperatura. La sezione del collettore 34 aumenta progressivamente lungo la faccia 22B del blocco 22, a partire da zero. La «progressione» di questo aumento di sezione del collettore 34 è in proporzione (più o meno) ai flussi ricevuti dai successivi fori di ogni fila, sostanzialmente in modo che la portata unitaria (in g/sec/cmq) in qualsiasi punto del collettore sia praticamente la stessa. Una considerazione del tutto simile vale per la diminuzione progressiva della sezione del collettore di arrivo 30. Le sezioni «effettive» dei collettori sono quelle che raccolgono tutto il flusso di materiale e sono indicate nella fig. 2 rispettivamente con SI ed S2. Preferibilmente, secondo l'invenzione, la sezione complessiva dei fori 24 è maggiore della sezione SI, ed è preferibilmente anche maggiore della sezione S2, in modo da non costituire uno strozzamento (in termini di area) nel passaggio del materiale da un collettore all'altro. Il diametro dei fori 24 può esere scelto in una gamma relativamente ampia, generalmente da circa 3 mm fino a circa 10 mm, più o meno in proporzione alla potenzialità dell'estrusore; per potenzialità particolarmente elevate, superiori a circa 250 kg/h, si possono ovviamente adottare diametri maggiori di 10 mm. Siccome il passaggio attraverso ogni foro comporta un aumento della viscosità della resina, che è tanto maggiore quanto più lungo è il foro, è evidente che la perdita di carico (in kg/cmq) derivante dal passaggio attraverso un foro dipende in grado sostanziale dal rapporto lunghezza/diametro (1/d) del foro, ed è anche evidente che a maggiori perdite di carico corrispondono maggiori potenze assorbite dal dispositivo secondo l'invenzione. D'altra parte però, data la presenza dell'agente volatile di espansione nel flusso di resina, è necessario che il dispositivo in questione introduca una certa contropressione, cioè dia luogo ad una certa perdita di carico. Prove pratiche hanno dimostrato che esiste un intervallo di valori ottimali per la detta contropressione, e precisamente da circa 15 kg/cmq fino a circa 35 kg/cmq; questa inattesa circostanza è estre5 632447

mamente favorevole in quanto i valori testé indicati costituiscono solo una piccola frazione nei confronti delle contropressioni (200-300 kg/cmq) già necessarie nell'estrusore per produrre e mantenere la dissoluzione dell'agente di j espansione nella resina fusa, per cui il dispositivo secondo l'invenzione comporta solo un corrispondente piccolo aumento di potenza assorbita, tanto da poter essere applicato ad un estrusore già esistente. Ulteriori prove sperimentali hanno dimostrato che, con la circostanza di cui sopra, sono io consigliabili i valori indicati nella seguente tabella:

Diametro fori (mm)

HA

ij d preferito

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13-23

15-21

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14-24

16-22

25 Con questi valori, il flusso di resina può essere raffreddato ad una temperatura molto prossima a quella ottimale di estrusione. Si nota anche dalla suddetta tabella che per diametri di foro superiori a 6 mm i valori 1/d variano soio molto leggermente.

30 In pratica però, non è consigliabile impiegare elevati valori 1/d con un solo blocco raffreddato, ad esempio con un blocco avente fori di 6 mm di diametro e 120 mm di lunghezza. È preferibile, invece, effettuare il raffreddamento in due stadi, cioè con due blocchi raffreddati consecutivi, 35 realizzanti congiuntamente il desiderato rapporto 1/d. Un tale secondo blocco è indicato con 22' nella fig. 2 ed è identico al primo blocco 22, i due blocchi essendo complanari ed orientati nella stessa direzione già prima indicata con 32 (fig. 3). Il blocco 22' è montato nella scatola 26 prima men-40 zionata ed è circondato da un canale 28' per la circolazione dell'olio di raffreddamento. Con 22'A e 22'B sono indicate le due facce piane opposte, tra le quali si estendono i fori 24', in analogia alle facce 22A e 22B del blocco 22 con i fori 24. Il collettore d'uscita 34 si raccorda direttamente, 45 nella direzione 32, con il collettore d'arrivo 30' relativo al secondo blocco 22'; dalla faccia 22'B si diparte il collettore d'uscita 34'. Per i collettori 30', 34' e per la loro relazione col blocco 22' vale quanto è già stato descritto con riferimento ai collettori 30, 34 e blocco 22. Il collettore 34' so può sboccare in una testa di estrusione oppure raccordarsi col collettore d'arrivo di un ulteriore blocco (se necessario). Supposto che vi siano due soli blocchi, come illustrato nella fig. 2, il rapporto 1/d realizzato da ciascun blocco è preferibilmente metà del rapporto complessivo prescelto; così, per 55 realizzare il rapporto 20:1 con fori da 6 mm, ognuno dei blocchi 22, 22' avrà uno spessore di 60 mm.

Il dispositivo secondo le figg. 2 e 3 è particolarmente conveniente per piccole portate di resina. Per portate relativamente grandi, in particolare da 100 kg/h in su, è pre-60 feribile la forma di attuazione illustrata nelle figg. 4 e 5.

In questa forma di attuazione, un primo blocco raffreddato è costituito da un manicotto cilindrico circolare di alluminio, vantaggiosamente formato da due anelli 40, 40' disposti testa contro testa. Analogamente, un secondo blocco 65 raffreddato è costituito da un manicotto circolare cilindrico di alluminio vantaggiosamente formato da du anelli 42, 42' disposti testa contro testa. Le superfici cilindriche esterne di tutti gli anelli 40, 40', 42, 42' presentano lo stesso dia

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metro, ad esempio di 260 mm; anche le superfici cilindriche interne di tutti gli anelli presentano lo stesso diametro, ad esempio di 140 mm. Lo spessore radiale degli anelli ammonta pertanto a 60 mm, e questa è la lunghezza di ognuno dei fori radiali 44 trapanati negli anelli. Ognuno degli anelli presenta più corone di questi fori 44; nel caso illustrato,

ogni anello presenta sei corone di fori, ed ogni corona comprende 40 fori equidistanti tra loro. Il diametro dei fori è ad esempio 7 mm, cosicché l'area complessiva di tutti i 480 fori nel blocco 40-40' (e rispettivamente nel blocco 42-42') ammonta a 184,8 cmq. Il rapporto 1/d realizzato dai due blocchi è:

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— X 2 = 17,14

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e corrisponde quindi alla tabella qui prima riportata. Tra i blocchi 40-40' e 42-42' è interposto un disco circolare 46, il cui diametro esterno è uguale a quello degli anelli, e la pila così formata è centrata sull'asse X di una carcassa tubolare 48 di sezione circolare, alle cui estremità sono imbullonate a tenuta due testate 50, 52 che serrano tra loro la detta pila in modo da immobilizzarla. La testata 50 presenta una luce centrale circolare 50' che si raccorda con la cavità interna dell'anello 40, ed un mozzo tubolare 50" mediante il quale il dispositivo della fig. 4 è avviato nella sezione 14' dell'estrusore della fig. 1 per costituire il dispositivo 20 indicato in quest'ultima figura. Nell'interno del mozzo 50" penetra una sonda termometrica 51. Analogamente, la testata 52 presenta una luce centrale circolare 52' che si raccorda con la cavità interna dell'anello 42', ed un mozzo tubolare 52" per l'avvitamento della testa di estrusione 18 della fig. 1. Nell'interno del mozzo 52" penetra una sonda termometrica 53.

Dal disco 46 si estendono assialmente verso le luci 50', 52' due ogive 54, risp. 56. L'ogiva 54 definisce con la su- . perfide cilindrica interna del blocco 40-40' un collettore d'entrata 58 di sezione anulare, la cui ampiezza radiale diminuisce progressivamente fino a zero dall'estremità assialmente esterna verso l'estremità assialmente interna del blocco. Analogamente, l'ogiva 56 definisce con la superficie interna del blocco 42-42' un collettore d'uscita 60 di sezione anulare, la cui ampiezza radiale decresce progressivamente dall'estremità assialmente esterna verso l'estremità assialmente interna del blocco 42-42'. La sezione massima dei collettori 58, 60 ammonta (nella forma di attuazione illustrata), a 98,6 cmq, ed è quindi minore della sezione globale (184,8 cmq) dei fori nei rispettivi blocchi. La superficie interna della carcassa 48 definisce con le superfici radialmente esterne degli anelli 40, 40', 42, 42' e del disco 46 un collettore d'uscita 62 di sezione anulare, un collettore di entrata 64 di sezione anulare, ed un raccordo diretto 66 tra i due collettori. L'ampiezza radiale di ognuno dei collettori 62, 64 decresce fino a zero a partire dal raccordo 66 verso l'estremità assiale esterna del rispettivo blocco 40-40', 42-42'. La sezione del raccordo 66 è costante e presenta un'area di 167 cmq; anche questa area è quindi minore dell'area complessiva (184,8 cmq) dei fori nei rispettivi blocchi.

Come si vede nella fig. 4, analogamente alle file A...E del blocco 22 della fig. 3, anche i fori 44 nei quattro anelli 40, 40', 42, 42' della fig. 4 formano delle file (40 file per blocco) estendentisi in una direzione comune, parallela all'asse X e confrontabile con la direzione 32 nella fig. 3. In particolare, i detti fori 44 formano una pluralità di file situate in piani contenenti l'asse del relativo blocco-. Pertanto, il materiale che fluisce nel dispositivo della fig. 4 subisce un trattamento (raffreddamento e rimescolamento) sostanzialmente simile a quello già descritto con riferimento alla fig. 3.

Nell'area di appoggio dell'anello 42' contro la faccia interna della testata 52 è ricavata in tale faccia un'intercapedine circolare 70, accessibile dall'esterno attraverso un raccordo 72. L'intercapedine 70 comunica, attraverso almeno un passaggio longitudinale 74 nell'anello 42', con una simile intercapedine 76 formata nell'anello- 42. A sua volta, l'intercapedine 76 comunica, attraverso almeno un passaggio longitudinale 78 nell'anello 42, con una simile intercapedine 90 formata nell'adiacente faccia del disco 46, dalla quale si diparte almeno un passaggio longitudinale di comunicazione 92 ad una identica intercapedine 94 formata nell'altra faccia del disco. L'intercapedine 94 comunica, attraverso almeno un passaggio longitudinale 96 nell'anello 40\ con una identica intercapedine 98 formata nell'anello 40'. Finalmente, quest'ultima intercapedine comunica, attraverso almeno un passaggio longitudinale 100 nell'anello 40, con un'identica intercapedine 102 formata nella faccia interna della testata 50 ed accessibile attraverso un raccordo 104. Così, un flusso regolabile di olio di raffreddamento può essere continuamente alimentato al raccordo 72 per raffreddare i quattro anelli di alluminio e quindi scaricato dal raccordo 104; in questo modo, il flusso di resina è raffreddato in controcorrente, conformemente al migliore uso della presente invenzione. La regolazione del flusso dell'olio di raffreddamento viene effettuata sotto la vigilanza delle due sonde termometriche 51, 53. La sonda 51 indica la temperatura raggiunta col raffreddamento nella sezione finale 14' della canna dell'estrusore (fig. 1), mentre invece la sonda 53 indica la temperatura finale (temperatura di estrusione). All'occorrenza, due dispositivi del tipo illustrato nella fig. 4 possono essere collegati in serie per migliorare il raffreddamento e/o l'omogeneizzazione, tenendo presente che l'effetto omogeneizzante viene prodotto principalmente nei collettori d'uscita 60 e 62 conformemente ai principi descritti con riferimento alle figg. 2 e 3.

Esempio 1

L'estrusione di fig. 1 è costituito dal Mod. RC 41/E della Richiedente, progettato per estrudere 180-220 kg/h di schiuma sintetica. È un estrusore bi-vite, a viti equirotanti, con rapporto L/D = 21/1, con velocità di rotazione delle viti regolabile da 8,5 a 28 giri/minuto e con potenza regolabile da 14 a 50 HP. La sezione 14' è raffreddata dall'esterno ed i tratti delle viti in questa sezione sono raffreddati dall'interno. Il dispositivo 20 applicato all'estrusore è costruito e proporzionato nel modo qui descritto con riferimento alle figg. 4 e 5. Il suo diametro esterno è di 35 cm e la sua lunghezza (misurata tra le sonde termometriche 51, 53) è di 47 cm. La lunghezza dell'estrusore RC 41/E è di 6 metri. La testa di estrusione 18 è una filiera convenzionale per la estrusione di lastra piana di schiuma di sezione trasversale 500 X 50 mm. La resina alimentata è costituita da granuli di polistirolo TAL (Montedison) mescolati con piccola percentuale di acido citrico e bicarbonato di sodio. L'estrusore viene fatto funzionare ad una velocità costante di 23 giri/ minuto (potenza 50 CV). Il dispositivo 20 viene raffreddato con olio a 90°C; olio alla stessa temperatura viene anche impiegato per raffreddare la sezione 14'. All'iniettore 16 viene alimentata ima miscela 50/50 di Fron 11-12 in proporzione del 12% in peso rispetto alla resina. Le temperature indicate dalle sonde 51, 53 sono di 140-142°C e rispettivamente 120-122°C. Si ottengono 220 kg/ora di prodotto avente una densità di 0,032 g/cc. Le variazioni di densità riscontrate in diversi punti della larghezza della lastra non superano 0,001 g/cc. Su entrambe le facce la lastra presenta una pelle sottile, liscia ed uniforme. La potenza assorbita dal dispositivo 20 in queste condizioni è di circa 7 HP.

5

io

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

7

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Esempio 2 (Comparativo)

Si toglie il dispositivo 20, si attacca la testa di estrusione 18 direttamente allo sbocco della sezione 14' dell'estrusore, e si effettua un tentativo di far funzionare l'estrusore nelle condizioni dell'esempio 1. Si ottiene un prodotto disuniforme, con celle scoppiate e collassate. La temperatura di estrusione è intorno ai 138°C. Soltanto riducendo la velocità delle viti a 16 giri/minuto e la percentuale di Freon a 8% si ottengono 150 kg/ora di prodotto uniforme, avente la densità variabile localmente a 0,050 a 0,055. La temperatura di estrusione è di 135-136°C.

Esempio 3 (Comparativo)

Questa prova è stata eseguita nelle stesse condizioni dell'esempio 1, con la differenza che il dispositivo 20 era costituito da un mescolatore statico secondo il brevetto USA 3 286 992, avente un diametro interno di 8 cm e comprendente 14 stadi, per una lunghezza totale di circa 1,9 metri. La temperatura di estrusione è risultata di 137-138°C. La potenza assorbita dal mescolatore era solo di circa 3 HP, ma il prodotto ottenuto era inaccettabile a causa di celle scoppiate e collassate. Soltanto riducendo il dosaggio di Freon a circa 7 % si è ottenuta una schiuma abbastanza regolare, avente una densità di circa 0,05 g/cc.

Esempio 4 (Comparativo)

La prova è stata eseguita nelle condizioni dell'esempio 1 con impiego del mescolatore statico dell'esempio 3, con la differenza che il mescolatore veniva raffreddato esterna-j mente mediante una camicia d'olio alla temperatura di ingresso di 100°C. È stato possibile ottenere una schiuma tendente alla regolarità soltanto riducendo la portata del materiale a circa 150 kg/h e la schiuma ottenuta presentava una densità dell'ordine di 0,035 g/cc.

io

Esempio 5

La prova è stata eseguita nelle condizioni dell'esempio 1, con la differenza che la portata del materiale è stata ridotta 15 a 180 kg/h e la temperatura d'ingresso dell'olio di raffreddamento è stata abbassata a 93°C. È risultata una temperatura di estrusione di 117°C e la schiuma ottenuta presentava una densità di 0,029 g/cc. Questo risultato dimostra le pos-20 sibilità pratiche del dispositivo 20 secondo l'invenzione. Però, dal punto di vista commerciale potrebbero essere preferibili le condizioni descritte nell'esempio 1 nelle quali, anche se la densità della schiuma è di 0,032 g/cc, la velocità di produzione è sostanzialmente maggiore.

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3 fogli disegni

Claims

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1. Estrusore ad una o più viti per schiuma sintetica termoplastica, comprendente mezzi (16) per iniettare nella canna (14) dell'estrusore un agente volatile di espansione ed una testa di estrusione (18) alimentata dalla canna con flusso di resina sintetica termoplastica fusa in cui è intimamente disperso sotto pressione il detto agente volatile di espansione, caratterizzato da un dispositivo di raffreddamento (20) del detto flusso di resina, interposto tra la detta testa (18) e la detta canna (14), il quale dispositivo di raffreddamento comprende:

(a) un blocco metallico raffreddato (22), avente due facce opposte (22A, 22B) ed almeno una fila (A...E) di passaggi (24) attraversanti il detto blocco dall'una all'altra delle dette . facce,

(b) un collettore di arrivo (30) del detto flusso ad una prima (22A) delle dette facce ed un collettore di uscita (34) estendentesi dalla seconda (22B) delle dette facce,

(c) detto collettore d'uscita (34) essendo diretto nella stessa direzione della detta fila (A...E) di passaggi ed avendo una delle sue pareti laterali costituita dalla detta seconda faccia (22B) del detto blocco, per cui i singoli passaggi nella detta fila sboccano nel collettore d'uscita trasversalmente alla direzione di quest'ultimo ed in successione rispetto a questa direzione.

2. Estrusore secondo la rivendicazione 1, in cui anche il collettore di arrivo (30) è diretto nella stessa direzione della detta fila di passaggi ed ha una delle sue pareti laterali costituita dalla prima (22A) delle dette facce del blocco, per cui i singoli passaggi si diramano dal detto collettore di arrivo trasversalmente alla direzione di quest'ultimo ed in successione rispetto a questa direzione.

2

RIVENDICAZIONI

3. Estrusore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il rapporto lunghezza/diametro dei detti passaggi, di sezione circolare, non supera 10:1.

4. Estrusore secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui il detto dispositivo di raffreddamento comprende un ulteriore blocco metallico raffreddato (22') secondo (a) con i rispettivi collettori di arrivo (30') e d'uscita (34') secondo (b) e (c) della rivendicazione 1, il collettore d'uscita (34) del primo blocco essendo raccordato al collettore di arrivo (30') del detto ulteriore blocco.

5. Estrusore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l'ampiezza del collettore di arrivo, misurata nella direzione dei rispettivi passaggi, diminuisce progressivamente, ed in cui l'analoga ampiezza del collettore di uscita aumenta progressivamente.

6. Estrusore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la sezione complessiva di tutti i passaggi (24) intercolleganti un collettore di arrivo col rispettivo collettore di uscita è maggiore della sezione effettiva (51) del collettore di arrivo attraversata dal flusso completo di resina fusa.

7. Estrusore secondo la rivendicazione 6, in cui la detta sezione complessiva è anche maggiore della sezione effettiva del collettore di uscita (34).

8. Estrusore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il detto blocco metallico raffreddato è un manicotto cilindrico circolare (40, 40', 42, 42'), ed in cui i detti passaggi sono radiali e formano una pluralità di file situate in piani contenenti l'asse del blocco, le facce frontali del blocco essendo raffreddate mediante camicie di raffreddamento.

9. Estrusore secondo la rivendicazione 8, in cui il detto manicotto cilindrico circolare è costituito da almeno due anelli disposti testa contro testa e formanti tra loro un'intercapedine anulare (98) coassiale al blocco per la circolazione di un fluido di raffreddamento.

10. Estrusore secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui uno dei collettori, di sezione anulare, è definito dalla faccia radialmente interna del manicotto e da un'ogiva (54) penetrante assialmente nel manicotto a partire da una prima estremità di quest'ultimo, l'ampiezza radiale di questo collettore essendo decrescente fino a zero verso la detta prima estremità, ed in cui il secondo collettore è definito dalla faccia radialmente esterna del detto manicotto e da una scatola tubolare che circonda il manicotto, l'ampiezza radiale del detto secondo collettore essendo decrescente fino a zero dalla detta prima estremità all'estremità opposta del manicotto.