ES2940675T3

ES2940675T3 - Cabezal de coextrusión de polímero con una boquilla de doble canal

Info

Publication number: ES2940675T3
Application number: ES18796928T
Authority: ES
Inventors: Stephan Sick; Dirk Sander; Ivo Lohr; Andrea Zucconi
Original assignee: SIMA Srl; Polytex Sportbelage Produktions GmbH; Sima SRL
Current assignee: SIMA Srl; Polytex Sportbelage Produktions GmbH; Sima SRL
Priority date: 2017-11-03
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2023-05-10
Anticipated expiration: 2038-11-02
Also published as: EP4219117A3; JP2023078343A; US11541585B2; EP3703929A1; JP2021501836A; EP4219117A2; JP7704493B2; EP3703929B1; WO2019086632A1; EP4219117A8; EP3479991A1; JP7250786B2; US20200340142A1

Abstract

Un cabezal de coextrusión para fabricar una fibra de polímero bicomponente, que comprende una primera entrada para recibir un componente de polímero de núcleo (206), una segunda entrada para recibir un componente de polímero de revestimiento (204) y una boquilla de doble canal (100) que comprende un canal interno (102, 104) y un canal exterior (104, 106) que rodea el canal interior (102, 104). Los canales interior y exterior (104, 106) están en conexión hidráulica con la primera y segunda entrada, respectivamente. La boquilla de doble canal (100) comprende además un camino de unión (106, 108) que establece una conexión hidráulica entre el canal interior (102, 104), el canal exterior (104, 106) y una salida de boquilla (108, 110) de la boquilla de doble canal (100). El camino de unión (106, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Cabezal de coextrusión de polímero con una boquilla de doble canal

Campo de la invención

La invención está relacionada con un dispositivo de extrusión y, más específicamente, con un dispositivo para coextruir una fibra polimérica bicomponente a partir de dos componentes poliméricos.

Antecedentes y técnica relacionada

La extrusión es un método de uso generalizado para la fabricación de fibras poliméricas. En el caso más simple, se presiona masa fundida polimérica fluida a través de una abertura circular microscópica para conformar una fibra cilíndrica circular. Sin embargo, existen aplicaciones en las que son preferibles las fibras poliméricas con una sección transversal no circular. Se sabe que el enfoque directo de cambiar la forma de la abertura de extrusión funciona siempre y cuando el flujo a través de la abertura de extrusión sea laminar. La forma de la abertura de coextrusión es un factor que influye en la laminaridad. Especialmente si la forma tiene un gran gradiente de espesor, es decir, una transición entre una zona gruesa y una zona delgada en una distancia corta, se puede formar inestabilidad turbulenta en el flujo de polímero y dar como resultado discontinuidades y/o defectos del producto.

Las fibras poliméricas bicomponente se pueden conformar por extrusión simultánea de dos componentes poliméricos (coextrusión). En la fibra unida, los dos componentes están separados por una superficie interfacial. Esta superficie está sujeta a desgaste debido al envejecimiento y a influencias externas. Eventualmente, los dos componentes pueden delaminarse, de modo que la fibra bicomponente puede separarse con un esfuerzo insignificante. Este efecto es especialmente marcado si los dos componentes están basados en polímeros de diferente polaridad, como por ejemplo poliamida polar y polietileno no polar.

Por lo tanto, sería deseable tener un dispositivo de coextrusión que esté adaptado para producir una fibra polimérica bicomponente con un riesgo reducido de delaminación. Preferiblemente, el dispositivo de coextrusión también estaría adaptado para producir dicha fibra bicomponente con un número reducido de discontinuidades.

La solicitud de patente alemana DE 10 2013 011 956 A1 describe un dispositivo de hilera para producir filamentos poliméricos bicomponente, en el que el componente polimérico del núcleo se transporta a través de un tubo central y el componente polimérico del revestimiento se transporta a través de juntas de estrangulamiento hidráulico.

El documento KR 100 990 991 B1 describe un dispositivo de hilera de polímero bicomponente que comprende un primer canal que se inserta concéntricamente en un segundo canal, adaptado para inyectar un primer polímero fundido a través del primer canal en un segundo polímero fundido que rellena el segundo canal.

Los documentos US 4059 949 A y JP H04 202806 A describen cabezales de coextrusión adicionales para producir fibras bicomponente.

Compendio de la invención

En las reivindicaciones independientes, la invención proporciona un cabezal de coextrusión y un sistema para fabricar una fibra bicomponente con un riesgo reducido de delaminación. En las reivindicaciones dependientes se proporcionan realizaciones.

En un aspecto, la invención proporciona un cabezal de coextrusión para fabricar una fibra polimérica bicomponente, comprendiendo el cabezal de coextrusión una primera entrada para recibir un componente polimérico del núcleo, una segunda entrada para recibir un componente polimérico del revestimiento y una boquilla de doble canal, comprendiendo la boquilla de doble canal un canal interior y un canal exterior que rodea al canal interior, estando el canal interior en conexión hidráulica con la primera entrada, estando el canal exterior en conexión hidráulica con la segunda entrada, comprendiendo la boquilla de doble canal además un camino de unión, estableciendo el camino de unión una conexión hidráulica entre el canal interior, el canal exterior y una salida de boquilla de la boquilla de doble canal, estando adaptado el camino de unión para poner en contacto entre sí el componente polimérico del núcleo y el componente polimérico del revestimiento de tal manera que se forme una capa de contacto entre el componente polimérico del núcleo y el componente polimérico del revestimiento en respuesta a la recepción simultánea del componente polimérico del núcleo procedente del canal interior y del componente polimérico del revestimiento procedente del canal exterior, comprendiendo la capa de contacto una mezcla del componente polimérico del núcleo y el componente polimérico del revestimiento.

El cabezal de coextrusión está adaptado para producir una fibra bicomponente con un núcleo fabricado a partir del componente polimérico del núcleo y un revestimiento fabricado a partir del componente polimérico del revestimiento. Ambos componentes comprenden una parte mayoritaria de un polímero del núcleo o, respectivamente, de un polímero del revestimiento, que son miscibles entre sí en estado fluido. El polímero del núcleo y el polímero del revestimiento pueden ser cada uno un polímero puro o una mezcla de dos o más polímeros. El polímero del núcleo y el polímero del revestimiento son miscibles, pero se pueden diferenciar en términos de polaridad. En un ejemplo, el polímero del núcleo es poliamida, que es polar, y el polímero del revestimiento es polietileno, que es no polar.

En particular, el componente polimérico del núcleo puede ser una mezcla de al menos dos fases poliméricas, donde un polímero adicional debe extruirse en el interior del núcleo de la fibra bicomponente junto con el polímero del núcleo de modo que pueda formar bolitas, hilos u otras estructuras filamentosas a medida que se fabrica la fibra. Más particularmente, el polímero adicional puede ser inmiscible con el polímero del núcleo, de manera que se puede extruir un compatibilizador en el interior del núcleo como una tercera fase polimérica para formar una interfaz con el polímero adicional y el polímero del núcleo. En general, el componente polimérico del núcleo puede ser una mezcla de polímeros, un lote maestro o un lote compuesto como se describe en la solicitud de patente europea EP 3116942 A1.

El componente polimérico del núcleo y/o el componente polimérico del revestimiento también pueden comprender aditivos, incluidos, pero no limitados a, al menos uno de los siguientes: una cera, un agente de deslustrado, un estabilizador frente a los UV, un retardante de llama, un antioxidante, un fungicida, un pigmento y combinaciones de los mismos.

El cabezal de coextrusión comprende una boquilla de doble canal. En comparación con la coextrusión con boquillas de un solo canal solo para el componente del núcleo, montadas en perforaciones con aberturas de extrusión, actuando las perforaciones como canales exteriores para guiar el componente del revestimiento hacia las aberturas de extrusión, las boquillas de doble canal descritas pueden permitir un diseño simplificado de las partes de calentamiento para los canales más pequeños, lo que puede permitir una miniaturización del cabezal de coextrusión. Además, las boquillas de doble canal se pueden mecanizar con pequeñas tolerancias, lo que puede conducir a una reproducibilidad mejorada y menores variaciones de las propiedades del producto, como por ejemplo el espesor de la capa de contacto de las fibras bicomponente producidas con diferentes boquillas.

La boquilla de doble canal comprende un camino de unión que está adaptado para formar una capa de contacto entre núcleo y revestimiento. Dentro del alcance de esta divulgación, el término "camino de unión" designa, por ejemplo, a una estructura de canal dentro de una boquilla de doble canal de un cabezal de coextrusión que está en conexión hidráulica con la primera entrada a través del canal interior, con la segunda entrada a través del canal exterior, y con una abertura de extrusión del cabezal a través de la salida de la boquilla, donde el camino de unión es la estructura de canal en la que, durante la operación de coextrusión del cabezal de coextrusión, el componente polimérico del núcleo fundido y el componente polimérico del revestimiento fundido entran en contacto físico el uno con el otro por primera vez. El camino de unión es una unidad estructural de las estructuras de canal dentro de una boquilla de doble canal que se puede distinguir de otras unidades de canal estructurales por su posición formando una interfaz con el canal interior, con el canal exterior y con la salida de la boquilla. Típicamente, aunque no es obligatorio, el camino de unión también puede comprender otras peculiaridades estructurales, como un diámetro que pasa del diámetro del canal exterior al de la salida de la boquilla.

El camino de unión está diseñado de tal manera que, cuando estos dos polímeros miscibles entran en contacto, se mezclan el uno con el otro en una zona de interfaz denominada en el presente documento "capa de contacto". Se señala que el efecto de proporcionar una fibra bicomponente con una capa de contacto en la que los materiales de los componentes del núcleo y del revestimiento se entremezclan no es únicamente un rasgo del proceso, sino más bien el resultado de un rasgo estructural de la boquilla de doble canal que define un espacio de parámetros para el proceso de coextrusión dentro del cual tiene lugar el entremezclado núcleo-revestimiento de una manera suficientemente controlada para producir el resultado deseado (la capa de contacto).

De acuerdo con las realizaciones, la boquilla de doble canal está diseñada de tal manera que el flujo de dos componentes de coextrusión adyacentes da como resultado la formación de una capa de contacto uniforme, a pequeña escala, que comprende una mezcla de ambos componentes en la interfaz de los dos componentes para al menos un conjunto de rangos de parámetros de proceso. En particular, el que se produzca un entremezclado controlado, a pequeña escala, de los dos componentes de coextrusión (es decir, el componente polimérico del núcleo y el componente polimérico del revestimiento) puede ser el resultado de una elección apropiada de las dimensiones del camino de unión en relación con una o más estructuras de canal adyacentes (el canal exterior, el canal interior y la salida de la boquilla) y/o en relación con una velocidad de flujo de diseño respectiva en cada uno de los canales interior y exterior en respuesta a una velocidad de alimentación de diseño respectiva a través de cada una de las entradas primera y segunda; la disposición espacial del canal interior, del canal exterior y de la salida de la boquilla unos con respecto a otros; la disposición espacial de las aberturas de descarga del canal interior y del canal exterior hacia el camino de unión; y las dimensiones del canal interior, del canal exterior y de la salida de la boquilla.

De esta manera, el patrón de flujo para ambos componentes de coextrusión a través del camino de unión está definido por los rasgos estructurales de la boquilla de doble canal y del camino de unión, los cuales, sin limitación a los rasgos estructurales mencionados explícitamente en el presente documento, deberían elegirse de tal manera que los componentes poliméricos del núcleo y del revestimiento se mezclen entre sí en una capa de contacto interfacial entre núcleo y revestimiento para al menos un conjunto de rangos de parámetros de proceso.

Durante la producción de la fibra polimérica bicomponente, los dos componentes se calientan hasta un estado líquido, se unen en el camino de unión, y se presionan a través de una abertura de extrusión del cabezal de coextrusión. Cuando el precursor de fibra bicomponente así formado por la coextrusión se enfría, los dos polímeros se solidifican de modo que la capa de contacto forma una conexión sólida entre ambos componentes que carece de cualquier superficie de contacto. La capa de contacto forma una estructura tridimensional, casi monolítica, que puede comprender una transición gradual de tipos de polímeros, es decir, la densidad numérica de las moléculas del componente polimérico del núcleo disminuye gradualmente desde el núcleo hacia el exterior y la densidad numérica de las moléculas del componente polimérico del revestimiento disminuye de forma análoga desde el revestimiento hacia el interior. En el caso especial de polímeros de núcleo y revestimiento idénticos, la densidad numérica de las moléculas de polímero permanece constante, mientras que sólo la concentración de aditivos, que pueden estar presentes en sólo uno de los componentes que forman la interfaz, forma un gradiente hacia el otro componente respectivo.

Por lo tanto, el camino de unión está adaptado para conectar núcleo y revestimiento mediante un enlace sustancia-asustancia formado por una mezcla de polímeros que se mantiene unida por fuerzas intermoleculares que pueden ser más fuertes que las fuerzas puramente adhesivas que actúan a través de dos polímeros diferentes adyacentes, pero no entremezclados. Las moléculas de los dos polímeros están unidas entre sí por entrelazamiento topológico y fuerzas intermoleculares similares a las fuerzas intermoleculares cohesivas presentes en una fibra monocomponente. Una fibra bicomponente producida con un cabezal de coextrusión de acuerdo con las realizaciones de la invención puede ser, por lo tanto, más resistente al esfuerzo cortante que actúa en la dirección axial de la fibra y, por lo tanto, será menos probable que se delamine el revestimiento del núcleo. Por lo tanto, dicha fibra bicomponente puede presentar una resistencia al desgaste mejorada.

Por medio de la boquilla de doble canal, el cabezal de coextrusión está adaptado para producir fibras poliméricas cilíndricas, donde el término "cilíndrico" denota un cilindro recto general, es decir, que tiene su eje principal orientado perpendicular a su plano de base o sección transversal. Específicamente, cada fibra producida puede ser un cilindro no circular, es decir, que tiene una sección transversal no circular. Ejemplos de una sección transversal no circular incluyen una elipse o un polígono. Se entiende que las secciones transversales de núcleo y revestimiento pueden seleccionarse independientemente unas de otras, y que cada uno del núcleo y el revestimiento puede tener una sección transversal no circular. En un ejemplo no limitativo, el núcleo tiene una sección transversal triangular, mientras que el revestimiento tiene una sección transversal circular. En otro ejemplo no limitativo, un núcleo elíptico está rodeado por un revestimiento en forma de judía. En otro ejemplo no limitante adicional, la fibra tiene un núcleo circular y un revestimiento con dos protuberancias que se extienden alejándose del núcleo con una longitud de al menos el diámetro del núcleo.

Otra ventaja puede ser que no se necesitan compatibilizadores u otras capas de material de interfaz para poner en contacto núcleo y revestimiento. Esto puede producir un diseño simplificado del cabezal de coextrusión y permitir una producción más sencilla y más eficiente en costes de las fibras bicomponente.

El camino de unión puede diseñarse de manera que se produzca un flujo turbulento estable entre el componente polimérico del núcleo y el componente polimérico del revestimiento. El tamaño y la dinámica de la turbulencia pueden ser sensibles a la elección particular de materiales y/o parámetros de proceso para el proceso de coextrusión. Dichos parámetros pueden incluir la velocidad de alimentación de uno de los componentes o de ambos, la diferencia de velocidades de alimentación, temperatura, presión y/o viscosidad de uno de los componentes o de ambos a una temperatura y/o presión dada(s).

La estructura y las dimensiones del camino de unión están dimensionadas y conformadas de manera que se produzca una turbulencia estable. Las estructuras y dimensiones del camino de unión, del canal interior y del canal exterior aguas arriba del camino de unión se eligen de manera que se forme una turbulencia estable entre el componente polimérico del núcleo y el componente polimérico del revestimiento (que se denominan en conjunto "los componentes de coextrusión" en el presente documento). El solicitante ha observado que las dimensiones descritas en el presente documento proporcionan una zona de contacto estable con un espesor deseado para la mayoría de los tipos de polímeros utilizados en la producción de fibras de césped artificial, p. ej. polietileno y poliamida. En algunos casos, las dimensiones de los conductos y otros elementos del cabezal de extrusión pueden adaptarse ligeramente a otros tipos de polímeros.

La creación de la mezcla de los componentes de coextrusión que definen la capa de contacto también puede estar influenciada por la longitud x¹del camino de unión. Desde el lugar de su inducción, la turbulencia puede extenderse a lo largo de la longitud del camino de unión en lugar de permanecer confinada a dicho lugar de inducción. El solicitante ha observado que el proceso de coextrusión implica un riesgo de que las dimensiones de la turbulencia (por ejemplo, un diámetro de vórtice) puedan variar a lo largo de la longitud axial del camino de unión. Un camino de unión demasiado largo puede conducir a inestabilidad de la turbulencia, de modo que el espesor de la capa de contacto puede volverse variable y/o los componentes pueden segregarse parcialmente de nuevo, mientras que un camino de unión demasiado corto puede producir como resultado un mezclado insuficiente de los componentes de coextrusión. Por lo tanto, el tamaño y la forma de los componentes de la boquilla de doble canal, en particular la longitud del camino de unión x¹, deberían elegirse como se describe en el presente documento para las realizaciones de la invención para garantizar que el espesor y/o el grado de mezclado de la capa de contacto se mantengan dentro de límites deseados.

De acuerdo con las realizaciones, el camino de unión está confinado por un estrechamiento cónico de la boquilla de doble canal. Un camino de unión cónico puede estabilizar la laminaridad del flujo másico para el componente del revestimiento, de modo que la turbulencia en la zona de contacto, que es necesaria para obtener una capa de contacto que contenga una mezcla de polímero del núcleo y polímero del revestimiento, se pueda controlar a través de la temperatura y/o la velocidad de alimentación sin realimentación al flujo másico del polímero del revestimiento.

De acuerdo con la invención, el canal interior tiene una sección transversal circular, el camino de unión tiene una longitud axial x¹entre la salida de la boquilla y el canal interior, siendo la longitud axial x¹de 3 a 7 veces el diámetro del canal interior. De acuerdo con las realizaciones, el canal interior tiene una sección transversal circular con un diámetro de entre 0,5 y 1,5 mm, preferiblemente de 1,25 mm.

Esto puede permitir ajustar las dimensiones en el camino de unión a las propiedades específicas, como por ejemplo la viscosidad o el módulo a cizalladura, de los componentes poliméricos que se pondrán en contacto, y a los parámetros específicos del proceso, como la temperatura o la presión, para proporcionar propiedades reológicas beneficiosas para establecer una unión firme entre el núcleo y el revestimiento de la fibra bicomponente. Si la longitud del camino de unión se elige demasiado larga, se puede suprimir la turbulencia por realimentación de una mayor interacción pared-polímero. Por otro lado, un camino de unión demasiado corto puede destruir la estabilidad de la turbulencia, de modo que la capa de contacto se vuelva variable, p. ej. en espesor y posición. Una fibra bicomponente producida con una zona de unión demasiado corta puede no mostrar ya ninguna de las propiedades superficiales beneficiosas que se supone que surgen de una clara distinción entre núcleo y revestimiento.

De acuerdo con las realizaciones, el cabezal de coextrusión comprende además una abertura de extrusión y un camino de coextrusión, estableciendo el camino de coextrusión una conexión hidráulica entre la salida de la boquilla y la abertura de extrusión, estando adaptado el camino de coextrusión para recibir simultáneamente el componente polimérico del núcleo, el componente polimérico del revestimiento y la capa de contacto procedentes de la salida de la boquilla de manera que se forme una hebra de polímero coextruida en el camino de coextrusión, comprendiendo la hebra de polímero coextruida un núcleo, un revestimiento que rodea el núcleo, y formando la capa de contacto una interfaz entre el núcleo y el revestimiento.

Un camino de coextrusión aguas abajo del camino de unión puede proporcionar ventajosamente un canal en el que se permite que la hebra de polímero unida regrese al flujo laminar. Esto puede permitir conformar el contorno exterior de la fibra en un paso independiente que está libre de las turbulencias que se necesitaban para formar la capa de contacto. Unir el revestimiento y el núcleo entre sí y conformar el revestimiento para darle su forma final pueden considerarse pasos de proceso independientes, lo que permite un control más preciso de los parámetros de proceso para producir la fibra polimérica bicomponente con propiedades estables y reproducibles. Aguas arriba de la abertura de extrusión puede ser deseable un flujo laminar, ya que éste puede producir un contorno suave y homogéneo a lo largo de toda la longitud del producto. Esto puede ser especialmente beneficioso para fibras con bordes delgados.

De acuerdo con las realizaciones, la abertura de extrusión tiene una sección transversal no circular y el camino de coextrusión tiene una sección transversal no circular. De acuerdo con las realizaciones, el camino de unión tiene una sección transversal circular.

Un camino de coextrusión conformado con el contorno deseado de la fibra acabada que se quiere producir puede permitir conformar la hebra de polímero coextruida que emerge de la boquilla de doble canal para darle una forma no circular. En un ejemplo preferible, la hebra de polímero coextruida emerge de la boquilla de doble canal con una sección transversal circular y se le da una forma de sección transversal no circular mediante el camino de coextrusión. Por ejemplo, la sección transversal no circular de la hebra de polímero coextruida puede ser simétrica, repetitiva o irregular; poligonal, elíptica, lenticular, plana, puntiaguda o alargada. La salida de la boquilla puede hacer contacto directamente con el camino de coextrusión, de manera que la condición de retención de presión impuesta por la boquilla se relaje localmente, permitiendo que el componente polimérico del revestimiento se extienda hacia el interior de las partes no circulares del perfil. De esta manera, una sección transversal no circular puede permitir una gran variedad de formas para la fibra polimérica bicomponente con un riesgo reducido de delaminación, lo que puede incrementar el número de posibles aplicaciones.

De acuerdo con las realizaciones, el camino de coextrusión tiene una longitud axial x²entre la salida de la boquilla y la abertura de extrusión.

De acuerdo con las realizaciones, la longitud axial x²se selecciona de tal manera que el revestimiento rellene la sección transversal no circular en la abertura de extrusión. Esto puede permitir ajustar la longitud del camino de coextrusión a un valor óptimo que sea lo suficientemente largo para permitir que el revestimiento rellene completamente el contorno de la abertura de extrusión y adopte un flujo dirigido en dirección axial en toda la sección transversal de la abertura, pero lo más corto posible para minimizar las pérdidas por fricción. Esto puede contribuir a la suavidad y estabilidad de la superficie del revestimiento exterior de la fibra polimérica acabada que sale de la abertura de extrusión. Un camino de coextrusión demasiado corto puede provocar turbulencia en la abertura de extrusión, de modo que el contorno de la fibra que emerge de la abertura de extrusión vuelve a tener una sección transversal circular en lugar de mantener la sección transversal no circular.

De acuerdo con las realizaciones, la longitud axial x²es de entre 1,5 y 4,0 mm. Este rango puede ser una elección beneficiosa para varios materiales poliméricos que se usan habitualmente para producir fibras poliméricas artificiales, como por ejemplo polietilenos o poliamidas. La longitud del camino de coextrusión puede elegirse de este rango para reflejar la viscosidad de la hebra de polímero coextruida y los parámetros del proceso. Un polímero con una viscosidad baja a una temperatura de proceso de diseño puede necesitar un camino de coextrusión más corto, ya que rellena el contorno de la abertura de extrusión más fácilmente que un polímero de alta viscosidad. Especialmente si los dos componentes se coextruyen a diferentes velocidades de alimentación, la longitud del camino de coextrusión se puede adaptar a una viscosidad efectiva de toda la hebra de polímero coextruida en lugar de a la viscosidad del componente polimérico del revestimiento puro porque la interacción laminar núcleo-revestimiento puede influir en el espacio necesario para rellenar el contorno.

De acuerdo con las realizaciones, la longitud axial x¹del camino de unión es de entre el 5 y el 50 por ciento de la longitud axial x²del camino de coextrusión. Para una elección determinada de materiales de componentes poliméricos y parámetros de proceso de diseño, longitudes de camino ideales x¹y x²determinadas independientemente pueden tener típicamente una relación dentro de este rango. Por lo tanto, el diseño del cabezal de coextrusión puede simplificarse, p. ej. seleccionando del rango de x¹indicado más arriba una longitud de camino de unión x¹adecuada para los materiales de los componentes poliméricos elegidos y los parámetros de proceso de diseño, y derivando una longitud de camino de coextrusión x²correspondiente usando una proporción adecuada de dicho rango. Una relación x ¹:x²más pequeña puede ser beneficiosa para escenarios en los que se espera que la interacción núcleo-revestimiento laminar en el camino de coextrusión conduzca a una mayor viscosidad efectiva de la hebra de polímero coextruida en comparación con la viscosidad del componente polimérico del revestimiento puro, y viceversa.

De acuerdo con las realizaciones, el cabezal de coextrusión comprende al menos dos boquillas de doble canal y una pila jerárquica de placas de canales, comprendiendo cada una de las placas de canales primeros canales y segundos canales, estableciendo los primeros canales la conexión hidráulica entre la primera entrada y cada canal interior de las al menos dos boquillas de doble canal, estableciendo los segundos canales la conexión hidráulica entre la segunda entrada y cada canal exterior de las al menos dos boquillas de doble canal, siendo constante o creciente en dirección hacia aguas abajo el número de canales por placa de canales.

El componente polimérico del núcleo y el componente polimérico del revestimiento se alimentan al cabezal de coextrusión a través de una entrada respectiva (normalmente una entrada por componente) y se distribuyen a las boquillas de doble canal a través de los canales primero y segundo respectivos. Como el flujo de polímero total por placa de canales es constante, el número de canales aumenta con cada ramificación desde la entrada hacia las boquillas, y la anchura o el diámetro específicos de los canales para un nivel de jerarquía subsiguiente disminuye en consecuencia. Para una placa de canales dada, la anchura de canal específica del nivel es, por lo tanto, menor que la anchura o diámetro de canal específica respectiva en la(s) placa(s) de canales, si está(n) presente(s), de un nivel anterior (aguas arriba), y mayor que la anchura o diámetro de canal específica respectiva en la(s) placa(s) de canales, si está(n) presente(s), de un siguiente nivel (aguas abajo). Como ejemplo, los canales primero y segundo de una placa de canales particular elegida de la mitad del cabezal de coextrusión pueden tener la mitad de la sección transversal de los canales primero y segundo, respectivamente, de la placa de canales que precede directamente a la placa de canales en consideración, teniendo al mismo tiempo el doble de la sección transversal de los canales primero y segundo, respectivamente, de la placa de canales que sigue directamente a la placa de canales en consideración.

El cabezal de coextrusión puede comprender además cámaras de presión para cada componente que pueden producir una distribución de presión más homogénea en los canales situados aguas abajo. Una cámara de presión es esencialmente una gran cavidad que conecta hidráulicamente entre sí varios canales de un tipo de canal. Preferiblemente, una cámara de presión abarca casi toda la anchura del cabezal de coextrusión, de modo que coincida con al menos una disposición paralela de boquillas de coextrusión a lo largo de esa anchura. La alimentación homogénea de toda la longitud de una cámara de presión puede requerir una disposición paralela de canales de aguas arriba de una anchura o paso de jerarquía adecuados. Los canales aguas abajo de la cámara de presión pueden estar en el mismo o en el siguiente paso de jerarquía que los canales de aguas arriba que alimentan a la cámara de presión, de modo que la jerarquía no se vea afectada por la presencia de la cámara de presión. Esto puede producir un flujo de material más homogéneo a través del cabezal de coextrusión, de modo que variaciones de presión para ambos componentes de coextrusión son

Finalmente, la configuración puede proporcionar una fibra polimérica bicomponente con mayor estabilidad a cizalladura.

Breve descripción de las figuras

A continuación, se explican con mayor detalle realizaciones de la invención, únicamente a modo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos, en los cuales:

La Figura 1 muestra un corte esquemático a través de una boquilla de doble canal;

La Figura 2 demuestra el flujo de componente polimérico del núcleo fluido y de componente polimérico del revestimiento fluido durante la coextrusión;

La Figura 3 es un dibujo CAD que muestra una vista explosionada de placas de canales;

La Figura 4 es un corte CAD a través de un cabezal de coextrusión que ilustra primeros canales en un diseño jerárquico; y

La Figura 5 es un corte CAD a través de un cabezal de coextrusión que ilustra segundos canales en un diseño jerárquico.

Descripción detallada

Las fibras poliméricas bicomponente convencionales consisten en dos componentes poliméricos conformados para obtener un monofilamento en el que los dos componentes están conectados de forma adhesiva entre sí. Estas fibras se pueden producir por extrusión simultánea (coextrusión) de los dos componentes poliméricos. Como el desgaste y el envejecimiento pueden conducir a una degradación o pérdida de la conexión adhesiva (delaminación), sería deseable tener un dispositivo de coextrusión que permitiera producir fibras poliméricas bicomponente con una conexión más fuerte de los dos componentes poliméricos.

En la Figura 1 se muestra un diseño preferible de una boquilla de doble canal 100 montada en una cavidad de un cabezal de coextrusión. Si el cabezal de coextrusión se implementa como una pila de placas de canales, cada cavidad del cabezal de coextrusión puede estar formada por un canal de calentamiento situado en la placa de extrusión y orificios pasantes de al menos una placa aguas arriba de la placa de extrusión, donde los orificios pasantes están alineados con el canal de calentamiento. La boquilla de doble canal 100 de la Figura 1 se inserta en un canal de calentamiento 112 de una placa de extrusión 110 a través de un orificio pasante alineado de la placa de canales montada encima de la placa de extrusión 110. El canal de calentamiento 112 está adaptado para comprender además un calentamiento (no mostrado) para mantener la boquilla 100 y, por lo tanto, la abertura de extrusión), de modo que no se necesitan piezas adicionales para sellar la conexión hidráulica. Esto puede requerir un mecanizado preciso de las boquillas de doble canal (por ejemplo, con respecto a su longitud axial) y/o de las placas de canales (por ejemplo, con respecto al posicionamiento de los orificios pasantes a través de los cuales se insertan las boquillas intercambiables en los canales de calentamiento).

De acuerdo con las realizaciones, el canal de calentamiento comprende un rebaje para recibir la boquilla de doble canal. Esto puede mejorar la precisión de posicionamiento de la boquilla en la abertura de coextrusión o en el camino de coextrusión. Además, un rebaje puede simplificar el ensamblaje o reensamblaje del cabezal, y puede incrementar la estanqueidad de la conexión hidráulica entre la boquilla y la abertura de coextrusión o el camino de coextrusión.

De acuerdo con las realizaciones, las placas de canales están adaptadas para la eliminación pirolítica de restos de polímero a temperaturas entre 450 y 750 °C. Esto puede tener la ventaja de que se puede omitir o reducir al mínimo una limpieza mecánica, lo que puede prolongar la vida útil de las placas de canales y/o reducir los tiempos de mantenimiento del cabezal de coextrusión. La idoneidad para la pirólisis puede lograrse fabricando las placas de canales de un material adecuado (por ejemplo, acero inoxidable) y/o dotando a las placas de un revestimiento que sea resistente a las temperaturas de pirólisis deseadas.

De acuerdo con las realizaciones, la boquilla de doble canal está adaptada para temperaturas de trabajo de entre 180 y 270 °C. Esto puede tener la ventaja de una resistencia mejorada al envejecimiento térmico y/o una interacción química reducida con los componentes poliméricos coextruidos. Materiales adecuados pueden ser metales o aleaciones metálicas (por ejemplo, acero inoxidable o aluminio) o materiales cerámicos. Preferiblemente, la boquilla de doble canal tiene el mismo coeficiente de expansión térmica que las placas de canales para hacer que la estanqueidad de las conexiones hidráulicas sea independiente de la temperatura.

De acuerdo con las realizaciones, la boquilla de doble canal es una pieza intercambiable. Esto puede proporcionar el beneficio de desacoplar la fabricación de las partes responsables de formar la capa de contacto núcleo-revestimiento del ensamblaje del cabezal de coextrusión. Por ejemplo, la boquilla de doble canal puede fabricarse en un proceso que no es implementable o compatible con un cabezal de coextrusión dado o su método de fabricación. De esta forma, la calidad de la capa de contacto (incluidos, por ejemplo, el grado de mezclado de la mezcla de polímeros del núcleo y el componente polimérico del revestimiento dentro de la capa de contacto y/o la estabilidad de su espesor) puede mejorarse y hacerse más fiable, ya que puede depender menos fuertemente de la calidad de fabricación o de ensamblaje del cabezal de coextrusión (por ejemplo, de la precisión de posicionamiento de la boquilla dentro de una cavidad receptora).

Las boquillas intercambiables de doble canal también pueden simplificar el ensamblaje del cabezal de coextrusión o su reensamblaje cuando se desmonta el cabezal, p. ej. para mantenimiento o limpieza. Además, las boquillas intercambiables pueden simplificar la limpieza de un cabezal desmontado, ya que las boquillas de doble canal, que se encuentran entre las partes del cabezal con el diámetro de canal más pequeño, pueden reemplazarse en lugar de limpiarse.

Las boquillas de doble canal intercambiables también pueden permitir mantener uno o más juegos de boquillas de repuesto. Esto puede permitir reutilizar las boquillas en lugar de desecharlas. En un ejemplo, un primer juego usado de boquillas de doble canal se retira del cabezal y se reemplaza por un segundo juego limpio de boquillas mientras el cabezal está desmontado para su limpieza. De esta manera, el funcionamiento del cabezal de coextrusión puede continuar mientras el primer conjunto se somete a una limpieza externa para su futura reutilización.

Considerando una vez más la influencia de las dimensiones y la estructura del camino de unión en la formación de una capa de contacto estable, continua y bien definida, se hace evidente una ventaja adicional de las boquillas de doble canal intercambiables: las boquillas de doble canal intercambiables pueden permitir mantener listos diferentes juegos de boquillas de doble canal, donde cada juego comprende boquillas que están estructuradas específicamente para una combinación particular de componentes de coextrusión. Al igual que el camino de unión, también se pueden desarrollar específicamente las estructuras y dimensiones del canal interior y exterior de la boquilla de doble canal para cada combinación particular de componentes de coextrusión, p. ej. eligiendo un área de sección transversal más grande para un canal que está designado para transportar un componente de coextrusión con una viscosidad más alta, y viceversa.

De acuerdo con las realizaciones, el canal interior y el canal exterior tienen una sección transversal circular, comprendiendo el canal interior una sección terminal de diámetro constante que desemboca en el camino de unión, rodeando el canal exterior a la sección terminal del canal interior concéntricamente y con un diámetro constante. De acuerdo con las realizaciones, la sección terminal del canal interior tiene una longitud axial de al menos diez veces el diámetro de la sección terminal del canal interior. De acuerdo con las realizaciones, el camino de unión (106) tiene una longitud axial x¹entre la salida de la boquilla (108) y el canal interior (102), teniendo la sección terminal del canal interior (102) una longitud axial de entre dos y quince veces la longitud axial x¹del camino de unión (106).

Estas realizaciones pueden tener la ventaja de garantizar que, en respuesta a que el camino de unión recibe simultáneamente el componente polimérico del núcleo procedente del canal interior y el componente polimérico del revestimiento procedente del canal exterior, ambos componentes de coextrusión se introducen en el camino de unión en un flujo laminar. De esta forma, se puede crear una condición inicial controlada, que a su vez puede proporcionar una mayor cantidad de control sobre las condiciones físicas que gobiernan el flujo turbulento que crea la capa de contacto.

En otro aspecto, la invención proporciona un sistema de coextrusión que comprende el cabezal de coextrusión de acuerdo con las realizaciones de la invención, un primer alimentador para alimentar el polímero del núcleo a través de la primera entrada, y un segundo alimentador para alimentar el polímero del núcleo a través de la segunda entrada.

Dichos rangos de velocidad de alimentación incluyen alimentar el componente polimérico del núcleo a una velocidad de alimentación mayor que el componente polimérico del revestimiento. Esto puede tener el efecto ventajoso de que el flujo en el camino de unión se mantenga en una turbulencia estable, a pequeña escala. Esto puede ayudar a la formación de la fina capa de contacto de espesor constante entre núcleo y revestimiento donde se entremezclan el polímero del núcleo y el polímero del revestimiento. Eventualmente, la configuración puede proporcionar una fibra polimérica bicomponente con mayor estabilidad a cizalladura.

Breve descripción de las figuras

La Figura 2 es un dibujo CAD que muestra una vista explosionada de placas de canales;

La Figura 3 es un corte CAD a través de un cabezal de coextrusión que ilustra primeros canales en un diseño jerárquico;

La Figura 4 es un corte CAD a través de un cabezal de coextrusión que ilustra segundos canales en un diseño jerárquico; y

La Figura 5 demuestra el flujo del componente polimérico del núcleo fluido y del componente polimérico del revestimiento fluido durante la coextrusión.

Descripción detallada

En la Figura 1 se muestra un diseño preferible de una boquilla de doble canal 100 montada en una cavidad de un cabezal de coextrusión. Si el cabezal de coextrusión se implementa como una pila de placas de canales, cada cavidad del cabezal de coextrusión puede estar formada por un canal de calentamiento en la placa de extrusión y orificios pasantes de al menos una placa aguas arriba de la placa de extrusión, donde los orificios pasantes están alineados con el canal de calentamiento. La boquilla de doble canal 100 de la Figura 1 se inserta en un canal de calentamiento 112 de una placa de extrusión 110 a través de un orificio pasante alineado de la placa de canales montada encima de de la placa de extrusión 110. El canal de calentamiento 112 está adaptado para comprender además un calentamiento (no mostrado) para mantener la boquilla 100 y, por lo tanto, los dos componentes poliméricos a una temperatura predefinida. Calentar la boquilla 100 puede evitar beneficiosamente la obstrucción de los estrechos canales capilares 102, 104 dentro de la boquilla debido a la adhesión de los componentes poliméricos a las paredes del canal.

La boquilla 100 comprende un canal interior 102 para recibir el componente polimérico del núcleo fundido y un canal exterior 104 para recibir el componente polimérico del revestimiento fundido. El componente polimérico del núcleo se puede alimentar al canal interior 102 a través de un canal de suministro central del cabezal de coextrusión, mientras que el componente polimérico del revestimiento se puede alimentar al canal exterior 104 a través de un canal anular (como se representa en la Figura 1) o un canal lateral del cabezal de coextrusión.

Un camino de unión 106 ubicado en un segmento final de la boquilla de doble canal 100 está conectado hidráulicamente al canal interior 102 y al canal exterior 104. El segmento final también comprende un estrechamiento donde el canal exterior 104 es guiado hacia el centro. El componente polimérico del núcleo fluido puede alimentarse a través del canal interior al interior del camino de unión 106, donde puede ponerse en contacto con el componente polimérico del revestimiento fluido mediante alimentación simultánea.

Las características de flujo del componente polimérico del núcleo y del componente polimérico del revestimiento en el camino de unión 106 se visualizan en la Figura 2. Los parámetros del proceso, principalmente la temperatura y las velocidades de alimentación, se eligen de tal manera que se logre un equilibrio entre el flujo laminar 202, 204 y el flujo turbulento 206 en el camino de unión 106. Un flujo puramente laminar 202, 204 daría como resultado una unión cohesiva comparativamente débil entre el núcleo y el revestimiento ya que las moléculas de ambos componentes no se mezclarían significativamente. Por otro lado, un flujo 206 fuertemente turbulento provocaría inestabilidades que destruirían la estructura núcleo-revestimiento al menos localmente.

Por lo tanto, preferiblemente, se equilibran los parámetros del proceso de manera que se crea una turbulencia a pequeña escala donde las moléculas del núcleo y del revestimiento se mezclan dentro de una zona de contacto delgada de anchura casi constante alrededor del núcleo. La zona de contacto constituye una zona de transición donde las densidades moleculares del polímero del núcleo y del polímero del revestimiento se fusionan sin formar una interfaz cohesiva. De esta manera, se puede obtener una fuerza de unión entre núcleo y revestimiento que supera la fuerza de unión que se puede lograr mediante unión cohesiva.

El camino de unión 106 está estructurado de una manera que favorece la inducción del campo de velocidades turbulento 206 en el patrón de corriente 204 del componente polimérico del núcleo. En respuesta, se crea un campo de velocidades con un cambio pronunciado de dirección a pequeña escala, que puede convertirse en un campo de velocidades turbulento 206 estático mediante transporte de masa continuo.

Además, la Figura 2 ilustra la interacción entre las restricciones mecánicas y las escalas de longitud para la formación y el mantenimiento de una turbulencia estable. En primer lugar, se observa que la salida del canal interior 102 y la salida de la boquilla 108 tienen las mismas dimensiones. Esto contrasta con el flujo másico, que consiste únicamente en el componente polimérico del núcleo en la salida del canal interior 102, pero sale por la salida de la boquilla 108 como una hebra de polímero unida que comprende la mezcla de polímeros del núcleo, el componente polimérico del revestimiento y la capa de contacto que forma una interfaz con los dos componentes de coextrusión. Esto provoca una tensión mecánica sobre el componente polimérico del núcleo, principalmente en la zona de turbulencia 206, indicada mediante flechas de turbulencia 206 en el perímetro del camino de unión 106 donde las corrientes del componente polimérico del núcleo y el componente polimérico del revestimiento, que están dirigidas una contra otra, entran en contacto entre sí.

Las paredes que definen la salida del canal interior 102, la(s) salida(s) del canal exterior 104, y la salida de la boquilla 108, imponen restricciones mecánicas a los flujos másicos convergentes dentro de distancias mutuas cercanas que definen una dimensión típica de la zona de turbulencia 206, es decir, una escala espacial de longitud típica que está disponible para la formación de turbulencia 208. De esta manera, se induce un flujo másico turbulento 206 estable que no puede ser mayor que la escala de longitud típica mencionada (debido a las restricciones mecánicas proporcionadas por la estructura), y que no puede ser sustancialmente menor que la escala de longitud típica para la turbulencia debido a la falta de restricciones mecánicas a esta escala.

Preferiblemente, el camino de unión 106 está estructurado y dimensionado de una manera que permite crear una turbulencia estable 206 que es suficientemente grande para conectar los dos componentes de coextrusión, pero también suficientemente pequeña para que quede suficiente material sin mezclar tanto para el núcleo como para el revestimiento para que puedan realizar de forma adecuada sus respectivas funciones. A tal efecto, es necesario elegir la estructura y las dimensiones del camino de unión 106 de tal manera que la escala de longitud definida para la turbulencia 206 esté en el rango deseado de acuerdo con estas consideraciones. En un ejemplo, la estructura y las dimensiones del camino de unión se eligen de modo que el espesor de la capa de contacto resultante sea de entre el 5 y el 25 por ciento del diámetro más pequeño del monofilamento coextruido (midiéndose el diámetro a través de una línea que pasa por el centro del núcleo).

La hebra de componentes unidos se presiona fuera del camino de unión 106 a través de una salida de la boquilla 108 hacia el interior de un camino de coextrusión 114 que termina en una abertura de extrusión 116. El contorno de la abertura corresponde al perímetro de la fibra polimérica bicomponente que se quiere producir. En un ejemplo, la abertura de extrusión 116 comprende dos secciones circulares o elipsoidales que están ubicadas en dos lados opuestos del eje central extendido de la boquilla 100 y que están conectadas entre sí a través de dos espacios de protuberancia largos y estrechos ubicados en otros dos lados opuestos del eje central. Las secciones circulares o elipsoidales de la abertura 116 tienen un radio que es mayor que el radio de la hebra central que sale de la boquilla 100. Por lo tanto, el centro de la hebra unida presionada a través de la abertura 116 puede comprender la hebra central rodeada por secciones circulares o elipsoidales del revestimiento. Los espacios de protuberancia se rellenan únicamente con el componente polimérico del revestimiento.

Además de las características de flujo en el camino de unión 106, también se debe controlar la turbulencia en el camino de coextrusión 114. El camino de coextrusión 114 se extiende desde el borde de la boquilla 100 hasta el fondo de la abertura de extrusión 116 donde la hebra unida sale del cabezal de coextrusión como una fibra bicomponente. Aquí es permisible un flujo turbulento, ya que éste puede hacer que el revestimiento rellene los espacios de protuberancia de manera uniforme y completa hasta sus esquinas exteriores, lo que no se puede lograr con un flujo puramente laminar. Sin embargo, no es deseable una turbulencia demasiado fuerte, ya que puede destruir la capa de contacto que se acaba de formar en el camino de unión 106.

Las características de flujo en el camino de unión 106 y en el camino de coextrusión 114 también están influenciadas por los parámetros de diseño del cabezal de coextrusión. Por ejemplo, la longitud x¹del camino de unión 106 se puede seleccionar de acuerdo con la combinación específica de materiales poliméricos que van a ser procesados mediante la configuración de coextrusión. Un parámetro que depende de manera similar de la combinación específica de polímeros y que puede permitir controlar las características de flujo en el camino de coextrusión 114 independientemente del camino de unión 106 es la longitud x²del camino de coextrusión 114.

El cabezal de coextrusión puede implementarse con un diseño que admita el diseño de doble canal de las boquillas 100. Preferiblemente, el cabezal de coextrusión es un cabezal de coextrusión de placa calentada o placa de hilera donde cada uno de los dos componentes se distribuye a través de canales jerárquicos hacia una serie de aberturas de extrusión 116 en las que se puede producir una pluralidad de fibras bicomponente en paralelo.

Las Figuras 3 a 5 ilustran un diseño ejemplar de un conjunto de cabezal de coextrusión que comprende una pila de placas de canales 300. La Figura 3 muestra una vista explosionada de un conjunto de placas de canales 300 para distribuir los dos componentes poliméricos a veinte boquillas de coextrusión. Cada placa de canales 300 comprende canales de una anchura o diámetro definido que conectan la primera entrada (no mostrada) con el canal interior 102 de cada boquilla de doble canal 100 o la segunda entrada (no mostrada) con el canal exterior 104 de cada boquilla de doble canal 100. Los dos tipos de canal son responsables de distribuir cada una de las dos corrientes de flujo desde las entradas con un gran diámetro hasta las pequeñas aberturas de extrusión 116, donde el diámetro grande corresponde a los parámetros del sistema de unidades de extrusión de un solo componente mencionadas aguas arriba del cabezal de coextrusión y las dimensiones de las aberturas de extrusión corresponden a las dimensiones radiales de las fibras poliméricas bicomponente a producir, que típicamente están en el rango de micrómetros a milímetros.

Con el fin de distribuir las dos corrientes de flujo a las aberturas de extrusión 116 con una distribución de presión homogénea, las placas 300 se montan unas sobre otras con los canales dispuestos de una manera que permita un flujo subsiguiente de los componentes a través de todas las placas de canales 300, estableciendo así un orden jerárquico donde la primera placa de canales 300a comprende canales con el diámetro más grande, seguida por la segunda placa 300b con diámetros de canal más pequeños que la primera, pero aún mayores que la tercera, etc. La última placa de canales 300 comprende los canales para ambos componentes en dimensiones que son parecidas a las de los canales 102, 104 dentro de las boquillas de doble canal 100 que están montadas en una placa de extrusión 110 aguas abajo de la última placa de canales 300, terminando los canales en los canales de suministro centrales, en anillo y/o laterales mencionados anteriormente.

La presión de cada componente polimérico se puede igualar aún más entre las boquillas de coextrusión 100 proporcionando cámaras de presión 312, 322 en al menos una de las placas de canales 300. Por un lado, se supone que cada componente se distribuye de diámetros grandes a pequeños para obtener fibras poliméricas bicomponente con las dimensiones deseadas. Esto puede conducir a una mayor interacción a medida que la relación superficiemasa aumenta con cada paso de la jerarquía. Por otro lado, las boquillas de coextrusión 100 abarcan al menos una anchura del cabezal de coextrusión, es decir, las boquillas 100 cubren un área de sección transversal que es mayor que los diámetros de entrada. De esta manera, los efectos superficiales mencionados pueden conducir a una menor presión en los canales exteriores del cabezal. Además, es deseable repartir el flujo másico entre placas 300 subsiguientes en tantos canales paralelos como sea posible para simplificar y miniaturizar el diseño del cabezal de coextrusión. Esto puede intensificar las fuerzas superficiales entre las placas 300 subsiguientes, impidiendo una distribución de presión homogénea.

Una cámara de presión 312, 322 puede compensar eficazmente la pérdida de presión superficial selectiva descrita, ofreciendo a los polímeros líquidos espacio adicional en la dirección del flujo para lograr una igualación vertical de la presión local en los canales de salida de la cámara de presión. Los canales de salida pueden estar en el mismo paso de jerarquía o en el siguiente paso de jerarquía más pequeño; un retorno a dimensiones de canal mayores sería una ineficiencia de diseño ya que esto contrarrestaría la estructura jerárquica de canales.

El cabezal de coextrusión ejemplar de las Figuras 3 a 5 usa las cinco placas de canales 300a a 300e mostradas en la Figura 3 para distribuir los dos componentes poliméricos a cuarenta boquillas de doble canal 100. El flujo másico es dirigido desde la primera placa 300a situada en la parte superior de la Figura 3 hasta la quinta placa 300e situada en la parte inferior. La primera placa 300a recibe el componente polimérico del núcleo con el canal izquierdo recto en el lado superior y el componente polimérico del revestimiento en la punta del canal derecho en forma de "V" visible en el lado superior.

El canal recto es un primer canal 310 y continúa como una alimentación vertical hacia la primera cámara de distribución 1:20400 que se ve como una estructura en forma de percha en la Figura 4. Desde la primera hasta la cuarta placa 300d, los primeros canales 310 permanecen en el centro de las placas 300, es decir, la línea central de veinte canales situada en la segunda placa 300b son primeros canales 310, que conectan con la cámara de presión central 312 situada en la tercera placa 300c que es descargada por otros veinte primeros canales 310 existentes en la tercera placa 300c. En la parte inferior de la tercera placa 300c, cada uno de los veinte primeros canales de descarga de la cámara de presión se divide en dos pequeños canales que conectan con los orificios de alimentación circulares situados en la quinta placa 300e para los canales interiores 102 de las boquillas de doble canal 100.

El canal en forma de "V" situado en la primera placa 300a es un segundo canal 320 y continúa como dos alimentaciones verticales hacia la segunda cámara de distribución 1:20500 en la parte delantera y, respectivamente, en el lado posterior de la primera placa 300a. En la Figura 5 se muestra otro corte a través del modelo CAD para visualizar la disposición de los segundos canales 320 en el sistema posterior. Los veinte segundos canales 320 de la segunda placa 300b conectan con una cámara de presión 322 superior situada en la tercera placa 300c que es descargada por otros veinte segundos canales 320 situados en la tercera placa 300c. Sin embargo, el polímero del revestimiento se debe distribuir hacia el interior de los canales exteriores 104 de las boquillas de doble canal 100. Como se puede ver en la Figura 1, cada canal exterior 104 rodea al canal interior 102 de la respectiva boquilla 100, y es deseable mantener un flujo másico con presión igualada también a lo largo de todo el perímetro del canal exterior 104. Por lo tanto, la cámara de presión 322 superior conecta con una cámara de presión 322 inferior situada en la cuarta placa 300d que se descarga mediante cuarenta segundos canales 320, suministrando cada dos de ellos el componente polimérico del revestimiento a uno de los canales de alimentación planos situados en la quinta placa 300e, cada uno de los cuales conduce a uno de los canales en anillo para alimentar al canal exterior 104 de una boquilla de doble canal 100.

Otro efecto beneficioso de un diseño de placa de canales puede ser un procedimiento de limpieza simplificado en el que las placas 300 se separan unas de otras y se limpian, p. ej. a 750 °C en un horno de pirólisis. Los canales jerárquicos pueden fabricarse con tolerancias dimensionales que permitan una realineación adecuada de las placas 300 cuando se colocan unas junto a otras, p. ej. después del mantenimiento o la limpieza. Las boquillas de doble canal 100 pueden ayudar aún más a esta flexibilidad cuando se implementan como piezas intercambiables que se pueden empujar a través de orificios situados en la última placa de canales 300 para ser insertadas en los canales de calentamiento 112 de la placa de extrusión 110 aguas abajo de la última placa de canales 300 tras el reensamblaje del cabezal de coextrusión.

Lista de números de referencia

100 boquilla de doble canal

102 canal interior

104 canal exterior

106 camino de unión

108 salida de la boquilla

110 placa de extrusión

112 canal de calentamiento

114 camino de coextrusión

116 abertura de extrusión

202 dirección de flujo del componente polimérico del revestimiento

204 dirección de flujo del componente polimérico del núcleo

206 flujo turbulento

300 placa de canales

310 primer canal

primera cámara de presión

segundo canal

segunda cámara de presión

primera cámara de distribución

segunda cámara de distribución

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un cabezal de coextrusión para fabricar una fibra polimérica bicomponente, comprendiendo el cabezal de coextrusión una primera entrada para recibir un componente polimérico del núcleo, una segunda entrada para recibir un componente polimérico del revestimiento, y una boquilla de doble canal (100), comprendiendo la boquilla de doble canal (100) un canal interior (102) y un canal exterior (104) que rodea el canal interior (102), estando el canal interior (102) en conexión hidráulica con la primera entrada, estando el canal exterior (104) en conexión hidráulica con la segunda entrada, comprendiendo además la boquilla de doble canal (100) un camino de unión (106), estableciendo el camino de unión (106) una conexión hidráulica entre el canal interior (102), el canal exterior (104), y una salida de la boquilla (108) de la boquilla de doble canal (100), estando adaptado el camino de unión (106) para poner en contacto entre sí el componente polimérico del núcleo y el componente polimérico del revestimiento, de tal manera que se forme una capa de contacto entre el componente polimérico del núcleo y el componente polimérico del revestimiento en respuesta a la recepción simultánea del componente polimérico del núcleo procedente del canal interior (102) y del componente polimérico del revestimiento procedente del canal exterior (104), comprendiendo la capa de contacto una mezcla del componente polimérico del núcleo y del componente polimérico del revestimiento,

en el que el canal interior (102) tiene una sección transversal circular,

caracterizado por que

el camino de unión (106) tiene una longitud axial x¹entre la salida de la boquilla (108) y el canal interior (102), siendo la longitud axial x¹de 3 a 7 veces el diámetro del canal interior (102).

2. El cabezal de coextrusión de la reivindicación 1 ó 2, en el que el canal interior (102) tiene una sección transversal circular con un diámetro de entre 0,5 y 1,5 mm, preferiblemente de 1,25 mm.

3. El cabezal de coextrusión de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando confinado el camino de unión (106) por un estrechamiento cónico de la boquilla de doble canal (100); y/o teniendo el camino de unión una sección transversal circular.

4. El cabezal de coextrusión de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una abertura de extrusión (116) y un camino de coextrusión (114), estableciendo el camino de coextrusión (114) una conexión hidráulica entre la salida de la boquilla (108) y la abertura de extrusión (116), estando adaptado el camino de coextrusión (114) para recibir simultáneamente el componente polimérico del núcleo, el componente polimérico del revestimiento y la capa de contacto procedentes de la salida de la boquilla (108) de tal manera que se forme una hebra de polímero coextruida en el camino de coextrusión (114), comprendiendo la hebra de polímero coextruida un núcleo, un revestimiento que rodea al núcleo, y formando la capa de contacto una interfaz entre el núcleo y el revestimiento.

5. El cabezal de coextrusión de la reivindicación 4, teniendo la abertura de extrusión (116) una sección transversal no circular, teniendo el camino de coextrusión (114) la sección transversal no circular.

6. El cabezal de coextrusión de la reivindicación 4 ó 5, teniendo el camino de coextrusión (114) una longitud axial x²entre la salida de la boquilla (108) y la abertura de extrusión (116), donde:

la longitud axial x²se selecciona de tal manera que la hebra de polímero coextruida rellene la sección transversal no circular en la abertura de extrusión (116); y/o

la longitud axial x²es de entre 1,5 y 4,0 mm; y/o

la longitud axial x²del camino de coextrusión (114) es de entre el 5 y el 50 por ciento de la longitud axial x¹del camino de unión (106).

7. El cabezal de coextrusión de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos dos boquillas de doble canal (100) y una pila jerárquica de placas de canales (300), comprendiendo cada una de las placas de canales (300) primeros canales (310) y segundos canales (320), estableciendo los primeros canales (310) la conexión hidráulica entre la primera entrada y cada canal interior (102) de las al menos dos boquillas de doble canal (100), estableciendo los segundos canales (320) la conexión hidráulica entre la segunda entrada y cada canal exterior (104) de las al menos dos boquillas de doble canal (100), siendo constante o creciente el número de canales (310, 320) por placa de canales (300) en dirección aguas abajo.

8. El cabezal de coextrusión de la reivindicación 7, siendo las al menos dos boquillas de doble canal (100) piezas intercambiables, siendo una de las placas de canales (300) situada en la posición más aguas abajo dentro de la jerarquía de placas de canales una placa de extrusión (110), comprendiendo al menos una de las placas de canales (300) que preceden a la placa de extrusión (110) un orificio pasante para cada una de las al menos dos boquillas de doble canal (100), comprendiendo la placa de extrusión un canal de calentamiento (112) para cada una de las al menos dos boquillas de doble canal (100), estando dispuestos los canales de calentamiento (112) y los orificios pasantes en sus respectivas placas de tal manera que se alinean unos con otros para formar cavidades, comprendiendo cada una de las cavidades una de las al menos dos boquillas de doble canal (100), comprendiendo además cada uno de los canales de calentamiento (112) una abertura de extrusión (116), estando la abertura de extrusión (116) en conexión hidráulica con la salida de la boquilla (108) de la boquilla de doble canal (100) contenida en la cavidad formada por dicho canal de calentamiento.

9. El cabezal de coextrusión de la reivindicación 8, comprendiendo el canal de calentamiento un rebaje para recibir la boquilla de doble canal.

10. El cabezal de coextrusión de cualquiera de las reivindicaciones 7 - 9, siendo las placas de canales (300) desmontables y reconectables entre sí; y/o estando adaptadas las placas de canales (300) para la eliminación pirolítica de restos de polímero a temperaturas entre 450 y 750 °C.

11. El cabezal de coextrusión de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando la boquilla de doble canal adaptada para temperaturas de trabajo entre 180 y 270 °C; y/o siendo la boquilla de doble canal (100) una pieza intercambiable.

12. El cabezal de coextrusión de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando el camino de unión (106) dimensionado y conformado para formar, en respuesta a la recepción simultanea del componente polimérico del núcleo procedente del canal interior (102) y del componente polimérico del revestimiento procedente del canal exterior (104), la capa de contacto por un flujo turbulento estable entre el componente polimérico del núcleo y el componente polimérico del revestimiento.

13. El cabezal de coextrusión de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, teniendo el canal interior (102) y el canal exterior (104) una sección transversal circular, comprendiendo el canal interior (102) una sección terminal de diámetro constante que desemboca en el camino de unión, rodeando el canal exterior (104) la sección terminal del canal interior (102) de forma concéntrica y con un diámetro constante.

14. El cabezal de coextrusión de la reivindicación 13, en el cual:

la sección terminal del canal interior (102) tiene una longitud axial de al menos diez veces el diámetro de la sección terminal del canal interior (102); y/o

el camino de unión (106) tiene una longitud axial x¹entre la salida de la boquilla (108) y el canal interior (102), teniendo la sección terminal del canal interior (102) una longitud axial entre dos y quince veces la longitud axial x¹del camino de unión (106).

15. Un sistema de coextrusión, que comprende el cabezal de coextrusión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, un primer alimentador para alimentar el componente polimérico del núcleo a través de la primera entrada, y un segundo alimentador para alimentar el componente polimérico del revestimiento a través de la segunda entrada.