ES2958088T3 - Procedimiento para hacer funcionar una mezcladora-extrusora de doble husillo, que incluye un cuerpo de prensador para definir un volumen controlado de una cámara de mezclado - Google Patents

Procedimiento para hacer funcionar una mezcladora-extrusora de doble husillo, que incluye un cuerpo de prensador para definir un volumen controlado de una cámara de mezclado Download PDF

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Abstract

Aparato para la extrusión y mezcla de materiales plásticos, por ejemplo materiales a base de caucho y a base de silicona, que comprende un cuerpo extrusor de descarga sobre el cual dos tornillos cónicos (2) convergen hacia una matriz de extrusión (3) adecuada para ser ocluida por medios de cierre (4).) están montados, estando alojados los tornillos cónicos (2) dentro de una cámara de composición de baja presión (1) y dentro de un par de canales cónicos convergentes que también definen una cámara de alta presión (2'), dicha cámara de baja presión (1) correspondiente a un área aguas arriba con respecto a una dirección de extrusión, en el que dicha cámara de alta presión (2') y/o dicha cámara de baja presión (1) acomodan un cuerpo prensador (5, 5', 6), que define una pared móvil adecuado para provocar un cambio controlado en el volumen de la cámara respectiva (1, 2'). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para hacer funcionar una mezcladora-extrusora de doble husillo, que incluye un cuerpo de prensador para definir un volumen controlado de una cámara de mezclado
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una mezcladora-extrusora para materiales de caucho, de silicona, de plástico y termoplásticos, u otros materiales, más específicamente, a un procedimiento de funcionamiento de una mezcladora-extrusora de este tipo provista de unos medios para ajustar temporalmente la cámara de mezclado (del inglés, “compounding”).
Antecedentes técnicos
Se conoce ampliamente que en algunos tipos de extrusoras de husillo para materiales sintéticos, de manera notable materiales que presentan un buen grado de elasticidad, tales como caucho, elastómeros, plástico y/o materiales termoplásticos, o silicona, la alimentación al husillo de extrusión se lleva a cabo a través de una tolva de carga abierta en el lado superior.
Una máquina de extrusión disponible comercialmente que ha demostrado ser particularmente eficaz es la descrita en el documento WO 2005/039847 a nombre del mismo solicitante, en la que se ha proporcionado una función de composición en una extrusora de tipo extrusora de descarga de doble husillo.
De manera más precisa, haciendo referencia a la figura 1 que ilustra, parcialmente en sección, una máquina de la técnica anterior de este tipo, una cámara de mezclado 1 aloja un par de husillos 2 cónicos de extrusión que empujan el material hacia una hilera de extrusión 3, que puede cerrarse mediante una brida ciega o cubierta de cierre 4. La cámara de mezclado 1 está dotada de una entrada 1a que está abierta hacia una tolva de alimentación (no mostrada). La cubierta de cierre 4 ocluye la hilera de extrusión 3 y fuerza el material a recircular al interior de la cámara de mezclado 1, provocando una composición mediante los dos husillos cónicos. El material se impulsa en realidad hacia delante, es decir hacia la hilera de extrusión 3, mediante el par de husillos contragiratorios, y entonces se fuerza a volver cuando la hilera es ocluida por la cubierta 4. En ciertas aplicaciones, la rotación de los dos husillos puede invertirse también temporalmente, para mejorar el efecto de composición.
La cubierta 4 puede abrirse o retirarse fácilmente, para mantener la hilera de extrusión 3 ocluida durante la etapa de mezclado, hasta que se desee, y entonces abrirse para permitir que el material extruido salga al final del mezclado.
Cuando la hilera de extrusión 3 de la extrusora de descarga está cerrada mediante la cubierta 4, el material que se introduce mediante la tolva se fuerza a recircular sobre sí mismo dentro de la cámara 1, componiéndose así de manera homogénea.
De manera notable, en funcionamiento, con la brida ciega 4 dispuesta en una posición cerrada, la carga que debe componerse (por ejemplo, un compuesto ya premezclado en otra máquina, o componentes a granel tales como cauchos, cargas, aceleradores, etc.) se carga en la tolva de alimentación y se alimenta a la cámara de mezclado 1 mientras el motor mantiene en contrarrotación los husillos cónicos, que empujan el material que debe componerse hacia la hilera. Sin embargo, la cubierta de cierre 4 no permite que la mezcla salga de la cámara 1 y fuerza la mezcla a recircular de vuelta a la cámara. Por tanto, se determina un gradiente de presión creciente entre una zona de alimentación de material de baja presión y una zona “entubada” de alta presión en la proximidad de la brida ciega 4. La recirculación entre áreas que presentan presión variable de los diversos componentes básicos permite una composición rápida y eficaz de la mezcla.
Los dos husillos cónicos contragiratorios están alojados parcialmente dentro de la cámara grande 1, donde se carga el material, y parcialmente en canales cónicos convergentes e intersecantes, discurriendo el perfil periférico de las roscas de husillo de manera adyacente a la superficie del canal. Así, se fuerza al material a seguir el perfil de hélice del husillo hasta un volumen progresivamente más estrecho, aumentando la presión. Con el fin de conseguir una recirculación del material (cuando la cubierta 4 está cerrada), al menos en el área más avanzada de los canales cónicos, la pared periférica está dotada de una ampliación, de modo que la hélice de husillo está a una cierta distancia de la pared. Normalmente, la ampliación se proporciona en la parte superior de los canales de alojamiento. Gracias a la presencia de esta ampliación del canal para alojar los husillos de extrusión, se permite al material circular hacia atrás, cuando la cubierta está cerrada, volviendo a una zona de baja presión de la cámara 1, y dando así como resultado una composición eficaz.
Aunque esta extrusora es completamente funcional, el solicitante ha encontrado que hay margen de mejora. De hecho, se ha observado que el material que debe componerse está dispuesto libremente dentro de la cámara de mezclado 1 en base a las presiones locales y que esto provoca un posible estancamiento o retardos en el mezclado, y en ocasiones un aumento excesivo en la temperatura y la presión del material. Por tanto, sería deseable controlar mejor el proceso durante la etapa de mezclado.
En la técnica anterior, ya se han propuesto algunas configuraciones singulares de extrusoras, en las que se utilizan elementos móviles para controlar al menos la entrada del material en los husillos de extrusora. Por ejemplo, el documento DE102007033355 divulga una extrusora provista de una placa de empuje de material, que funciona en la tolva de entrada en la extrusora. En cambio, el documento US2016/0361697 se refiere a una mezcladora, en la que se proporciona un elemento de cierre retirable, que abre y cierra la cámara de mezclado de material. Sin embargo, ninguno de estos sistemas de la técnica anterior es capaz de controlar, durante el proceso, las condiciones de presión y de temperatura del material que está componiéndose, adaptándose tanto a las condiciones de composición como a las condiciones de extrusión.
Problema y solución
Por tanto, el problema subyacente de la invención es suministrar un procedimiento de extrusión y de composición de un material a base de caucho o base de silicona, tal como se describió anteriormente, que supere los inconvenientes mencionados anteriormente y que permita un mayor control sobre el mezclado y la temperatura/presión del material, así como sobre los tiempos de composición durante el procesamiento.
Este objetivo se alcanza a través de las características definidas en las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
Características y ventajas adicionales de la invención son de todos modos más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de algunas realizaciones preferidas, e ilustradas en los dibujos adjuntos, en los que: la figura 1, como ya se ha mencionado, es una vista en alzado lateral, parcialmente en sección, de un sistema de extrusora/mezcladora de la técnica anterior;
la figura 2A es una vista ampliada esquemática de un detalle de la cámara de mezclado individual de la figura 1, pero relativa a un sistema de extrusora según una realización que no forma parte de la invención;
la figura 2B es una vista similar a aquella en la figura 2A, pero relativa a una variante;
la figura 3A es una vista similar a aquella en la figura 2A, pero relativa a una primera realización preferida de la invención;
la figura 3B es una vista en sección transversal, tomada a lo largo de la línea MI-MI de la figura 3A;
la figura 4A es una vista similar a la figura 3A en una etapa de ampliación de la cámara de recirculación; la figura 4B es una vista en sección transversal, tomada a lo largo de la línea IV-IV de la figura 4A; y la figura 5 es una vista similar a aquella en la figura 2A, pero relativa a una segunda realización.
Descripción detallada de formas de realizaci'n preferidas
Una máquina de extrusión y de mezclado consiste en los elementos básicos mostrados en la figura 1 y ya descritos en la sección introductoria con referencia al documento WO 2005/039847.
De manera notable, una máquina “extrusora de descarga” presenta un cuerpo de máquina que define una cámara de mezcla 1 que aloja un par de husillos 2 de extrusión cónicos, dispuestos con espirales y ejes de hélices en espiral intersecantes que convergen hacia una hilera de extrusión 3.
La hilera de extrusión 3 puede ser ocluida por unos medios de cierre 4 adecuados (ilustrados esquemáticamente en las figuras), tal como una cubierta retirable, o simplemente mediante una bomba de engranajes de extracción que se detiene y ocluye la salida de la hilera.
La cámara de mezclado 1 presenta una entrada 1a superior desde la que se introduce el material, tal como material a base de caucho o a base de silicona, que debe procesarse.
En la parte frontal de la cámara 1, en la proximidad de la hilera de extrusión 3, el par de husillos 2 cónicos está alojado dentro de canales cónicos convergentes con paredes internas casi tocando los bordes de hélice de los husillos cónicos. Por tanto, el perfil en sección de dichos canales cónicos está conformado como dos círculos intersecantes. En por lo menos una zona de tal perfil en sección, la pared interna de los canales presenta una ampliación, separándose así de las hélices de los husillos 2 cónicos y definiendo una cámara de recirculación de material. Normalmente, tal ampliación se proporciona en la parte superior de los husillos 2 cónicos (véase el área 2' en la figura 4B).
Haciendo referencia ahora a las figuras 2A y 2B, debe observarse que la entrada 1a de la cámara de mezclado 1 está dotada de un cuerpo de oclusión 5, denominado a continuación en la presente memoria prensador, que está montado para elevarse y hacerse descender.
De manera notable, según una primera variante, el prensador 5 está montado para poder deslizarse linealmente entre una posición elevada y una posición en contacto con el material dentro de la cámara 1 (como en la figura 2A); en este caso, el prensador 5 está realizado de manera esencialmente similar a un pistón, que ocluye la entrada 1a y puede moverse sobre la misma sustancialmente según un eje sustancialmente perpendicular al plano tumbado del par de husillos 2, para ser un elemento para cerrar de manera variable la cámara 1.
Según una segunda variante, un prensador 5' está montado de manera pivotante con respecto a una bisagra 5a, entre una posición rotada hacia arriba y una posición rotada hacia abajo (como en la figura 2B), en la que está en contacto con el material dentro de la cámara.
El prensador 5 o 5' está montado con un cierto juego con respecto a la entrada 1a, así que no es necesario sellar la entrada a la cámara 1, y está previsto que se apoye sobre el material que está componiéndose dentro de la cámara, para conferir localmente (en el área de baja presión de la cámara 1) una presión al propio material. Dicho de otro modo, el prensador 5 o 5' está previsto para reducir el volumen de la cámara 1 de un modo controlado, para poder regular la presión y la temperatura del material según se desee de un modo controlado.
La acción de presión localizada por parte del prensador 5 ejerce un efecto ventajoso sobre el material que está componiéndose mediante el par de husillos cónicos. De manera notable, el material en su camino de vuelta del área de alta presión al área de baja presión se mantiene dentro de las hélices de los husillos cónicos mediante el prensador, lo que mejora el efecto de mezclado.
La presión en esta área de baja presión de la cámara 1 permite controlar mejor la cantidad de reflujo del material, para favorecer y acelerar el efecto de homogenización del material.
Para este fin, el prensador puede estar realizado o bien simplemente en forma de un cuerpo pesado montado de manera móvil (como se ha visto anteriormente) de tal manera que se aplique siempre la misma presión (debido a su propio peso bajo el efecto de la gravedad) al material, o bien en forma de un pistón que puede moverse bajo la acción de un actuador controlado (no mostrado), tal como un gato hidráulico, eléctrico o neumático.
En el segundo caso, el actuador puede controlarse para ejercer una fuerza constante (y por tanto producir un efecto similar al de un peso) o para mantener el pistón en una posición fijada, estableciendo realmente de ese modo un volumen deseado en el que la presión puede variar cíclicamente. Además, la posición y la fuerza de prensado del prensador 5, 5' 'pueden variar y establecerse durante el ciclo de composición y de extrusión.
El prensador 5 no presenta necesariamente una forma de sección transversal circular, sino que puede adoptar cualquier otra forma, por ejemplo, una sección cuadrada, rectangular, triangular o de sector circular. Evidentemente, solo se requiere que presente una forma capaz de encajar en el contorno de la entrada 1a.
En las dos variantes de las figuras 2A y 2B, el prensador 5, 5' se aplica en la denominada área de baja presión de la cámara 1, es decir el área inmediatamente a continuación de la entrada 1a de carga.
En cambio, en una forma de realización preferida de la invención (figuras 3a a 4B), un prensador 6 funciona en el área de alta presión de la cámara de extrusión 1, es decir en el área en el que los dos husillos cónicos están alojados dentro de los respectivos canales cónicos. En la cámara de alta presión, la presión está normalmente en el intervalo comprendido entre 5 y 200 bar. En este caso, la entrada 1a de la tolva podría abrirse o cerrarse mediante una cubierta sencilla que define un volumen constante, y el control de presión sobre el material que está componiéndose se ejerce solo mediante el prensador 6.
De manera notable, representado también mediante la comparación de las figuras 3B y 4B, en esta realización preferida, el prensador 6 constituye una pared móvil de una ampliación de los canales cónicos que define una cámara de mezclado de alta presión 2'. Por tanto, desplazando el prensador 6 es posible controlar el cambio en volumen de la cámara de mezclado de alta presión 2', determinando así un cambio en la presión e, indirectamente, en la temperatura del material que está procesándose.
En este caso, dado que el prensador 6 funciona en el área de alta presión, en la que la pared de los canales cónicos está adyacente a los bordes de hélice de los husillos, el prensador 6 define una pared móvil que está conformada como dos partes de superficie cónicas intersecantes, que constituye de hecho una parte de los respectivos canales cónicos (como puede verse claramente en la figura 4B).
Dado que el tamaño del área de alta presión es también mucho menor que la del área de baja presión, ciertamente es preferible que el prensador 6 sea controlado por un actuador que, aunque actúe sobre un prensador más pequeño, es capaz de ejercer una presión global suficiente sobre el material. Además, los cambios en el volumen en esta área, es decir en la cámara de mezclado de alta presión, demuestran ser muy eficaces, dado que provocan un cambio de alto porcentaje y por tanto tienen un impacto significativo sobre el comportamiento del material.
Según una forma de realización, están previstos tanto un prensador 5, 5' en el área de baja presión como un prensador controlado 6 en el área de alta presión. La acción de control se lleva a cabo preferiblemente sobre ambos prensadores, para presentar la mayor flexibilidad de intervención.
Como puede entenderse, utilizando prensadores móviles 6 que varían el volumen de la cámara de alta presión 2' y posiblemente de la cámara de baja presión 1, es posible colocar un elemento de control adicional, que permite regular de manera óptima el grado de mezclado y la velocidad/el rendimiento del proceso.
También se ha encontrado que es conveniente controlar la intervención de los prensadores incluso durante la etapa de extrusión, es decir cuando la cubierta de cierre 4 está abierta y el material es extruido a través de la hilera 3. Así, en esta etapa es posible regular mejor la presión de salida de material y un vaciado mejorado de la cámara de mezclado, evitando inclusiones de aire en el material, si las hubiera.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de funcionamiento de un aparato para el mezclado y la extrusión de materiales plásticos, por ejemplo, materiales a base de caucho y a base de silicona, que comprende un cuerpo de extrusora de descarga en el que están montados dos husillos (2) cónicos que convergen hacia una hilera de extrusión (3) apta para ser ocluida por unos medios de cierre (4), estando los husillos (2) cónicos alojados dentro de una cámara de mezclado de baja presión (1) y dentro de un par de canales cónicos convergentes que definen también una cámara de alta presión (2'), correspondiendo dicha cámara de baja presión (1) a una zona aguas arriba con respecto a un sentido de extrusión, caracterizado por que
en dicha cámara de alta presión (2'), está previsto un primer cuerpo de prensador (6), que forma una pared móvil apta para definir un cambio controlado en el volumen de la respectiva cámara (2'), y por que dicho primer cuerpo de prensador (6) está desplazado en posición por lo menos durante una etapa de mezclado en la que dichos medios de cierre (4) impiden que el material plástico pase a través de dicha hilera de extrusión (3), y
determinando el desplazamiento de dicho cuerpo de prensador (6) para controlar el cambio en el volumen de la cámara de mezclado de alta presión (2') un cambio en la presión e, indirectamente, en la temperatura del material que está siendo procesado.
2. Procedimiento de funcionamiento de un aparato según la reivindicación 1, en el que dicha cámara de alta presión (2') está provista de dicho primer cuerpo de prensador (6) controlado en posición.
3. Procedimiento de funcionamiento de un aparato según la reivindicación 1, en el que en dicha cámara de baja presión (1) está previsto asimismo un segundo cuerpo de prensador (5, 5') dispuesto de manera que ocluya una abertura de carga (1a) de material plástico.
4. Procedimiento de funcionamiento de un aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que o bien dicho primer o bien dicho segundo cuerpo de prensador (5, 6) está montado de manera que puede moverse por deslizamiento.
5. Procedimiento de funcionamiento de un aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que o bien dicho primer o bien dicho segundo cuerpo de prensador (5, 6) puede moverse entre una posición elevada y una posición descendida por la acción de un actuador controlado.
6. Procedimiento de funcionamiento de un aparato según la reivindicación 5, en el que dicho actuador determina una posición constante de dicho primer y segundo cuerpo de prensador (5, 6).
7. Procedimiento de funcionamiento de un aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho primer cuerpo de prensador (6) presenta una pared móvil conformada como dos partes de superficie cónicas intersecantes.
8. Procedimiento de funcionamiento de un aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho primer cuerpo de prensador (6) constituye una pared móvil de una ampliación de canales cónicos que definen dicha cámara de alta presión (2').
9. Procedimiento de funcionamiento de un aparato según la reivindicación 1, en el que dichos medios de cierre (4) tienen forma de una bomba de engranajes de extracción que es detenida y ocluye la salida de dicha hilera (3).
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