ES2990087T3 - Rollo de película plástica con tubo de cartón convoluto - Google Patents

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Abstract

Un rollo de película de plástico (15) que comprende: un tubo de cartón convoluto (20) que comprende un cuerpo tubular (22) que tiene una pared de cuerpo tubular (24) formada por una pluralidad de capas (26) de una lámina de cartón enrollada recta (28) que tiene un peso igual o menor que 300 g/m2; una película de plástico (50) enrollada alrededor del tubo de cartón convoluto (20) para formar una pluralidad de bobinados de película de plástico alrededor del tubo de cartón convoluto (20), creando los bobinados de película de plástico una fuerza de compresión radial igual o mayor que 10 bar en la pared del cuerpo tubular (24), en donde la lámina de cartón (28) incluye una pluralidad de fibras (30), estando al menos una mayoría de las fibras (30) sustancialmente alineadas en una dirección tangencial con respecto al cuerpo tubular (22) para permitir que el tubo de cartón convoluto (20) resista la fuerza de compresión radial. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCION
Rollo de película plástica con tubo de cartón convoluto
Campo técnico
La presente descripción se refiere en general a tubos y núcleos de cartón, y más particularmente se refiere a tubos de cartón convolutos y a aparatos y métodos para fabricar los mismos.
Antecedentes de la invención
Los tubos de cartón utilizados para enrollar películas, tales como películas extensibles o estirables a menudo hechas de plástico, deben resistir ciertas fuerzas de compresión radial. Los tubos de cartón fabricados para enrollar rollos de películas extensibles normalmente se fabrican laminando varias hojas de cartón, que luego se enrollan en espiral en un ángulo de 30 grados hasta que los tubos tienen el ancho deseado. El ancho de los tubos en espiral depende de la calidad de la película que se va a enrollar alrededor del tubo y del diámetro del rollo de película.
Los principales parámetros comúnmente utilizados al desarrollar tubos de cartón son la resistencia al aplastamiento anular del cartón utilizado para formar el tubo (medida por la fuerza requerida para aplastar un cilindro de cartón al ejercer una fuerza de aplastamiento axial en los bordes del cilindro) y la resistencia a la deslaminación del cartón (medida por la fuerza necesaria para partir un cartón en dos en su grosor). Estos parámetros se usan comúnmente cuando se desarrollan tubos y núcleos para el embobinado de rollos de papel, y pueden no ser apropiados para el diseño de tubos usados en aplicaciones que involucran compresión radial, ya que los rollos de papel ejercen una compresión lineal sobre los tubos, en lugar de una compresión radial. Además, en los núcleos de embobinado en espiral, a menudo hay un pequeño espacio entre dos tiras (u hojas) sucesivas de papel. Esta separación está sujeta a provocar una rotura del núcleo cuando el núcleo está sujeto a compresión radial.
Hasta ahora, los tubos de cartón ideados para aplicaciones de películas plásticas se han fabricado utilizando cartón que tiene fibras orientadas en múltiples direcciones, ya que generalmente se cree que esta disposición fortalece los tubos. Para aumentar la resistencia de los tubos en espiral, una técnica conocida requiere el uso de varias hojas de cartón, lo que significa que el grosor de la pared del tubo debe aumentarse y ser relativamente grande, incluso para rollos que tienen longitudes pequeñas. Otra técnica conocida consiste en utilizar cartón más resistente, lo que generalmente cuesta más y por tanto aumenta el precio de los tubos de cartón.
Los tubos de cartón en espiral fueron diseñados originalmente para embobinar rollos de papel, y su uso para el embobinado de películas extensibles o plásticas proviene principalmente del hecho de que los fabricantes de tubos y núcleos de cartón favorecían el uso de una sola máquina y proceso al fabricar los tubos, por obvias razones económicas. Sin embargo, los tubos en espiral pueden no ser la mejor opción para aplicaciones que implican compresión radial, ya que no han sido diseñados específicamente para resistir tal compresión radial.
El enrollado recto de una banda de cartón es otro método para fabricar tubos y núcleos de cartón. Si bien este método se usaba comúnmente cuando se inició la fabricación de tubos de cartón, ahora lo es menos, debido a la dificultad de fabricar núcleos de varias longitudes y debido a que aumentar la resistencia del tubo requiere aumentar el número de embobinados, lo que a su vez conduce a un significativo aumento del diámetro y peso del tubo, lo que puede no ser ni práctico ni económico.
La Patente canadiense Núm. 2590067 describe un método para reutilizar rollos rechazados en las fábricas de papel y cartón convirtiéndolos en núcleos enrollados rectos para la industria del papel y el cartón. Si bien este método proporciona la ventaja de reutilizar los rollos rechazados dentro de una fábrica de papel, adolece de los inconvenientes de los rollos rectos descritos anteriormente.
La solicitud de patente japonesa JPH04185327A describe un método y aparato para formar un cuerpo tubular mediante embobinado, en donde un núcleo improvisado se sujeta en la parte que gira hacia atrás de la cinta de rodamiento para girar junto con la cinta para alimentar el material en láminas colocado en la cinta integralmente con la cinta hasta la periferia exterior del núcleo improvisado y, después de pasar a través de la parte de retorno, la cinta se mueve para separarlo del núcleo improvisado para separar el material en láminas de la cinta y enrollarlo en la superficie periférica exterior del núcleo improvisado.
La solicitud europea EP0740640B1 describe un núcleo de embobinado de cartulina enrollada en espiral multigrado de resistencia mejorada a la deformación del diámetro interior que incluye una pluralidad de capas de cartulina estructural que tienen al menos dos densidades predeterminadas que incluyen una densidad más baja y una densidad más alta en donde la densidad más baja es al menos aproximadamente un 3 % menor que la mayor densidad. La pared del cuerpo cilíndrico está definida en sección transversal radial por al menos una capa de cartulina ubicada centralmente dispuesta entre al menos una capa de cartulina estructural ubicada radialmente hacia dentro y al menos una capa de cartulina estructural ubicada radialmente hacia fuera está formada a partir de la cartulina de menor densidad y la capa de cartulina estructural ubicada hacia dentro y hacia fuera está formada por cartulina de mayor densidad.
El documento US 2004/096604 A1 describe un rollo de película plástica que comprende un tubo de cartón convoluto que comprende un cuerpo tubular que tiene una pared de cuerpo tubular formada por una pluralidad de capas de una lámina de cartón enrollada recta y una película plástica enrollada alrededor del tubo de cartón convoluto para formar una pluralidad de embobinados de película plástica alrededor el tubo de cartón convoluto.
Por lo tanto, sería conveniente proporcionar un tubo de cartón especialmente adaptado para el embobinado de películas extensibles y/o plásticas que pueda resistir la compresión radial sin dejar de ser económico y relativamente fácil de fabricar.
Resumen
Según un aspecto, se proporciona un tubo de cartón mejorado que satisface al menos una de las necesidades mencionadas anteriormente.
Según la presente invención, se proporciona un rollo de película plástica que comprende: un tubo de cartón convoluto que comprende un cuerpo tubular que tiene una pared de cuerpo tubular formada por una pluralidad de capas de una lámina de cartón enrollada recta, una película plástica enrollada alrededor del tubo de cartón convoluto para formar una pluralidad de embobinados de película plástica alrededor del tubo de cartón convoluto, creando los embobinados de película plástica una fuerza de compresión radial igual o mayor que 10 bar en la pared del cuerpo tubular, en donde la lámina de cartón incluye una pluralidad de fibras, al menos una mayoría de las fibras están sustancialmente alineadas en la dirección del embobinado del tubo de cartón convoluto para permitir que el tubo de cartón convoluto resista la fuerza de compresión radial.
En al menos una modalidad preferida, la fuerza de compresión radial creada por el embobinado de película plástica en la pared del cuerpo tubular es superior a 15 bar.
En al menos una modalidad preferida, la pared del cuerpo tubular tiene un grosor de pared inferior a aproximadamente 7,5 mm, en particular sustancialmente igual a 7,2 mm.
En al menos una modalidad, la fuerza de compresión radial creada por el embobinado de película plástica en la pared del cuerpo tubular es igual o superior a 35 bar.
En al menos una modalidad, el grosor de la pared es inferior a 5 mm y en donde la fuerza de compresión radial creada por el embobinado de película plástica en la pared del cuerpo tubular es igual o superior a 28 bar.
En al menos una modalidad, el embobinado de película plástica se enrolla a máquina alrededor del tubo de cartón convoluto.
En al menos una modalidad, todas las fibras están sustancialmente alineadas en una dirección tangencial con respecto al cuerpo tubular.
En al menos una modalidad, el cuerpo tubular tiene una resistencia a la tracción igual o superior a 60 kg/mm.
Según la presente invención, la lámina de cartón tiene un peso igual o menor que aproximadamente 300 gsm (300 g/m2).
En al menos una modalidad, la lámina de cartón tiene un peso igual o menor que aproximadamente 140 gsm (140 g/m2).
En al menos una modalidad, la pluralidad de capas de la lámina de cartón enrollada recta incluye de 6 a 10 capas. En al menos una modalidad, la lámina de cartón incluye un borde cortado que define un hombro en la superficie externa del cuerpo tubular, teniendo el hombro una altura sustancialmente igual o menor que aproximadamente 1,2 mm
En al menos una modalidad, el cuerpo tubular tiene un nivel de humedad igual o menor que 7 %.
En al menos una modalidad, el cuerpo tubular tiene un nivel de humedad sustancialmente igual o menor que 6 %. En al menos una modalidad, el cuerpo tubular tiene un nivel de humedad sustancialmente igual al 4,5 %.
En al menos una modalidad, la lámina de cartón está hecha de cartón recortado.
En al menos una modalidad, la lámina de cartón tiene un ancho de lámina definido en una dirección transversal de la lámina de cartón, siendo el ancho de la lámina sustancialmente igual a una longitud del cuerpo tubular.
En al menos una modalidad, la pluralidad de capas de la lámina de cartón enrollada recta se pegan entre sí usando un adhesivo seleccionado de un grupo que consiste en: PVA, dextrina y silicato.
En al menos una modalidad, el cuerpo tubular tiene un diámetro interior de entre aproximadamente 40 mm y 200 mm.
En al menos una modalidad, el cuerpo tubular tiene un diámetro interior de entre aproximadamente 74 mm y 78 mm.
En al menos una modalidad, el cuerpo tubular tiene un diámetro interior de aproximadamente 76 mm.
En al menos una modalidad, la lámina de cartón enrollada recta tiene un grosor de lámina de entre aproximadamente 0,72 mm y 1,2 mm.
Según otro aspecto que no se reivindica, se proporciona un tubo de cartón convoluto que comprende: un cuerpo tubular que tiene una pared de cuerpo tubular formada por una pluralidad de capas de una lámina de cartón enrollada recta, teniendo la pared de cuerpo tubular un grosor de pared de menos de aproximadamente 7,5 mm, incluyendo la lámina de cartón una pluralidad de fibras, estando al menos una mayoría de las fibras alineadas sustancialmente en una dirección tangencial con respecto al cuerpo tubular para permitir que el tubo de cartón convoluto resista una fuerza de compresión radial igual o mayor que 15 bar en la pared del cuerpo tubular.
El tubo de cartón convoluto puede presentar una o varias de las características opcionales del tubo de cartón convoluto del rollo de película plástica descritas aquí anteriormente.
Según otro aspecto no reivindicado, se proporciona un tubo de cartón convoluto que comprende:
un cuerpo tubular que tiene una pared de cuerpo tubular formada por una pluralidad de capas de una lámina de cartón enrollada recta que tiene un peso igual o menor que 300 g/m2, incluyendo la lámina de cartón una pluralidad de fibras, estando al menos una mayoría de las fibras sustancialmente alineadas en una dirección tangencial con respecto al cuerpo tubular para permitir que el tubo de cartón convoluto resista una fuerza de compresión radial igual o superior a 10 bar sobre la pared del cuerpo tubular.
El tubo de cartón convoluto puede presentar una o varias de las características opcionales del tubo de cartón convoluto del rollo de película plástica descritas aquí anteriormente.
Según otro aspecto que no se reivindica, también se proporciona un aparato de fabricación de tubos convolutos para fabricar tubos de cartón convolutos, comprendiendo el aparato: un bastidor que se extiende entre un extremo de entrada y un extremo de salida ubicado opuesto al extremo de entrada, estando configurado el bastidor para recibir un rollo de cartón para permitir la rotación del rollo alrededor de un eje de rollo; un rodillo formador de tubos conectado de forma giratoria al bastidor, teniendo el rodillo formador de tubos un eje de rodillo de tubos, estando orientado el rodillo formador de tubos de manera que el eje del rodillo de tubos sea sustancialmente paralelo al eje del rodillo, comprendiendo además el rodillo formador de tubos un mecanismo de prensión para acoplar un borde de extremo del rollo de cartón para enrollar el rollo de cartón alrededor del rodillo formador de tubos a medida que el rodillo formador de tubos gira para formar un tubo de cartón convoluto.
En al menos una modalidad que no se reivindica, el aparato comprende además un conjunto de extracción de tubos para retirar el tubo de cartón convoluto formado del rodillo formador de tubos.
En al menos una modalidad que no se reivindica, el conjunto de extracción de tubos incluye un carro que se puede mover a lo largo de una trayectoria de desplazamiento paralela al eje del rodillo del tubo y un elemento de tope asegurado al carro y ubicado proximal al rodillo formador del tubo.
En al menos una modalidad que no se reivindica, el elemento de tope incluye un miembro anular que se extiende coaxialmente alrededor del rodillo formador de tubos.
En al menos una modalidad que no se reivindica, el miembro anular tiene un diámetro interior que es menor que un diámetro exterior del tubo de cartón convoluto formado de manera que el movimiento del carro a lo largo de su trayectoria de desplazamiento hace que el miembro anular empuje el tubo de cartón convoluto formado.
En al menos una modalidad que no se reivindica, el mecanismo de prensión incluye al menos una abertura de succión definida en el rodillo formador de tubo y un actuador de succión conectado operativamente a al menos una abertura de succión para proporcionar succión a través de al menos una abertura de succión.
En al menos una modalidad que no se reivindica, la al menos una abertura de succión incluye una pluralidad de aberturas de succión alineadas entre sí sustancialmente paralelas al eje del rodillo tubular.
En al menos una modalidad que no se reivindica, el rodillo formador de tubo incluye además una pluralidad de miembros de boquilla de succión, siendo recibido cada miembro de boquilla de succión en una abertura de succión correspondiente, siendo cada miembro de boquilla de succión móvil entre una posición extendida en la que el miembro de boquilla de succión se extiende parcialmente hacia fuera desde la correspondiente abertura de succión y una posición retraída en la que el miembro de boquilla de succión está completamente retraído dentro del rodillo formador de tubos.
Según otro aspecto que no se reivindica, también se proporciona un aparato de fabricación de tubos convolutos para fabricar tubos de cartón convolutos, comprendiendo el aparato: un bastidor que se extiende entre un extremo de entrada y un extremo de salida ubicado opuesto al extremo de entrada; un rollo de cartón que puede recibirse de manera giratoria en el bastidor, siendo el rollo de cartón giratorio alrededor de un eje de rollo, incluyendo el rollo de cartón una pluralidad de fibras, estando al menos una mayoría de las fibras alineadas en una dirección tangencial con respecto al rollo de cartón; un rodillo formador de tubos conectado de manera giratoria al bastidor, teniendo el rodillo formador de tubos un eje de rodillo de tubos, estando orientado el rodillo formador de tubos de manera que el eje del rodillo de tubos sea sustancialmente paralelo al eje del rodillo, comprendiendo además el rodillo formador de tubos un mecanismo de prensión para acoplar un borde de extremo del rollo de cartón para enrollar el rollo de cartón alrededor del rodillo formador de tubos a medida que el rodillo formador de tubos gira para formar un tubo de cartón convoluto que incluye las fibras alineadas en una dirección tangencial del tubo de cartón convoluto.
Según todavía otro aspecto que no se reivindica, también se proporciona un método para fabricar un tubo de cartón convoluto, comprendiendo el método: desenrollar un rollo de un cartón preseleccionado en una dirección de la máquina tangencial al rollo de la cartulina preseleccionado, obteniendo de esta manera un lámina de cartón desenrollada, incluyendo el cartón preseleccionado una pluralidad de fibras orientadas en la dirección de la máquina; enrollar directamente la lámina de cartón desenrollada hasta formar un tubo de cartón convoluto, incluyendo el tubo de cartón convoluto las fibras orientadas en la dirección de la máquina; cortar la lámina de cartón desenrollada a lo ancho.
En al menos una modalidad que no se reivindica, el método comprende, además: después de desenrollar el rollo de cartón preseleccionado, aplicar adhesivo al cartón desenrollado.
En al menos una modalidad no reivindicada, el cartón preseleccionado incluye cartón recortado.
En al menos una modalidad que no se reivindica, el corte de la lámina de cartón desenrollada a lo largo de su ancho se realiza después del enrollado recto de la lámina de cartón desenrollada en el tubo de cartón convoluto para separar el tubo de cartón convoluto del resto de la lámina de cartón desenrollada.
En al menos una modalidad no reivindicada, el cartón preseleccionado tiene una resistencia a la tracción igual o superior a 60 kg/mm.
En al menos una modalidad que no se reivindica, el método comprende además secar el tubo de cartón convoluto hasta que el tubo tenga un nivel de humedad menor o igual al 7 %.
En al menos una modalidad que no se reivindica, el método comprende además conectar al menos dos tubos de cartón convolutos para formar un tubo de cartón convoluto de una longitud deseada.
En al menos una modalidad que no se reivindica, el método comprende además cortar el tubo de cartón convoluto a lo largo de su longitud para formar al menos una pieza de tubo de cartón convoluto que tiene una longitud deseada.
En al menos una modalidad que no se reivindica, desenrollar el rollo del cartón preseleccionado incluye girar el rollo a lo largo de un primer eje de rotación.
En al menos una modalidad que no se reivindica, el enrollado recto de la lámina de cartón desenrollada incluye girar la lámina de cartón desenrollada a lo largo de un segundo eje de rotación paralelo al primer eje de rotación.
En al menos una modalidad no reivindicada, el desenrollado del rollo del cartón preseleccionado y el enrollado recto de la lámina de cartón desenrollada se realizan simultáneamente.
El tubo de cartón convoluto que se describe a continuación es menos costoso de producir que los tubos de cartón enrollados en espiral o rectos existentes, ya que minimiza las materias primas necesarias para formar el tubo, al mismo tiempo que es más resistente a las fuerzas radiales ejercidas sobre el tubo por la película extensible enrollada alrededor del mismo.
Además, como las materias primas para formar el tubo de cartón convoluto proceden de rollos de cartón recortado, es decir, rollos de cartón rechazado, los costes de fabricación se reducen aún más, ya que los rollos de cartón recortado son menos costosos que los rollos utilizados normalmente para dichos tubos. Además, utilizar rollos de cartón recortados como materia prima genera un impacto positivo en el medio ambiente ya que no requiere la fabricación de nuevos rollos de cartón, reduciendo el efecto invernadero.
Dado que los rollos de cartón recortado vienen en longitudes que corresponden a las longitudes de los tubos generalmente necesarios para el embobinado de películas plásticas, es decir, entre 15 y 21 pulgadas (entre 38,1 y 53,34 cm), el cartón de los rollos de cartón recortado generalmente no requiere ningún corte a lo largo de su longitud, reduciendo los pasos necesarios para fabricar el tubo de cartón convoluto de la invención. También elimina la necesidad de conectar varios tubos entre sí para formar un tubo convoluto de la longitud deseada.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1A es una vista en perspectiva de un tubo de cartón en espiral de la técnica anterior utilizado para embobinar películas plásticas o plásticas extensibles.
La Figura 1B es una vista frontal del tubo de cartón en espiral de la técnica anterior de la Figura 1.
La Figura 2A es una vista en perspectiva de un tubo de cartón convoluto, según una modalidad de la invención, que muestra el tubo de cartón convoluto con una película plástica enrollada alrededor del mismo, con fuerzas radiales que comprimen el tubo.
La Figura 2B es una vista frontal del tubo ilustrado en la Figura 2A.
La Figura 2C es otra vista en perspectiva de un tubo de cartón convoluto de acuerdo con una modalidad preferida de la invención.
La Figura 3 es una vista en perspectiva que muestra un anillo de cartón durante una prueba de aplastamiento de anillos.
La Figura 4 es una vista en perspectiva de un aparato de fabricación de tubos convolutos.
La Figura 5A es una vista en perspectiva que muestra una parte del aparato de fabricación de tubos convolutos ilustrado en la Figura 4, que muestra detalles del rodillo formador de tubos y el conjunto de corte.
La Figura 5B es una porción ampliada de una vista en perspectiva de la Figura 5A, tomada desde el área B y que muestra detalles de un conjunto de extracción de tubos.
La Figura 6 es una vista lateral en sección transversal del aparato de fabricación de tubos convolutos ilustrado en la Figura 4.
La Figura 7 es una porción ampliada de la vista en sección transversal lateral de la Figura 6, tomada desde el área A y que muestra detalles de un mecanismo de prensión para enganchar un borde de extremo del rollo de cartón. La Figura 8A es un dibujo esquemático que muestra una vista en sección transversal lateral del rodillo formador de tubos ilustrado en la Figura 7, en una primera posición en la que los miembros de la boquilla de succión están en una posición extendida y el actuador de succión está activado para permitir que los miembros de la boquilla de succión enganchen y sujeten el borde de extremo del rollo de cartón.
La Figura 8B es un dibujo esquemático que muestra una vista en sección transversal lateral del rodillo formador de tubos ilustrado en la Figura 7, en una segunda posición en la que el rodillo formador de tubos está parcialmente girado con respecto a la primera posición de manera que un primer embobinado del tubo de cartón convoluto se forma parcialmente alrededor del rodillo formador de tubos.
La Figura 8C es un dibujo esquemático que muestra una vista en sección transversal lateral del rodillo formador de tubos ilustrado en la Figura 7, en una tercera posición en la que el primer embobinado del tubo de cartón convoluto está completamente formado alrededor del rodillo formador de tubos.
La Figura 9A es una vista en perspectiva de una porción ubicada hacia el extremo de salida del aparato ilustrado en la Figura 5, con el borde del extremo del rollo de papel colocado entre el rodillo formador de tubo y un rodillo de sujeción superior, estando el rodillo de sujeción superior separado hacia arriba desde el borde de extremo. La Figura 9B es una vista en perspectiva de una parte del aparato ilustrado en la Figura 5, con el rodillo de sujeción superior bajado hacia el rodillo formador de tubos para sujetar el borde del extremo entre el rodillo de sujeción superior y el rodillo formador de tubos.
La Figura 9C es una vista en perspectiva de una parte del aparato ilustrado en la Figura 5, con el mecanismo de prensión activado para sujetar el borde del extremo contra el rodillo formador de tubos a medida que gira el rodillo formador de tubos.
La Figura 9D es una vista en perspectiva de una parte del aparato ilustrado en la Figura 5, con el tubo de cartón convoluto formado en el rodillo formador de tubos y el rodillo de sujeción superior todavía bajado y que colinda con el tubo de cartón convoluto.
La Figura 9E es una vista en perspectiva de una parte del aparato ilustrado en la Figura 5, con el rodillo de sujeción superior elevado por encima del tubo de cartón convoluto para liberar el tubo de cartón convoluto.
La Figura 9F es una vista en perspectiva de una parte del aparato ilustrado en la Figura 5, con el tubo de cartón convoluto parcialmente retirado del rodillo formador de tubos mediante un conjunto de extracción de tubos.
Aunque la invención se describirá junto con las modalidades de ejemplo, se entenderá que no se pretende limitar el alcance de la invención como se reivindica a tales modalidades.
Descripción detallada
En la siguiente descripción, a los elementos similares en los dibujos se les ha dado números de referencia similares. En aras de la claridad, ciertos números de referencia se han omitido en las figuras si ya han sido identificados en una figura anterior.
La resistencia de los tubos a las fuerzas radiales se puede medir con sistemas de medición diseñados específicamente para la industria del papel y el cartón.
A través de varios experimentos, el solicitante descubrió que los tubos de cartón enrollados rectos o los tubos de cartón enrollados en espiral ofrecen una mejor resistencia a las fuerzas radiales que los tubos de cartón en espiral comúnmente utilizados.
El término "cartón" se refiere a un material a base de papel que varía en grosor y rigidez según el propósito para el que se utilizará.
El término "tubo de cartón convoluto" se refiere a un tubo embobinado recto o enrollado recto, a diferencia de un tubo embobinado en espiral. Cada "capa" de la pared del tubo convoluto se refiere a un único embobinado de la lámina de cartón.
Específicamente, al menos en algunas circunstancias, se ha observado una mejora de la resistencia a la fuerza radial de al menos aproximadamente un 21 % entre un tubo de cartón convoluto y un tubo en espiral convencional que tiene el mismo grosor de pared.
También se encontró que, en algunas circunstancias, la resistencia de los tubos enrollados rectos a las fuerzas radiales puede ser una función de uno o más de los siguientes parámetros:
- la resistencia a la tracción (en kg/mm);
- la longitud y/u orientación de las fibras en el cartón; y
- el nivel de humedad dentro de las paredes que forman el tubo.
Experimentos adicionales han demostrado que la resistencia de los tubos de cartón enrollados rectos a la compresión radial es suficiente cuando la resistencia a la tracción es mayor o igual a 60 kg/mm o aproximadamente 5.900 barmm. La prueba para determinar esta relación consiste en sujetar el extremo superior de una lámina de cartón, por ejemplo, de 5 mm (ancho) x 100 mm (largo), y aplicar una carga en su extremo inferior opuesto, hasta que la lámina se rompa. La relación se obtiene dividiendo la carga (en kg) por el grosor (en mm) de la lámina.
Probando la compresión radial de varios tubos fabricados a partir de diferentes tipos de cartón, se encontró también que, contrariamente a la creencia generalizada de que los tubos hechos de láminas de cartón con fibras orientadas multidireccionalmente son más resistentes, los tubos hechos de cartón que tienen una mayoría de sus fibras o todas sus fibras orientadas sustancialmente en la dirección del embobinado del tubo - es decir en dirección tangencial con respecto al tubo - demostraron ser las más resistentes a las fuerzas radiales.
En algunos casos, el nivel de humedad dentro de un tubo de cartón puede afectar aún más su resistencia general. Al realizar una prueba de aplastamiento plano (durante la cual el tubo se coloca entre dos placas de compresión que aplican presión sobre la pared del tubo perpendicularmente a un eje longitudinal del tubo), se ha descubierto que una diferencia del 1 % en el nivel de humedad del tubo podría resultar en una pérdida de resistencia del 4 al 5 % del tubo a las fuerzas de aplastamiento. Por ejemplo, si el nivel de humedad en el tubo es del 5 %, se requerirá una presión de 10 bares para aplastar el tubo, mientras que cuando el nivel de humedad es del 6 %, la presión requerida para aplastar el tubo será de aproximadamente 9,5 bares.
Los experimentos realizados por el solicitante han demostrado que al probar la resistencia de los tubos a la compresión radial en la que se aplican fuerzas al tubo en dirección radial con respecto al tubo (en lugar de a la compresión recta o perpendicular, como se describe anteriormente), una diferencia de 1 % en el nivel de humedad del tubo da como resultado una pérdida de resistencia del tubo del 10 %-12 %. Otros experimentos realizados por los solicitantes han demostrado que un tubo tiene suficiente resistencia a la compresión radial cuando el nivel de humedad dentro del tubo es inferior al 7 %, o más específicamente inferior al 6 %, y que su resistencia se estabiliza cuando el nivel de humedad es aproximadamente 4,5 %.
Con referencia a la Figura 1, se muestra un rollo de película plástica convencional 5 que comprende un tubo de cartón en espiral convencional 10 y una película plástica o película extensible 12 enrollada alrededor del tubo 10. Debido a sus propiedades extensibles, la película plástica 12 comprime el tubo sobre el cual está enrollada con una fuerza de compresión radial F que generalmente se distribuye alrededor de toda la circunferencia del tubo 10 radialmente con respecto al tubo 10 y hacia un eje longitudinal central del tubo 10. Por el contrario, un tubo sobre el que se enrolla un material con propiedades diferentes, como por ejemplo papel que no es sustancialmente extensible, no estaría sometido a fuerzas radiales. En cambio, la fuerza principal a la que estaría sometido el tubo sería una fuerza hacia abajo proveniente del peso del papel sobre el tubo, que tendería a comprimir o doblar el tubo.
Con referencia a las Figuras 2A y 2B, se muestra un rollo de película plástica 15, de acuerdo con una modalidad. El rollo de película plástica 15 incluye un tubo de cartón convoluto 20 y una película plástica 50 enrollada alrededor del tubo de cartón convoluto 20. Específicamente, la película plástica 50 forma una pluralidad de embobinados de película plástica alrededor del tubo de cartón convoluto 20. Los embobinados de película plástica crean una fuerza de compresión radial F sobre el tubo de cartón convoluto 20, y el tubo de cartón convoluto 20 está diseñado para resistir esta fuerza de compresión radial F. El tubo de cartón convoluto 20 tiene un cuerpo tubular 22 que está definido por una pared del cuerpo tubular 24 formada por varias capas 26 de una lámina de cartón enrollada recta. Específicamente, el cuerpo 22 del tubo 20 se fabrica mediante enrollado o embobinado recto de una lámina continua de cartón o material a base de papel. El proceso de "enrollado" o "embobinado recto" significa que cada embobinado después del primer embobinado se superpone al embobinado anterior en una dirección de embobinado que es sustancialmente perpendicular al eje longitudinal del tubo 20. Por lo tanto, en esta configuración, el grosor de la pared 24 del tubo 20 corresponde sustancialmente al grosor de la lámina de cartón multiplicado por el número de veces que la lámina ha sido enrollada.
En una modalidad, la lámina de cartón enrollada recta tiene un grosor de lámina de entre aproximadamente 0,72 mm y 1,2 mm, y el cuerpo tubular 22 incluye de 6 a 10 capas de la lámina de cartón enrollada recta. Por lo tanto, la pared 24 puede tener un grosor de pared inferior a 7,5 mm, y más específicamente inferior a 7,2 mm. Alternativamente, la lámina de cartón enrollada recta podría tener cualquier otro grosor adecuado y el cuerpo tubular 22 podría incluir menos de 6 capas o más de 10 capas de la lámina de cartón enrollada recta de modo que la pared 24 pueda tener cualquier otro grosor de pared adecuado.
Según la invención, la lámina de cartón enrollada recta tiene un peso igual o menor que aproximadamente 300 gsm o 300 g/m2, y más específicamente de menos de aproximadamente 140 gsm o 140 g/m2.
En una modalidad, el cuerpo tubular 22 tiene un diámetro interior de entre aproximadamente 40 mm y 200 mm, y más específicamente de entre aproximadamente 74 mm y 78 mm, e incluso más específicamente de aproximadamente 76 mm. Alternativamente, el cuerpo tubular 22 puede tener cualquier otro diámetro interior adecuado.
En la modalidad ilustrada, la lámina de cartón incluye un borde cortado 60 que se forma cuando se corta la lámina de cartón, ya sea antes de formar el tubo de cartón convoluto 20 o después de que se forme el tubo de cartón convoluto 20. El borde cortado 60 corresponde al extremo del embobinado más exterior de la lámina de cartón en el tubo convoluto de cartón 20. El borde cortado 60 está asegurado en la superficie externa del cuerpo tubular 22 y, debido al grosor de la lámina de cartón, define un escalón u hombro 62 en la superficie externa del cuerpo tubular 22. Por lo tanto, el hombro 62 puede tener una altura que corresponda sustancialmente al grosor de la lámina de la lámina de cartón. Por ejemplo, en una modalidad, el hombro 62 tiene una altura sustancialmente igual o menor que aproximadamente 1,2 mm, o más específicamente entre aproximadamente 0,72 mm y 1,2 mm. Alternativamente, el hombro 62 puede tener cualquier otra altura adecuada.
En una modalidad, las capas de la lámina de cartón se pegan entre sí utilizando un adhesivo seleccionado de un grupo que consiste en: PVA, dextrina y silicato. Alternativamente, las capas de la lámina de cartón podrían fijarse entre sí utilizando cualquier otro adhesivo adecuado o cualquier otra técnica de fijación adecuada.
Como se muestra en la Figura 2C, la lámina de cartón 28 contiene fibras 30 que están sustancialmente orientadas en la dirección de la circunferencia del cuerpo tubular 22. En otras palabras, las fibras 30 están orientadas en la dirección del embobinado de la lámina de cartón 28, o a lo largo de la longitud de la lámina continua, desenrollada 28 (es decir, en una dirección tangencial con respecto al tubo 20). Las fibras 30 también son preferiblemente largas, como se encuentran comúnmente en láminas de cartón o a base de papel utilizadas para cajas y bolsas. En una modalidad, todas las fibras 30 de la lámina de cartón 28 están alineadas en la dirección del embobinado de la lámina de cartón 28. Alternativamente, no todas, pero una mayoría de las fibras están alineadas en la dirección del embobinado de la lámina de cartón 28.
En la modalidad ilustrada, el cartón usado para formar el tubo 20 se caracteriza por una relación de resistencia a la tracción sustancialmente igual o mayor que aproximadamente 60 kg/mm. Alternativamente, el cartón usado para formar el tubo 20 podría tener una relación de resistencia a la tracción mayor o menor. La Figura 3 muestra un ejemplo de un método para medir la relación de resistencia a la tracción de una lámina de cartón tal como la lámina de cartón 32. En este ejemplo, la relación de resistencia a la tracción se mide fijando la lámina de cartón 32 o una parte de la lámina de cartón 32, que tiene un grosor t predeterminado, una longitud I y un ancho w, en un extremo y fijando una carga 34 en su otro extremo lo que crea tensión en la lámina de cartón 32. La carga se aumenta hasta que la lámina 32 se revienta o rompe.
En una modalidad, el nivel de humedad del tubo de cartón convoluto 20, medido dentro de la pared 24 del cuerpo tubular 22, es sustancialmente igual o menor que aproximadamente el 7 %, y más específicamente sustancialmente igual o menor que aproximadamente el 6 %, y aún más específicamente del 4,5 %. Se ha observado que al menos en algunas circunstancias, un nivel de humedad inferior al 7 %, y más específicamente inferior al 6 %, proporciona al tubo 20 una resistencia mejorada a las compresiones radiales. Alternativamente, el tubo de cartón convoluto 20 podría tener un nivel de humedad superior a aproximadamente el 7 %.
Aunque la lámina de cartón 32 utilizada para formar el tubo 20 puede fabricarse específicamente para este fin, la lámina de cartón 28 procede preferentemente de rollos de cartón recortado. En otras palabras, la materia prima utilizada para formar el tubo de cartón 20 procede de papel rechazado de las fábricas de papel. Esto proporciona una tremenda ventaja con respecto a los costos de la materia prima utilizada para fabricar los tubos de cartón 20 para aplicaciones de compresión radial, ya que reduce directamente el costo total de los tubos 20. Alternativamente, la lámina de cartón 28 puede no proceder de rollos de cartón recortado y puede incluir en su lugar otros tipos de cartón.
En una modalidad, el tubo de cartón convoluto 20 tiene una longitud L<t>y la lámina de cartón 32 proviene de rollos que tienen una longitud L<r>correspondiente a la longitud L<t>. Esta característica de la lámina de cartón 32 elimina la necesidad de cortar la lámina a lo largo de su longitud al fabricar el tubo 20. También elimina la necesidad de conectar varios tubos entre sí para formar un tubo de cartón convoluto de la longitud deseada. De hecho, rollos de cartón recortado L<r>generalmente vienen en longitudes de 15 a 21 pulgadas (entre 38,1 y 53,34 cm), lo que corresponde ventajosamente a la longitud L<t>de tubos de cartón utilizados para embobinar películas extensibles.
En otra modalidad, los rollos de cartón recortado L<r>en cambio, podrían ser más largos que la longitud requerida o deseada L<t>de tubos de cartón. En esta modalidad, se podría formar un tubo de cartón inicial y luego cortarlo en uno o más tubos de cartón que tengan la longitud L requerida o deseada.<t>.
Alternativamente, cuando la longitud L<r>del rollo de láminas de cartón no corresponde exactamente a la longitud deseada del tubo de cartón convoluto 20, el tubo 20 puede estar formado por al menos dos tubos de cartón convolutos conectados entre sí de cualquier manera adecuada, tal como con adhesivo, uniones macho-hembra, o enrollando una banda de acabado en espiral alrededor de los tubos unidos.
Ejemplo 1
La Tabla 1 a continuación contiene los resultados de las pruebas realizadas en un primer conjunto de tubos de cartón convolutos, en comparación con los resultados de pruebas similares realizadas en tubos en espiral convencionales. Específicamente, cada prueba se realizó en un tubo que tenía una longitud de 150 mm. La prueba consistió en aplicar una fuerza radialmente hacia dentro de manera uniforme alrededor de toda la circunferencia del tubo y se fue aumentando gradualmente hasta la falla del tubo. Luego, la fuerza aplicada se divide por el área sobre la cual se aplica la fuerza para obtener un valor de resistencia máxima a la compresión radial para los tubos que es independiente del tamaño (es decir, diámetro y longitud) del tubo.
Tabla 1: Comparación de la resistencia a la compresión radial entre tubos en espiral convencionales y tubos de cartón convolutos para diferentes grosores de pared (primera serie de pruebas)
Los resultados de la Tabla 1 muestran que la resistencia a la compresión radial de los tubos de cartón convolutos es mayor que la de los tubos en espiral correspondientes para cada grosor de cartón probado. En al menos un caso (es decir, un grosor de cartón de 4,6 mm), el tubo de cartón convoluto mostró incluso una mejora de aproximadamente el 21 % en la resistencia a la compresión radial con respecto al tubo en espiral correspondiente.
Ejemplo 2
La Tabla 2 a continuación contiene los resultados de las pruebas realizadas en un segundo conjunto de tubos de cartón convolutos, nuevamente comparados con los resultados de pruebas similares realizadas en tubos en espiral convencionales. La prueba consistió nuevamente en aplicar una fuerza radialmente hacia dentro de manera uniforme alrededor de toda la circunferencia del tubo y se fue aumentando gradualmente hasta que el tubo falló. Se seleccionaron tubos en espiral convencionales y tubos de cartón convolutos con varios grosores de cartón, y la prueba se repitió en tres tubos de cartón convolutos para cada grosor de cartón. En este ejemplo, tanto el tubo en espiral convencional como el tubo de cartón convoluto probado estaban hechos de cartón que tenía un peso de 160 gsm (160 g/m2) y un nivel de humedad de aproximadamente el 5 %.
Tabla 2: Comparación de la resistencia a la compresión radial entre tubos en espiral convencionales y tubos de cartón convolutos para diferentes grosores de pared (segunda serie de pruebas)
En este ejemplo, además de determinar la resistencia máxima a la compresión radial para cada tubo como se hizo en el Ejemplo 1, también se determinó la resistencia máxima a la compresión radial por unidad de grosor. Los resultados muestran que la resistencia máxima a la compresión radial de los tubos de cartón convolutos configurados como se describe en la presente descripción es consistentemente mayor que la resistencia máxima a la compresión radial del tubo en espiral convencional para el mismo grosor de tubo.
Aparato de fabricación de tubos convolutos (no reivindicado)
Pasando ahora a las Figuras 4 a 7, se muestra un aparato de fabricación de tubos convolutos 100 para fabricar un tubo enrollado convoluto tal como el tubo de cartón convoluto 20, de acuerdo con una modalidad. En esta modalidad, el aparato 100 incluye un bastidor 102 que tiene un extremo de entrada 104 en el que se proporciona papel al aparato 100 y un extremo de salida 106 ubicado opuesto al extremo de entrada 106. El bastidor 102 está configurado para recibir un rollo de papel 150 en el extremo de entrada 104 para alimentar papel hacia el extremo de salida 106. Específicamente, el rollo de papel 150 puede girar alrededor de un eje de rollo R1para desenrollar un trozo de papel, o una lámina de cartón desenrollada 160, del rollo de papel 150. La lámina de cartón desenrollada 160 incluye un borde de extremo 152 (que se muestra mejor en la Figura 7) que se mueve en una dirección de la máquina M hacia el extremo de salida 106 mediante una pluralidad de rodillos intermedios 110 dispuestos entre los extremos de entrada y salida 104, 106. En una modalidad, los rodillos intermedios 110 se pueden mover además selectivamente hacia arriba y hacia abajo mediante actuadores correspondientes para permitir al usuario establecer una tensión deseada en la lámina de cartón desenrollada 160.
La "dirección de la máquina" M se refiere a una dirección de desplazamiento de la lámina de cartón desenrollada 160 a través del aparato 100, desde el extremo de entrada 104 hasta el extremo de salida 106. Esta dirección también es tangencial al rollo de papel y perpendicular al eje del rollo R1. La "dirección transversal" T se refiere a una dirección que es sustancialmente perpendicular a la dirección de la máquina.
El aparato 100 incluye además un rodillo formador de tubos 112 que está conectado de forma giratoria al bastidor 102 y puede girar alrededor de un eje de rodillo de tubos R2. El rodillo formador de tubos 104 está configurado para acoplarse al borde de extremo 152 del rollo de papel 150 y gira para enrollar o embobinar el rollo de papel 150 alrededor del rodillo formador de tubos 104. Específicamente, el aparato 100 incluye un mecanismo de prensión 200 para enganchar el borde de extremo de la lámina de papel desenrollada. Esto permite que el borde de extremo 152 de la lámina de papel desenrollada sea guiado a lo largo de una trayectoria circular alrededor del rodillo formador de tubo 104 para formar el primer embobinado del tubo convoluto. Una vez formado el primer embobinado del tubo, el borde de extremo 152 queda encajado bajo la lámina de papel desenrollada que se está enrollando sobre él y por lo tanto el mecanismo de prensión 200 puede desactivarse. Alternativamente, el mecanismo de prensión 200 podría permanecer activado durante toda la formación del tubo de cartón convoluto 20.
El rodillo formador de tubos 104 tiene un diámetro que es sustancialmente igual al diámetro interior del tubo de cartón convoluto 20. En una modalidad, el rodillo formador de tubos 104 tiene un diámetro de entre aproximadamente 40 mm y 200 mm, y más específicamente de entre aproximadamente 74 mm y 78 mm, e incluso más específicamente de aproximadamente 76 mm. Alternativamente, el rodillo formador de tubos 104 podría tener un diámetro mayor o menor.
En esta configuración, tanto el desenrollado del papel del rollo de papel 150 como el embobinado o enrollado de la lámina de cartón desenrollada 160 alrededor del rodillo formador de tubo 112 pueden por lo tanto realizarse en un movimiento continuo. Específicamente, el rodillo formador de tubos 112 está orientado de manera que cuando el rollo de papel 150 se recibe en el bastidor 102, el eje del rodillo de tubos R2y el eje de balanceo R1son paralelos entre sí. Por lo tanto, la lámina de cartón desenrollada 160 sigue moviéndose en la dirección de la máquina a medida que se desenrolla del rollo de papel 150 y mientras se enrolla alrededor del rodillo formador de tubo 112 para formar el tubo de cartón convoluto 20.
En una modalidad en la que el tubo de cartón convoluto incluye una pluralidad de fibras de las cuales al menos una mayoría están alineadas en una dirección tangencial con respecto al tubo de cartón convoluto 20, el rollo de papel 150 se selecciona de manera que el cartón en el rollo de papel incluya fibras que también están orientadas en una dirección tangencial con respecto al rollo de papel 150, es decir, en la dirección de la máquina. Por lo tanto, las fibras permanecen alineadas en la dirección de la máquina M mientras la lámina de cartón desenrollada 160 se desplaza desde el extremo de entrada 104 al extremo de salida 106.
En la modalidad ilustrada, el aparato 100 incluye además un conjunto de aplicación de adhesivo para aplicar adhesivo a la lámina de cartón desenrollada 160 que se está enrollando sobre el rodillo formador de tubos 112. En una modalidad, el conjunto de aplicación de adhesivo está configurado para aplicar adhesivo en un lado inferior de la lámina de cartón desenrollada 160, aguas arriba del rodillo formador de tubo 112, de modo que a medida que la lámina de cartón desenrollada 160 se enrolla para formar un embobinado sobre un embobinado previo debajo, la lámina de cartón desenrollada 160 se pega al mismo tiempo sobre el embobinado anterior. En otra modalidad, el conjunto de aplicación de adhesivo podría configurarse para aplicar adhesivo en un lado exterior de cada embobinado a medida que realiza una rotación completa alrededor del rodillo formador de tubo 112 y se mueve debajo de la lámina de cartón desenrollada 160 que forma un nuevo embobinado sobre ella, pegando de esta manera el embobinado a la parte inferior de la lámina de cartón desenrollada 160. En una modalidad, el adhesivo podría seleccionarse de un grupo que consiste en PVA, dextrina y silicato. Alternativamente, el adhesivo podría incluir cualquier otro adhesivo adecuado.
En la modalidad ilustrada, el trozo de lámina de cartón que forma el tubo de cartón convoluto 20 sólo se separa del resto de la lámina de cartón desenrollada 160 una vez que se ha formado el tubo de cartón convoluto 20. Específicamente, el aparato 100 incluye además un conjunto de corte ubicado aguas arriba del rodillo formador de tubos 112, hacia el extremo de entrada 104. Una vez que la lámina de cartón desenrollada 160 se ha enrollado un número deseado de veces para formar un número deseado de embobinados y un grosor deseado del tubo de cartón convoluto 20, el conjunto de corte puede moverse hacia la lámina de cartón desenrollado 160 para separar el tubo de cartón convoluto formado 20 del resto de la lámina de cartón desenrollada 160. Por lo tanto, en esta configuración, el aparato 100 manipula una única pieza de papel, es decir, la lámina de cartón desenrollada 160, en lugar de múltiples piezas separadas, lo que simplifica el proceso de fabricación.
Alternativamente, el trozo de lámina de cartón que forma el tubo de cartón convoluto 20 que se usa para formar el tubo de cartón convoluto 20 puede separarse del resto de la lámina de cartón desenrollada 160 antes de formar el tubo de cartón convoluto 20.
Volviendo ahora a las Figuras 7 a 8C, el mecanismo de prensión 200 incluye una pluralidad de aberturas de succión 202 definidas en el rodillo formador de tubo 112. Específicamente, el rodillo formador de tubos 112 es hueco e incluye un canal interior 204 en comunicación de fluidos con las aberturas de succión 202. El canal interior 204 está además conectado operativamente a una fuente de vacío tal como una bomba o similar para crear succión a través de las aberturas de succión 202. Específicamente, la succión creada es suficiente para mantener el borde de extremo 152 contra el rodillo formador de tubo 112.
En la modalidad ilustrada, las aberturas de succión 202 están alineadas entre sí sustancialmente paralelas al eje del rodillo del tubo R2. Alternativamente, las aberturas de succión 202 podrían disponerse en cualquier otro patrón adecuado. Aún en la modalidad ilustrada, cada abertura de succión 202 es sustancialmente circular, pero alternativamente, las aberturas de succión 202 podrían ser alargadas o tener cualquier otra forma.
En la modalidad ilustrada, el mecanismo de prensión 200 incluye además una pluralidad de miembros de boquilla de succión 220. Cada miembro de boquilla 220 se recibe en una correspondiente abertura de succión 202 y se puede mover con respecto al rodillo formador de tubo 112. Específicamente, cada miembro de boquilla de succión 220 se puede mover selectivamente entre una posición extendida en la que el miembro de boquilla de succión 220 se extiende parcialmente hacia fuera desde la correspondiente abertura de succión 202 y una posición retraída en la que el miembro de boquilla de succión 220 está completamente retraído dentro del rodillo formador de tubo 112.
En la modalidad ilustrada, cada miembro de boquilla de succión 220 está conectado a un actuador de miembro de boquilla 222 tal como un actuador de solenoide o un electroimán que, cuando se activa, mueve el miembro de boquilla de succión 220 desde la posición retraída a la posición extendida. Aún en la modalidad ilustrada, el miembro de boquilla de succión 220 está conectado además a un miembro de resorte 224 que empuja el miembro de boquilla de succión 220 hacia la posición retraída. En esta modalidad, cuando el actuador del miembro de boquilla 222 está desactivado, el miembro de resorte 224 mueve el miembro de boquilla de succión 220 desde la posición extendida de regreso a la posición retraída. Alternativamente, el actuador del miembro de boquilla 222 podría incluir en su lugar un actuador de dos vías que podría mover el miembro de boquilla de succión 220 desde la posición retraída a la posición extendida y desde la posición extendida a la posición retraída.
Como se muestra en la Figura 8A, el miembro de boquilla de succión 220 está primero en la posición extendida para acoplarse con el borde de extremo 152 o la lámina de cartón desenrollada 160 proximal al borde de extremo 152. En esta posición, la fuente de vacío se activa además para proporcionar succión a través del miembro de boquilla de succión 220. A medida que el rodillo formador de tubos 112 gira hacia adelante, como se muestra en la Figura 8B, el miembro de boquilla de succión 220 mantiene la lámina de cartón desenrollada 160 contra el rodillo formador de tubos 112. Luego se gira más el rodillo formador de tubos 112 hasta que el borde de extremo 152 quede metido debajo de la lámina de cartón desenrollada 160 y se forme el primer embobinado, como se muestra en la Figura 8C. En este punto, la fuente de vacío podría desactivarse y los miembros de boquilla de succión 220 podrían moverse a la posición retraída a medida que se forman los embobinados restantes. En una modalidad, la fuente de vacío podría permanecer activada y los miembros de boquilla de succión 220 podrían permanecer en la posición extendida a medida que se forman los primeros embobinados para asegurar que haya suficiente fricción entre los embobinados para evitar que los embobinados se deshagan del rodillo formador de tubos 112 antes de mover los miembros de boquilla de succión 220 en la posición retraída.
En una modalidad, el rodillo formador de tubos 112 se hace girar a una primera velocidad de rotación cuando se forma el primer embobinado o los primeros embobinados, y luego se hace girar a una segunda velocidad de rotación mayor que la primera velocidad de rotación cuando se forman los embobinados restantes. Alternativamente, el rodillo formador de tubos 112 podría hacerse girar a velocidad constante durante la formación de todos los embobinados.
Aún en la modalidad ilustrada, el aparato 100 incluye además un rodillo de sujeción superior 300 conectado de manera giratoria al bastidor 102 y dispuesto encima del rodillo formador de tubo 112. Específicamente, el rodillo de sujeción superior 300 se extiende generalmente paralelo al rodillo formador de tubo 112 y se puede mover sustancialmente de manera vertical. El rodillo de sujeción superior 300 está además conectado operativamente a un accionador del rodillo de sujeción superior para mover selectivamente el rodillo de sujeción superior 300 entre una posición inactiva en la que el rodillo de sujeción superior 300 está separado hacia arriba del rodillo formador de tubo 112 y una posición de sujeción en la que el rodillo de sujeción superior desciende hacia el rodillo formador de tubos 112 para sujetarla lámina de cartón desenrollada 160 contra el rodillo formador de tubos 112. Alternativamente, el aparato 100 puede no incluir un rodillo de sujeción superior 300.
En la modalidad ilustrada, el aparato 100 incluye además un conjunto de extracción de tubos 400 para retirar el tubo de cartón convoluto 20 del rodillo formador de tubos 112 una vez formado. Específicamente, el conjunto de extracción de tubos 400 incluye un carro 402 que se puede mover a lo largo de una trayectoria de desplazamiento paralela al eje del rodillo del tubo R2y un elemento de tope 404 asegurado al carro 402 y ubicado proximal al rodillo formador de tubo 112.
Como se muestra en las Figuras 5A y 5B, el carro 402 está montado operativamente sobre una vía de carro 406 que se extiende debajo del rodillo formador de tubos 112 y se puede mover a lo largo del mismo. El elemento de tope 404 está conectado al carro 402 a través de un miembro de soporte 408 que se extiende sustancialmente de manera vertical entre el carro 402 y el elemento de tope 404. En la modalidad ilustrada, el elemento de tope 404 incluye un miembro anular 410 que se extiende coaxialmente alrededor del rodillo formador de tubo 112. Específicamente, el miembro anular 410 tiene un diámetro interior que es menor que el diámetro exterior del tubo de cartón convoluto 20 formado. En esta configuración, el movimiento del carro 402 a lo largo de su trayectoria de desplazamiento sobre la pista del carro 406 hace que el miembro anular 410 se mueva a lo largo del rodillo formador de tubos 112 y empuje el tubo de cartón convoluto 20 formado hacia un extremo del rodillo formador de tubos 112 hasta que se retire completamente del rodillo formador de tubos 112. El carro 402 puede entonces regresar a su posición inicial y entonces puede formarse un nuevo tubo de cartón convoluto 20 en el rodillo formador de tubos 112.
Se apreciará que el aparato 100 descrito anteriormente proporciona una manera relativamente rápida y completamente automatizada de fabricar tubos de cartón convolutos tales como el tubo de cartón convoluto 20. Por ejemplo, en algunas modalidades, el aparato 100 podría configurarse para enrollar la lámina de cartón desenrollada 160 para formar el tubo de cartón convoluto 20 a una velocidad de aproximadamente 1 m/s a aproximadamente 2 m/s, y para formar en promedio aproximadamente tres tubos de cartón enrollados 20 por minuto. Además, al usar un rollo de papel que incluye fibras de las cuales al menos una mayoría están alineadas en una dirección tangencial, es decir, en la dirección de la máquina M, el tubo de cartón convoluto 20 formado incluye una pluralidad de fibras de las cuales una mayoría también está alineada en una dirección tangencial, que, como se explicó anteriormente, proporciona una resistencia de compresión radial mejorada al tubo de cartón convoluto 20.
Mover la lámina de cartón desenrollada 160 en una única dirección, es decir, la dirección de la máquina M, en lugar de cortar la lámina de cartón desenrollada 160 que luego se mueve independientemente de manera lateral, por ejemplo, simplifica y acelera aún más el proceso de fabricación.
Proceso de fabricación de tubos de cartón convolutos (no reivindicado).
Volviendo ahora a las Figuras 9A a 9F, se muestra un método para fabricar un tubo de cartón convoluto tal como el tubo de cartón convoluto 20, de acuerdo con una modalidad. Aunque el siguiente método se describe en relación con el aparato 100 descrito anteriormente, se entenderá que esto se proporciona sólo como ejemplo y que, en cambio, el método podría realizarse con un aparato diferente.
Primero se proporciona y desenrolla un rollo de papel tal como el rollo de papel 150. Específicamente, el rollo de papel incluye cartón que ha sido preseleccionado según una característica deseada. Por ejemplo, el rollo de papel 150 incluye un cartón preseleccionado que comprende una pluralidad de fibras que están alineadas sustancialmente en una dirección tangencial con respecto al rollo de papel 150.
En la modalidad ilustrada, el rollo de papel 150 está instalado en el bastidor 102, hacia el extremo de entrada 104, como se muestra en la Figura 4. El rollo de papel 150 puede entonces desenrollarse en la dirección de la máquina M para formar la lámina de cartón desenrollada 160. Luego, el borde del extremo 152 se mueve hacia el extremo de salida 106 hasta que se acopla al rodillo formador de tubos 112.
La lámina de cartón desenrollada 160 puede luego enrollarse recto o enrollarse para formar el tubo de cartón convoluto 20 de manera que el tubo de cartón convoluto 20 incluya las fibras alineadas en la dirección de la máquina M. En una modalidad, la lámina de cartón desenrollada 160 puede enrollarse a una velocidad de entre aproximadamente 1 y 3 m/s. Alternativamente, la lámina de cartón desenrollada 160 podría enrollarse a una velocidad mayor o menor.
Con referencia a la Figura 9A, para enrollar la lámina de cartón desenrollada 160 para formar el tubo de cartón convoluto 20 según una modalidad, el borde de extremo 152 se coloca encima del rodillo formador de tubo 112. El rodillo de sujeción superior 300 está en la posición inactiva de manera que está separado hacia arriba del rodillo formador de tubos 112 y el borde de extremo 152 está colocado entre el rodillo formador de tubos 112 y el rodillo de sujeción superior 300.
Como se muestra en la Figura 9B, el rodillo de sujeción superior 300 se baja entonces a la posición de sujeción, en la que colinda con la lámina de cartón desenrollada 160 por encima del rodillo formador de tubo 112. Luego se activa la fuente de vacío para crear succión a través de las aberturas de succión 202 para mantener el borde de extremo 152 contra el rodillo formador de tubo 112. Los miembros de boquilla de succión 220 pueden colocarse además en la posición extendida.
Como se muestra en la Figura 9C, el rodillo formador de tubos 112 puede entonces girarse hacia adelante para formar el primer embobinado, con el borde de extremo 152 permaneciendo sostenido contra el rodillo formador de tubos 112. El rodillo formador de tubos 112 puede entonces girarse adicionalmente, a la misma velocidad o a una velocidad mayor, para formar los embobinados restantes, tiempo durante el cual la fuente de vacío puede desactivarse y los miembros de boquilla de succión 220 pueden moverse de nuevo a la posición retraída. Se proporciona además un adhesivo tal como PVA, dextrina o silicato a medida que se gira el rodillo formador de tubos 112, como se describió anteriormente. En una modalidad, el rodillo formador de tubos se gira en total de 6 a 10 veces para formar un tubo de cartón convoluto 20 que tiene de 6 a 10 capas de cartón. Alternativamente, el rodillo formador de tubos podría girarse en total menos de 6 veces o más de 10 veces.
La Figura 9D muestra el tubo de cartón convoluto 20 formado alrededor del rodillo formador de tubo 112, con el rodillo de sujeción superior 300 que colinda con el tubo de cartón convoluto 20. Como se muestra en la Figura 9E, el rodillo de sujeción superior 300 se eleva entonces de nuevo a su posición inactiva. La lámina de cartón desenrollada 160 se corta en dirección a lo ancho, proximal al rodillo formador de tubo 112, para separar el tubo de cartón convoluto 20 del resto de la lámina de cartón desenrollada 160. En una modalidad, la lámina de cartón desenrollada 160 se corta antes de que se eleve el rodillo de sujeción superior 300, pero alternativamente, podría cortarse después de que se eleve el rodillo de sujeción superior 300.
Como se muestra en la Figura 9F, el tubo de cartón convoluto 20 puede entonces retirarse del rodillo formador de tubos 112. En la modalidad ilustrada, el tubo de cartón convoluto 20 se retira usando el conjunto de extracción de tubos 400. Específicamente, el carro 402 se mueve a lo largo de la pista del carro 406 de modo que el miembro anular 110 empuja el tubo de cartón convoluto 20 hacia un extremo del rodillo formador de tubos 112 y completamente fuera del rodillo formador de tubos 112.
Se apreciará que la ubicación en la que se cortó la lámina de cartón desenrollada 160 define ahora un nuevo borde de extremo de la lámina de cartón desenrollada 160, que luego puede acoplarse por el mecanismo de prensión 200 para formar un nuevo tubo de cartón convoluto 20.
En una modalidad, a continuación, se fija el adhesivo. Específicamente, el adhesivo podría fijarse simplemente esperando una cierta cantidad de tiempo. Alternativamente, el adhesivo podría fijarse o curarse usando una técnica de fijación de adhesivo activo tal como usar luz ultravioleta, calor o cualquier otra técnica adecuada.
En una modalidad, el tubo de cartón convoluto 20 también se puede secar para reducir su nivel de humedad a un nivel de humedad deseado, que podría ser sustancialmente igual o menor que aproximadamente el 7 % y más específicamente de aproximadamente el 4,5 %. El secado podría realizarse dejando reposar el tubo de cartón convoluto 20 en un ambiente relativamente seco durante un cierto período de tiempo, o podría realizarse utilizando un aparato de secado. Alternativamente, el tubo de cartón convoluto 20 no se puede secar.
En una modalidad, después se puede enrollar una película tal como la película plástica 50 alrededor del tubo de cartón convoluto 20 para formar el rollo de película plástica 15. Específicamente, el embobinado de la película plástica 50 alrededor del tubo de cartón convoluto 20 podría realizarse en la misma instalación, es decir, una instalación de fabricación de rollos de película plástica, que la fabricación del tubo de cartón convoluto 20. Por ejemplo, si el tubo de cartón convoluto 20 se fabrica usando el aparato 100, el aparato 100 puede proporcionarse en la instalación de fabricación de rollos de película plástica. Esto puede contribuir a mantener el tubo de cartón convoluto 20 en el nivel de humedad deseado reduciendo el tiempo, el número de manipulaciones y los cambios potenciales en el entorno entre la fabricación del tubo de cartón convoluto 20 y la fabricación del rollo de película plástica 15. Alternativamente, el tubo de cartón convoluto 20 podría fabricarse en una primera instalación tal como una instalación de fabricación de tubos de cartón convolutos y luego transportarse a una segunda instalación tal como una instalación de fabricación de rollos de película plástica donde la película plástica 50 se enrolla alrededor del tubo de cartón convoluto 20.
Como se puede apreciar, el tubo convoluto 20 de la invención es menos costoso de fabricar que los conocidos en la técnica, no sólo porque utiliza cartón recortado o rechazado como materia prima (de hecho, se utilizan rollos de cartón recortado o rollos rechazados) relativamente económico en relación con el costo del cartón utilizado hasta ahora para fabricar tubos o mandriles de embobinado convolutos o en espiral), sino también porque se necesita menos material para formar los tubos, gracias a la selección de cartones con propiedades específicas (peso, resistencia a la tracción, nivel de humedad, orientación de las fibras). La invención también ayuda a reducir los efectos de invernadero al utilizar cartón recortado como materia prima, en lugar de requerir la fabricación de cartón específicamente para crear tubos. También está particularmente adaptado a las necesidades de aplicaciones que implican compresión radial, como aquellas que utilizan películas extensibles o plásticas. Ventajosamente, debido a que no hay separación entre tiras u hojas enrolladas sucesivas, como es el caso en los núcleos en espiral, el núcleo está menos sujeto a romperse cuando se comprime radialmente.
Además, el hecho de que el tubo de cartón convoluto pueda resistir la misma fuerza de compresión radial que un tubo en espiral convencional correspondiente mientras tiene una pared más delgada que el tubo en espiral convencional correspondiente puede tener ventajas adicionales. Por ejemplo, los tubos de cartón enrollados a menudo experimentan un efecto de "rebote" en el que el borde cortado del tubo de cartón en la capa enrollada final puede tender a moverse antes de que el adhesivo se haya endurecido por completo debido a la ligera tensión que se puede haber creado en los embobinados cuando se gira el rodillo formador de tubos. Se ha observado que formar un tubo que tenga un grosor de pared menor reduce este efecto de rebote y contribuye de esta manera a impedir el movimiento del borde cortado con respecto al resto del tubo mientras fragua el adhesivo.
Aunque las modalidades preferidas de la presente invención se han descrito en detalle en la presente descripción y se han ilustrado en los dibujos adjuntos, debe entenderse que la invención no se limita a estas modalidades precisas, y que se pueden efectuar varios cambios y modificaciones en las mismas sin apartarse del alcance de la presente invención tal como se reivindica.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un rollo de película plástica (15) que comprende:
un tubo de cartón convoluto (20) que comprende un cuerpo tubular (22) que tiene una pared de cuerpo tubular (24) formada por una pluralidad de capas (26) de una lámina de cartón enrollada recta (28) que tiene un peso igual o menor que 300 gsm (300 g/m2);
una película plástica (50) enrollada alrededor del tubo de cartón convoluto (20) para formar una pluralidad de embobinados de película plástica alrededor del tubo de cartón convoluto (20), creando los embobinados de película plástica una fuerza de compresión radial (F) igual o mayor que 10 bar en la pared del cuerpo tubular,
en donde la lámina de cartón (28) incluye una pluralidad de fibras (30), estando al menos una mayoría de las fibras alineadas sustancialmente en la dirección del embobinado del tubo de cartón convoluto (20) para permitir que el tubo de cartón convoluto (20) resista la fuerza de compresión radial (F).
2. El rollo de película plástica como se reivindicó en la reivindicación 1, en el que la pared tiene un grosor de pared inferior a 7,5 mm.
3. El rollo de película plástica como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en donde la fuerza de compresión radial creada por el embobinado de película plástica en la pared del cuerpo tubular es igual o mayor que 35 bar.
4. El rollo de película plástica como se reivindicó en la reivindicación 1, en donde el grosor de la pared es inferior a 5 mm y en donde la fuerza de compresión radial creada por el embobinado de película plástica en la pared del cuerpo tubular es igual o superior a 28 bar.
5. El rollo de película plástica como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde todas las fibras están sustancialmente alineadas en la dirección del embobinado del tubo de cartón convoluto (20).
6. El rollo de película plástica como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el cuerpo tubular tiene una resistencia a la tracción igual o superior a 60 kg/mm.
7. El rollo de película plástica como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la lámina de cartón tiene un peso igual o menor que aproximadamente 140 gsm (140 g/m2).
8. El rollo de película plástica como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde la pluralidad de capas de la lámina de cartón enrollada recta incluye de 6 a 10 capas.
9. El rollo de película plástica como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la lámina de cartón incluye un borde cortado (60) que define un hombro (62) en la superficie externa del cuerpo tubular, teniendo el hombro una altura sustancialmente igual o menor que aproximadamente 1,2 mm.
10. El rollo de película plástica como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el cuerpo tubular tiene un nivel de humedad igual o menor que 7 %, particularmente igual o menor que 6 %, más particularmente sustancialmente igual al 4,5 %.
11. El rollo de película plástica como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la lámina de cartón tiene un ancho de lámina (w) definido en una dirección transversal de la lámina de cartón, siendo el ancho de la lámina sustancialmente igual a una longitud del cuerpo tubular.
12. El rollo de película plástica como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde la pluralidad de capas de la lámina de cartón enrollada recta se pegan entre sí usando un adhesivo seleccionado de un grupo que consiste en: acetato de polivinilo (PVA), dextrinay silicato.
13. El rollo de película plástica como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el cuerpo tubular tiene un diámetro interior de entre aproximadamente 40 mm y 200 mm, en particular de entre aproximadamente 74 mm y 78 mm, más particularmente de aproximadamente 76 mm.
14. El rollo de película plástica como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde la lámina de cartón enrollada recta tiene un grosor de lámina de entre aproximadamente 0,72 mm y 1,2 mm.
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