IT8667699A1

IT8667699A1 - Vite per estrusore e relativo procedimento di estrusione, particolarmente per l'estrusione di materiali termoplastici

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Publication number: IT8667699A1
Application number: ITTO1986A067699A
Authority: IT
Original assignee: Sterling Extruder Corp
Priority date: 1985-09-09
Filing date: 1986-09-09
Publication date: 1988-03-09
Also published as: US4733970A; DE3630208A1; GB2180496A; IT1195157B; GB2180496B; FR2586965A1; GB8620465D0; IT8667699A0; JPS6297822A

Description

"Vite per estrusi??? e relativo procedimento di estrusione, particolarmente per l'estrusione di materiali termoplastici"

RIASSUNTO

Vite per estrusore avente una sezione di alimentazione, una sezione di compressione ed una sezione di dosaggio.

r La sezione di compressione comprende due porzioni di transi- -PD5cn

zione con interposizione di una porzione di barriera a spi P3 rale. La vite riduce il consumo di energia e la temperatura

della massa di materiali termoplastici.

SONFO DELL'INVENZIONE

1. Campo dell'invenzione

L'invenzione si riferisce al campo degli estrusori

per polimeri, ed in particolare ad una vite di estrusione perfezionata per estrusori.

2. Descrizione della tecnica correlata

La popolarit? della pellicola di polietilene lineare

? a bassa densit? (LLDPE) s? basa essenzialmente sul suo rela

tivo basso costo e sulle buone propriet? meccaniche, quali resistenza alla lacerazione, resistenza alla perforazione, resistenza a trazione e resistenza alla "fessurazione sotto sforzo in condizioni ambientali. La crescita della resina LLDPE deriva essenzialmente dalla sostituzione'delle resine poliolefiniche, in particolare per polietilene a bassa densit? (LDPE).

La conversione delle linee di estrusori per LDPE a linee di estrusori per LLDPE non ? una proposizione facile. Le viti per LDPE, quando impiegate per la estrusione di LLDPE, richiedono pi? coppia e energia di quanta ? disponibile per la maggior parte dei motori di estrusori per pellicole soffiate in LDPE. Ci? richiede che i motori per estrusori di LDPE vengano adattati come rapporti o forniti con.: un comando pi? pot?nte. Gli estrusori con motori adattati o modificati tendono a fornire temperature di fusione molto pi? elevate di quanto desiderato per la soffiatura di pellicole. Ci? ? dovuto alla differenza nella reologia di sollecitazione tangenziale di LLDPE rispetto a LDPE. La LLDPE ? pi? viscosa nel campo dei valori di sollecitazione tangenziale dell'estrusore rispetto alla LDPE. Perci?, essa richiede pi? energia per l'estrusione. Questa energia si manifesta come un maggiore calore che provoca temperature pi? elevate.

Lo scopo della presente invenzione ? quello di sviluppare una vite che fonda tutti i materiali termoplastici ad una temperatura di fusione pi? bassa e maggiormente controllata, ad una pressione pi? uniforme e che consumi minore

energia facendo ci?.

Gli estrusori correntemente impiegati per il LDPE hanno un'apertura allungata ad un'estremit? di ,un cilindro che

pu? essere riscaldato o raffreddato in posizioni prestabilite lungo la sua lunghezza. Una vite per estrusore ? disposta entro il cilindro e occupa la lunghezza del cilindro.

La vite ha una spirale a elica sulla sua superficie che ?

ad accoppiamento stretto con la superficie cilindrica del

cilindro. La vite viene fatta ruotare intorno al proprio

asse in modo da lavorare il materiale plastico e forzarlo

verso l'estremit? di uscita dell'estrusore.

Una vite per estrusore ha generalmente una pluralit?

P3 -di sezioni, quali una sezione di dosaggio, una sezione di ma ? alimentazione ed una sezione di transizione. La sezione di alimentazione ? generalmente provvista al di sotto della

apertura nella tramoggia che introduce il polimero che deve

essere estruso nell'estrusore. La sezione di alimentazione

si estende normalmente entro il cilindro dell'estrusore.

Il diametro della vite, o "fondo", nella sezione di alimentazione ? generalmente il pi? piccolo sulla vite. Ci? permette

alla sezione di alimentazione di prelevare grandi quantit?

di polvere o di pastiglie di polimero dentro l'estrusore

in modo che queste possano essere compresse nelle porzioni

anteriori della vite. Questo sovraempimento ? desiderabile poich? l'estrusore raggiunge una prestazione ottima quando 10 spazio tra due spire adiacenti ? completamente riempito con materiale con un numero minimo di vuoti.

,, In una comune vite per estrusori vi ? una sezione di transizione dopo la sezione di alimentazione. Nella sezione di transizione, il fondo aumenta diminuendo cos? il volume di spazio che ? disponibile per il polimero e cos? lo comprime.

Questa sezione di transizione ? seguita da una sezione di dosaggio con fondo costante. Una gran parte della sollecitazione di taglio e della fusione del polimero si verifica nella sezione di transizione mentre il polimero si sposta lungo la lunghezza della vite.

La sollecitazione di taglio del materiale mentre esso si sposta lungo la vite dell'estrusore attraverso il cilindro produce calore e fonde il polimero. La maggior parte della fusione si verifica alla superficie del cilindro. Quando il polimero fonde e la spira dietro il polimero avanza, 11 polimero fuso scorre lungo la faccia della spira, in avanti lungo il fondo della vite e risale sul retro della spira anteriore. Ci? fa s? che talvolta una sacca di polimero solido venga incapsulata entro la massa di polimero fuso che scorre intorno al perimetro formato da due spire adiacenti, dalla superficie della vite e dalla superficie del cilindro.

Il tipo tradizionale di alimentazione-transizione-dosaggio di vite per estrusore ? stato progettato per l'estrusione generale di tutti i materiali termoplastici. Tuttavia, quando lo stesso tipo di vite per estrusore viene

impiegato con LLDPE, il consumo di energia 'a-,le temperature

di uscita aumentano mentre la produzione massima diminuisce. Allo'scopo di migliorare la prestazione dell'estrusore

senza modificare i rapporti, ? stata sviluppata una vite

avente due sezioni di transizione e due sezioni di dosaggio. Il brevetto statunitense No. 4.357.291 di Miller

ed al. descrive tale vite. Questa vite provvede una sezios ne separata di compressione e di dosaggio; tuttavia, s 3 non vi ? assicurazione di una fusione adatta e completa nT 4 poich? un letto di solidi pu? risultare incapsulato.

n ;a E' stata proposta una vite per estrusione con una ? sezione a spirale di barriera. La spirale di barriera

aiuta il procedimento di estrusione separando la massa

fusa dal letto di solidi. Ci? lascia il letto di solidi

per essere lavorato e riscaldato in modo da fonderlo.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

La vite per estrusore ed il procedimento secondo

11invenzione provvedono una sezione di compressione che

fornisce al polimero una separazione dalla massa fusa

dal letto solido. Nello stesso tempo, la vite secondo

l'invenzione riduce il consumo di energia dell'estrusore

rispetto agli estrusori conosciuti precedentemente, pur

mantenendo o aumentando la produzione.

La vite per estrusore secondo l'invenzione ha una

n

sezione di alimentazione associata con una sezione di

compressione multistadio seguita da una sezione di dosaggio.

La sezione di compressione ha tre porzioni, due porzioni

di transizione con interposizione di una porzione a spirale

di barriera. La porzione a spirale di barriera ? in pratica

costituita da due spirali, una spirale principale ed

una spirale di barriera o mobile. La spirale di barriera

incomincia nella spirale principale e quindi si separa

% da questa. Successivamente, essa ? disposta tra la spirale 9 s principale e la spirale di fronte alla spirale principale. -5* ;& ? ;La posizione della spirale di barriera rispetto alle ;yJ due spirali che la circondano varia come posizione lungo ? ?u?t la vite. La posizione cambia in modo da avere l'effetto ;di spostare la spirale in avanti dalla spirale principale ;sino a che essa si collega e si confonde con la spirale ;anteriore. ;La spirale di barriera non ? cos? alta come la ;spirale principale e per ci? viene provvista una intercapedine tra il cilindro e la spirale di barriera. La ;massa fusa scorre indietro sopra la barriera mentre lascia ;il letto di solidi disposto tra la spirale di barriera ;e la spirale anteriore. Ci? separa la massa fusa da-1 letto di ;solidi ed impedisce un indesiderato incapsulamento del letto di solidi.. La spirale di barriera serve anche a comprimere il letto di solidi anche se in una forma d? attuazione il diametro di fondo della vite nella sezione ;a spirale di barriera in pratica diminuisce. Ci? serve ;a separare la massa fusa dai solidi ed elimina quoti indesiderati nel letto di solidi, i quali impediscono ;che i solidi vengano opportunamente lavorati. Ci? provvede ;una migliore miscelazione ed una fusione pi? rapida del ;polimero senza una eccessiva temperatura di fusione od ;aumento nel consumo di energia. ;1CD BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI ? La figura 1 ? una vista in elevazione laterale m>c? mo della vite per estrusore secondo l'invenzione; V? la figura 2 ? una vista della vite della figura ;1 con parti asportate; ;la figura 3 ? una vista in elevazione laterale ;di una forma di attuazione alternativa della vite per estrusore secondo l'invenzione; ;la figura 4 ? una vista della vite della figura ;3 con parti asportate; ;la figura 5 ? un grafico che illustra la temperatura ;di fusione in funzione della pressione nella vite della ;tecnica precedente e nella presente vite a quaranta giri/minuto; e ;la figura 6 ? un grafico che confronta la produzione ;della vite secondo l'invenzione con la vite della tecnica ;precedente a 40 giri/minuto. ;DESCRIZIONE DELLA FORMA DI ATTUAZIONE PREFERITA ;La vite 1 secondo l'invenzione comprende un corpo ;di vite con diversi diametri di fondo come illustrato ;nella figura 1, con il cilindro rappresentato schematicamente. Globalmente, vi ? una sezione di alimentazione ;2, una sezione di compressione 3, una sezione di dosaggio ;4 ed una testa di miscelazione 6. ;La vite 1 ha una spira elicoidale 5. La spira 5 ;ha passo e diametro esterno costante. La spira 5 termina ;in una testa di miscelazione 6 di un qualsiasi adatto cI~> *tipo conosciuto agli esperti nella tecnica. Nella sezione

di alimentazione 2, il diametro di fondo della vite ?

il minimo dei diametri di fondo sulla vite. Ci? provvede

una grande zona definita dal fondo della vite, due convoluzioni adiacenti di spira e la superficie interna del

cilindro. Come descritto sopra, la sezione di alimentazione 2 ? prevista per ricevere la polvere o le pastiglie

di polimero per l'estrusione. Quando il polimero passa

lungo la sezione di alimentazione 2 esso viene lavorato dall'attrito e dalla sollecitazione tangenziale provocata

dal movimento relativo tra polimero, vite e cilindro.

Questo lavoro crea calore che incomincia a rammollire ed

a fondere i solidi.

Il polimero passa successivamente nella sezione

di compressione 3 della vite. La prima porzione della

sezione di compressione ? la porzione di transizione

7. Questa porzione di transizione ha un diametro di fondo

variabile che aumenta nella direzione di flusso del polimero. La porzione di transizione 7 ha una lunghezza che

costituisce circa mezzo giro o pi? della spira. Il fondo

aumenta come dimensioni e per ci? comprime leggermente

il polimero quando questo entra in una porzione a spirale

di barriera 8.

La porzione a spirale di barriera inizia con una

singola spira principale 9. Una seconda spira chiamata

?I-?.

?a una spira di barriera 10 si separa dalla spira principale -a?J? 9 ed ? disposta tra due convoluzioni adiacenti della -d spira principale 9. La spira di barriera 10 ha un diametro

esterno leggermente minore della spira principale 9 e

ha un passo differente. Il passo della spira di barriera

10 fa spostare lungo l'asse longitudinale della vite

maggiormente per una convoluzione rispetto alla spira

principale. Ci? permette alla massa fusa, che ? il polimero

che ? gi? stato fuso, di scorrere sopra la barriera ?

di essere contenuto nello spazio dietro alla spira di

barriera 10. Il passo della spira di barriera ? tale

che la sua posizione tra le due convoluzioni adiacenti

? .s 9. ??ottiK? della spira principale sia costantemente in movimento verso quella pi? anteriore delle due spire. Ci? fa s? che lo spazio contenente il letto di solidi si ritiri mentre lo spazio contenente la massa fusa aumenta, separando cos? la massa fusa dal solido ed eliminando i vuoti che si possono verificare nel letto di solidi. Ci? assicura che la massa fusa scorra in una posizione dietro alla spira di barriera lasciando il letto di solidi segregato e non incapsulato. Poich? il letto di solidi non ? incapsulato, e se viene lavorato in misura maggiore il che crea altra massa fusa che scorre sopra la spira di barriera nello spazio 11 dietro alla spira di barriera 10. Se una parte del polimero solido viene forzato sopra la spira di barriera in forma solida, esso viene sottoposto a intense forze di sollecitazione tangenziale provocate dal movimento relativo della spira di barriera 10 e dal cilindro. Ci? assicura che tutto il polimero venga fuso quando esso raggiunge lo spazio 11.

Al termine della sezione? a spirale di barriera, la spira di barriera raggiunge la spira principale davanti ad essa e lo spazio 11 diventa lo spazio davanti alla spira principale tra due convoluzioni adiacenti della spira principale. In una forma di attuazione, il diametro di fondo della vite ? costante per tutta la lunghezza della sezione a spirale di barriera. Tuttavia, in una forma di attuazione alternativa (figure 3 e 4) il diametro di fondo in pratica, diminuisce permettendo alla spira

di barriera di spostarsi pi? rapidamente attraverso il

suo percorso e provvedendo cos? la fusione in una distanza

pi? breve.

L'ultima sezione nella porzione di compressione

? una seconda sezione di transizione 12. Questa sezione

di transizione ? simile alla prima sezione di transizione

7. Tuttavia, il diametro variabile del fondo in questa

I

sezione aumenta al diametro finale massimo della vite.

Il valore a cui il diametro di fondo aumenta nella seconda

sezione di transizione 17 pu? essere maggiore che nella

prima sezione di transizione 7, Ci? ? specialmente valido

ya se si impiega la forma di attuazione alternativa, in y r cui il diametro di fondo in pratica diminuisce lungo

la sezione a spirale di barriera.

La sezione finale ? una sezione di dosaggio 4 che

pu? avere un diametro di fondo costante o un diametro

di fondo leggermente crescente. La vite per estrusore

termina in una testa di miscelazione comune 6.

In una forma di attuazione preferita, la vite per estrusore ha un diametro di 2,5" (63,5mm) ed ha un rapporto

tra lunghezza e diametro di 30:1, Essa viene impiegata

in un comune estrusore con un motore a corrente continua

da 50 Hp previsto per una velocit? massima di 65 giri/minuto.

La sezione di alimentazione ha una lunghezza di 9 spire; la prima porzione di transizione ha una lunghezza di 3 spire; la porzione a spirale di barriera ha una lunghezza di 7 spire con la spirale di barriera avendo soltanto 6 spire; la seconda porzione di transizione-^ia una lunghezza di due spire; la sezione di dosaggio ha una lunghezza di 7 spire e la testa di miscelazione ha una lunghezza di due spire.

In alternativa, le viti possono avere un rapporto tra lunghezza e diametro di 24:1. In questo caso, la sezione di alimentazione ha una lunghezza di nove spire; la prima porzione di transizione ha una lunghezza di due spire; la porzione di barriera ha una lunghezza di cinque spire con soltanto sei spire di barriera; la secori"da porzione di transizione ha una lunghezza di due spire; la sezione di dosaggio ha una lunghezza di 4,5 spire; e la testa di miscelazione ha una lunghezza di 1,5 spire.

In questi due esempi, nella porzione di barriera vi sono meno spire di barriera rispetto alle spire principali. Ci? perch? la spira di barriera ha un passo maggiore e perci? ha un percorso maggiore della lunghezza della vite per convoluzione.

Le figure 5 e 6 confrontano le temperature di fusione e le efficienze di produzione di una vite di barriera a transizione singola (vite A) e la vite secondo l'invenzione

Claims

RIVENDICAZIONI

1. - Vite per estrusore avente una spira elicoidale

con diametro esterno predeterminato per estrudere materiali

termoplastici, comprendente:

(a) una sezione di alimentazione avente un diametro

TaQDVODU!SVacostante del fondo della vite;

(b) una sezione di compressione che comprende:

(i) una prima porzione di transizione immediatamente

seguente detta sezione di alimentazione, in cui il diametro

di fondo della vite aumenta nella direzione di produzione

dell 1estrusore,

(ii) una porzione a spirale di barriera' immediatamente

seguente detta prima sezione di transizione in cui detta

spira si suddivide per formare una prima 'spira principale

ed una seconda spira di barriera tale che il materiale

scorra all'indietro sopra detta spira di barriera; e

(iii) una seconda porzione di transizione che segue detta

sezione a spirale di barriera il cui diametro di fondo

della vite aumenta nella direzione di produzione dell'estrusore; e

de) una sezione di dosaggio immediatamente seguente

detta?sezione-di-compressione ed-avente-un-diametro costante

del fondo della vite.

2. - Vite per estrusore secondo la rivendicazione ?

5oo 1, in cui:

?gcn (a) detta spira di barriera ha un diametro esterno p'rl :> p? minore del diametro esterno predeterminato della spira principale.

3. - Vite per estrusore secondo la rivendicazione

2, in cui:

(a) detta porzione di transizione e detta seconda

porzione di transizione aumentano di diametro a velocit?

uguali.

4. - Vite per estrusore secondo la rivendicazione

3, comprendente inoltre: ,

(a) una testa di miscelazione immediatamente seguente

detta sezione di dosaggio.

5. - Vite per estrusore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, in cui:

(a) detta sezione a spirale di barriera ha un diametro

costante di fondo della vite.

6. - Vite per estrusore secondo la rivendicazione

5, in cui:

(a) detta sezione di alimentazione ha 9 spire;

(b) detta prima porzione di transizione ha tre

spire;

(c)?detta porzione _a ?spirale di barriera ha sette

spire;

(d) detta seconda porzione di transizione ha due S03

J? s spire;

p ?2co (e) detta sezione di dosaggio ha sette spire; e r??

B

t? (f) il rapporto tra lunghezza e diametro della

vite ? 30:1.

7. - Vite per estrusore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, in cui:

(a) il diametro di fondo della porzione a spirale

di barriera diminuisce nella direzione di produzione

dell ?estrusore.

8. - Vite per estrusore secondo la rivendicazione

7, in cui:

(a) detta sezione di alimentazione ha 9 spire;

(b) detta prima porzione di transizione ha tre

spire;

(c) detta porzione a spirale di barriera ha sette

spire;

I

(d) detta seconda porzione di transizione ha due

spire;

(e) detta sezione di dosaggio ha sette spire; e

(f) il rapporto tra lunghezza e diametro della

vite ? 30:1.

9. - Procedimento per l'estrusione di materiale termoplastico comprendente le operazioni di:

(a) introdurre solidi polimeri termoplastici in

una sezione di alimentazione dell'estrusore; I (b) comprimere detto polimero m?ntre si lavora

eletto polimero per formare una massa fusa;

(c) separare la parte fusa di detto polimero compresso dai solidi rimanenti mentre si continua a lavorare

detti solidi per formare altre porzioni fuse che vengono successivamente separate dai solidi;

(d) comprimere ulteriormente detta parte fusa prima

dell'estrusione.

10. - Procedimento secondo la rivendicazione 9

in cui:

(a) detti solidi vengono compressi leggermente

mentre detta parte fusa viene separata da detti solidi.

11. - Procedimento secondo la rivendicazione 10, consistente inoltre nel

(a) sottoporre detta parte fusa ad ulteriore lavora-

zione nella sezione di dosaggio.