ITMI20011902A1 - Testa per l'estrusione di un film tubolare e metodo per regolare il profilo di spessore di un film tubolare estreso - Google Patents

Description

TESTA PER L’ESTRUSIONE DI UN FILM TUBOLARE E METODO PER

REGOLARE IL PROFILO DI SPESSORE DI UN FILM TUBOLARE ESTRUSO.

Forma oggetto della presente descrizione una testa per l’estrusione di film tubolari a singolo strato o multistrato, in particolare di materiali polimerici termoplastici.

Forma inoltre oggetto della presente descrizione un metodo per regolare il profilo di spessore di un film tubolare estruso.

In una testa di estrusione per film tubolari il materiale, allo stato plastico, fuoriesce, sotto pressione, da una fessura di estrusione definita esternamente da un corpo anulare cavo (il corpo della testa) e da una flangia anulare cava (comunemente detta filiera) ed internamente da un corpo cilindrico (comunemente detto calibro) alloggiato aH’intemo del corpo anulare e della flangia anulare cava.

Il corpo della testa è provvisto internamente di canali di alimentazione del materiale da estrudere ed esternamente di resistenze elettriche che mantengono la testa alla temperatura di lavoro richiesta (indicativamente 190-210 °C circa).

Tipicamente lo spessore della fessura anulare è compreso fra 0,5 e 1,5 mm, mentre il diametro della fessura anulare di estrusione è solitamente compreso fra 200 e 600 mm.

Per portare il film tubolare estruso allo spessore desiderato, immediatamente dopo l’estrusione esso viene stirato nelle due direzioni: longitudinalmente (M.D.) tramite il gruppo traino (il rapporto tra la velocità di uscita del materiale e quella del traino determina il valore dello stiro longitudinale), trasversalmente (C.D.) tramite un dispositivo conosciuto con il termine I.B.C. (Intemal-Bubble-Cooling System).

Modificando la pressione dell’aria all’interno del tubolare estruso, cambia il suo diametro del tubolare finito e, quindi, l’entità dello stiro trasversale o gonfiaggio.

Variando la velocità di trascinamento del film ed il gonfiaggio è possibile variare il rapporto fra la stiratura longitudinale e la stiratura trasversale del film tubolare.

Tipicamente il rapporto di gonfiaggio varia da 1:1,5 fino a 1:3, mentre la velocità di trascinamento varia fra 10 e 60 m/min.

Le caratteristiche del film tubolare estruso, in particolare la resistenza meccanica e la permeabilità ai gas, dipendono dallo spessore del materiale stesso.

Per questo motivo è importante che il valore minimo del profilo di spessore del film tubolare estruso sia sempre superiore ad una soglia minima, prefissata.

D’altro canto se lo spessore del film tubolare è superiore al valore richiesto si ha un mutile spreco di materiale.

Per questo motivo è altresì importante che il profilo di spessore del tubolare estruso sia, il più possibile uniforme, ovverosia che la varianza σ<2 >del profilo di spessore sia il più possibile ridotta.

Tutto ciò premesso si osserva che il profilo di spessore di un film tubolare estruso tende a presentare un andamento irregolare causato, in particolare, da:

- eccentricità tra la filiera e il calibro interno che provoca una non uniformità della fessura anulare;

- non uniformità della temperatura della filiera su tutta la circonferenza;

- temperatura dell’aria di raffreddamento non uniforme su tutta la circonferenza;

- portata del materiale non uniforme su tutta la circonferenza;

- presenza di correnti d’aria nell’ambiente di lavoro.

Per correggere la non uniformità della dimensione della fessura anulare della testa di estrusione si agisce manualmente su apposite viti, disposte circonferenzialmente sulla filiera, che ne provocano uno spostamento radiale di centraggio rispetto al calibro.

Questa soluzione non consente però di correggere tutte le disuniformità sopra descritte e comunque si tratta di una regolazione ad anello aperto che corregge unicamente un errore sistematico quale è la concentricità tra le due parti della testa che determinano la fessura di uscita del materiale.

Quindi non consente di correggere quelli a cui è soggetta la testa di estrusione durante il processo produttivo che provocano una non planarità dello spessore del materiale.

Una soluzione nota è eseguire una regolazione ad anello chiuso del profilo di spessore del film tubolare variando localmente la temperatura del materiale estruso e, quindi, la viscosità locale del materiale stesso, in modo da regolare localmente l’attitudine del materiale estruso ad essere stirato e, quindi, la variazione di spessore ottenuta nella successiva fase di gonfiaggio e trascinamento del film tubolare.

In pratica maggiore è il riscaldamento locale e maggiore è la riduzione di spessore del film. Secondo la tecnica nota, la regolazione localizzata della temperatura del film estruso viene effettuata mediante una serie di riscaldatori elettrici - alloggiati in fori disposti circonferenzialmente all’interno della filiera di estrusione - regolabili selettivamente.

Tuttavia, tale soluzione presenta diversi inconvenienti.

In particolare, la regolazione di un settore della filiera provoca una variazione di temperatura anche nei settori adiacenti della filiera stessa, sicché la correzione locale dello spessore può portare ad errori nei settori adiacenti.

Inoltre si ha una insufficiente efficienza sia in termini di variazione di spessore che di risoluzione spaziale.

Ancora, il calore generato per uniformare il profilo di spessore del film aumenta i problemi di dissipazione del calore nella testa di estrusione, ed in particolare crea il rischio di superare la temperatura massima che può sopportare il materiale estruso.

Un compito della presente invenzione è proporre una soluzione ai problemi della tecnica nota, e in particolare ai problemi esplicitamente indicati.

Un altro scopo del presente trovato è quello di proporre una soluzione facilmente implementabile anche sulle teste di estrusione già esistenti.

Detti problemi vengono risolti mediante una testa per l’estrusione di film tubolari a singolo strato o multistrato conforme al dettato della rivendicazione indipendente 1 e mediante un metodo di regolazione del profilo di spessore di un film tubolare estruso conforme al dettato della rivendicazione 7.

Ulteriori vantaggi possono essere ottenuti realizzando una testa di estrusione conforme al dettato delle rivendicazioni 2 - 6, dipendenti dalla rivendicazione 1, e mediante un metodo di regolazione del profilo di spessore di un film tubolare estruso conforme al dettato delle rivendicazioni 8 e 9, dipendenti dalla rivendicazione 7.

Alcune possibili forme di realizzazione della testa di estrusione sono ora descritte, a puro titolo indicativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati in cui:

la figura 1 mostra schematicamente un particolare, in sezione longitudinale, di una testa di estrusione conforme alle rivendicazioni brevettuali;

- la figura 2 mostra schematicamente un particolare, visto dall’alto, della filiera di estrusione conforme alle rivendicazioni brevettuali;

- la figura 3 è un grafico che mostra il profilo di temperatura sulla superficie metallica della filiera a contatto con il materiale estruso, con una sola resistenza accesa, in una testa di estrusione conforme alla tecnica nota (linea spessa) e in tre diverse teste di di raffreddamento- linea fine, con fori di isolamento e debole flusso d’aria di raffreddamento- linea con crocette, con fori di isolamento e forte flusso d’aria di raffreddamento- linea con pallini).

Con riferimento alle tavole di disegno il numero 1 indica, nel suo complesso, una testa per l’estrusione di film tubolari, a singolo strato o multistrato, comprendente un corpo anulare cavo 2 (corpo della testa), una flangia anulare cava 3 (filiera) ed un corpo cilindrico 4 (calibro), alloggiato all’interno del corpo anulare cavo 2 e della flangia anulare cava 3, che definiscono una apertura di estrusione 5.

Mezzi di riscaldamento (non mostrati), tipicamente resistenze elettriche, sono distribuiti attorno alla flangia anulare cava 3 per mantenere la testa di estrusione 1 alla temperatura di lavoro richiesta.

All’ interno della flangia anulare cava 3 vi sono una pluralità di elementi riscaldanti 7, preferibilmente riscaldatori elettrici, distribuiti circonferenzialmente, azionabili selettivamente per regolare localmente la temperatura - e quindi la viscosità- del materiale estruso.

Alternativamente la testa di estrusione è sprovvista dei mezzi di riscaldamento attorno alla flangia anulare e gli elementi riscaldanti 7 sono gli unici mezzi di riscaldamento, che hanno sia la funzione di mantenere la testa 1 alla temperatura di lavoro sia la funzione di modificare localmente la temperatura del materiale estruso.

Nell’impianto che comprende la testa di estrusione sono previsti inoltre appositi mezzi atti: a stirare il film tubolare estruso, a gonfiare il film tubolare estruso e ad appiattire e trascinare il film tubolare dopo il gonfiaggio.

Mezzi misuratori, disposti dopo i mezzi di stiramento del film, sono previsti per misurare il profilo di spessore del film tubolare estruso.

Una caratteristica della testa di estrusione descritta è il fatto che la flangia anulare cava 3 è idealmente suddivisa in una pluralità di settori radiali 10, termicamente isolati fra loro, e dal fatto che ciascun settore radiale contiene almeno un riscaldatore 7.

Secondo la forma di realizzazione illustrata, ciascun settore radiale 10 è separato dal settore radiale contiguo da tre fori 11a, 11b, 11e allineati radialmente, che isolano termicamente i settori circolari contigui, confinando il calore prodotto dai singolo riscaldatori 7 e riducendo quindi i disturbi fra i settori circolari contigui.

Inoltre la presenza dei fori, aumentando l’isolamento termico, permette di ottenere una prefissata differenza di temperatura tra due settori circolari adiacenti con un minor impiego di energia riscaldante; oltre ad essere un risparmio in sé, ciò riduce il problema dell’asportazione di calore, necessaria per mantenere costante la temperatura media dell’intera flangia.

Preferibilmente i fori 11a, 11b, 11c presentano un diametro di 5 mm circa ed un interasse di 7 mm circa.

La persona esperta del ramo apprezzerà il fatto che i fori 11, pur garantendo un buon isolamento termico, non indeboliscono eccessivamente la struttura della flangia 3.

Inoltre la realizzazione dei fori 11 è semplice, per tanto la soluzione descritta nel presente brevetto può essere realizzata anche su teste di estrusioni già esistenti.

Conformemente ad una seconda forma di realizzazione i fori 11 sono collegati a mezzi alimentatori di fluido refrigerante, ad esempio aria compressa.

Questa soluzione risolve il problema della dissipazione del calore generato dai riscaldatori. In una terza, possibile, forma di realizzazione i fori Ila più vicini alla superficie di contatto con il materiale estruso non sono collegati ai mezzi alimentatori di fluido refrigerante.

Sperimentalmente si è rilevato che quest’ultima soluzione è preferibile poiché, oltre a tutti i vantaggi sopra descritti, consente altresì di mantenere una temperatura più uniforme del materiale estruso tra la zona centrale e quelle laterali di ciascun settore circolare.

Utilizzando aria a temperatura ambiente, la potenza asportata dall’intera flangia, a seconda della portata dell’aria, può variare fra 100 e 1000 W, che è sufficiente per mantenerne costante la temperatura media.

La regolazione del profilo di spessore del film tubolare estruso comprende quindi i passi di: - dividere idealmente la flangia della testa 3 di estrusione in settori circolari 10;

regolare selettivamente la temperatura di ciascun settore circolare 10 della flangia 3, così da regolare localmente la viscosità del materiale estruso;

- isolare termicamente i settori circolari 10 della flangia 3 mediante fori 11, così da evitare interferenze fra i settori circolari contigui;

- stirare trasversalmente il tubolare estruso, così da ottenere una riduzione dello spessore funzione della viscosità locale del materiale.

Preferibilmente il metodo di regolazione prevede anche il passo di eseguire un raffreddamento generalizzato della flangia 3 della testa di estrusione 1 , così da mantenere costante la quantità di calore presente nella flangia.

In una possibile forma di realizzazione il fluido di refrigerazione non è modulato.

Questa soluzione rappresenta un compromesso fra la qualità della regolazione della temperatura del materiale estruso e la semplicità della testa di estrusione.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Testa (1) per l’estrusione di film tubolari, a singolo strato o multistrato, comprendente - un corpo anulare cavo (2); - una flangia anulare cava (3); - un corpo cilindrico (4), alloggiato all’interno del corpo anulare cavo (2) e della flangia anulare cava (3); - una pluralità di elementi riscaldanti (7), distribuiti circolarmente alTintemo di fori ricavati nella flangia anulare cava (3), azionabili selettivamente per regolare localmente la temperatura di estrusione e quindi la viscosità del materiale estruso; in cui la flangia anulare cava (3) è idealmente suddivisa in una pluralità di settori radiali (10), termicamente isolati fra loro, e dal fatto che ciascun settore radiale (10) contiene almeno un riscaldatore (7).
2. 2. Testa per l’estrusione di film tubolari, come alla rivendicazione 1, in cui l’isolamento termico fra ciascuna coppia di settori radiali contigui (10a, 10b) è ottenuta mediante almeno un foro sostanzialmente parallelo all’asse longitudinale della testa (11) .
3. 3. Testa per l’estrusione di film tubolari, come alla rivendicazione 1, in cui l’isolamento termico fra ciascuna coppia di settori circolari contigui (10a, 10b) è ottenuto mediante una pluralità di fori sostanzialmente paralleli all’asse longitudinale della testa (Ila, 1 lb, Ile) disposti radialmente.
4. 4. Testa per l’estrusione di film tubolari, come alla rivendicazione 2 o 3, in cui detti fori (11) sono collegati a mezzi alimentatori di fluido refrigerante.
5. 5. Testa per l’estrusione di film tubolari, come alla rivendicazione 4, in cui detti mezzi alimentatori di fluido refrigerante sono in grado di modulare la portata del fluido refrigerante.
6. 6. Testa per l’estrusione di film tubolari, come alla rivendicazione 4 o 5, modificato nel fatto che i fori (Ila) radialmente più vicini al materiale estruso non sono collegati ai mezzi alimentatori di fluido refrigerante.
7. 7. Metodo per regolare il profilo di spessore di un film tubolare estruso da una testa per l’estrusione di film tubolari, a singolo strato o multistrato, comprendente - un corpo anulare cavo (2); - una flangia anulare cava (3); - un corpo cilindrico (4), alloggiato aH’intemo del corpo anulare cavo (2) e della flangia anulare cava (3); - una pluralità di riscaldatori elettrici (7), distribuiti circolarmente all’interno di fori ricavati nella flangia anulare cava (3), azionabili selettivamente per regolare selettivamente la temperatura di estrusione e quindi la viscosità del materiale estruso; - mezzi atti a stirare trasversalmente e/o longitudinalmente il film tubolare estruso; comprendente i passi di: isolare termicamente la flangia (3) della testa di estrusione in settori circolari (10), ciascuno dei quali contiene almeno un riscaldatore (7), così da evitare interferenze fra i settori contigui; - regolare selettivamente la temperatura di ciascun settore circolare (10) della flangia (3), così da regolare localmente la viscosità del materiale estruso; stirare il tubolare estruso, così da ottenere una riduzione dello spessore funzione della viscosità del materiale.
8. 8. Metodo, secondo la rivendicazione 7, comprendente inoltre il passo di eseguire un raffreddamento generalizzato della flangia (3) della testa di estrusione, così da mantenere sostanzialmente costante la quantità di calore presente nella flangia. Metodo, secondo la rivendicazione 8, in cui il raffreddamento generalizzato della flangia è ottenuto mediante un fluido refrigerante modulato.