WO2012113044A1

WO2012113044A1 - Processo de soldagem de filmes termoplásticos sanfonados mono-orientados

Info

Publication number: WO2012113044A1
Application number: PCT/BR2011/000056
Authority: WO
Inventors: Paulo Haipek Filho
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2013-08-25

Abstract

A presente invenção trata de um processo de soldagem de filmes termoplásticos mono-orientados, preferencialmente filmes que possuem uma sanfona, de tal forma que permita uma melhor resistência na região de selagem e uma maior produtividade.

Description

PROCESSO DE SOLDAGEM DE FILME TERMOPLÁSTICO MONO-

ORIENTADO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere ao setor técnico de soldagem de filmes plásticos mono-orientados .

ESTADO DA TÉCNICA

O processo de orientação dos filmes extrudados, denominado mono-orientação é um processo onde se realiza o estiro de um filme em um sentido preferencial. Em decorrência desse estiro, o filme ganha resistência no sentido da orientação e uma maior rigidez, sendo bastante útil quando se pensa no processamento futuro do dito filme. Porém, uma serie de inconvenientes acabam por inevitavelmente ocorrer no filme devido a esse processo, particularmente o seu processo de soldagem.

Devido ao estiro, as cadeias poliméricas acabam por ficar tensionadas (como um elástico estendido) e tendendo a voltar a sua configuração original, não orientada, quando o filme é submetido a temperaturas superiores às utilizadas na fase de estabilização térmica do processo de mono-orientação. Esse problema é de particular importância quando se pensa na soldagem de sacos mono-orientados utilizando soldas laterais obtidas através da utilização de cunha quente. Durante esse processo as regiões próximas à região de solda sofrem aquecimento e forçam o encolhimento longitudinal do filme mono-orientado . Este encolhimento prejudica a resistência da solda obtida em filmes, especialmente em se tratando de filmes que contenham sanfona no fundo (fig. 4 e fig. 5) , onde quatro paredes devem ser soldadas concomitantemente .

Filmes mono-orientados que contenham sanfona (filmes sanfonados) , são particularmente complicados de ser soldados devido a necessidade de se haver uma distribuição de calor parecida entre as quatro camadas nessa região do filme. Nestes casos as camadas de filme que compõem a sanfona e que ficam mais próximas à cunha quente de solda recebem mais calor (por efeito do calor radiante emitido pelo cabeçote) e, ao mesmo tempo são aquecidas antes das camadas que ficam mais afastadas (regiões centrais) . Com isso, ao ocorrer o contato entre o cabeçote de solda e a primeira camada de filme da sanfona, (quando o filme é "cortado" e se forma o cordão de solda) esta camada tende a contrair no sentido da orientação do filme antecipadamente com relação às camadas centrais. Esta contração antecipada atrapalha a formação de um cordão de solda perfeito assim, invariavelmente, prejudicando a resistência da mesma.

As patentes abaixo revelam que o problema da soldagem de filmes orientados já é conhecido na técnica e tentaram propor soluções para uma soldagem melhorada dos filmes orientados.

O documento US4648931 trata de prensas aquecidas para concomitantemente soldar duas ou mais camadas de filmes termoplásticos biaxialmente orientados, incorporando uma zona aquecida com uma superfície de baixo atrito para aplicação de calor e pressão à zona de fusão. Adjacente à zona de fusão, há zonas contendo uma superfície de alto atrito com condutores termais adjacentes que agem como dissipadores de calor para a inibição da fusão das regiões adjacentes à zona de fusão dos filmes. A superfície de baixo atrito permite ao material fundido contrair, separar e desenvolver em regiões soldadas cordões de solda paralelos os quais selam as bordas dos filmes.

O documento US3347729 trata da selagem por calor de filmes de polietileno (PE) biaxialmente orientados, usando um par de barras de travamento abaixadas manualmente que contem insertos resilientes responsáveis por prenderem o filme contra placas do anteparo. Um elemento de aquecimento a 425 - 1100 °C é situado à 2,5 cm acima da região de selagem. À solda formada possui uma resistência próxima à de um filme não-orientado (4000 lb/in²) .

O documento US3334004 trata de pilhas de filmes termoplásticos orientados que são selados por meio de uma unidade de selagem por calor composta em que a barra de selagem por calor co-atua com um engate absorvedor de calor para pressionar as pilhas de filme contra uma superfície de trabalho resiliente. Em operação, a barra de selagem separa por calor e funde as pilhas de filme prensado por contato onde o engate impele as pilhas à uma superfície emissora de calor inclinada da barra, assim contraindo as pilhas através do engate e expandindo o material fundido em uma região de solda fundida.

US4502906 trata de um aparato que é usado para selagem de filmes termoplásticos altamente orientados, normalmente de difícil soldagem devido a requererem condições altamente criticas de tempo, temperatura e extensão por prensas de resfriamento. O dito aparato sela as extremidades justapostas de dois ou mais filmes termoplásticos.

Porém todos esses documentos deixam a desejar quando se pensa em quantidade de ciclos de soldagem por minuto, alguns desses documentos detalham processos manuais e outras necessitam de longos períodos para um único ciclo. Esses longos períodos por ciclo ocorrem principalmente devido à necessidade de resfriamento do filme após a realização de sua soldagem, resfriamento necessário a fim de evitar que haja uma contração precipitada da região da solda, acarretando em perda de resistência da mesma.

Assim, o presente pedido de patente visa contornar os presentes problemas encontrados na técnica, gerando um filme com uma resistência de solda adequada e permitindo que uma alta produtividade seja alcançada ao mesmo tempo. DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

A presente invenção contorna esses inconvenientes da técnica através de um processo de soldagem de filmes termoplásticos mono-orientados que compreende a passagem do filme por meios de transporte e tensionamento do dito filme, seguido pela a passagem do filme mono-orientado por meios de aquecimento e pressionamento localizado do dito filme de forma a aquecer o dito filme a uma temperatura tal que permita que o dito filme, anteriormente a sua soldagem, seja submetido uma temperatura de 2 a 10 °C abaixo da temperatura de estabilização do dito filme, seguida pela soldagem do dito filme por meios de soldagem.

Através desse processo é obtida uma solda adequada nas regiões de duas e quatro paredes (sanfonas) do dito filme, evitando a fragilização das mesmas e permitindo, assim, a obtenção de embalagens adequadas para armazenagem de produtos. O aquecimento localizado na região da solda permite que haja um relaxamento que evite esta contração exagerada e gerando uma solda similar à um filme não orientado (Fig. 6 e Fig. 7) . Assim, o dito pressionamento e aquecimento localizado na região da solda, combinado com o tensionamento gerado pelos meios de transporte e tensionamento, e com um processo de soldagem adequado, gera um processo com ótimos tempos por ciclo saco produzido, além de soldas com ótimas propriedades mecânicas .

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Espera-se que a presente invenção seja melhor compreendida quando em face das figuras anexas, conforme segue :

A fig. 1 mostra uma vista em perspectiva da etapa de soldagem de um filme plástico da técnica;

a fig. 2 mostra uma vista lateral da etapa de soldagem de um filme plástico da técnica; a fig. 3 mostra uma vista lateral de um filme plástico sem sanfona;

a fig. 4 mostra uma vista lateral de um filme plástico com sanfona.

a fig. 5 mostra uma vista em perspectiva de uma seção de um filme plástico já soldado configurando um saco com sanfona no fundo e as duas soldas ;

a fig. 6 mostra uma vista lateral de um filme plástico não orientado, sem sanfona, soldado diretamente e com o cordão de solda adequado;

a fig. 7 mostra uma vista lateral de um filme plástico não orientado, sanfonado, soldado diretamente e com o cordão de solda adequado;

a fig. 8 mostra uma vista lateral de um filme plástico mono-orientado longitudinalmente, não sanfonado, soldado diretamente pelos métodos encontrados na técnica e com cordão de solda ligeiramente deformado;

a fig. 9 mostra uma vista lateral de um filme plástico mono-orientado longitudinalmente, sanfonado, soldado diretamente e com o cordão de solda bastante deformado e sendo destacados o ponto fragilizado da solda (fig. 9 - 1) e a contração (fig.9 - 2) provocada pelo aquecimento da cunha de selagem da máquina de corte e solda de sacos e responsável pela deformação e fragilização da solda.

A fig. 10 mostra uma vista em perspectiva da etapa de soldagem de um filme plástico de acordo com a presente invenção .

A fig. 11 mostra uma vista lateral da etapa de soldagem de um filme plástico de acordo com a presente invenção .

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Por filme(s) plástico(s) ou termoplástico (s) , deve- se entender a expressão abrangendo filmes plásticos extrudados ou filmes plásticos coextrudados .

Por mono-orientação ou estiramento longitudinal, deve-se entender o processo ao qual um filme termoplástico é submetido à estiros em um único sentido, o que resulta em filmes com melhores propriedades mecânicas na direção do estiro. Outros benefícios paralelos podem ser obtidos através do processo de mono-orientação, especialmente nas propriedades óticas.

Por soldagem, deve-se entender a união de dois filmes plásticos por meio da utilização de calor aplicado em uma região determinada de tais filmes plásticos. O calor pode ser gerado por resistências elétricas, por vibração ou outro meio qualquer que seja considerado adequado.

Por temperatura de estabilização térmica, deve-se entender como sendo aquela temperatura a que foi submetido o filme logo após o processo de mono-orientação, visando conferir-lhe estabilidade dimensional quando submetido a ação de calor e impedindo que o mesmo encolha no sentido da mono- orientação quando livre de tensões e quando submetido a temperaturas em torno da temperatura ambiente ou superiores . Durante este processo de estabilização térmica o filme já mono-orientado é aquecido a uma temperatura inferior à temperatura de fusão do material empregado (e, em geral, inferior à temperatura de mono-orientacão) permitindo, ao mesmo tempo, um encolhimento controlado no sentido da mono- orientação. Através deste processo pode ser obtida boa estabilidade dimensional do filme mono-orientado quando submetido a temperaturas abaixo da temperatura de estabilização, e.g, um filme de polietileno mono-orientado, em geral a cerca de 105 °C, pode ser estabilizado a 85 °C fazendo com que o mesmo não sofra mudanças dimensionais quando submetido a temperaturas menores que a temperatura de estabilização (85 °C) . A presente invenção se refere a um processo de soldagem de um filme mono-orientado .

O filme mono-orientado, devido ao estiro que sofre, se torna um filme de difícil soldagem. Essa dificuldade ocorre principalmente devido as tensões geradas pelo estiro do dito filme durante a mono-orientação .

Dessa forma, um filme não sanfonado e não orientado (Fig. 6) é facilmente soldado e uma região de selagem ocorre como prevista na técnica. Um filme sanfonado e não orientado (Fig. 7) também é facilmente soldado e uma região de selagem ocorre como prevista na técnica.

Porém, quando se realizam soldas com filmes mono- orientados e sem sanfona (Fig. 8) essa região de solda é distorcida devido à contração das ditas cadeias poliméricas na hora da soldagem das paredes do dito filme, que tende a rapidamente voltar a sua configuração original não orientada. Quando esse filme é um filme sanfonado e mono-orientado (Fig. 9) esse filme passa a ser um filme de ainda maior dificuldade de soldagem, como pode ser visto na região de selagem (1) que é formada, bem como pelo deslocamento das paredes provocado pelo encolhimento do filme orientado (região 2-2) . Nesta região (1) , em virtude da presença de quatro paredes a serem soldadas e cortadas ocorre uma contração na hora da solda, o que provoca a contração antecipada das paredes da sanfona (aquelas que são atingidas inicialmente pelo cabeçote de solda) , enfraquecendo muito essa região, gerando uma solda inadequada .

A viabilização da produção de sacos com soldas obtidas a partir da utilização de cunhas aquecidas para a fusão e corte concomitante de sacos, especialmente em sacos que possuem uma sanfona (Fig. 4) é possível mediante uso de dispositivo para relaxamento das tensões residuais no filme (tensões essas que foram geradas originalmente durante o processo de mono-orientação) na referida região da sanfona. Com um aquecimento e pressionamento localizado nesta região, anterior à operação de solda, é possível obter um relaxamento que evita esta contração exagerada do dito filme e gerando uma solda similar a um filme não orientado (Fig. 7) .

Para efeito de melhor compreensão, o dito processo pode ser dividido nas seguintes etapas:

I. Passagem do filme por meios de transporte e tensionamento (MTT) do dito filme;

II. passagem do dito filme por meios de pré- aquecimento e pressionamento (D) ;

III. passagem do dito filme por meios de soldagem

(S) ;

I

A etapa I do dito processo atua principalmente de forma a permitir que o filme que será soldado esteja até o instante imediatamente anterior em que ocorre a soldagem tensionado, garantindo que o filme esteja firme e de tal forma que o tensionamento aplicado pelos ditos meios de passagem no dito filme seja tal que não permita o encolhimento do filme mono-orientado no instante em que é submetido à etapa no item II. Dessa forma, garantindo condições adequadas para a aplicação do pré-aquecimento e pressionamento da região da solda. Portanto, sendo um fator contribuinte para o aumento da produtividade da soldagem de filmes, uma vez que o tensionamento necessário para que o filme não encolha demasiadamente durante a soldagem, é obtido de uma forma contínua durante o processo.

II

A etapa II do dito processo, é realizada por um dispositivo (D) que atua de forma a garantir que o dito filme não contenha ar nas dobras geradas pela sanfona (pressionamento) e que a região da solda e suas áreas contíguas sejam submetidas, anteriormente à aplicação da solda, a uma temperatura entre 2 a 10 °C abaixo da temperatura de estabilização do dito filme (aquecimento) .

O pressionamento do dito filme, ocorre de forma a promover a remoção de quaisquer espaços vazios entre o filme no momento da soldagem. A presença desses espaços muitas vezes acarreta em perda de qualidade da solda, uma vez que não há uma continuidade do filme que será soldado no momento da solda.

O aquecimento do dito filme ocorre de forma a permitir uma redução das tensões de orientação residuais do filme na região da solda e nas regiões contíguas à mesma, como acima explicitado.

Em uma realização preferida, o dito dispositivo (D) é um dispositivo de pré-aquecimento composto por dois eletrodos metálicos aquecidos. O dispositivo mecânico que suporta tais eletrodos é composto por uma peça em formato de U com um suporte destinado a fixar a mesma em local conveniente da máquina de selagem. Em cada uma das "pernas" da peça um U é montado um eletrodo de aquecimento (aquecimento esse obtido por meio de resistências elétricas, ultrassom ou outro meio adequado) . Tais eletrodos de aquecimento são conectados a pistões pneumáticos, um superior que, no momento do aquecimento, empurra o eletrodo de solda para baixo e outro, inferior que, no momento do aquecimento, empurra o eletrodo de aquecimento para cima.

Os movimentos para cima e para baixo dos eletrodos de aquecimento ocorrem de uma forma sincronizada fazendo com que em determinado momento os filmes justapostos onde será feita a solda sejam comprimidos e aquecidos. Durante esta compressão e aquecimento ocorre a compressão das diversas camadas de filme a serem soldadas (o que melhora a condição de soldabilidade, pois as camadas ficam praticamente justapostas umas às outras) e o alivio parcial das tensões de mono-orientação o que reduz a tendência ao encolhimento na direção da orientação durante a solda evitando a deformação do cordão de solda conforme demonstrado nas figuras 6 a 9.

Preferencialmente, a região da solda e suas áreas contíguas devem ser submetidas, anteriormente à aplicação da solda, a uma temperatura de 5 °C abaixo da temperatura de estabilização do dito filme.

III

O processo de soldagem é realizado por meios de soldagem (S) , que soldam o dito filme por meios de soldagem conhecidos na técnica. À dita soldagem, quando realizada em filmes submetidos as etapas I e II acima, acaba por produzir sacos com uma resistência da região de selagem melhorada com relação aos sacos da técnica, aproximando-se muito das regiões de selagem de um filme sanfonado e não orientado (fig.7). Adicionalmente, os ditos sacos após a soldagem não se encontram mais tensionados e encontram-se em estado pronto para ser utilizado para seu fim.

O dito processo de soldagem geralmente á feito a temperaturas elevadas (e.g. 250 a 350 °C) . Estas temperaturas de selagem dependem do tipo de cabeçote empregado, da velocidade do processo, etc.

Dentre os meios de soldagem (S) , encontra-se meios soldagem por transferência direta de calor, e.g, cunha quente (que solda as paredes contíguas e ao mesmo tempo separa um pedaço do filme - formando assim um saco) , ou por mandíbulas aquecidas que promovem a solda, mas não separam um pedaço do filme. Neste último caso tornando-se necessária a utilização de um sistema de facas para separar a peça soldada e formar um saco.

Em uma realização preferida a dita soldagem é realizada por cunha quente. Cabe ressaltar ainda que, embora a invenção tenha sido descrita em relação ao que é atualmente considerado como a realização mais prática e preferida, deve ficar compreendido que a invenção não deve ser limitada à realização apresentada, mas ao contrário, se presta a cobrir várias modificações e arranjos equivalentes incluídos dentro do caráter e do âmbito das reivindicações anexas. Por conseguinte, o âmbito das reivindicações anexas deverá estar de acordo com uma interpretação mais ampla, de modo a abranger todas essas modificações e ajustes semelhantes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. PROCESSO DE SOLDAGEM DE FILMES TERMOPLÁSTICOS MONO-ORIENTADOS , caracterizado por compreender as etapas de:

passagem do dito filme por meios de transporte e tensionamento (MTT) do dito filme;

passagem do dito filme por meios de aquecimento e pressionamento (D) em que o dito filme é aquecido a uma temperatura entre 2 a 10 °C abaixo da temperatura de estabilização do dito filme; e

passagem do dito filme por meios de soldagem (S) .

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que o dito filme é aquecido a uma temperatura de 5 °C abaixo da temperatura de estabilização do dito filme.

3. PROCESSO, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo dito meio de soldagem ser selecionado do grupo que consiste em solda de cunha quente, solda de resistências elétricas e solda por vibração.

4 PROCESSO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo dito meio de soldagem consistir de uma solda de cunha quente .

5. SACO, produzido pelo processo tal como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4.