ES2279704A1 - Polymer foam processing system using carbon dioxide as foaming agent, comprises modified extruder with heat exchanger, static mixer, viscometer and water injection nozzle - Google Patents
Polymer foam processing system using carbon dioxide as foaming agent, comprises modified extruder with heat exchanger, static mixer, viscometer and water injection nozzle Download PDFInfo
- Publication number
- ES2279704A1 ES2279704A1 ES200502622A ES200502622A ES2279704A1 ES 2279704 A1 ES2279704 A1 ES 2279704A1 ES 200502622 A ES200502622 A ES 200502622A ES 200502622 A ES200502622 A ES 200502622A ES 2279704 A1 ES2279704 A1 ES 2279704A1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- foaming agent
- carbon dioxide
- static mixer
- viscometer
- foams
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
- B29C44/34—Auxiliary operations
- B29C44/3442—Mixing, kneading or conveying the foamable material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
- B29C48/361—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die with the barrel or with a part thereof rotating
-
- B29C47/361—
-
- B29C47/362—
-
- B29C47/92—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
- B29C48/362—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using static mixing devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
- B29C48/395—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders
- B29C48/397—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders using a single screw
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/78—Thermal treatment of the extrusion moulding material or of preformed parts or layers, e.g. by heating or cooling
- B29C48/80—Thermal treatment of the extrusion moulding material or of preformed parts or layers, e.g. by heating or cooling at the plasticising zone, e.g. by heating cylinders
- B29C48/802—Heating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/92—Measuring, controlling or regulating
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Abstract
Sistema para procesar espumas poliméricas termoplásticas, utilizando dióxido de carbono (CO{sub,2}) como agente espumante. La producción de espumas termoplásticas por extrusión utilizando agentes nucleantes fluoro carbonados (tipo HCFC), produce alto impacto ambiental y pobres propiedades del producto final. Para contrarrestar estas desventajas, en los últimos años se han desarrollado procesos de extrusión para la obtención de espumas termoplásticas utilizando CO{sub,2} como agente espumante. En la producción de espumas con CO{sub,2} es necesario controlar las variables de procesado para obtener espumas con propiedades satisfactorias y homogéneas. Debido al coste elevado de las extrusoras diseñadas especialmente para este fin, se optó por modificar una extrusora monohusillo, diseñada para trabajar con HCFC como agente espumante, añadiéndole un intercambiador de calor/mezclador estático, un viscosímetro y una aguja de espumado a la línea de producción; lo cual permite controlar las condiciones de procesado y obtener un producto final de buena calidad.System for processing thermoplastic polymeric foams, using carbon dioxide (CO{sub,2}) as foaming agent. The production of thermoplastic foams by extrusion using fluorocarbon nucleating agents (HCFC type), produces a high environmental impact and poor properties of the final product. To counteract these disadvantages, in recent years extrusion processes have been developed to obtain thermoplastic foams using CO{sub,2} as a foaming agent. In the production of foams with CO{sub,2} it is necessary to control the processing variables to obtain foams with satisfactory and homogeneous properties. Due to the high cost of the extruders specially designed for this purpose, it was decided to modify a single-screw extruder, designed to work with HCFC as a foaming agent, adding a heat exchanger/static mixer, a viscometer and a foaming needle to the production line. production; which allows controlling the processing conditions and obtaining a good quality final product.
Description
Sistema para procesar espumas poliméricas termoplásticas, utilizando dióxido de carbono (CO_{2}) como agente espumante.System for processing polymeric foams thermoplastics, using carbon dioxide (CO2) as foaming agent.
La presente invención hace referencia a modificaciones en extrusora monohusillo para procesar de forma controlada espumas poliméricas termoplásticas utilizando dióxido de carbono (CO_{2}) como agente espumante.The present invention refers to Single spindle extruder modifications to process controlled thermoplastic polymeric foams using carbon dioxide carbon (CO2) as a foaming agent.
El espumado de materiales poliméricos se produce al disolver en el polímero fundido una sustancia, el agente espumante, que produce por medio de procesos físicos o químicos la expansión de la masa fundida. Existen dos tipos de agentes espumantes: los agentes químicos y los físicos.Foaming of polymeric materials is produced by dissolving in the molten polymer a substance, the agent foaming, which produces through physical or chemical processes the melt expansion. There are two types of agents foaming agents: chemical and physical agents.
Los agentes espumantes químicos, tales como el HCFC, fueron los primeros en utilizarse. Ellos producen la dilatación de la masa polimérica fundida al generar gases por reacción química dentro de la masa del polímero. Se debe tener especial cuidado en la cantidad de agente espumante químico que se introduce ya que un exceso del mismo queda sin reaccionar contaminando la espuma.Chemical foaming agents, such as HCFC, were the first to be used. They produce the dilation of the molten polymer mass when generating gases by chemical reaction within the mass of the polymer. It must have special care in the amount of chemical foaming agent that introduce since an excess of it remains unreacted Contaminating the foam.
Por otro lado, los agentes físicos (tal como el CO_{2}) son gases inertes inyectados en la extrusora en estado de fluido supercrítico y, una vez disueltos en la masa polimérica, se los despresuriza a fin de producir la expansión de la masa fundida. Al ser gases, los agentes espumantes abandonan la masa polimérica una vez despresurizados, evitando contaminar el producto final; siendo ésta su principal ventaja sobre los agentes espumantes químicos.On the other hand, physical agents (such as the CO 2) are inert gases injected into the extruder in the state of supercritical fluid and, once dissolved in the polymer mass, it depressurizes them in order to produce the melt expansion. Being gases, the foaming agents leave the polymeric mass once depressurized, avoiding contaminating the final product; this being its main advantage over foaming agents Chemicals
Resulta muy interesante producir espumas termoplásticas mediante el proceso de extrusión ya que este método combina el bajo coste con un buen acabado superficial. Si durante la etapa de dosificación se controla la temperatura y la presión a fin de crear las condiciones óptimas para inyectar de manera controlada un fluido supercrítico, como es el CO_{2}, este se disolverá en el plástico fundido formándose una solución homogénea que, luego de ser despresurizada, producirá el espumado del polímero.It is very interesting to produce foams thermoplastics through the extrusion process since this method It combines low cost with a good surface finish. Yes during The dosing stage controls the temperature and pressure at in order to create the optimal conditions to inject so controlled a supercritical fluid, such as CO2, this is dissolve in molten plastic forming a homogeneous solution which, after being depressurized, will produce the foaming of the polymer.
La tecnología de espumado de polímeros termoplásticos por extrusión utilizando fluidos supercríticos (FSC) está actualmente en pleno desarrollo. Existen diversas patentes donde se especifica composiciones y parámetros de procesado a fin de obtener espumas poliméricas utilizando dióxido de carbono como agente espumante (por ejemplo: Documento JP2005088328, Documento JP2002028963, entre otros). Sin embargo, no existe documento donde se especifiquen las modificaciones a realizar en una máquina, originalmente diseñada para producir espumas utilizando agentes espumantes tipo HCFC, de manera que pueda producir espumas poliméricas y controlar los parámetros de procesado utilizando dióxido de carbono como agente espumante.Polymer Foaming Technology thermoplastics by extrusion using supercritical fluids (FSC) It is currently in full development. There are several patents where compositions and processing parameters are specified in order to obtain polymeric foams using carbon dioxide as foaming agent (for example: Document JP2005088328, Document JP2002028963, among others). However, there is no document where specify the modifications to be made in a machine, originally designed to produce foams using agents foaming HCFC type, so that it can produce foams polymeric and control the processing parameters using carbon dioxide as a foaming agent.
En vista de lo antes expresado, para poder producir espumas por extrusión es necesario entender y controlar las variables que afectan al comportamiento de la solución polímero y CO_{2}, dentro de la extrusora. Es decir, controlar tanto la solubilización del gas en el polímero como la evolución del proceso, para luego analizar el efecto de los parámetros del proceso sobre la extrusión del material y los efectos de estos factores sobre la calidad del producto final.In view of the above, to be able to produce foams by extrusion it is necessary to understand and control the variables that affect the behavior of the polymer solution and CO 2, inside the extruder. That is, control both the solubilization of the gas in the polymer as the evolution of the process, then analyze the effect of the process parameters on the extrusion of the material and the effects of these factors on the quality of the final product
Así, para producir espumas poliméricas utilizando CO_{2} como agente espumante, es necesario controlar adecuadamente los tres pasos en los que consta el proceso:Thus, to produce polymeric foams using CO2 as a foaming agent, it is necessary to control adequately the three steps in which the process consists:
- 2.1)2.1)
- Formación de la solución polímero/gasSolution Formation polymer / gas
- 2.2)2.2)
- Nucleación de celdasCell nucleation
- 2.3)2.3)
- Crecimiento de celdas y forma final de las mismasGrowth of cells and final form from the same
El presente invento integra los siguientes elementos:The present invention integrates the following elements:
A fin de mejorar la formación de la solución se propone el diseño de un mezclador dinámico fijado al husillo de la extrusora mediante rosca y de un mezclador estático que actúa como intercambiador de calor colocado a continuación de la extrusora (figura 2).In order to improve the formation of the solution, proposes the design of a dynamic mixer attached to the spindle of the thread extruder and a static mixer that acts as heat exchanger placed next to the extruder (figure 2).
El mezclador dinámico, que se esquematiza en la figura 3, consiste en una prolongación del husillo de la extrusora, que además de tener el perfil de filetes del husillo cuenta con estrías longitudinales, paralelas a la dirección del eje del husillo. La fijación del mezclador dinámico al husillo de la extrusora se efectúa mediante una rosca. Este diseño provoca un mezclado transversal al canal de flujo del polímero gracias a las estrías longitudinales, mejorando así la formación de la solución.The dynamic mixer, which is schematized in the Figure 3, consists of an extension of the extruder spindle, which in addition to having the profile of spindle fillets has longitudinal stretch marks, parallel to the direction of the axis of the spindle Fixing the dynamic mixer to the spindle of the Extruder is made using a thread. This design causes a cross mixing to the polymer flow channel thanks to the longitudinal stretch marks, thus improving the formation of the solution.
El mezclador estático que actúa también como intercambiador de calor, consiste en 5 tubos de cobre longitudinales y 2 serpentinas, también de cobre, concéntricos al eje de rotación del husillo de la extrusora y colocados en una carcasa que va fija al extremo de la extrusora calentada eléctricamente con resistencias y cuya temperatura está controlada por termopares. Por dentro de los tubos circula un líquido refrigerante a contra corriente y en régimen turbulento, mientras que por la carcasa circula la solución polimérica en estado fundido. Esta disposición permite controlar precisamente la temperatura del lecho polimérico que circula y así regular homogéneamente tanto la viscosidad de la solución como la solubilidad de ambos componentes entre sí. Por otro lado, los tubos obstaculizan el flujo reptante del polímero, actuando de esta manera como deflectores y mejorando así el mezclado de ambos componentes. Teniendo en cuenta las ecuaciones de transferencia de calor en intercambiadores y el aumento de presión que genera el agregado del mezclador al máximo caudal que es capaz de entregar la extrusora, se dimensionó el intercambiador de manera tal que sea capaz de variar la temperatura del polímero en 30ºC. La salida del refrigerante comunica con un depósito a cielo abierto lo suficientemente grande como para asegurar que su temperatura no aumente y mantener así el régimen estacionario del mezclador estático y su normal funcionamiento.The static mixer that also acts as heat exchanger, consists of 5 copper tubes longitudinal and 2 streamers, also copper, concentric to rotation axis of the extruder spindle and placed in a housing that is fixed to the end of the heated extruder electrically with resistors and whose temperature is controlled by thermocouples. A liquid circulates inside the tubes coolant against current and in turbulent regime, while that the polymer solution circulates in the state in the housing molten. This arrangement allows to precisely control the temperature of the circulating polymer bed and thus regulate homogeneously both the viscosity of the solution and the solubility of both components with each other. On the other hand, the tubes they impede the creeping flow of the polymer, acting from this way as deflectors and thus improving the mixing of both components. Taking into account the transfer equations of heat in exchangers and the increase in pressure generated by the Mixer aggregate at maximum flow rate that is capable of delivering extruder, the exchanger was sized to be capable of varying the temperature of the polymer in 30 ° C. The exit of refrigerant communicates with an open pit tank what large enough to ensure that its temperature does not increase and maintain the steady state of the mixer static and its normal operation.
En la figura 4 se muestra un esquema del mezclador estático.An outline of the static mixer
A fin de poder controlar la reología de la solución y encontrar así las condiciones óptimas de procesado para un caudal dado de solución, se desarrolló un viscosímetro capilar colocado a continuación del mezclador estático de manera tal que se pueda medir la viscosidad del producto fundido que circula por su interior. El tubo está calentado eléctricamente con resistencias y la temperatura de su interior puede controlarse con termopares. La caída de presión a lo largo del tubo se mide en sus extremos, pudiéndose de esta manera determinar la viscosidad aparente de la solución al caudal y temperatura de funcionamiento, mediante la ecuación de Haggen - Poiseville.In order to control the rheology of the solution and thus find the optimal processing conditions for a given solution flow rate, a capillary viscometer was developed placed next to the static mixer so that it can measure the viscosity of the molten product that circulates through its inside. The tube is electrically heated with resistors and the temperature inside can be controlled with thermocouples. The Pressure drop along the tube is measured at its ends, being able in this way to determine the apparent viscosity of the solution to the flow and operating temperature, by means of Haggen equation - Poiseville.
El dispositivo se esquematiza en la figura 5.The device is schematized in the figure 5.
Para controlar la variación de presión y la velocidad de variación de presión en el momento de producirse el espumado, las cuales afectan la nucleación de celdas, se debe incorporar al final del viscosímetro una aguja de inyección, la cual va acoplada al molde donde se produce el espumado final del material polimérico.To control the pressure variation and the speed of pressure variation at the time the foaming, which affect the nucleation of cells, is due incorporate an injection needle at the end of the viscometer, which is coupled to the mold where the final foaming of the polymeric material
La aguja consta de tres tramos: una reducción cónica que ajusta el radio del viscosímetro al radio de la aguja, a continuación una parte cilíndrica que produce un aumento de presión y por último una expansión cónica donde se produce el espumado. Tanto el radio de la aguja, como la longitud de la expansión cónica, determinan los perfiles de presión en toda la máquina y, por lo tanto, afectan de manera directa a la calidad del producto final.The needle consists of three sections: a reduction conical adjusting the radius of the viscometer to the radius of the needle, to then a cylindrical part that produces an increase in pressure and finally a conical expansion where foaming occurs. Both the radius of the needle, and the length of the conical expansion, determine the pressure profiles throughout the machine and, therefore Therefore, they directly affect product quality final.
Como a priori se desconocen las condiciones de procesado, se diseñaron varias agujas con distinta geometría a fin de generar distintos perfiles de presión.As a priori the processing conditions are unknown, several needles with different geometry were designed in order to generate different pressure profiles.
En las figuras 6 y 7 se detallan las principales características que deben presentar estas agujas.Figures 6 and 7 detail the main characteristics that these needles must present.
Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integral de la misma, un juego de figuras en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente:To complete the description that is being performing and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, is accompanied herein descriptive, as an integral part of it, a set of figures in where, for illustrative and non-limiting purposes, the next:
Figura 1: Muestra un esquema general de la máquina extrusora mono husillo a modificar. En ella, el polímero o mezcla de ellos, junto con los aditivos de procesado, son introducidos en forma de granza por la tolva de alimentación (1). Una vez fundido el material, se le inyecta el dióxido de carbono (CO_{2}) mediante una bomba de desplazamiento positivo (no incluida en la figura) a fin de producir la mezcla de los componentes (2). Cuando el material fundido abandona la extrusora, se le hace circular por un mezclador dinámico (no mostrado en la figura) y por un mezclador estático (3) a fin de homogeneizar la mezcla y obtener una distribución uniforme de temperatura en toda la masa fundida. Posteriormente, el polímero circula por el interior de un viscosímetro capilar (4) para la medición en tiempo real de la viscosidad del material fundido para, finalmente, producir el espumado y el conformado de la pieza a procesar en el cabezal porta aguja de inyección (5).Figure 1: Shows a general scheme of the mono spindle extruder machine to modify. In it, the polymer or mixture of them, along with the processing additives, are introduced in the form of pellets by the feed hopper (1). Once the material is melted, carbon dioxide is injected (CO 2) using a positive displacement pump (no included in the figure) in order to produce the mixture of components (2). When the molten material leaves the extruder, it is circulated through a dynamic mixer (not shown in the figure) and by a static mixer (3) in order to homogenize the mix and get a uniform temperature distribution throughout the melt Subsequently, the polymer circulates through the inside a capillary viscometer (4) for time measurement actual viscosity of the molten material to finally produce the foaming and forming of the piece to be processed in the injection needle holder head (5).
Figura 2: Muestra un esquema de los mezcladores propuestos. En ella, el polímero fundido fluye primero entre el barril de la extrusora (6) y el husillo (7) para luego fluir entre el mezclador dinámico primero (8) y el mezclador estático después (3) y el barril del mezclador (9). La temperatura del material se mantiene constante gracias al aporte de calor generado por las cintas calefactoras (10), las cuales están controladas por termopares de medición colocados en el flujo del material (no mostrados en la figura), y gracias al fluido refrigerante que circula por dentro de los tubos que componen el mezclador estático desde la entrada (11) hacia la salida (12) en contracorriente con respecto al polímero fundido.Figure 2: Shows a scheme of the mixers proposed. In it, molten polymer flows first between the Extruder barrel (6) and spindle (7) and then flow between the dynamic mixer first (8) and the static mixer after (3) and the mixer barrel (9). The material temperature is maintains constant thanks to the heat input generated by the heating belts (10), which are controlled by measuring thermocouples placed in the material flow (no shown in the figure), and thanks to the cooling fluid that circulates inside the tubes that make up the static mixer from the input (11) to the output (12) in countercurrent with regarding molten polymer.
Figura 3: Muestra los detalles del mezclador dinámico. El mezclador dinámico (8) presenta una rosca izquierda (14) que lo fija al husillo de la extrusora (7), permitiéndole girar solidario con el mismo. A fin de provocar un mezclado transversal a la dirección de flujo del polímero fundido, el mezclador estático presenta estrías longitudinales (15).Figure 3: Show the mixer details dynamic. The dynamic mixer (8) has a left thread (14) that fixes it to the spindle of the extruder (7), allowing it turn solidarity with it. In order to cause mixing transverse to the flow direction of the molten polymer, the Static mixer features longitudinal stretch marks (15).
Figura 4: Muestra las principales características del mezclador estático. El polímero fundido proveniente del mezclador dinámico, fluye entre los intersticios presentes entre el barril del mezclador (9), las serpentinas (16) y los tubos (17) por donde circula un fluido refrigerante desde su entrada (11) hacia la salida (12). A fin de mantener la masa del fundido a la temperatura deseada mientras circula por el mezclador estático, los termopares de medición (18), activan o desactivan las cintas calefactoras (10). Por último, el polímero fundido abandona el mezclador estático hacia el viscosímetro capilar.Figure 4: Shows the main Features of the static mixer. Molten polymer from the dynamic mixer, it flows between the interstices present between the mixer barrel (9), the streamers (16) and the tubes (17) through which a cooling fluid circulates from its input (11) to the exit (12). In order to maintain the mass of melted at the desired temperature while circulating through the mixer static, the measuring thermocouples (18), activate or deactivate the heating tapes (10). Finally, molten polymer leaves the static mixer towards the capillary viscometer.
Figura 5: Muestra detalles del viscosímetro capilar. El polímero fundido proveniente del mezclador estático, ingresa en el barril capilar del viscosímetro (19), donde se registra la presión de entrada y de salida del mismo mediante manómetros (20). La temperatura del material fundido es medida por termopares (18), los cuales activan o desactivan cintas calefactoras (10) con el fin de mantener la misma temperatura a lo largo del viscosímetro capilar. Una vez atravesado el viscosímetro, el flujo del polímero se dirige hacia el cabezal porta aguja de inyección.Figure 5: Shows details of the viscometer capillary. The molten polymer from the static mixer, enter the capillary barrel of the viscometer (19), where records the inlet and outlet pressure thereof by pressure gauges (20). The temperature of the molten material is measured by thermocouples (18), which activate or deactivate tapes heaters (10) in order to maintain the same temperature at capillary viscometer length. After crossing the viscometer, the flow of the polymer is directed towards the needle holder head of injection.
Figura 6: Muestra detalles del cabezal porta aguja de inyección. El polímero fundido proveniente del barril capilar del viscosímetro capilar (19), fluye a través de la aguja de inyección (21) fijada al barril con una rosca (22) en donde se produce una caída abrupta de presión producto del cambio repentino de diámetro, lo cual hace que la mezcla polímero fundido/ CO_{2} se vuelva insoluble y el gas expanda el material, el cual es moldeado a la forma final en el cabezal porta aguja de inyección con preforma (5).Figure 6: Shows details of the head holder injection needle The molten polymer from the barrel capillary viscometer capillary (19), flows through the needle injection (21) fixed to the barrel with a thread (22) where produces an abrupt pressure drop due to the sudden change in diameter, which causes the molten polymer / CO2 mixture become insoluble and the gas expands the material, which is molded to the final shape in the injection needle holder head with preform (5).
Figura 7: Muestra los detalles de la aguja de inyección. Se puede observar que la aguja de inyección (21), fijada con rosca al barril del viscosímetro capilar (19), tiene tres partes claramente distinguibles: una región cónica de disminución de tamaño (a), una región cilíndrica (b) y, por último una región cónica de aumento de tamaño que conduce a la preforma (c). Las longitudes y los diámetros característicos de cada una de las regiones son variables fundamentales en los perfiles de presión que se desarrollan en la aguja y afectan, por lo tanto, la expansión del material.Figure 7: Shows the details of the needle injection. It can be seen that the injection needle (21), fixed threaded to the barrel of the capillary viscometer (19), it has three clearly distinguishable parts: a conical region of decreased size (a), a cylindrical region (b) and finally a region Conical size increase leading to the preform (c). The lengths and characteristic diameters of each of the regions are fundamental variables in the pressure profiles that they develop in the needle and therefore affect the expansion of the material.
Como ejemplo de aplicación de las modificaciones realizadas podemos mencionar el proceso de espumado por extrusión de poliestireno (PS) para la fabricación de piezas que se utilizan como aislantes térmicos. En este caso, las piezas producidas utilizando dióxido de carbono (CO_{2}) como agente espumante tienen mejores propiedades, menor coste y contaminan menos que las producidas utilizando agentes espumantes fluoro carbonatados (tipo HCFC). Así, una línea de producción por extrusión originalmente diseñada para producir el espumado por efecto de un agente espumante tipo HCFC, gracias a las modificaciones propuestas puede producir piezas utilizando CO_{2}, con lo que la fábrica en cuestión se evita invertir en una extrusora diseñada especialmente para este proceso, obteniendo un producto de menor coste, menos contaminante y de mejor calidad.As an example of application of the modifications We can mention the extrusion foaming process of polystyrene (PS) for the manufacture of parts that are used as thermal insulators. In this case, the pieces produced using carbon dioxide (CO2) as a foaming agent they have better properties, lower cost and pollute less than produced using carbonated fluoro foaming agents (type HCFC). Thus, an extrusion production line originally designed to produce foaming by an agent sparkling HCFC type, thanks to the proposed modifications you can produce parts using CO2, so that the factory in issue avoids investing in a specially designed extruder for this process, obtaining a lower cost product, less pollutant and of better quality.
Así, el PS, junto con los aditivos de procesado (talco, colorante, agente ignífugo, etc.), son introducidos en forma de granza por la tolva de alimentación de la extrusora (Figura 1). Una vez fundido el material, se le inyecta el dióxido de carbono (CO_{2}) mediante una bomba de desplazamiento positivo para producir la mezcla de los componentes. Una vez que el material fundido abandona la extrusora, se le hace circular por un mezclador dinámico que, gracias a las estrías longitudinales, produce un mezclado bidireccional que ayuda a la homogeneización de la mezcla. Posteriormente la mezcla polímero/gas circula por los intersticios presentes entre la carcasa y los tubos y serpentinas que componen el mezclador estático, lo cual ayuda a homogeneizar aún más la mezcla y, al mismo tiempo, gracias al fluido refrigerante que circula por dentro de los tubos y serpentinas permite obtener una distribución uniforme de temperatura en toda la masa fundida. A continuación, para determinar las condiciones óptimas de procesado (las cuales incidirán fuertemente sobre la calidad final de la pieza), el polímero circula por el interior de un viscosimetro capilar que permite medir en tiempo real la viscosidad del material fundido para, finalmente, producir el espumado y el conformado de la pieza a procesar en el cabezal porta aguja de inyección donde se regula el perfil de presiones a lo largo de la máquina variando la geometría de la aguja.Thus, the PS, along with the processing additives (talc, dye, flame retardant agent, etc.), are introduced into pellet shape by the extruder feed hopper (Figure 1). Once the material has melted, the dioxide of carbon (CO2) by a positive displacement pump to produce the mixture of the components. Once the material molten leaves the extruder, it is circulated through a mixer dynamic that, thanks to the longitudinal stretch marks, produces a bidirectional mixing that helps homogenize the mixture. Subsequently the polymer / gas mixture circulates through the interstices present between the housing and the tubes and streamers that make up the static mixer, which helps to further homogenize the mixing and, at the same time, thanks to the cooling fluid that circulates inside the tubes and streamers allows to obtain a uniform temperature distribution throughout the melt. TO then, to determine the optimal processing conditions (which will strongly influence the final quality of the piece), the polymer circulates inside a viscometer capillary that allows to measure in real time the viscosity of the material cast to finally produce foaming and forming the part to be processed in the injection needle holder head where regulates the pressure profile along the machine by varying the needle geometry
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200502622A ES2279704B1 (en) | 2005-10-27 | 2005-10-27 | SYSTEM FOR PROCESSING THERMOPLASTIC POLYMERIC FOAMS, USING CARBON DIOXIDE (CO2) AS A FOAMING AGENT. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200502622A ES2279704B1 (en) | 2005-10-27 | 2005-10-27 | SYSTEM FOR PROCESSING THERMOPLASTIC POLYMERIC FOAMS, USING CARBON DIOXIDE (CO2) AS A FOAMING AGENT. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2279704A1 true ES2279704A1 (en) | 2007-08-16 |
| ES2279704B1 ES2279704B1 (en) | 2008-06-01 |
Family
ID=38468500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200502622A Expired - Fee Related ES2279704B1 (en) | 2005-10-27 | 2005-10-27 | SYSTEM FOR PROCESSING THERMOPLASTIC POLYMERIC FOAMS, USING CARBON DIOXIDE (CO2) AS A FOAMING AGENT. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2279704B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2331720A1 (en) * | 2009-06-24 | 2010-01-13 | Universidad De La Rioja | PROCEDURE TO PREACH THE RESULTING QUALITY OF ELASTOMEROS PROFILES. |
| EP2666611B1 (en) * | 2012-05-23 | 2021-04-21 | battenfeld-cincinnati Germany GmbH | Device and method for tempering plastic material |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4454087A (en) * | 1981-05-18 | 1984-06-12 | Sekisui Plastics | Method and apparatus for preparing thermoplastic resin foam |
| ES2001581A6 (en) * | 1985-07-24 | 1988-06-01 | Sekisui Plastics | Method and apparatus for production of foamed thermoplastics material |
| US5032073A (en) * | 1989-10-06 | 1991-07-16 | Thermax Wire Corp. | Thin walled high velocity propagation of foamed thermoplastic resins |
| EP0453687A1 (en) * | 1990-04-27 | 1991-10-30 | Abc Group | Process and apparatus for molding foamed plastic article |
| WO1998008667A2 (en) * | 1996-08-27 | 1998-03-05 | Trexel, Inc. | Method and apparatus for microcellular polymer extrusion |
| US5902529A (en) * | 1994-07-29 | 1999-05-11 | Sekisui Kaseihin Kogyo Kabushiki Kaisha | Process for producing thermoplastic resin foams |
-
2005
- 2005-10-27 ES ES200502622A patent/ES2279704B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4454087A (en) * | 1981-05-18 | 1984-06-12 | Sekisui Plastics | Method and apparatus for preparing thermoplastic resin foam |
| ES2001581A6 (en) * | 1985-07-24 | 1988-06-01 | Sekisui Plastics | Method and apparatus for production of foamed thermoplastics material |
| US5032073A (en) * | 1989-10-06 | 1991-07-16 | Thermax Wire Corp. | Thin walled high velocity propagation of foamed thermoplastic resins |
| EP0453687A1 (en) * | 1990-04-27 | 1991-10-30 | Abc Group | Process and apparatus for molding foamed plastic article |
| US5902529A (en) * | 1994-07-29 | 1999-05-11 | Sekisui Kaseihin Kogyo Kabushiki Kaisha | Process for producing thermoplastic resin foams |
| WO1998008667A2 (en) * | 1996-08-27 | 1998-03-05 | Trexel, Inc. | Method and apparatus for microcellular polymer extrusion |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2331720A1 (en) * | 2009-06-24 | 2010-01-13 | Universidad De La Rioja | PROCEDURE TO PREACH THE RESULTING QUALITY OF ELASTOMEROS PROFILES. |
| EP2666611B1 (en) * | 2012-05-23 | 2021-04-21 | battenfeld-cincinnati Germany GmbH | Device and method for tempering plastic material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2279704B1 (en) | 2008-06-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3827841A (en) | Extrusion apparatus for use in the production of thermoplastic resin foams | |
| ES2403187T3 (en) | Procedure and installation for the continuous manufacture of plastic granules that can be expanded | |
| ES2883211T3 (en) | Low-density foam manufacturing method | |
| Xu et al. | Effects of die geometry on cell nucleation of PS foams blown with CO2 | |
| US7855237B2 (en) | Plant for the manufacture of polymer particles | |
| US9630346B2 (en) | Method of fabricating an injection molded component | |
| RU2009124274A (en) | DEVICE AND METHOD FOR INTRODUCING FOAM AGENT | |
| EP2822748B1 (en) | Apparatus and method for producing microcellular foams | |
| JP4799664B2 (en) | Die for granulation, granulator, and method for producing expandable thermoplastic resin particles | |
| ES2279704B1 (en) | SYSTEM FOR PROCESSING THERMOPLASTIC POLYMERIC FOAMS, USING CARBON DIOXIDE (CO2) AS A FOAMING AGENT. | |
| CN203637196U (en) | Equipment for producing polyolefin foamed plastic product | |
| Ngo et al. | A new experimental system for combinatorial exploration of foaming of polymers in carbon dioxide: the gradient foaming of PMMA | |
| BR112014003858B1 (en) | heat exchanger piping system for transporting viscous fluids and process for transporting viscous fluid | |
| CN102604249A (en) | Method for producing inflame-retardance foam plastics by inflame-retardance styrene composition | |
| PT1022303E (en) | METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING POLYSHYDREN FOAM AND BLOCKS AND PLATES PRODUCED WITH THE REFERENCE FOAM | |
| ITMI20120571A1 (en) | "PROCEDURE FOR THE ADDITION AND TRANSPORT OF LABEL ADDITIVES IN CURRENT MATERIALS" | |
| US11806908B2 (en) | Extruding system and method of extruding | |
| KR100975635B1 (en) | Continuous manufacturing apparatus of foam metal and its manufacturing method | |
| JP4298725B2 (en) | Method and apparatus for molding sheet foam sheet | |
| JP2009132029A (en) | Plastics pellet forming device | |
| KR20170074672A (en) | Mold cooling apparatus using a plurality of the cooling pipe | |
| KR101150973B1 (en) | Polyolefin foam with the closed cell and its continuous process | |
| US20220063136A1 (en) | Mixing method and system thereof | |
| JP4550646B2 (en) | Method for producing foamed molded article made of thermoplastic resin or mixture thereof | |
| US20130225710A1 (en) | Extensional flow heat exchanger for polymer melts |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20070816 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2279704B1 Country of ref document: ES |
|
| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20251103 |