ITMI20110561A1 - Metodo ed apparato di laminazione a caldo per unire per zone strati di materiali termoplastici - Google Patents

Description

METODO ED APPARATO DI LAMINAZIONE A CALDO PER UNIRE PER

ZONE STRATI DI MATERIALI TERMOPLASTICI

La presente invenzione riguarda un metodo ed un apparato di laminazione a caldo ed in particolare un metodo ed un apparato per l’unione mediante simultanea applicazione di un’elevata temperatura e pressione su zone distinte di strati sovrapposti, traspiranti e barriera, per produrre un multistrato.

Sono noti multistrati con funzione barriera, come ad esempio tessuti per indumenti o attrezzature tecniche impermeabili all’acqua, comprendenti una pluralità di strati tra i quali almeno uno strato, o film, barriera ed uno o più strati, o veli, traspiranti di tessuto o di tessuto-non-tessuto di fibre sintetiche fatte, ad esempio, di materiali poliolefinici. Gli strati possono essere saldati tra loro in modo continuo mediante laminazione a caldo.

È inoltre noto che tali prodotti multistrato con funzione barriera possono essere realizzati unendo tra loro gli strati non sull’intera superficie di accoppiamento bensì per zone tipicamente puntiformi. Questo consente di ottenere buone proprietà barriera mantenendo nel contempo flessibilità, morbidezza e “mano tessile†che li rende paragonabili a tessuti di fibre naturali. L’unione per punti o zone distinte consente inoltre di ottenere ottime caratteristiche di traspirabilità, che sono sempre più richieste in accoppiati multistrato con funzione barriera, intesa come impermeabilità ad una colonna liquida a base acquosa di una certa altezza, ad esempio di almeno un metro, utilizzati in campo tessile.

I prodotti multistrato con strati uniti a zone vengono generalmente realizzati mediante speciali processi di laminazione a caldo nei quali una matrice di goffratura viene impressa sugli strati da unire. Comunemente, la laminazione a caldo viene eseguita mediante apposite calandre comprendenti una coppia di cilindri controrotanti, con assi paralleli, tra i quali vengono fatti passare in continuo gli strati che devono essere uniti. Tipicamente, uno dei due cilindri à ̈ provvisto sul suo mantello di una matrice di goffratura comprendente una pluralità di cuspidi ricavate per incisione, mentre l’altro à ̈ liscio.

Durante il processo di laminazione, i due cilindri vengono riscaldati a temperature prossime al punto di rammollimento dei materiali in lavorazione e premuti uno contro l’altro. Le elevate temperature dei cilindri e l’azione di compressione meccanica generano sugli strati di materiale che devono essere uniti un effetto saldante che provoca localmente la transizione irreversibile dei polimeri costituenti i singoli strati dallo stato amorfo a quello cristallino. Si ottengono così prodotti multistrato comprendenti una matrice di zone di unione corrispondenti alle posizioni delle cuspidi della matrice di goffratura.

Un prodotto multistrato unito a zone presenta caratteristiche morfologiche tali da essere in pratica assimilabile ad un monostrato.

La tecnologia di laminazione a caldo per unire per punti strati di composizione di un multistrato sopra descritta presenta alcuni inconvenienti.

In primo luogo, la profondità massima degli elementi a cuspide à ̈ limitata a pochi decimi di millimetro, tipicamente 0.9 mm, a causa della loro geometria puntiforme, per cui à ̈ relativamente difficile realizzare prodotti multistrato di elevato spessore. Attualmente per risolvere questo problema si innalzano le temperature di funzionamento dei cilindri della calandra e/o la pressione tra i cilindri. Questo tuttavia può provocare la microfessurazione degli strati, in particolare di quelli interni, che mal sopportano sollecitazioni meccaniche e termiche.

Anche la geometria puntiforme degli elementi a cuspide può contribuire, in caso di pressioni e temperature elevate, alla microfessurazione di uno o più strati da unire.

Un altro problema della tecnologia di laminazione a caldo a zone di multistrati à ̈ che un eccessivo innalzamento delle temperature di funzionamento dei cilindri della calandra, che come spiegato sono prossime a quelle di rammollimento dei materiali polimerici che costituiscono gli strati, può provocare una transizione irreversibile dei polimeri dallo stato amorfo a quello cristallino su tutta la superficie degli strati più esterni, in particolare di quello a contatto con il cilindro liscio della calandra. Questo problema à ̈ ben noto nel settore e pregiudica le caratteristiche del prodotto finito in particolare per quanto riguarda la “mano tessile†e la traspirabilità.

Inoltre, data la diversa struttura delle superfici radianti dei due cilindri della calandra, uno goffrato e l’altro liscio, per ottenere un’adeguata azione saldante si devono necessariamente impostare due diverse temperature di funzionamento che, per ragioni impiantistiche, impongono l’uso di due centrali termiche con circuiti separati. In particolare, il cilindro goffrato viene mantenuto ad una temperatura maggiore di quella del cilindro liscio. Questo implica una duplicazione dei sistemi di regolazione della temperatura dei cilindri e più elevati costi di esercizio.

Ai costi relativi all’installazione di centrali termiche separate si aggiungono quelli relativi alla realizzazione della matrice di goffratura sul cilindro della calandra, che richiede l’uso di laser o processi di incisione chimica.

Esiste dunque l’esigenza di fornire un apparato ed un metodo di laminazione a caldo per zone di multistrati che consentano di superare i limiti tecnologici sopra indicati, il che costituisce uno scopo della presente invenzione.

È altresì uno scopo della presente invenzione ridurre i costi di fabbricazione e di esercizio di un apparato di laminazione a caldo per zone.

Un’idea di soluzione alla base della presente invenzione à ̈ quella di realizzare apparato di laminazione a caldo per zone nel quale entrambi i cilindri della calandra siano provvisti di una matrice di goffratura, consentendo così di raddoppiare la profondità di schiacciamento localizzato degli strati da unire e dunque aumentare lo spessore massimo (non compresso) del multistrato ottenibile rispetto a quello che può essere prodotto con apparati di laminazione a caldo di tipo tradizionale. La configurazione a doppia matrice di goffratura consente inoltre di ridurre le temperature di lavoro dei cilindri della calandra e le forze di compressione di un cilindro sull’altro, rendendo così più economico il processo di lavorazione del prodotto multistrato.

La presenza di una matrice di goffratura su entrambi i cilindri rende sostanzialmente uguali le aree delle loro superfici radianti per cui à ̈ possibile far funzionare i cilindri alla stessa temperatura, richiedendo così un’unica centrale termica per il loro riscaldamento. Anche questo contribuisce all’economia di esercizio del processo di lavorazione e consente inoltre di ridurre i costi di realizzazione dell’apparato di laminazione.

Un altro vantaggio offerto dalla presente invenzione à ̈ che la presenza di una matrice di goffratura su entrambi i cilindri della calandra riduce notevolmente la dimensione della superficie di contatto tra i cilindri ed il prodotto multistrato in lavorazione, consentendo così di minimizzare il rischio di transizione da amorfo a cristallino dei polimeri costituenti gli strati più esterni del prodotto multistrato.

Le matrici di goffratura comprendono in particolare una pluralità di scanalature che definiscono profili continui sui mantelli dei cilindri, ad esempio profili elicoidali. Questa configurazione consente di minimizzare il problema della microfessurazione degli strati del prodotto multistrato dovuto alla geometria puntiforme degli elementi a cuspide delle matrici di goffratura degli apparati di laminazione per zone noti nel settore.

Inoltre, la realizzazione di profili continui sulle superfici dei cilindri à ̈ molto più economica rispetto a quella degli elementi a cuspide, contribuendo così a ridurre i costi di realizzazione dell’apparato.

Il nuovo metodo e l’apparato di laminazione a caldo per zone della richiedente sono chiaramente definiti nelle annesse rivendicazioni, il cui contenuto si intende far parte di questa descrizione e qui incorporato per espresso riferimento.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche del metodo e dell’apparato di laminazione a caldo a zone secondo la presente invenzione risulteranno evidenti agli esperti del ramo dalla seguente descrizione dettagliata e non limitativa di sue forme realizzative con riferimento agli annessi disegni in cui:

- le Figure 1a e 1b mostrano schematicamente una vista frontale ed una vista laterale di una coppia di cilindri di una calandra di un apparato per laminazione per zone secondo una forma realizzativa della presente invenzione;

- le Figure 2a e 2b mostrano schematicamente una vista frontale ed una vista laterale di una coppia di cilindri di una calandra di un apparato per laminazione per zone secondo una forma realizzativa alternativa della presente invenzione; e - le Figure 3a e 3b mostrano schematicamente una vista frontale ed una vista laterale di una coppia di cilindri di una calandra di un apparato per laminazione per zone secondo un’ulteriore forma realizzativa della presente invenzione.

Le Figure 1a e 1b mostrano schematicamente una vista frontale ed una vista laterale di una coppia di cilindri 1, 2 di una calandra (non mostrata) di un apparato di laminazione a caldo a zone (non mostrato) secondo una forma realizzativa della presente invenzione.

I cilindri 1, 2 sono paralleli uno all’altro e rispettivamente montati in modo girevole su alberi 3, 4 atti ad essere azionati in versi di rotazione opposti. Tra i cilindri 1, 2 à ̈ presente una fessura 5 atta a consentire il passaggio di una pluralità di strati 6’, 6†, 6’’’, … sovrapposti destinati a formare un prodotto multistrato 6.

Secondo la presente invenzione, entrambi i cilindri 1, 2 sono provvisti di una matrice di goffratura, consentendo così di unire tra loro gli strati 6’, 6†, 6’’’, … del prodotto multistrato 6 imprimendo la matrice di goffratura contemporaneamente sulle sue facce opposte.

Diversamente dagli apparati di laminazione a caldo a zone noti nel settore, che prevedono l’uso di un cilindro liscio contrapposto ad uno goffrato, i cilindri 1, 2 della calandra, entrambe goffrate, presentano sostanzialmente la stessa superficie radiante, potendo così operare alla stessa temperatura di funzionamento. Pertanto, l’apparato di laminazione a caldo per zone secondo la presente invenzione à ̈ provvisto di un’unica centrale termica (non mostrata). Questo si traduce in costi di realizzazione dell’apparato assai più contenuti ed in costi di esercizio inferiori a quelli di un apparato di laminazione a caldo per zone di tipo tradizionale.

Durante il processo di laminazione, i due cilindri 1, 2 vengono riscaldati a temperature prossime al punto di rammollimento dei materiali in lavorazione e premuti uno contro l’altro. La temperatura di regime à ̈ tipicamente circa 140°C nel caso di strati in polipropilene, e circa 240°C nel caso di strati in polietilene, che sono i materiali maggiormente utilizzati nei prodotti multistrato con funzione barriera.

Come mostrato in Figura 1b, gli strati 6’, 6†, 6’’’, … del prodotto multistrato 6 da unire vengono alimentati da remoto, preferibilmente in forma di nastri, e vengono convogliati sovrapposti uno all’altro tra i cilindri 1, 2 in corrispondenza della fessura 5.

I cilindri 1, 2, che come noto ruotano in versi opposti, trascinano attraverso la fessura 5 gli strati 6’, 6†, 6’’’, …, che vengono uniti tra loro grazie all’azione di compressione meccanica ed all’elevata temperatura dei cilindri 1, 2 formando il prodotto multistrato 6.

Secondo l’invenzione, le matrici di goffratura ricavate sui cilindri 1, 2 comprendono una pluralità di scanalature 7, 8 che definiscono su di essi profili continui. Nelle figure le scanalature 7, 8 sono illustrate schematicamente mediante linee continue.

La configurazione a profili continui delle matrici di goffratura dei cilindri 1, 2 dell’apparato secondo l’invenzione à ̈ particolarmente vantaggiosa in quanto consente di minimizzare i rischi di microfessurazione degli strati 6’, 6†, 6’’’, … durante la loro compressione in corrispondenza della fessura 5. L’uso di scanalature consente inoltre di realizzare matrici di goffratura più profonde, ad esempio fino a 2 mm, sui cilindri 1, 2 della calandra rispetto a quelle comprendenti elementi a cuspide, e quindi di realizzare prodotti multistrato 6 di spessore maggiore rispetto a quelli ottenibili con apparati di laminazione a caldo a zone di tipo tradizionale.

Nella forma realizzativa mostrata nelle Figure 1a e 1b, le scanalature 7, 8 dei cilindri 1, 2 formano sui mantelli dei rispettivi cilindri 1, 2 profili continui elicoidali aventi uno stesso passo, ad esempio dell’ordine di 0.6 – 0.7 mm, e versi di avvolgimento opposti. Le zone di unione tra gli strati 6’, 6†, 6’’’, … del prodotto multistrato 6 avranno quindi una geometria sostanzialmente romboidale, quale risulta dall’incrocio dei profili continui dei due cilindri 1, 2 in corrispondenza della fessura 5.

Nella forma realizzativa alternativa mostrata nelle Figure 2a e 2b, le scanalature 7, 8 dei cilindri 1, 2 formano sui mantelli dei rispettivi cilindri 1, 2 profili continui rispettivamente disposti parallelamente all’asse di rotazione ed in direzione circonferenziale. In questo caso i profili si incroceranno perpendicolarmente tra loro in corrispondenza della fessura 5, definendo quindi una pluralità di zone di unione di forma sostanzialmente quadrata. Questa forma realizzativa rappresenta una condizione “limite†di diversità dell’angolo di inclinazione rispetto all’asse del rispettivo cilindro dei profili continui, osservati in proiezione nella vista frontale, che in un caso à ̈ zero e nell’altro à ̈ di 90°. Questa condizione limite può determinare una variabilità o alternanza della forza di reazione elastica degli strati nell’attraversamento della fessura tra i cilindri 1, 2, in quanto la sovrapposizione per punti tra i profili salienti dei due mantelli non à ̈ costante ma periodica, verificandosi una fase di sovrapposizione alternata ad una di non sovrapposizione.

Per accoppiati di veli o strati relativamente sottili, una condizione preferita à ̈ quella in cui il piano ideale su cui giacciono coppie di generatrici delle superfici cilindriche affacciate dei mantelli dei due cilindri in corrispondenza della fessura di laminazione intercetta sempre una pluralità di punti o zone di sovrapposizione dei profili continui. Ciò rende uniforme la reazione elastica dei cilindri lungo la fessura di laminazione, evitando di indurre perturbazioni nel sistema idraulico di controllo della posizione dei cilindri della calandra, ovvero dell’altezza della fessura di laminazione tra essi definita, che potrebbero causare difetti nel multistrato prodotto.

Nell’ulteriore forma realizzativa mostrata nelle Figure 3a e 3b, i profili formati dalle scanalature 7, 8 sui cilindri 1, 2 sono ancora elicoidali di uguale passo, ma, contrariamente alla forma realizzativa illustrata nelle Figure 1a, 1b, essi presentano lo stesso verso di avvolgimento attorno ai cilindri 1, 2. In questo caso pertanto, diversamente dai primi due, l’unione tra gli strati non avverrà per zone puntiformi ma lungo linee, in quanto in corrispondenza della fessura 5 si avrà una sovrapposizione continua tra i profili elicoidali presenti sui mantelli dei due cilindri.

È chiaro che le forme realizzative dell’invenzione qui descritte ed illustrate costituiscono solo esempi suscettibili di numerose varianti. Ad esempio, à ̈ possibile variare la distanza tra le scanalature 7, 8, definendo così passi differenti nei profili continui elicoidali. Questo consente di creare zone di unione più o meno fitte tra gli strati 6’, 6†, 6’’’, … e quindi di conferire ai prodotti multistrato 6 caratteristiche differenti in termini di flessibilità, morbidezza, mano tessile e traspirabilità in funzione dell’uso specifico per essi previsto. È inoltre possibile variare l’angolo di inclinazione delle scanalature 7, 8 rispetto all’asse dei cilindri, consentendo così di modificare la geometria delle zone di unione e quindi di creare effetti estetici diversi sui prodotti multistrato 6.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di laminazione a caldo per zone distinte di adesione di strati traspiranti e strati barriera (6’, 6†, 6’’’, …) fatti di materiali polimerici per costituire un multistrato (6) mediante una calandra comprendente una coppia di cilindri (1, 2) con assi paralleli, controrotanti, ed i mantelli dei quali definiscono tra loro una fessura (5) di laminazione, comprendente le operazioni di:  formare matrici di goffratura sulle superfici dei mantelli di entrambi i cilindri (1, 2), in cui ciascuna di dette matrici di goffratura comprende scanalature (7, 8) definenti tra loro profili continui sui mantelli dei due cilindri (1, 2) che, in proiezione, si estendono linearmente e ad angoli di inclinazione diversi o complementari rispetto agli assi dei rispettivi cilindri;  riscaldare detti cilindri (1, 2) ad una temperatura sufficiente a rammollire il materiale polimerico di almeno uno degli strati schiacciato tra i profili continui sovrapposti dei mantelli dei due cilindri (1, 2) all’attraversamento di detta fessura di laminazione (5); e  produrre zone di adesione tra strati adiacenti (6’, 6†, 6’’’, …) in corrispondenza di punti o aree di sovrapposizione tra i profili continui del mantello di un cilindro e i profili continui del mantello dell’altro cilindro.
2. 2. Metodo di laminazione secondo la rivendicazione 1, in cui detti diversi angoli di inclinazione sono compresi tra 0° e 90°.
3. 3. Metodo di laminazione secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il piano ideale su cui giacciono coppie di generatrici dei profili delle superfici cilindriche dei mantelli dei due cilindri affacciate in corrispondenza della fessura di laminazione intercetta una pluralità di punti di sovrapposizione di detti profili continui.
4. 4. Metodo di laminazione secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui dette scanalature (7, 8) formano sui mantelli dei rispettivi cilindri (1, 2) profili continui elicoidali.
5. 5. Metodo di laminazione secondo la rivendicazione 4, in cui detti profili continui elicoidali hanno stesso passo e versi di avvolgimento opposti sui mantelli dei due cilindri (1, 2).
6. 6. Metodo di laminazione secondo la rivendicazione 4, in cui detti profili continui elicoidali hanno stesso passo e stesso verso di avvolgimento sui mantelli dei due cilindri (1, 2).
7. 7. Metodo di laminazione secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui dette scanalature (7, 8) definiscono rispettivamente profili continui paralleli all’asse di rotazione su un cilindro e profili continui circonferenziali sull’altro cilindro.
8. 8. Metodo di laminazione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui i mantelli di detti cilindri (1, 2) sono riscaldati ad una stessa temperatura.
9. 9. Metodo di laminazione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui gli strati (6’, 6†, 6’’’, …) del multistrato (6) sono in forma di nastri continui.
10. 10. Metodo di laminazione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui almeno gli strati esterni (6’, 6’’’) del multistrato (6) sono fatti di tessuto-non-tessuto di fibre poliolefiniche.
11. 11. Metodo di laminazione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui almeno uno strato interno (6’’) del multistrato (6) à ̈ una pellicola poliolefinica barriera impermeabile ad una colonna liquida a base acquosa di almeno un metro.
12. 12. Apparato di laminazione a caldo per zone distinte di adesione di strati traspiranti e barriera (6’, 6†, 6’’’, …) di materiali polimerici per costituire un multistrato (6) comprendente una calandra con coppia di cilindri (1, 2) controrotanti ad assi paralleli, i mantelli riscaldati dei quali definiscono tra loro una fessura (5) di laminazione, in cui le superfici dei mantelli di entrambi i cilindri (1, 2) hanno matrici di goffratura comprendenti scanalature (7, 8) definenti tra loro profili continui che, in proiezione, si estendono linearmente ed ad angoli di inclinazione diversi o complementari rispetto agli assi dei rispettivi cilindri.
13. 13. Apparato di laminazione secondo la rivendicazione 12, in cui il piano ideale su cui giacciono coppie di generatrici delle superfici cilindriche dei mantelli dei due cilindri affacciate in corrispondenza della fessura di laminazione intercetta una pluralità di punti di sovrapposizione di detti profili continui.
14. 14. Apparato di laminazione secondo la rivendicazione 13, in cui dette scanalature (7, 8) formano sui mantelli dei rispettivi cilindri (1, 2) profili continui elicoidali.
15. 15. Apparato di laminazione secondo la rivendicazione 14, in cui detti profili continui elicoidali hanno stesso passo e versi di avvolgimento opposti sui mantelli dei due cilindri (1, 2).
16. 16. Metodo di laminazione secondo la rivendicazione 14, in cui detti profili continui elicoidali hanno stesso passo e stesso verso di avvolgimento sui mantelli dei due cilindri (1, 2).
17. 17. Apparato di laminazione secondo la rivendicazione 12 o 13, in cui dette scanalature (7, 8) definiscono rispettivamente profili continui paralleli all’asse di rotazione su un cilindro e profili continui circonferenziali sull’altro cilindro.
18. 18. Apparato di laminazione secondo una delle rivendicazioni da 12 a 17, in cui i mantelli di detti cilindri (1, 2) sono riscaldati ad una stessa temperatura.