BR112018076414B1 - Método para formar um objeto feito de um material polimérico e dispositivo de formação para o sopro de um corpo tubular - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para formar um objeto feito de um material polimérico, em que o material polimérico tem uma temperatura de fusão (Tf), compreendendo as seguintes etapas: fundir o material polimérico; resfriar o material polimérico abaixo da temperatura de fusão (Tf); extrudir o material polimérico em um corpo de forma tubular (H); inserir o corpo tubular (H) em um molde (60) com uma cavidade interna; fechar o corpo tubular (H) em uma primeira extremidade do mesmo; soprar ar para dentro do corpo tubular (H) através de uma segunda extremidade para que o corpo tubular (H) adira à cavidade interna do molde (60).

Description

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção refere-se a um dispositivo e a um método para formar um objeto feito de um material polimérico através do sopro de ar em um corpo tubular

Antecedentes da Invenção

[0002] O material polimérico, processável por meio do método e do dispositivo de acordo com a presente invenção, pode ser qualquer material usado em processos de formação para moldagem por sopro de um corpo tubular extrudido, sendo os processos também conhecidos sob a expressão "Moldagem por Sopro de Extrusão" (EBM), em particular, um material semicristalino, tal como polipropileno (PP), polietileno de alta densidade (HDPE) ou de tereftalato polietileno (PET). Mais geralmente, o método e o dispositivo de acordo com a invenção podem ser utilizados para processar qualquer material polimérico com uma temperatura de fusão superior à sua temperatura de cristalização e/ou de transição vítrea.

[0003] Os processos de EBM envolvem basicamente a fusão de um material polimérico dentro de um dispositivo de fusão ou extrusora. A extrusora é conectada a uma cabeça de extrusão, que é estruturada de modo a extrudir o material polimérico para dentro de um corpo de forma tubular, também chamado de "parisorí'. O material polimérico fundido, impulsionado pela extrusora, flui ao longo da cabeça de extrusão e sai na forma de um corpo tubular. Um molde, com uma cavidade interna que reproduz em negativo a forma do recipiente, recebe o corpo tubular da cabeça de extrusão. Tipicamente, o molde é dividido em dois meios moldes que são móveis juntos entre uma posição aberta, na qual os meios moldes estão mutuamente separados, e uma posição fechada, na qual os meios moldes encostam-se uns aos outros. O corpo tubular é disposto entre os dois meios moldes enquanto estes estão na posição aberta do mesmo. Subsequentemente, os dois meios moldes movem-se para a sua posição fechada. Os dois meios moldes são providos de uma aresta de corte, a qual, na posição fechada, corta uma porção de extremidade do corpo tubular, fechando assim o próprio corpo tubular. A outra extremidade do corpo tubular permanece aberta concentricamente com o núcleo da cabeça de extrusão. O molde é fornecido com uma abertura, configurada para acomodar a extremidade aberta do corpo tubular e o núcleo da cabeça de extrusão. Após o fechamento do molde, uma certa quantidade de ar é soprada para dentro do corpo tubular através do núcleo da cabeça de extrusão. Isto causa a inflação do corpo tubular, que adere à cavidade do molde, assumindo assim a sua forma. Após a solidificação do material polimérico, o recipiente formado é removido do molde.

[0004] Os processos de EBM atualmente disponíveis e o mecanismo para implementá-los podem ser significativa mente aprimorados, tanto no que diz respeito ao tempo do ciclo de produção quanto às características dos produtos obtidos.

[0005] De fato, o material polimérico é inserido no molde na forma de um corpo tubular a uma temperatura relativamente alta que é superior à temperatura de fusão. Isto implica que, antes de extrair o produto do molde, é necessário esperar um tempo relativamente longo para o material polimérico se tornar solidificado.

[0006] Além disso, as características do material polimérico obtido no estado solidificado são adversamente afetadas pela própria cristalização do material, que ocorre de forma muito rápida e descontrolada.

[0007] Exemplos de tecnologias disponíveis são reveladas nos documentos US3702226 e BG947255, os quais não resolvem os inconvenientes citados acimas.

Descrição Resumida da Invenção

[0008] É um objeto da presente invenção fornecer um método e um dispositivo para formar um objeto feito de material polimérico através do sopro de um corpo tubular que permita superar os inconvenientes do estado da técnica.

[0009] Uma vantagem da presente invenção é que esta permite que os tempos de ciclo de produção sejam drasticamente reduzidos.

[0010] Uma outra vantagem da presente invenção é que esta pode aprimorar significativamente as propriedades mecânicas dos produtos obtidos.

[0011] Outra vantagem é a capacidade de trabalhar com materiais geralmente muito fluidos, como PET convencional para garrafas. Tais materiais, vantajosa mente baratos, deformam-se excessiva mente durante a formação do corpo tubular ou parison.

[0012] Uma outra vantagem da presente invenção é a de também ser aplicável a processos de EBM que forneçam a extrusão de dois ou mais corpos tubulares mutuamente concêntricos, tais como, por exemplo, multicamadas.

[0013] Uma vantagem adicional é que um material mais frio que é, portanto, mais rígido e viscoso, é mais fácil de cortar devido à maior resistência oposta às lâminas, à menor deformabilidade e à menor adesividade.

[0014] Uma menor adesividade também permite a simplificação do equipamento uma vez que, por exemplo, não é necessário aplicar nenhum tratamento de superfície ou revestimento antiaderente.

Breve Descrição dos Desenhos

[0015] Outras características e vantagens da presente invenção emergirão melhor a partir da descrição detalhada que se segue de uma realização preferida da invenção, ilustrada a título de exemplo não limitativo nas figuras anexas, em que: - A Figura 1 mostra uma vista esquemática de um dispositivo para moldagem por sopro de acordo com a presente invenção; - A Figura la mostra o dispositivo da Figura 1 em uma fase operacional subsequente; - A Figura 2 é um gráfico que mostra como a cristalização de um tipo particular de polipropileno varia em função do tempo; - A Figura 3 é um gráfico que mostra, para o polipropileno da Figura 2, como a percentagem de massa cristalizada varia em função do tempo; - A Figura 4 é um gráfico mostrando, para o polipropileno da Figura 2, como o tempo necessário para obter uma cristalização de 50% da massa do material varia dependendo da temperatura, - A Figura 5 mostra uma vista em perspectiva de um elemento de mistura posicionado dentro de um misturador estático; - A Figura 6 mostra esquematicamente um detalhe do dispositivo da Figura 1, numa variante de construção; - As Figuras 7 e 8 mostram, respectivamente, as temperaturas de fusão Tf e as temperaturas de cristalização Tc para um polipropileno medidas com um método de análise DSC.

Descrição Detalhada da Invenção

[0016] O objeto produzido por meio do dispositivo (1) pode ser um recipiente, tal como uma garrafa, ou qualquer outro objeto que tenha uma cavidade.

[0017] 0 material polimérico utilizado pelo dispositivo (1) pode ser qualquer tipo de material polimérico, em particular um material semicristalino, tal como polipropileno (PP), polietileno de alta densidade (HDPE) ou tereftalato de polietileno (PET).

[0018] Materiais semicristalinos são materiais que, na forma sólida, exibem uma fração de massa cristalina e uma fração amorfa.

[0019] Para materiais poliméricos semicristalinos, é possível identificar uma temperatura de fusão Tf e uma temperatura de cristalização Tc.

[0020] Em particular, a temperatura de fusão Tf é a temperatura à qual um material polimérico que é aquecido passa de um estado sólido para um estado fundido.

[0021] A temperatura de cristalização Tc é a temperatura na qual uma fração do material cristaliza durante o resfriamento. A temperatura de cristalização Tc é inferior à temperatura de fusão Tf.

[0022] Para ser mais preciso, o processo de cristalização não ocorre a uma temperatura específica, mas em uma faixa de temperatura definida entre uma temperatura inicial de cristalização Tie e uma temperatura final de cristalização Tfc.

[0023] Além disso, a temperatura de cristalização Tc, bem como a diferença entre a temperatura inicial de cristalização Tie e a temperatura final de cristalização Tfc, não são constantes para um dado material, mas dependem das condições sob as quais o material é resfriado. Em particular, quanto menor a temperatura à qual o material polimérico fundido é mantido, mais rápida será a cristalização. Além disso, quanto mais rapidamente o material polimérico derretido for movido, mais ele abaixará a faixa de temperatura na qual ocorre a cristalização.

[0024] Isto é confirmado pela Figura 2, que mostra os resultados de uma análise realizada em amostras de polipropileno através de calorimetria diferencial de varredura (DSC). As amostras do material analisado foram levadas a uma temperatura mais alta do que a temperatura de fusão e mantidas aí por alguns minutos, de modo a fundir todos os cristais ali presentes. Posteriormente, as amostras foram resfriadas a uma temperatura pré- ajustada e mantidas a essa temperatura por um tempo necessário para obter a cristalização de cada amostra. Assim, desta forma, o tempo e o modo de cristalização para cada amostra foram avaliados.

[0025] A Figura 2 mostra a energia liberada das amostras analisadas em função do tempo durante a fase de cristalização.

[0026] Em particular, a curva indicada por A é a da amostra que foi resfriada até a temperatura mais baixa, igual a 108°C. Nesta amostra, a cristalização ocorreu em menos tempo e dentro de uma faixa de temperatura mais baixa do que a das outras amostras analisadas. A curva A mostra um pico exotérmico de cristalização, que é o mais estreito dentre todas as amostras analisadas. Isto significa que a diferença entre a temperatura inicial de cristalização Tie e a temperatura final de cristalização Tfc é mínima para aquela amostra comparada com todas as outras amostras analisadas.

[0027] A curva indicada por B refere-se, em vez disso, à amostra que foi resfriada à temperatura mais alta, isto é, 115°C. Nesta amostra não ocorreu cristalização, uma vez que a alta temperatura na qual a amostra foi mantida não permitiu a formação de cristais durante o período de tempo em que a amostra foi observada.

[0028] Isso mostra que, com a temperatura sendo mantida mais baixa, o material polimérico cristaliza mais rapidamente.

[0029] As Figuras 7 e 8 mostram, respectiva mente, as temperaturas de fusão Tf e as temperaturas de cristalização Tc para um polipropileno, medidas com um método DSC de análise como uma função do calor requerido pelo material. Deve ser apreciado que para o polipropileno analisado existe uma diferença de temperatura de cerca de 40°.

[0030] Dado tudo isto, deve ser notado que no curso da descrição a seguir será feita simplesmente referência à temperatura de cristalização Tc, a ser entendida como qualquer temperatura entre a temperatura inicial de cristalização Tie e a temperatura final de cristalização Tfc.

[0031] Um raciocínio semelhante aplica-se ao processo de fusão e à temperatura de fusão relacionada.

[0032] A Figura 3, construída com base nos dados obtidos na Figura 2, mostra como a porcentagem de massa cristalizada varia em uma amostra em função do tempo. Cada curva refere-se a uma temperatura diferente à qual a amostra foi resfriada, após o que a temperatura da amostra foi mantida constante. Em particular, a temperatura de cada amostra aumenta à medida que se move da esquerda para a direita no gráfico. Note-se que quanto menor a temperatura a que a amostra é resfriada, mais o tempo necessário para que 100% da massa da amostra se cristalize é reduzido.

[0033] É possível definir um meio tempo de cristalização tl/2, que é o tempo gasto por uma amostra para que metade da sua massa se torne cristalizada. A Figura 4, construída com base nos dados das Figuras 2 e 3, mostra o meio tempo de cristalização tl/2 em função da temperatura à qual a amostra foi mantida. Note-se que, à medida que a temperatura à qual a amostra foi mantida aumenta, o meio tempo de cristalização tl/2 aumenta também.

[0034] Em resumo, o comportamento de um polímero semicristalino durante o processo de fusão e cristalização não é definido com exclusividade, mas é bastante afetado pelas condições de resfriamento sob as quais o polímero é resfriado. Em particular, quanto mais baixa a temperatura à qual o material polimérico fundido é mantido, mais rápido ocorre a cristalização.

[0035] As considerações dadas acima derivam de estudos sobre o comportamento de materiais poliméricos semicristalinos realizados sob condições estáticas, isto é, enquanto a amostra estudada não estava sujeita a deformação. A cristalização que ocorre sob essas condições é chamada de cristalização quiescente.

[0036] Contudo, no caso em que um material polimérico semicristalino está sujeito a deformação, por exemplo, durante a extrusão, ocorre um fenômeno denominado "cristalização induzida por fluxo". À medida que o material flui, cristalitos anisotrópicos orientados na direção do fluxo são formados, o que modifica a cinética de cristalização do material em comparação com o caso em que apenas ocorre cristalização quiescente.

[0037] Quando um material polimérico é resfriado abaixo da temperatura de fusão Tf e nesse meio tempo o material polimérico é deformado, a cristalização quiescente e a cristalização induzida por fluxo se combinam, resultando assim em uma cristalização global mais rápida do material.

[0038] Os fenômenos acima descritos podem ser explorados para aprimorar a moldagem por sopro de um corpo tubular feito de um polímero semicristalino e para aprimorar um dispositivo de formação (1) para moldagem por sopro de um corpo tubular.

[0039] O dispositivo (1) compreende um dispositivo de fusão (10), em particular um dispositivo extrusor, cuja função é fundir e extrudir o material polimérico. No interior do dispositivo de extrusão, o material polimérico é aquecido através dos aquecedores (C), até atingir uma temperatura superior à temperatura de fusão Tf.

[0040] A jusante do dispositivo extrusor é fornecida uma zona de resfriamento, configurada para resfriar o fluxo de material polimérico proveniente do dispositivo extrusor para uma temperatura operacional To inferior à temperatura de fusão Tf.

[0041] A área de resfriamento compreende um dispositivo de resfriamento (20) estruturado de modo a resfriar o fluxo de material polimérico proveniente do dispositivo extrusor para uma temperatura inferior à temperatura de fusão Tf. Em particular, o dispositivo de resfriamento (20) é configurado para manter, sob condições de estado estacionário, a temperatura do material polimérico inferior à temperatura de fusão Tf, mas superior à temperatura de cristalização Tc. Naturalmente, quando o dispositivo (1) é iniciado, o dispositivo de resfriamento (20) é controlado de modo a aquecer o material polimérico a uma temperatura superior ou igual à temperatura de fusão Tf, de modo que o material polimérico que é deixado no interior do dispositivo (1) e que pode ser solidificado durante o período de inatividade, pode ser refundido e movido. Subsequentemente, o dispositivo de resfriamento (20) é controlado de modo a levar a temperatura do material polimérico a um valor entre a temperatura de fusão Tf e a temperatura de cristalização Tc, que será mantida durante o funcionamento normal.

[0042] O dispositivo de resfriamento (20) é disposto a jusante do dispositivo de fusão (10). Por exemplo, o dispositivo de resfriamento (20) compreende um trocador de calor (2). O trocador de calor (2) pode ser fornecido com um circuito para um fluido de troca de calor, por exemplo, óleo diatérmico. Em particular, o fluido de troca de calor pode circular dentro de uma câmara que rodeia a conduta principal ao longo da qual o material polimérico flui. A câmara pode ser provida de uma entrada (3), através da qual o fluido de troca de calor pode entrar, e uma saída (4), através da qual o fluido de troca de calor pode sair da câmara. Em particular, a saída (4) pode ser disposta a montante da entrada (3) em relação a uma direção posterior (F) de acordo com a qual o material polimérico avança dentro do trocador de calor (2), dando origem a uma troca de calor em contracorrente ou vice-versa uma troca de calor em corrente.

[0043] O trocador de calor (2) pode compreender um misturador estático. Este último pode compreender uma conduta principal através da qual passa o material polimérico e dentro da qual está disposto um elemento de mistura (16) do tipo mostrado na Figura 5.

[0044] O elemento de mistura (16) compreende uma série de barras de desvio (17) dispostas em uma posição estacionária para homogeneizar o fluxo de material polimérico, tanto do ponto de vista térmico como, quando apropriado, do ponto de vista da composição. Em particular, as barras de desvio (17) podem dividir o fluxo principal de material polimérico em uma série de fluxos secundários que são misturados em conjunto enquanto fluem no interior do misturador estático.

[0045] Alternativamente, o trocador de calor (2) pode incluir um misturador dinâmico, que é fornecido com elementos de mistura que se movem durante o seu funcionamento.

[0046] Outras soluções possíveis para o dispositivo de resfriamento (20) podem compreender uma extrusora em cascata ou uma extrusora satélite, em particular imediatamente dispostas a jusante do dispositivo extrusor que funde e extruda o material polimérico, ou uma extrusora de rosca dupla. Em qualquer caso, cada solução pode fornecer um dispositivo para controlar e ajustar a temperatura do material polimérico.

[0047] O dispositivo de resfriamento (20) pode ainda ser definido dentro do mesmo dispositivo de fusão que funde o material polimérico, que pode ser fornecido com uma parte terminal configurada para resfriar o material polimérico fundido.

[0048] O dispositivo (1) compreende ainda uma cabeça de extrusão (50), que é estruturada de modo a extrudir pelo menos um corpo tubular (T). A cabeça de extrusão (50) é alimentada por uma conduta de alimentação (51) colocada em comunicação com o dispositivo de fusão (10), de modo a receber o material polimérico proveniente do dispositivo de fusão (10). A conduta de alimentação (51) pode ser uma conduta que se estende diretamente entre o dispositivo de fusão (10) e a cabeça de extrusão (50), ou pode exibir uma estrutura mais complexa, por exemplo, a estrutura representada na Figura 1. Com base nesta solução, a conduta de alimentação (51) compreende um primeiro trecho (51a) proveniente do dispositivo de fusão (10) e um segundo trecho (51b) conectado ao primeiro trecho, que se comunica com a cabeça de extrusão (50). Na realização mostrada, o primeiro trecho (51a) é inclinado em relação ao segundo trecho (51b); em particular, é ortogonal ao segundo trecho (51b). A inclinação entre os dois trechos (51a), (51b) pode, no entanto, ser diferente. Os dois trechos (51a), (51b) também podem estar alinhados entre si.

[0049] O dispositivo de resfriamento (20) pode ser interposto entre o dispositivo de fusão (10) e a conduta de alimentação (51). Na realização mostrada, o dispositivo de resfriamento (20) está disposto ao longo da conduta de alimentação (51); em particular, é disposto ao longo do primeiro trecho proveniente do dispositivo de fusão (10). Em uma realização alternativa, o dispositivo de resfriamento (20) pode ser disposto ao longo do segundo trecho da conduta de alimentação (51), por exemplo, sob a forma de um ou mais circuitos de resfriamento colocados internamente ou externamente ao segundo trecho da conduta de alimentação (51).

[0050] A cabeça de extrusão (50) é provida de uma abertura de saída (52), posicionada concêntrica com a qual há um núcleo (53) que não ocupa toda a seção transversal da abertura de saída (52). De uma maneira conhecida, entre a superfície interior da abertura de saída (52) e a superfície exterior do núcleo (53), é definida uma ranhura com uma seção transversal anular, através da qual o material polimérico flui, assumindo uma forma tubular. De preferência, mas não necessariamente, a abertura de saída (52) exibe uma seção convergente ao longo de uma direção de saída. O núcleo (53) se projeta externamente a partir da abertura de saída (52) para um trecho de um comprimento pré-definido.

[0051] Em uma realização não ilustrada, o dispositivo de resfriamento (20) pode ser integrado na cabeça de extrusão (50); em particular, pode incluir um circuito de resfriamento para o núcleo (53) e/ou a superfície da abertura de saída (52). Este circuito de resfriamento pode ser disposto, por exemplo, dentro do núcleo (53), ou na cabeça de extrusão (50) de modo a tocar levemente a superfície da abertura de saída (52). Uma outra solução possível proporciona que o circuito de resfriamento seja colocado fora da cabeça de extrusão (50).

[0052] Em essência, o dispositivo de resfriamento (20) pode incluir pelo menos um, ou mais do que um dos dispositivos de resfriamento descritos na presente invenção, isto é, o trocador de calor (2) interposto entre o dispositivo de fusão (10) e a conduta de alimentação (51), ou disposto ao longo da conduta de alimentação (51), e/ou o circuito de resfriamento para a cabeça de extrusão (50).

[0053] Os meios de sopro são configurados para permitir que um fluido seja distribuído no corpo tubular (H). Em particular, uma conduta de sopro (54) atravessa o núcleo (53) para permitir que o ar seja distribuído no corpo tubular (H). A conduta de sopro (54) está disposta pelo menos parcialmente no interior da conduta de alimentação (51), em particular no interior do segundo trecho da conduta de alimentação (51), e é configurada para ser conectada a uma fonte de ar localizada no exterior da conduta de alimentação (51). De um modo geral, a cabeça de extrusão (50) é um dispositivo conhecido na indústria, por isso não será descrito em mais detalhes. O fluido disponibilizado no corpo tubular (H) pode ser um gás, tal como, por exemplo, ar comprimido ou um líquido.

[0054] Durante a operação, o material polimérico é extrudido dentro do dispositivo extrusor (10), no qual o material polimérico é aquecido a uma temperatura mais alta do que a sua temperatura de fusão Tf.

[0055] O material polimérico fundido passa do dispositivo extrusor para o dispositivo de resfriamento (20), em que o material polimérico fundido é resfriado a uma temperatura inferior à temperatura de fusão Tf, embora superior à temperatura de cristalização Tc.

[0056] Subsequentemente, o material polimérico fundido flui para a cabeça de extrusão (50), passando através da abertura de saída (52), ao longo da qual assume uma forma tubular.

[0057] Dentro do dispositivo (1) é, portanto, possível definir um trajeto para o fluxo de material polimérico que foi fundido dentro do dispositivo extrusor (10). Este caminho passa através do dispositivo de resfriamento (20) e atinge a cabeça de extrusão (50). No exemplo representado, o trajeto em questão passa através do dispositivo de resfriamento (20) compreendendo o trocador de calor (2) e depois se estende ao longo da cabeça de extrusão (50), até à abertura de saída (52) a partir da qual sai o corpo tubular (T).

[0058] As seções de passagem do dispositivo (1), bem como a pressão e a velocidade a que o material polimérico sai do dispositivo extrusor, são tais que o fluxo de material polimérico avança da zona de resfriamento em direção a cabeça de extrusão (50).

[0059] De um modo conhecido, o corpo tubular (H) desce da abertura de saída (52) da cabeça de extrusão (50) para um trecho de um comprimento pré-ajustado. Uma vez atingido o comprimento desejado, um molde (60), dividido em dois meio moldes (61, 62), se fecha em torno do corpo tubular (H). O molde (60) compreende uma cavidade interna (65), que é definida em uma configuração fechada em que os dois meios moldes (61, 62) encostam- se um ao outro. Na configuração fechada, o molde (60) exibe uma abertura (64) em comunicação com a cavidade (65). A abertura (64) destina-se a alojar a parte do núcleo (53) que se sobressai da abertura (52) e pelo menos um trecho do corpo tubular (H) disposto ao redor o núcleo (53). Em uma posição oposta à abertura (64), o molde é provido de duas arestas de corte (63), dispostas sobre os dois meio moldes (61, 62) e destinadas a cortar uma porção de fundo do corpo tubular (H). Basicamente, na configuração fechada do molde (60), as duas arestas de corte (63) cortam a porção inferior do corpo tubular (H), fechando assim o corpo tubular (H) em uma extremidade inferior. Sob tais condições, a introdução de ar através da conduta de sopro (54) produz, de uma maneira conhecida, o sopro do corpo tubular (H) que se adere perfeitamente à cavidade (65) do molde (60), assumindo assim a sua forma. Os meios de corte, não são mostrados em detalhes uma vez que são conhecidos no campo, cortam subsequentemente a seção do corpo tubular (H) que se sobressai da abertura (64) do molde (60).

[0060] O corpo tubular (H) é introduzido no molde a uma temperatura To que é inferior à temperatura de fusão Tf do material polimérico que o torna superior, mas superior à temperatura de cristalização Tc à qual, sob condições estáticas, os cristais começam a se formar.

[0061] De preferência, mas não necessariamente, enquanto o material polimérico que constitui o corpo tubular (H) está sendo moldado dentro do molde (60), sua temperatura pode ser controlada, por exemplo, ela pode ser mantida acima ou abaixo da temperatura de cristalização Tc. A temperatura do corpo tubular (H) pode ser controlada, por exemplo, controlando a temperatura do fluido de formação que é injetado no corpo tubular (H) ou controlando a temperatura do molde (60) ou o ar ambiente presente no interior do molde (60).

[0062] O núcleo (53) e/ou a superfície da abertura de saída (52) da cabeça de extrusão (50) podem ser providos de respectivos circuitos de resfriamento, dentro de cada um dos quais circula um fluido de resfriamento. Embora a temperatura do material polimérico que é moldado seja inferior à temperatura de cristalização Tc, a temperatura do fluido de resfriamento, assim como a das partes resfriadas, pode ser inferior, mesmo significativamente inferior, à temperatura de cristalização Tc.

[0063] O dispositivo (1) de acordo com a presente invenção é particularmente vantajoso em uma versão estruturada de modo a extrudar dois ou mais corpos tubulares (Hl, H2) que são concêntricos entre si.

[0064] Em particular, a cabeça de extrusão (50) pode também ser configurada para extrudar, de uma maneira conhecida, dois ou mais corpos tubulares concêntricos um com o outro, como mostrado esquematicamente na Figura 6, que mostra uma cabeça de extrusão (50) configurada para dois corpos tubulares concêntricos. Com base no mesmo princípio, a cabeça (50) pode ser configurada, de uma maneira conhecida, para extrudir mais do que dois corpos tubulares concêntricos.

[0065] A cabeça (50) da Figura 6 compreende substancialmente um segundo dispositivo de fusão (10a), a jusante do qual um segundo dispositivo de resfriamento (20a) pode ser disposto. O segundo dispositivo de fusão (10a) alimenta uma segunda conduta de alimentação (51a), colocada em comunicação com uma segunda abertura de saída (52a) concêntrica com a primeira abertura de saída (52). Deste modo, são definidas duas aberturas de saída (52, 52a) mutuamente concêntricas, das quais dois corpos tubulares mutuamente concêntricos (H, Hl) são extrudidos. O segundo núcleo (53a) para a extrusão do corpo tubular exterior (Hl) é substancialmente definido por uma parede que delimita a primeira abertura (52).

[0066] Desta forma, por exemplo, é possível produzir dois (ou mais) corpos tubulares de diferentes materiais, onde cada material é resfriado a uma temperatura específica que pode ser diferente da temperatura do outro material. Durante a extrusão ao longo da cabeça de extrusão (50), os dois ou mais corpos tubulares (H, Hl) são acoplados em conjunto. Isso possibilita, por exemplo, produzir recipientes em múltiplas camadas, onde cada camada possui características físico-químicas específicas. Por exemplo, é possível produzir uma camada com características precisas de resistência mecânica acoplada a uma camada com características precisas em termos de barreira de oxigênio e/ou umidade, e assim por diante para um maior número de camadas.

[0067] As velocidades de fluxo e as temperaturas dos diferentes materiais podem ser ajustados independentemente uns dos outros a fim de se obter, para cada material, os efeitos já descritos. Em particular, a capacidade de resfriar os diferentes materiais poliméricos de forma independente permite um gerenciamento muito mais amplo e flexível da viscosidade dos próprios materiais, em comparação com o que ocorre nas máquinas existentes, permitindo assim o uso de uma gama mais ampla de materiais e também permitindo que desempenho e custos sejam otimizados.

[0068] O núcleo (53) e/ou a superfície da primeira abertura de saída (52) e a segunda abertura de saída (52a) da cabeça de extrusão (50) podem ser providos de respectivos circuitos de resfriamento, dentro de cada um dos quais circula um fluido de resfriamento. Isto torna possível ajustar com precisão a temperatura de cada material na entrada do molde (60).

[0069] Ao produzir recipientes com o método e dispositivo descritos acima, é possível obter uma redução substancial no tempo de ciclo em comparação com os métodos conhecidos.

[0070] Acredita-se que este resultado seja atribuível à combinação sinérgica de dois fenômenos distintos.

[0071] Por um lado, inserir o corpo tubular (H, Hl) no molde (60) a uma temperatura inferior à temperatura de fusão (Tf) torna possível reduzir o tempo necessário para resfriar o objeto formado como resultado do sopro para um valor de temperatura em que o objeto pode ser removido do molde e manuseado sem ser significativamente deformado.

[0072] Por outro lado, sujeitar o material polimérico a altas velocidades de fluxo a montante do molde (60) torna possível aumentar a taxa de deformação do material polimérico e assim acelerar a cinética de cristalização, uma vez que a cristalização induzida pelo fluxo é adicionada à cristalização quiescente que ocorreria em condições estáticas.

[0073] Os dois efeitos descritos acima combinados juntos levam a um efeito sinérgico.

[0074] A cristalização induzida pelo fluxo é particularmente evidente no caso de materiais com um alto peso molecular, tais como os que são usualmente utilizados para moldagem por sopro. Tais materiais tipicamente possuem valores de massa atômica que são maiores que 10.000 Dalton.

[0075] O processamento do material a baixa temperatura e com altas taxas de deformação também ajuda a aumentar a orientação molecular e, consequentemente, o desempenho do artigo fabricado.

[0076] Devido à maior cristalização e/ou maior orientação molecular, o material pode se tornar mais durável e, portanto, também é possível reduzir a espessura dos artigos fabricados e, portanto, os custos de produção dos mesmos.

[0077] O dispositivo de resfriamento (20) permite que a temperatura do fluxo de material polimérico proveniente do dispositivo extrusor seja controlado com precisão, ajudando assim a evitar a cristalização excessiva antes da sua introdução no molde (60).

[0078] A presente invenção alcança vantagens importantes.

[0079] Em primeiro lugar, o resfriamento do material polimérico abaixo da temperatura de fusão e acima da temperatura de cristalização antes de disponibilizá-lo à cabeça de extrusão permite que o tempo necessário para resfriar o objeto formado seja reduzido a uma temperatura na qual ele possa ser manuseado e, portanto, extraído do molde sem danificar. Uma redução no tempo de ciclo é assim obtida.

[0080] Esta redução é tanto mais pronunciada quanto menor a temperatura de processamento que pode ser adotada na cabeça de extrusão, isto é, quanto menor a temperatura do material polimérico enquanto o mesmo está a ser moldado na cabeça de extrusão. Em particular, a temperatura do material polimérico enquanto este é extrudido na cabeça de extrusão é mantida acima da temperatura inicial de cristalização, na qual os cristais começam a se formar no material polimérico que constitui a dose sob condições estáticas.

[0081] Quando altas velocidades de avanço são adotadas para o fluxo de material polimérico, as cadeias moleculares presentes no material polimérico são levadas a um estado altamente agitado, o que torna mais difícil mantê-las em uma condição cristalizada. Portanto, há uma diminuição na temperatura inicial de cristalização, de modo que o material polimérico pode ter temperaturas relativamente baixas enquanto está sendo moldado no molde.

[0082] Além disso, quando o material polimérico é levado a avançar rapidamente, uma cristalização induzida por fluxo ocorre no segundo, ou seja, a cinética de cristalização é acelerada, de modo que o objeto formado possa atingir mais rapidamente um estado semicristalino em que tenha uma rigidez suficiente para ser extraída do molde sem sofrer qualquer dano.

[0083] De fato, mesmo que o material polimérico sofra um rápido avanço da zona de resfriamento para o molde, no entanto, dentro do fluxo do material polimérico, os núcleos de cristalização precoce ainda são formados e não conseguem completar a sua cristalização devido à alta taxa de avanço. A alta taxa de alimentação assegura que tais núcleos se alinhem de maneira ordenada, de modo que eles possam se cristalizar rapidamente durante a moldagem por sopro.

[0084] Em outras palavras, há um aumento na cristalinidade e/ou orientação molecular do objeto formado.

[0085] Uma vez que, como já foi anteriormente descrito, aumentando a taxa de alimentação do fluxo de material polimérico diminuirá a temperatura inicial de cristalização, é também possível manter temperaturas médias mais baixas na zona de resfriamento e até a cabeça de extrusão. Isto torna possível manipular mais facilmente o material polimérico, que tem uma viscosidade mais alta e, portanto, uma tendência menor para aderir. Segue- se que a cabeça de extrusão pode ser simplificada.

[0086] Também é possível operar mais próximo da temperatura de cristalização sem dar origem a uma cristalização prematura do material polimérico.

Claims (8)

1. MÉTODO PARA FORMAR UM OBJETO FEITO DE UM MATERIAL POLIMÉRICO, em que o material polimérico tem uma temperatura de fusão (Tf), o método caracterizado por compreender as seguintes etapas: fundir o material polimérico; resfriar o material polimérico abaixo da temperatura de fusão (Tf); extrudir o material polimérico em um corpo de forma tubular (H); inserir o corpo tubular (H) em um molde (60) com uma cavidade interna; fechar o corpo tubular (H) em uma primeira extremidade; soprar ar para dentro do corpo tubular (H) através de uma segunda extremidade para que o corpo tubular (H) adira à cavidade interna do molde (60).

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender as seguintes etapas: fundir pelo menos um segundo material polimérico; extrudir o segundo material polimérico para dentro de um segundo corpo tubular (Hl) concêntrico com o corpo tubular (H); inserir o corpo tubular (H) e o segundo corpo tubular (Hl) para dentro de um molde (60) com uma cavidade interna; fechar os corpos tubulares (H, Hl) em uma primeira extremidade; soprar ar para dentro dos corpos tubulares (H, Hl) através de uma segunda extremidade para que os corpos tubulares (H, Hl) adiram à cavidade interna do molde (60).

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender uma etapa de resfriamento do segundo material polimérico abaixo da temperatura de fusão (Tf2) do segundo material polimérico.

4. DISPOSITIVO DE FORMAÇÃO PARA O SOPRO DE UM CORPO TUBULAR, compreendendo: um dispositivo de fusão (10), que é estruturado de modo a fundir um material polimérico; uma cabeça de extrusão (50), que é estruturada de modo a extrudir o material polimérico para dentro de um corpo tubular (H); um molde (60) com uma cavidade interna conformada, que é estruturada de modo a conter o corpo tubular (H) e fechar o corpo tubular (H) em uma primeira extremidade; meios de sopro (53, 54), que são estruturados de modo a permitir a liberação de um fluido no corpo tubular (H); um dispositivo de resfriamento (20) posicionado a jusante do dispositivo de fusão (10), interposto entre o dispositivo de fusão (10) e da cabeça de extrusão (50); caracterizado por o dispositivo de resfriamento (20) compreender um trocador de calor (2) que é configurado para resfriar o material polimérico a uma temperatura abaixo da temperatura de fusão (Tf).

5. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a cabeça de extrusão (50) ser alimentada por uma conduta de alimentação (51) colocada em comunicação com o dispositivo de fusão (10) e em que o dispositivo de resfriamento (20) é disposto ao longo da conduta de alimentação. (51).

6. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a conduta de alimentação (51) compreender um primeiro trecho (51a) proveniente do dispositivo de fusão (10) e um segundo trecho (51b) conectado ao primeiro trecho e se comunicando com a cabeça de extrusão (50), e em que o dispositivo de resfriamento (20) é disposto ao longo do primeiro trecho (51a) da conduta de alimentação (51).

7. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por compreender pelo menos um segundo dispositivo de fusão (10a) para fundir um segundo material polimérico, em que a cabeça de extrusão (50) é estruturada de modo a extrudir o segundo material polimérico para dentro de um segundo corpo tubular (Hl) que é concêntrico com o primeiro corpo tubular (H).

8. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender pelo menos um segundo dispositivo de resfriamento (20a) interposto entre o segundo dispositivo de fusão (10a) e a cabeça de extrusão (50) e configurado para resfriar o segundo material polimérico a uma temperatura inferior à temperatura de fusão (Tf2).

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