ES2256153T3 - Manta de material termoplastico de baja densidad y alto indice de vacios, y dispositivo y procedimiento para su produccion. - Google Patents

Abstract

Manta de filamentos entrelazados y enmarañados de material termoplástico de baja densidad, teniendo la manta un alto índice de vacíos y comprendiendo una pluralidad de protuberancias huecas dispuestas en varias filas paralelas, caracterizada porque al menos una parte de dichas protuberancias presenta al menos una parte abierta definida por unos filamentos no entrelazados, de manera que se crea una cámara para recibir el material con el que se pretende cubrir la manta.

Description

Manta de material termoplástico de baja densidad y alto índice de vacíos, y dispositivo y procedimiento para su producción.

La presente invención se refiere a paneles o mantas flexibles que están constituidos por una pluralidad de filamentos de polímero termoplástico enmarañados parcialmente unidos entre sí en sus puntos de contacto.

Este tipo de artículo se conoce desde hace algún tiempo y ha encontrado aplicación en numerosos sectores técnicos, tales como drenaje del suelo, protección frente a erosión, armado de hormigón, soporte y refuerzo de espumas termoendurecibles o de polímero y refuerzo de resinas, mezclas y conglomerados.

Tal manta puede producirse mediante dos procedimientos diferentes, concretamente un procedimiento denominado en húmedo y un procedimiento denominado en seco, que dan lugar a productos de diferente geometría y diferentes características mecánicas.

Estos procedimientos conocidos se describen en las patentes italianas 883371, 1061875, 1257665 y en la patente US nº 4.212.692, a los que debe hacerse referencia para más información.

Con el procedimiento en húmedo, se obtienen mantas de monofilamentos no estirados de forma prácticamente paralelepípeda con lados planos, mientras que con el procedimiento denominado en seco, la manta puede presentar al menos una superficie perfilada, por ejemplo con protuberancias.

El perfilado de la superficie se obtiene dejando caer los filamentos sobre una superficie provista de resaltes, por ejemplo una superficie cilíndrica giratoria, o una cinta de traslación que presenta una pluralidad de resaltes geométricos.

Se ha observado que utilizando el procedimiento en seco, se obtiene una manta con características mecánicas sustancialmente mejores que las de la manta obtenida mediante el procedimiento en húmedo y además, la presencia de dichas protuberancias en el producto final es útil en todas esas aplicaciones en las que el fin de la manta es sustancialmente retener un material, tal como tierra o espuma de polímero, que se encuentre sobre o parcialmente incrustada en ella.

Por estas razones, en el campo medioambiental, se utiliza actualmente la manta obtenida mediante el procedimiento en seco que presenta al menos una superficie perfilada, que se coloca generalmente sobre un terreno inclinado y luego se cubre con tierra.

Para mejorar la consolidación del suelo, es una práctica habitual cubrirlo con una capa de hierba, de manera que las raíces de la hierba actúen como un elemento adicional de retención del suelo.

Sin embargo, tal manta ha demostrado diversos inconvenientes en esta aplicación.

Un primer inconveniente se basa en el hecho de que los productos conocidos presentan una escasa capacidad de copenetración por tierra cultivable, debido al hecho de que dichos resaltes son parcialmente impermeables al paso de la tierra.

Por tanto, tras la instalación, el producto presenta espacios prácticamente vacíos por debajo de cada protuberancia. De esta manera se crean celdas de aire dentro de dichos espacios que son perjudiciales para el desarrollo del sistema de raíz de la capa de hierba, cuyas raíces llegan a secarse y morir en contacto con el aire.

Además, dependiendo de la inclinación de la pendiente sobre la que se utilice la manta, puede ocurrir que un lado de dichos resaltes descanse en una posición horizontal o incluso inclinada hacia abajo, poniendo en peligro por tanto la capacidad de retención del suelo del producto, que es su requisito básico.

Un objetivo de la presente patentes es superar dichos inconvenientes dentro del marco de una solución fiable de bajo coste.

Este y otros objetivos se alcanzan según la invención mediante una manta flexible de baja densidad y alto índice de vacíos, cuya superficie comprende una pluralidad de protuberancias próximas, siendo dichas protuberancias huecas y estando provistas de al menos un lado abierto de tal manera que se defina un bolsillo o cámara para alojar el material, tal como tierra, con el que se cubre la manta cuando se instala.

Tal manta se obtiene mediante un procedimiento en seco del tipo mencionado anteriormente, utilizando como superficie de recepción de filamentos una superficie de traslación provista de resaltes.

Según la invención, dichos resaltes presentan al menos una parte inclinada con respecto a la dirección del movimiento de la superficie en el momento del impacto por el filamento.

Dicha parte inclinada es preferentemente plana, definiéndose su inclinación con respecto a la dirección del movimiento por el ángulo \alpha subtendido entre la superficie y la dirección perpendicular a la dirección del movimiento.

En el caso de una parte no plana, el ángulo \alpha es el subtendido entre el plano tangencial en el punto considerado y dicha dirección perpendicular.

La superficie de traslación que lleva los resaltes es preferentemente una superficie cilíndrica giratoria.

En este caso, se define un ángulo \beta subtendido en el sentido contrario a las agujas del reloj entre el plano diamétrico horizontal del cilindro y el plano diamétrico que pasa a través del punto de impacto de los filamentos.

En el caso de una superficie de traslación plana horizontal, el ángulo \beta es obviamente cero.

La velocidad de caída del filamento está indicada por V_{C} y la velocidad de traslación de la superficie y los resaltes relativos está indicada por V_{P}.

Estas velocidades siempre se consideran como vectores.

Para que se logre el resultado requerido, la diferencia vectorial entre V_{C} y V_{P} debe representarse mediante un vector resultante

V_{R} = V_{C} - V_{P}

que se dirige de una manera tal que no intersecta al menos con una parte inclinada de la superficie de traslación.

En otras palabras, el vector V_{R} que expresa la velocidad relativa del filamento que cae verticalmente con respecto a dicha parte inclinada debe dirigirse contra dicha parte inclinada con un ángulo de incidencia positivo próximo a cero o con un ángulo de incidencia negativo.

A este respecto, si el ángulo de incidencia es cero, los filamentos se deslizan paralelos a la parte inclinada y se disponen sin enmarañarse, ocurriendo también esto para ángulos de incidencia muy pequeños, es decir, próximos a cero.

Las características de construcción y funcionamiento de la invención se pondrán claramente de manifiesto a partir de la siguiente descripción de una forma de realización preferida de la misma facilitada a modo de ejemplo no limitativo e ilustrada en los dibujos adjuntos.

La forma de realización descrita se refiere a una superficie de traslación cilíndrica provista de resaltes piramidales de base cuadrada, cuyas paredes constituyen partes inclinadas de la superficie de traslación, pero que también es adecuado para una superficie de traslación plana para la que se considera que el ángulo \beta es igual a cero.

La figura 1 es una vista en perspectiva de una primera realización del producto de la invención.

La figura 2 es una vista en perspectiva esquemática de la planta de producción de la invención.

La figura 3 muestra una primera configuración esquemática de la planta de la invención.

La figura 4 muestra una segunda configuración posible de la planta de producción de la invención.

La figura 5 es una vista ampliada de diagramas que muestran las velocidades de los filamentos y de la superficie de traslación de la figura 3 y la figura 4 para diversos valores del ángulo \beta.

La figura 6 muestra una configuración posible adicional de la planta de la invención.

Las figuras 1 a 4 muestran la manta 1, cuya superficie está constituida por una pluralidad de protuberancias 2, alineadas a lo largo de varias filas paralelas e inclinadas en un ángulo de entre 30º y 45º con respecto a los lados de la manta. Específicamente, dichas protuberancias 2 son huecas y presentan un lado abierto que define una cámara 3 para alojar el material con el que se cubre generalmente la manta cuando se instala.

La manta 1 está producida mediante la planta 4 mostrada en la figura 2, que comprende una boquilla 5 provista de una pluralidad de orificios alineados a lo largo de varias filas paralelas, a través de los cuales se extruyen los filamentos de material termoplástico. El material termoplástico se alimenta a la boquilla mediante un extrusor habitual, no mostrado, a una temperatura de entre 160ºC y 270ºC.

Dicho extrusor se alimenta a su vez mediante una tolva usual, no mostrada ya que es de tipo conocido.

La velocidad teórica de extrusión del filamento está entre 10 y 15 m/min y, preferentemente es de aproximadamente 12 m/min.

Sin embargo, la velocidad V_{C} de caída real del filamento es desde 1 hasta 1,5 veces mayor debido al estiramiento del filamento y a la consecuente reducción en su sección transversal.

Por debajo de la boquilla 5 se facilita un cilindro 8 giratorio que presenta su eje paralelo a las filas de orificios en la boquilla, y que presenta en su superficie externa una pluralidad de pirámides 9 rectas de base cuadrada de altura preferentemente entre 20 y 50 mm.

Como puede observarse a partir de la figura, las pirámides se disponen en filas alineadas entre sí a la manera de una hélice de inclinación predeterminada, preferentemente de entre 30º y 45º con respecto al eje horizontal del cilindro 8.

Para obtener la manta 1 con al menos un lado abierto para el paso del material, debe regularse la velocidad V_{C} de caída vertical de los filamentos, con relación a la velocidad V_{P} de traslación de la pared inclinada de las pirámides, de manera que la diferencia vectorial entre las dos sea un vector V_{R} que presenta una dirección y un sentido de manera que no se encuentre con la pared.

La figura 5 muestra los diagramas de velocidad para los dos casos de \beta = 90º y \beta = 120º en un rodillo de diámetro 200 mm provisto de cúspides piramidales con una base cuadrada de 15 mm de lado y que presenta una altura de 25 mm, con un ángulo en su vértice de 40º y un ángulo \alpha de 20º.

Se ha supuesto que la velocidad V_{C} de caída real de los filamentos es de 20 m/min y que el módulo de la velocidad V_{P} es de 4 m/min.

A partir del cálculo gráfico se ha observado que con \beta = 120º, la V_{R} resultante es sustancialmente paralela a la cara frontal de la pirámide en la dirección del movimiento, lo que significa que dicha cara no se encuentra con los filamentos que caen y por tanto, está sustancialmente abierta.

Si la velocidad V_{C} de caída de los filamentos disminuye, o el módulo de la velocidad V_{P} de traslación de la pared de la pirámide aumenta, la V_{R} resultante llega a dirigirse hacia la pared que, por tanto, está cerrada.

Con \beta = 90º, el cálculo gráfico muestra que V_{R} corta tanto la pared frontal como la pared posterior de la pirámide que, por tanto, están cerradas.

Con el fin de que una de estas paredes, y en este caso la pared posterior, esté abierta, V_{C} debe disminuirse o V_{P} debe aumentarse; el gráfico muestra con líneas discontinuas el vector V’_{R}, a partir del cual la pared comienza a permanecer abierta. Para esto, el valor de V_{P} es de 6 m/min.

La figura 4 muestra el caso particular en el que \beta = 0º. En este caso, como V_{C} es perpendicular a V_{P}, la relación entre los módulos que debe respetarse es la siguiente:

V_{C} \leq V_{P}[cos\alpha/sen\alpha]

es decir,

V_{C} \leq V_{P}.cotan\alpha

La figura 6 muestra el caso limitante en el que \beta = 180º. En este caso, como en el caso en que \beta = 0º, las paredes frontal y posterior en la dirección del movimiento siempre están vacías.

Las partes inclinadas de los resaltes de los que se distancia

V_{R} = V_{C} - V_{P}

no reciben el choque de los filamentos que, por tanto, se depositan en un estado no entrelazado y dejan dichas partes sustancialmente permeables al paso del material.

Por el contrario, en las partes de los resaltes opuestos a las anteriores, se crea una estructura espesada de filamentos entrelazados que es impermeable al paso del material. De esta manera, se define una cámara abierta sobre un lado, en la forma de un bolsillo, para alojar el material con el que se cubre la manta 1.

Debe observarse que la manta 1 de la invención también puede obtenerse reemplazando el cilindro 8 con una superficie de traslación sobre la que se dispone una pluralidad de pirámides 9, o resaltes de cualquier tipo, siempre que sean adecuados para el fin.

El diagrama de velocidad apropiado para esta configuración es el de la figura 4 referido a \beta = 0º.

En este último caso, dicha superficie de traslación está preferentemente inclinada con respecto al plano horizontal en un ángulo de entre 0º y \alphaº, para facilitar el fenómeno.

Claims (13)

1. Manta de filamentos entrelazados y enmarañados de material termoplástico de baja densidad, teniendo la manta un alto índice de vacíos y comprendiendo una pluralidad de protuberancias huecas dispuestas en varias filas paralelas, caracterizada porque al menos una parte de dichas protuberancias presenta al menos una parte abierta definida por unos filamentos no entrelazados, de manera que se crea una cámara para recibir el material con el que se pretende cubrir la manta.

2. Manta según la reivindicación 1, caracterizada porque dichas protuberancias están desprovistas de su base inferior.

3. Manta según la reivindicación 1, caracterizada porque dichas protuberancias huecas se colocan a lo largo de una junto a la otra en filas adyacentes paralelas.

4. Dispositivo para fabricar una manta de monofilamentos enmarañados provista de unas protuberancias que presentan al menos una parte no ocupada por los filamentos según la reivindicación 1, que comprende una boquilla de eje vertical para extruir alineaciones paralelas de dichos filamentos, un cilindro giratorio colocado por debajo de dicha boquilla y que presenta su eje horizontal y paralelo a dichas alineaciones, y una serie de resaltes distribuidos regularmente sobre dicho cilindro que presentan al menos una parte inclinada con respecto a la dirección del movimiento de la superficie en el momento del impacto con el filamento, caracterizado porque la distancia entre el eje del cilindro y el plano vertical medio en el que caen los filamentos se selecciona de manera que el vector V_{R}, que resulta de la diferencia entre el vector V_{C}, concretamente la velocidad de la caída vertical del filamento, y el vector V_{P}, concretamente la velocidad de traslación de la parte inclinada, corte la parte inclinada en un ángulo igual a cero o en un ángulo negativo, de manera que dicha parte inclinada no se encuentre con los filamentos que caen.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque dichos resaltes se disponen en filas alineadas mutuamente en la manera de una hélice.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque dicha hélice, a lo largo de la cual se disponen los resaltes, presenta una inclinación de entre 30º y 45º con respecto al eje del cilindro.

7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque dichos resaltes son pirámides rectas.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizada porque la base de dichas pirámides es cuadrada.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizada porque las bases de dichas pirámides presentan al menos un lado en común con las pirámides adyacentes.

10. Procedimiento para producir una manta de filamentos entrelazadas y enmarañados de material termoplástico de baja densidad según la reivindicación 1, que comprende las etapas de extruir un material termoplástico a través de la boquilla y recoger los filamentos extruidos que caen verticalmente sobre una superficie de traslación provista de una pluralidad de resaltes perfilados que presentan al menos una parte inclinada con respecto a la dirección del movimiento de la superficie en el momento del impacto del filamento, caracterizado porque el vector V_{R} que expresa la velocidad relativa del filamento que cae verticalmente, que resulta de la diferencia entre el vector V_{C}, concretamente la velocidad de la caída vertical del filamento, y el vector V_{P}, concretamente la velocidad de traslación de la parte inclinada, con respecto a dicha parte inclinada se dirige contra dicha parte inclinada con un ángulo igual a cero o en un ángulo negativo, de manera que dicha parte inclinada no se encuentre con los filamentos que caen.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque dicha superficie de traslación es una cinta transportadora plana sobre la que se dispone una pluralidad de resaltes piramidales rectos.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque la velocidad V_{P} de traslación de la cinta está relacionada con la velocidad V_{C} de caída vertical del filamento mediante la siguiente relación:

V_{C} \leq V_{P}[cos\alpha/sen\alpha]

en la que \alpha es el semiángulo en el vértice de las pirámides.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha cinta está preferentemente inclinada con respecto al plano horizontal en un ángulo de entre 0º y \alphaº.