ITMI20130601A1 - Macchina per processare materiali polimerici - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“MACCHINA PER PROCESSARE MATERIALI POLIMERICIâ€

La presente invenzione riguarda una macchina per processare materiali polimerici.

In particolare, la presente invenzione riguarda una macchina comprendente uno statore e un rotore girevole attorno a un asse di rotazione e accoppiato al rotore, un canale di processo compreso fra lo statore e il rotore per processare i materiali polimerici.

L’invenzione si riferisce in generale a macchine del tipo sopra identificato e configurate per processare materiali polimerici mediante fusione o mescolamento o degasaggio di almeno due componenti, di cui la prima à ̈ un liquido viscoso e la seconda un altro liquido viscoso oppure un solido in particelle oppure un gas o una combinazione dei suddetti elementi.

Le macchine per processare materiali polimerici del tipo sopra identificato comprendono le macchine a vite o estrusori a vite in cui una vite à ̈ girevole all’interno di un cilindro in modo da definire un canale di processo elicoidale.

Le macchine a vite soffrono principalmente di alcuni inconvenienti.

Innanzitutto, nelle macchine a vite la portata di materiale polimerico à ̈ limitata dal fatto che la larghezza del canale di flusso à ̈ funzione del passo della vite, che a, sua volta, à ̈ funzione dell’angolo della vite e dello spessore del filetto della vite, e dal fatto che esistono due componenti di velocità del flusso del materiale polimerico, una sola delle quali contribuisce allo scorrimento del materiale verso l’uscita, determinando la portata di espulsione. Il flusso di materiale polimerico ha, infatti, una componente di velocità parallela ai filetti, funzione del coseno dell’angolo della vite, ed una componente di velocità perpendicolare ai filetti, funzione del seno dell’angolo della vite, la quale non contribuisce allo scorrimento del materiale all’interno del canale, verso l’uscita. Ora, a causa di questa distribuzione delle componenti della velocità non à ̈ materialmente possibile sapere quali particelle fluide progrediscono lungo l’uno o l’altro dei due percorsi. In particolare, non à ̈ possibile sapere quali particelle progrediscono lungo il percorso circonferenziale, normale ai filetti, mentre ciò sarebbe di particolare interesse, in alcuni casi, per controllare il profilo di velocità del liquido e la sua deformazione, lungo quella traiettoria.

Le macchine a vite presentano, inoltre, ulteriori problematiche quali l’insufficiente ed inefficiente dispersione elongazionale del liquido, l’insufficiente e inefficiente degasaggio delle mescole binarie liquido-gas, e l’insufficiente e inefficiente fusione delle sostanze termoplastiche solide.

Nei primi due casi, le problematiche di processo sono legate al passaggio delle particelle liquide attraverso la fessura filetto-cilindro. In tali casi, infatti, un numero rilevante di particelle liquide si dispone lungo la traiettoria parallela ai filetti, anziché lungo la traiettoria circonferenziale normale ai filetti, di fatto sottraendosi al processo desiderato. Per ovviare a questo inconveniente à ̈ noto aumentare la portata circonferenziale locale dell’estrusore, mediante l’allungamento delle sezioni di interesse. In questo modo viene aumentata la probabilità che tutte le particelle siano “deformate†nel modo desiderato. L’incremento richiesto della portata à ̈ normalmente molto significativo e va da un minimo teorico di 4,6 volte fino a oltre 20 volte la portata di espulsione. Tuttavia, la progettazione di zone di mescolamento o di degasaggio molto più lunghe del necessario porta a svantaggi considerevoli che vanno dall’investimento più grande, al maggiore spazio occupato, alla minore efficienza energetica e al rischio di degradazione dei materiali polimerici.

Infine, le macchina a vite sono soggette allo sporcamento della zona del camino di degasaggio. Nelle macchine a vite il degasaggio ha luogo attraverso il film sottile di liquido che si forma sopra la superficie del cilindro, all’interfaccia liquido/gas. Poiché almeno una frazione, per quanto piccola, di materiale polimerico deve necessariamente entrare in contatto sia col cilindro sia con la vite per renderne possibile l’avanzamento, questa frazione di materiale che entra in contatto sia con il cilindro sia con la vite à ̈ obbligata a passare davanti al camino di degasaggio, una volta a giro, e finisce per “sporcare†la zona del camino.

Al fine di mitigare gli inconvenienti sopra esposti sono state ideate delle macchine per processare materiali polimerici con canali di processo anulare, in altre parole non elicoidali.

Ad esempio, dai brevetti US 5,200,204 (Douglas J. Horton), US 4,012,477 (Beck), US 4,813,863 (Granville J. Hahn), US 4,501,543 (Rutledge), US 3,880,564 (Beck) à ̈ nota una tipologia di macchina comprendente un rotore cilindrico, uno statore avente una sede per il rotore, e un canale di processo formato fra il rotore e lo statore. Il canale anulare di processo à ̈ formato per il fatto che la sede dello statore à ̈ di diametro maggiore del diametro del rotore, il quale à ̈ montato in modo girevole attorno ad un asse di rotazione eccentrico rispetto alla sede oppure la sede ha una forma ellittica.

Un altro tipo di macchina per processare materiali polimerici à ̈ mostrata da US 4,194,841 (Z. Tadmor), US 4,606,646 (S. Metha), e WO2008071782 (G. Ponzielli). Tutti i brevetti sopra identificati mostrano estrusori aventi canali di processo anulari e ricavati nel rotore.

Il principale svantaggio dei tipi di macchine sopra identificato consiste nel fatto che non à ̈ né possibile in alcuni casi né semplice in altri, variare l’altezza del canale di processo localmente e, quindi, definire il canale di processo secondo le specifiche necessità, punto per punto, lungo il percorso.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una macchina del tipo sopra identificato e che sia esente dagli inconvenienti dell’arte nota.

In accordo con la presente invenzione à ̈ realizzata una macchina per processare materiali polimerici, la macchina comprendendo un rotore girevole attorno ad un asse di rotazione; uno statore accoppiato a tenuta con il rotore; almeno un incavo circonferenziale che si estende per un angolo inferiore a 360° nello statore e forma con il rotore un canale di processo del materiale polimerico; almeno un canale di ingresso per alimentare il materiale polimerico al canale di processo; e un canale di uscita per evacuare il materiale polimerico dal canale di processo.

Grazie alla presente invenzione à ̈ possibile realizzare un canale di processo avente caratteristiche geometriche adatte al tipo di processo per cui la macchina deve essere progettata e senza particolari vincoli strutturali.

Secondo una preferita forma di realizzazione della presente invenzione, l’incavo si estende in una direzione anulare ortogonale all’asse di rotazione.

In questo modo, la velocità del materiale polimerico ha una sola componente, e, in prossimità della parete del rotore, corrisponde sostanzialmente alla velocità del rotore, quando il materiale à ̈ liquido.

Preferibilmente, l’incavo presenta una larghezza costante misurata parallelamente all’asse di rotazione.

La larghezza costante permette di regolarizzare la portata di materiale polimerico. Tuttavia, larghezze non costanti, lungo la circonferenza di rotazione, possono essere realizzate senza alcun problema, ad esempio per favorire un allungamento bidimensionale del liquido.

Preferibilmente, la faccia di fondo dell’incavo à ̈ disposta a una distanza dal rotore in modo da determinare un’altezza variabile del canale di processo.

L’altezza variabile del canale di processo permette di progettare canali di processo aventi finalità diverse come ad esempio la fusione o il degasaggio del materiale polimerico o l’infiltrazione o la dispersione di agglomerati di particelle solide elementari nella matrice polimerica o, infine, la dispersione di uno o più liquidi in uno o più ulteriori liquidi.

Secondo una preferita forma di attuazione della presente invenzione il canale di processo comprende un primo tratto disposto in corrispondenza del canale di ingresso di altezza costante; un secondo tratto disposto in corrispondenza del canale di uscita e di altezza costante e inferiore all’altezza del primo tratto, con effetti pompanti e un terzo tratto incluso tra il primo e il secondo tratto, di altezza gradualmente decrescente avente un’altezza iniziale uguale a quella del primo tratto e un’altezza finale uguale a quella del secondo tratto.

La configurazione del primo tratto serve a stabilizzare il materiale; la configurazione del terzo tratto serve a comprimere il materiale solido sulla superficie del rotore o ad “allungare†il materiale liquido impartendo sollecitazioni di tipo elongazionale, mentre la configurazione del secondo tratto serve a generare gradienti positivi di pressione per vincere le perdite di carico esistenti in uscita.

In una variante di questa preferita forma di attuazione, il terzo tratto disposto fra il primo e il secondo tratto contiene una serie di zone convergenti, ciascuna seguita da zone divergenti. La ragione di questa variante à ̈ di realizzare una pluralità di zone convergenti sequenziali, di fatto aumentando il numero di “allungamenti†che il materiale à ̈ costretto a subire prima di uscire dal processore.

Le sezioni convergenti/divergenti favoriscono la dispersione degli agglomerati e la mescolazione di liquidi incompatibili, in funzione di variabili geometriche quali ad esempio soprattutto l’angolo di convergenza del canale, la lunghezza del tratto e la velocità del rotore.

Secondo un’ulteriore preferita forma di attuazione della presente invenzione il canale di processo comprende un primo tratto ad altezza costante e un terzo tratto ad altezza costante inferiore all’altezza del primo tratto, con effetti pompanti. Questa configurazione à ̈ particolarmente preferita per il degasaggio di miscele liquide. In questa configurazione il liquido viene spalmato in guisa di film sottile sulla superficie del rotore, in modo tale che si formi una distanza significativa costante, ad esempio di alcuni millimetri, tra la superficie del film esposta e la parete soprastante del cilindro. Grazie a questa configurazione diventa particolarmente facile ed efficace creare una depressione costante sulla faccia esposta del film, ad esempio applicando alla camera di processo una pompa del vuoto. Come vedremo in qualche dettaglio più avanti, lo spessore del film à ̈ determinato dalla densità del liquido, dalla larghezza del canale, dalla portata volumetrica del liquido e dalla velocità del rotore e da altri parametri materiali come ad esempio il coefficiente di diffusione del gas attraverso il liquido.

Preferibilmente, il rotore presenta una faccia esterna cilindrica e liscia.

Il canale di processo à ̈ completamente realizzato nello statore.

Secondo una preferita forma di attuazione della presente invenzione, la macchina comprende un canale di alimentazione per alimentare al canale di processo agglomerati di particelle elementari configurati per essere rispettivamente infiltrati e dispersi in una matrice polimerica.

Questa configurazione permette di ottenere materiali polimerici compositi.

Preferibilmente il canale di ingresso comprende due bocche di ingresso disposte in successione lungo il canale di processo rispettivamente a monte e a valle dell’apertura di alimentazione degli agglomerati di particelle elementari in modo da alimentare gli agglomerati fra due strati di materiale polimerico liquido.

Grazie a questa configurazione à ̈ possibile racchiudere a sandwich gli agglomerati di particelle elementari fra due strati di materiali polimerici e, quindi, favorire l’infiltrazione e la dispersione degli agglomerati.

Secondo un’ulteriore preferita forma di attuazione della presente invenzione, la macchina comprende un canale di degasaggio configurato per espellere i gas generati durante il processo del materiale polimerico.

È particolarmente vantaggioso spalmare un sottile strato di materiale polimerico sul rotore in modo da non sporcare l’imbocco del canale di degasaggio e lasciare libera una parte del canale di processo in modo da definire una camera di degasaggio.

In accordo con una preferita forma di attuazione della presente invenzione, la macchina comprende un sistema di ricircolo per ricircolare, all’esterno del canale di processo, una frazione di materiale polimerico allo stato liquido/pastoso che fuoriesce dai lati opposti del canale di processo, a causa del gradiente positivo di pressione che si forma lungo il percorso in direzione dell’uscita, di nuovo nel canale di processo, preferibilmente rientrando nella zona centrale del canale di processo. Questo sistema si à ̈ rivelato eccellente per eliminare le perdite di liquido attraverso le tenute laterali in prossimità dei cuscinetti, in quanto la portata di ricircolo del liquido fuoriuscito à ̈ molto superiore alla portata di perdita laterale.

Secondo una preferita forma di attuazione della presente invenzione, lo statore comprende un corpo; e un elemento tubolare disposto attorno al rotore e a contatto scorrevole con il rotore, e accoppiato a tenuta con il corpo; il detto almeno un incavo essendo ricavato lungo la faccia interna dell’elemento tubolare.

Questa forma di realizzazione costruttiva à ̈ particolarmente semplice e vantaggiosa.

Infatti, l’elemento tubolare facilita la realizzazione di condotti aventi forme complesse all’interno dello statore.

Preferibilmente, l’elemento tubolare presenta almeno un ulteriore incavo ricavato lungo la faccia esterna dell’elemento tubolare stesso e configurato per definire, in parte, il condotto di ingresso del liquido alla camera di processo.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di esempi non limitativi di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:

- La Figura 1 Ã ̈ una vista in sezione trasversale, con parti asportate per chiarezza, di una macchina per processare materiali polimerici realizzata in accordo con una prima forma di attuazione della presente invenzione;

- La Figura 2 Ã ̈ una vista in sezione trasversale, con parti asportate per chiarezza, di un dettaglio della macchina della figura 1;

- La Figura 3 Ã ̈ una vista schematica, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza, di uno sviluppo piano di una parte della macchina della figura 1;

- Le Figure da 4 a 7 sono delle viste in sezione longitudinale, con parti asportate per chiarezza, di diverse varianti di una seconda forma di attuazione;

- La Figura 8 à ̈ una vista in sezione trasversale, con parti asportate per chiarezza, di una macchina per processare materiali polimerici in accordo con un’ulteriore variante della seconda forma di attuazione della presente invenzione;

- La Figura 9 Ã ̈ una vista prospettica, con parti asportate per chiarezza, di componenti della macchina della figura 8;

- La Figura 10 Ã ̈ una vista in sezione trasversale, con parti asportate per chiarezza, di una variante della macchina della figura 8;

- La Figura 11 Ã ̈ una vista in sezione trasversale, con parti asportate per chiarezza, di una macchina per processare materiali polimerici e incorporante un ulteriore variante;

- La figura 12 Ã ̈ una vista in sezione longitudinale, con parti asportate per chiarezza, della macchina della figura 11; e

- La figura 13 Ã ̈ una vista schematica in elevazione laterale, con parti asportate per chiarezza, di un impianto per processare materiali polimerici.

Con riferimento alla figura con 1 à ̈ indicata nel suo complesso una macchina per processare un materiale polimerico. Ai fini della presente descrizione con il termine processare s’intende sia congiuntamente, sia disgiuntamente fondere il materiale polimerico, degasare il materiale polimerico, infiltrare il materiale polimerico fra particelle e/o fibre, disperdere le particelle e/o fibre nel materiale polimerico e disperdere uno o più liquidi in uno o più altri liquidi. Con il termine materiale polimerico s†̃intendono sia i materiali polimerici termoplastici, come ad esempio le poliolefine LDPE, LLDPE, HDPE, PP ecc, polistirolo, ABS, poliammide 6, 66, 11, 12 etc, Polietilene Tereftalato, PBT, PEEK, PS, sia i materiali polimerici termoindurenti come ad esempio resine fenoliche, urea, melammine, resine epossidiche, gomma e poliuretani, sia in forma liquida sia in forma solida, secondo le necessità del processo.

La macchina 1 comprende un rotore 2 e uno statore 3. Il rotore 2 à ̈ supportato in modo girevole attorno ad un asse di rotazione A ed à ̈ accoppiato allo statore 2. Il rotore 2 comprende una faccia esterna 4 cilindrica e liscia, ossia sostanzialmente priva di scanalature, incavi o recessi.

Lo statore 3 presenta una sede 5 di alloggiamento dello statore 2 definita da una faccia cilindrica 6.

Con riferimento alla figura 2, la faccia esterna 5 del rotore 2 e la faccia cilindrica 6 della sede 5 dello statore 3 sono affacciate e presentano rispettivi raggi di curvatura tali per cui il gioco fra il rotore 2 e lo statore 3 à ̈ ridotto al minimo nell’ambito delle tolleranze che consentono un agevole rotazione del rotore 2 rispetto allo statore 3.

Con riferimento alla figura 1, nello statore 3 à ̈ ricavato un incavo 7 nella sede 5. In particolare, l’incavo 7 si estende in direzione circonferenziale lungo la faccia 6 per un angolo inferiore a 360°. Nella fattispecie illustrata l’incavo 7 si estende per un angolo leggermente maggiore di 180°.

L’incavo 7 à ̈ affacciato al rotore 2 e definisce con il rotore 2 un canale di processo 8 del materiale polimerico. L’incavo 7 presenta una faccia di fondo 9 e due facce laterali 10, solo una delle quali à ̈ illustrata nella figura 1.

Con riferimento alla figura 3, l’altezza H del canale di processo 8 à ̈ definita dalla distanza in direzione radiale fra la faccia esterna 4 del rotore 2 e la faccia di fondo 9 dell’incavo 7, mentre la larghezza W del canale di processo 8 à ̈ definita dalla distanza in direzione assiale fra le facce laterali 10 dell’incavo 7.

L’altezza H à ̈ nel suo complesso variabile, mentre la larghezza W viene mantenuta normalmente costante.

Nella fattispecie illustrata nella figura 1, l’altezza H ha un primo valore costante lungo un primo arco di circa 10°, cresce bruscamente fino ad un secondo valore per poi crescere leggermente lungo un arco di circa 90°. L’altezza H si riduce poi bruscamente e si mantiene nuovamente constante lungo la parte restante.

La macchina 1 comprende un canale di ingresso 11 per alimentare i materiali polimerici al canale di processo 8, e un canale di uscita 12 per evacuare i materiali polimerici dal canale di processo 8. Il canale di processo 8 si estende fra lo sbocco del canale di ingresso 11 e l’imbocco del canale di uscita 12.

Va notato che la macchina 1, quando usata per processare liquidi, ha un canale di ingresso 11 conformato in modo tale da determinare un abbassamento dell’altezza del canale di processo 8 in prossimità dello sbocco del canale di ingresso 11. Tale abbassamento, come già anticipato, si estende per un arco di circa 10°.

La macchina 1 comprende, inoltre, un canale di alimentazione 13 configurato per alimentare aggregati o agglomerati di particelle solide elementari nel canale di processo 8 per essere infiltrati e dispersi nel materiale polimerico presente nel canale di processo.

In uso, il rotore 2 Ã ̈ ruotato in senso orario nella figura 1 in modo da avanzare il materiale polimerico lungo il canale di processo 8 fra il canale di ingresso 11 e il canale di uscita 12 e in corrispondenza del canale di alimentazione 13.

A valle del canale di alimentazione 13 la riduzione dell’altezza H del canale di processo 8 determina un aumento di pressione nel materiale polimerico ed un effetto pompante sul materiale polimerico stesso, quando questo à ̈ in forma liquida. In generale, il materiale polimerico può essere alimentato allo stato solido ed essere fuso all’interno del canale di processo 8 oppure può essere alimentato allo stato liquido pastoso.

Nella figura 3 à ̈ mostrato il canale di processo 8 disposto su coordinate rettangolari, con il materiale polimerico che entra in forma solida granulare e diventa fuso, liquido dopo un certo tratto lungo la direzione della freccia. La velocità scaricata dal rotore 2 sul materiale solido nella prima porzione del canale 8, lungo la direzione della freccia, nonché la componente di velocità parallela ai filetti impartita al materiale nella seconda porzione in cui il materiale si trova allo stato liquido/pastoso, coincidono sostanzialmente con la velocità del rotore 2, in prossimità della superficie del rotore. La riduzione dell’altezza H del canale di processo 8, quando usato per fondere solidi termoplastici, ha lo scopo sia di compensare lo spazio che si riduce a causa della densità apparente dei solidi che à ̈ inferiore alla densità della massa fusa sia di favorire l’infiltrazione del materiale fuso di nuova formazione negli interstizi tra le particelle solide in modo da aumentare l’interfaccia tra il materiale solido e il materiale allo stato liquido/pastoso e, di fatto, l’efficienza del processo di fusione. È opportuno ricordare che una progettazione ottimale del canale convergente (sia il gradiente di convergenza dh/dL, lineare o non-lineare), include la generazione mirata di un meccanismo di mescolamento-dissipazione che ha luogo quando particelle solide si trovano completamente immerse in una matrice fusa. Una tale situazione ha luogo nella macchina 1 perché la profondità H à ̈ molto più piccola della larghezza W e, quindi, a parità di sezione di flusso viene privilegiato quantitativamente W rispetto ad H. In una tale situazione tutte o quasi tutte le particelle termoplastiche solide hanno la possibilità di ricevere una notevole quantità di energia termica, per conduzione, dal materiale fuso circostante. Invece la riduzione dell’altezza H del canale di processo 8, quando usato per liquidi termoplastici, ha lo scopo di scaricare sollecitazioni di tipo elongazionale sui liquidi tali da favorire la dispersione dei liquidi e l’infiltrazione degli agglomerati solidi dispersi nei liquidi.

Con riferimento alle figure 4 e 7, lo statore 3 comprende un corpo 14 e un elemento tubolare 15, il quale à ̈ disposto attorno e a contatto scorrevole della faccia esterna 4 del rotore 2 ed accoppiato al corpo 14. L’elemento tubolare 15 presenta una pluralità di incavi 7 paralleli ciascuno dei quali definisce un rispettivo canale di processo 8.

Nella figura 5, à ̈ illustrata una variante secondo la quale due canali di processo 8 adiacenti sono separati da un setto separatore 16 in cui à ̈ ricavata una apertura 17 per mettere in comunicazione i due canali di processo 8 adiacenti.

Nella figura 6 à ̈ illustrata una ulteriore variante secondo la quale la comunicazione fra due canali di processo 8 adiacenti à ̈ effettuata tramite un canale di collegamento 18 che si estende attraverso l’elemento tubolare 15.

Con riferimento alle forme di attuazione delle figure 5 e 6, i canali di processo 8 adiacenti possono avere delle forme diverse ed essere impiegati per scopi diversi.

Con riferimento alla figura 8, la macchina 1 per processare materiali polimerici comprende uno statore 3 comprendente un corpo 19 formato da uno o più componenti, un elemento tubolare 20 accoppiato al corpo 19, e un elemento 21, in cui à ̈ ricavato il canale di uscita 22 ed à ̈ accoppiato al corpo 19 e all’elemento tubolare 20. L’elemento tubolare 20 à ̈ accoppiato a tenuta dinamica con la faccia esterna 4 del rotore 2 e presenta un incavo 7 che definisce assieme al rotore 2 il canale di processo 8. L’elemento tubolare 20 à ̈ accoppiato a tenuta con la faccia cilindrica 6 dello statore 3.

L’elemento tubolare 20 presenta una apertura in cui à ̈ alloggiato l’elemento 21, il quale à ̈, in parte, accoppiato al rotore 2 in modo da interrompere il canale di processo 8 e in parte definisce la porzione terminale del canale di processo 8. In pratica, l’elemento 21 à ̈ definito da un parallelepipedo, all’interno del quale à ̈ realizzato il canale di uscita. L’elemento 21 presenta una estremità comprendente una faccia cilindrica concava 23 e configurata per essere accoppiata in modo scorrevole alla faccia 4 del rotore 2, e una estremità comprendente una faccia concava 24 configurata per definire una porzione terminale del canale di processo 8.

Con riferimento alla figura 9, l’elemento tubolare 20 presenta un’ulteriore apertura 25 che definisce parte del canale di alimentazione 13; e due bocche di ingresso 26 e 27 per alimentare i materiali polimerici al canale di processo 8 e disposte rispettivamente a monte e a valle dell’apertura 25.

Le due bocche di ingresso 26 e 27 comunicano con rispettivi canali di ingresso 11A e 11B i quali sono in parte definiti da rispettivi incavi 28 e 29 realizzati lungo la faccia esterna dell’elemento tubolare 20 e in parte sono definiti da ingressi realizzati nel corpo 30 dello statore 3, non mostrati per semplicità.

La configurazione descritta delle bocche di ingresso 26 e 27 e dell’apertura 25 del canale di alimentazione 13 consentono di inserire in successione nel canale di processo 8 uno strato di materiale polimerico, uno strato di agglomerati di particelle elementari, e uno strato di materiale polimerico in modo da definire un “sandwich†che agevoli le fasi di infiltrazione degli agglomerati e di dispersione delle particelle.

Con riferimento alla variante della figura 10, la macchina 1 presenta uno statore 3 comprendente un corpo 30, un elemento tubolare 31, e un canale di degasaggio 32. Nella fattispecie illustrata, l’elemento tubolare 31 comprende una bocca di ingresso 33 per alimentare i materiali polimerici; una zona di assottigliamento 33a per ridurre lo spessore del film polimerico liquido all’ingresso del canale di processo 8; un’apertura di degasaggio 34 definente la parte di imbocco del canale di degasaggio 32; una bocca di uscita 35 definente parte del canale di uscita 12.

L’elemento tubulare 31 comprende un incavo 7, il quale si estende dalla bocca di ingresso 33 all’apertura di uscita 35 e definisce il canale di processo 8.

L’incavo 7 presenta un’altezza variabile lungo lo sviluppo circonferenziale. In particolare, l’incavo 7 à ̈ conformato in modo tale che il canale di processo 8 comprende, in sequenza, un primo tratto 36a di altezza H costante per favorire la formazione di un film sottile, un secondo tratto di altezza H costante che si estende fino a valle dell’apertura di degasaggio 32, un terzo tratto 37 di altezza costante e disposto direttamente a monte dell’apertura di uscita 35 con funzioni di pompaggio, e un quarto tratto 38 compreso fra il secondo tratto 36b e il terzo tratto 37 e definente tre sezioni convergenti/divergenti e una sezione convergente verso il terzo tratto 37.

La bocca d’ingresso 33 ha la funzione di spalmare uno strato sottile di materiale polimerico sulla faccia esterna 4 del rotore 2. Tale strato di materiale polimerico ha un’altezza decisamente inferiore all’altezza H del tratto 36b del canale di processo 8 ed à ̈ definita in parte ù non sporca l’apertura di degasaggio 34 e permette di definire lungo il tratto 36b una camera di degasaggio, in cui liquido da degasare e il canale di processo 8 in corrispondenza dell’apertura di degasaggio 34 sono completamente separati tra loro.

Con riferimento alla figura 11, la macchina 1 comprende un sistema di ricircolo 39, il quale ha lo scopo di limitare e possibilmente azzerare le possibili perdite di materiale polimerico attraverso il necessario gioco fra il rotore 2 e lo statore 3, lungo le due estremità laterali del canale di processo 8. Il sistema di ricircolo 39 à ̈ configurato per generare un flusso a trascinamento di ricircolo esterno al canale di processo 8 che raccoglie materiale polimerico in corrispondenza dei lati opposti del canale di processo 8 in zone del canale di processo 8 ad alta pressione e immettere il materiale polimerico in corrispondenza del canale di processo 8 in zone a bassa pressione.

Con riferimento alla figura 11, il canale di ricircolo 40 si estende attorno all’asse A lungo un arco di cerchio fra una zona di alta pressione e una zona di bassa pressione del canale di processo 8.

Il canale di ricircolo 40 à ̈ sostanzialmente parallelo al canale di processo 8 da cui riceve liquido-melt per travaso laterale ed à ̈ attivato dal rotore 2 che, quando in rotazione, trascina il suddetto liquido-melt, facendolo confluire nuovamente nel medesimo canale di processo 8 in un punto a pressione più bassa.

Nella figura 12 i canali di ricircolo 40 sono disposti da bande opposte del canale di processo 8 e sono spaziati assialmente rispetto al canale di processo 8 nelle zone di alta pressione. Nella zona di bassa pressione del canale di processo 8, i canali di ricircolo convergono verso il canale di processo 8 e riconfluiscono nel canale di processo 8 stesso.

Nella figura 13 à ̈ illustrato un impianto per processare materiale polimerico. L’impianto comprende tre macchine 1, 100, 200 per processare materiale polimerico collegate in serie.

Per esempio, la prima macchina 1 fonde il materiale polimerico e lo pompa nella seconda macchina 100, la quale disperde agglomerati di particelle solide o particelle liquide nel materiale polimerico e lo pompa nella terza macchina 200, in cui avviene il degasamento del materiale polimerico.

Risulta evidente che una macchina del tipo descritto può essere operativamente collegata a monte e/o a valle ad altre macchine di tipo diverso.

Macchine del tipo descritto possono essere vantaggiosamente utilizzate sia per la produzione di granuli compositi da utilizzare in successivi processi di stampaggio a iniezione oppure per produrre in linea profili estrusi o tubi o lastre caricati con micro o nano cariche o rinforzati con fibre, quali ad esempio fibre di vetro di carbonio, aramidiche, naturali ecc.

Particolare interesse pratico ha il collegamento funzionale di una macchina del tipo descritto con estrusori convenzionali a vite, macchine a iniezione, macchine per soffiaggio, presse per stampaggio a compressione ecc. sia in cascata che in bypass, ecc.

È evidente infine che alla presente invenzione possono essere apportate varianti alle forme di attuazione descritte senza peraltro uscire dall’ambito di protezione delle rivendicazioni allegate.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Una macchina per processare materiali polimerici, la macchina comprendendo un rotore (2) girevole attorno ad un asse di rotazione (A); uno statore (3) accoppiato a tenuta scorrevole con il rotore (2); almeno un incavo (7) circonferenziale che si estende per un angolo inferiore a 360° nello statore (3) e forma con il rotore (2) un canale di processo (8) del materiale polimerico; almeno un canale di ingresso (11) per alimentare il materiale polimerico al canale di processo (8); e un canale di uscita (2) per evacuare il materiale polimerico dal canale di processo (8).
2. 2. La macchina come rivendicata nella rivendicazione 1, in cui l’incavo (7) si estende in una direzione anulare ortogonale all’asse di rotazione (A).
3. 3. La macchina come rivendicata nella rivendicazione 1 o 2, in cui l’incavo (7) presenta una larghezza (W) costante misurata parallelamente all’asse di rotazione (A).
4. 4. La macchina come rivendicata in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l’incavo (7) presenta una faccia di fondo (9) disposta a una distanza dal rotore (2) in modo da determinare un’altezza (H) variabile del canale di processo (8).
5. 5. La macchina come rivendicata nella rivendicazione 4, in cui il canale di processo (8) comprende un primo tratto (36) disposto in corrispondenza del canale di ingresso (11) avente una prima altezza (H) costante; un secondo tratto (37) disposto in corrispondenza del canale di uscita (12) avente una seconda altezza (H) costante e inferiore alla prima altezza (H) del primo tratto (36).
6. 6. La macchina come rivendicata nella rivendicazione 5, in cui il canale di processo (8) comprende un terzo tratto (38) disposto fra il primo e il secondo tratto (36, 37) e avente una terza altezza (H) variabile in modo da definire almeno una sezione di passaggio convergente.
7. 7. La macchina come rivendicata nella rivendicazione 6, in cui il detto terzo tratto (38) presenta una pluralità di sezioni passaggio convergenti/divergenti.
8. 8. La macchina come rivendicata in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il rotore (2) presenta una faccia esterna (4) cilindrica e sostanzialmente liscia.
9. 9. La macchina come rivendicata in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, e comprendente un canale di alimentazione (13) per alimentare al canale di processo (8) agglomerati di particelle elementari configurati per essere infiltrati e dispersi in una matrice polimerica.
10. 10. La macchina come rivendicata nella rivendicazione 6, in cui il canale di ingresso (11) comprende due bocche di ingresso (26, 27) disposte in successione lungo il canale di processo (8) rispettivamente a monte e a valle del punto di alimentazione degli agglomerati di particelle elementari in modo da alimentare gli agglomerati fra due strati di materiale polimerico.
11. 11. La macchina come rivendicata in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, e comprendente un canale di degasaggio (32) configurato per espellere i gas generati durante il processo del materiale polimerico.
12. 12. La macchina come rivendicata in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, e comprendente un sistema di ricircolo (39) per recuperare e convogliare il materiale polimerico allo stato liquido/pastoso che fuoriesce dai lati opposti del canale di processo (8) al canale di processo (8).
13. 13. La macchina come rivendicata nella rivendicazione 12, in cui il sistema di ricircolo comprende almeno due canali di ricircolo (40) che si estendono nello statore (3) da bande opposte del nel canale di processo (8) e confluiscono nel canale di processo (8) in una zona di bassa pressione.
14. 14. La macchina come rivendicata in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, e comprendente una pluralità di canali di processo (8) adiacenti e ricavati all’interno dello statore (3).
15. 15. La macchina come rivendicata nella rivendicazione 13, in cui i canali di processo (8) adiacenti presentano forme diverse l’uno dall’altro.
16. 16. La macchina come rivendicata in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui lo statore (3) comprende un corpo (14; 19; 30); e un elemento tubolare (15; 20; 31) disposto attorno al rotore (2) e a contatto scorrevole con il rotore (2), e accoppiato a tenuta con il corpo (14; 19; 30); il detto almeno un incavo (7) essendo ricavato lungo la faccia interna dell’elemento tubolare (15; 20; 31).
17. 17. La macchina come rivendicata nella rivendicazione 15, in cui l’elemento tubolare (20) presenta almeno un ulteriore incavo (28, 29) ricavato lungo la faccia esterna dell’elemento tubolare (20) stesso e configurato per definire, in parte, il condotto di ingresso (11).
18. 18. Impianto per processare un materiale polimerico, l’impianto comprendendo una pluralità di macchine (41) per processare un materiale polimerico, ciascuna, come rivendicata in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui le dette macchine (1) sono collegate in serie fra loro.