PT87003B

PT87003B - Processo de termomoldacao e aparelho para o mesmo

Info

Publication number: PT87003B
Application number: PT87003A
Authority: PT
Inventors: Anthony Earl Flecknoe-Brown
Original assignee: Hitek Ltd
Priority date: 1987-03-17
Filing date: 1988-03-17
Publication date: 1995-05-31
Also published as: PT87003A; EP0283284B1; DK173014B1; FI885314A0; JPH01503130A; WO1988006965A1; HUT60658A; DK636388A; EP0283284A2; BR8806042A; EP0283284A3; AU598918B2; EP0307439A4; NO885104D0; ATE96372T1; FI95218C; NO885104L; US4994229A; CA1304904C; IN171517B

Description

MEMÕRIA DESCRITIVA

presente invento refere-se a técnica geral de extrusão de um material termoplástico em forma de folha, seguida por alimentação e moldação directas deste material em folha plástica quente em objectos ocos, por exemplo recipientes para produtos alimentares.

Esses processos necessitam, em geral, de um meio para a extrusão do termoplástico em forma de folha, um conjunto de rolos de têmpera com temperatura controlada, para controlar a espessura da banda de folha e para diminuir a sua temperatu ra total para a temperatura de moldação desejada, um meio para transportar a banda em fusão, frequentemente descaída no meio, para o interior de uma máquina de moldação e um meio pa ra recortar as peças acaoadas da banda, depois de estas serem moldadas e estabilizadas.

a gama de materiais que podem ser extrusados em forma da folha e utilizados no processo de acordo com o presente inven to inclui em geral quase toda a gama conhecida de termoplásti cos e combinações destes, misturados ou coextrusados simultaneamente em camadas descontínuas por meio de dispositivos de extrusão múltiplos que alimentam uma fieira única.

Na aplicação do presente invento, estamos particularmente interessados, mas não exclusivamente, nos materiais que têm fundidos que se comportam mais como fluidos viscosos do que como membranas semelhantes a borracha. Em geral, as poliolefi nas cristalinas como polietileno e polipropileno de alta densidade têm um ponto de fusão rigorosamente definido e uma reg. logia de fundido semelhante a um fluido muito viscoso. Esses materiais resistem a tensão principalmente por meio de resistência viscosa, e, portanto, curvam-se ou deformam-se quando estão suspensos como uma folha sem suporte completo. A elasti cidade coesiva que materiais como PVU e poliestireno apresentam nos seus estados fundidos, tornam relativamente fácil a sua introdução em equipamento de termomoldação, e têm sido es tes os materiais tradicionalmente preferidos para termomolda67 514

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-3ção.

No entanto, o aparecimento recente dos polímeros com gran de barreira de oxigénio, por exemplo álcool vinil etileno (EVOH) , cloreto de polivinilideno (PVDC), criou uma nova classe de embalagem para produtos alimentares, na qual o produto alimentar é embalado e vedado numa embalagem de plástico e esterilizado em retortas de vapor, de maneira muito semelhante *

a utilização com latas de metal, a temperaturas de purificação que vão até aos 140°ú. 0 polipropileno é uma das poucas resinas facilmente disponíveis com a resistência à temperatura relativamente alta necessária para suportar a esterilização a vapor. Este material é combinado muitas vezes, geralmente por meio de coextrusão, com uma camada do plástico de grande barreira mencionado anteriormente, para produzir o material de base para embalagem de plástico de grande barreira.

Outras formas de fabricação, por exemplo moldação por in jecção, não são apropriadas para a produção económica de reci pientes ocos com camadas múltiplas, e a técnica relativamente desenvolvida da termomoldação, portanto, está presentemente a passar por uma fase de transformação do seu desenvolvimento com o objectivo de criar meios económicos para a termomoldação de recipientes de grande barreira baseados em polipropile no purificável.

Descobrimos que é difícil purificar, e em seguida, termo moldar folha de polipropileno previamente extrusada. a curvatura do fundido que se produz imediatamente depois de o material passar pelo seu ponto de fusão cristalina torna muito dj. fícil aquecer uma zona com dimensão apropriada de folha suspen sa por meios conhecidos, por exemplo radiação de infravermelhos e, em seguida, introduzir essa folha de material fundido curvado numa máquina de termomoldação com dimensão e produção comercial normal. Muitos dos operadores de termomoldação actu ais observaram que podem frequentemente obter resultados razç. áveis ao moldarem polipropileno imediatamente abaixo do seu ponto de fusão cristalina. Esta denominada moldação de fase

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FF 17842/88 sólida deixa geralmente tensão residual nas paredes de um recipiente acabado e origina uma distorção desagradavel a vista quando esta tensão é liberta durante a esterilização. Outro problema da moldação de fase sólida é o facto de os pontos de fusão das resinas EVOH e PVDC correntemente utilizadas serem mais elevados que o do polipropileno, e uma camada barreira delgada deste material pode ser danificada com relativa facilidade durante a moldação a temperatura de moldação de fase sólida do polipropileno.

Por conseguinte, desenvolvemos processos pelos quais o polipropileno pode ser transportado e moldado na denominada fase fundida. A extrusão do fundido directamente num processo de moldação elimina muitas das dificuldades do reaquecimen to da folha de polipropileno feita previamente e conduz a outras economias, por exemplo a economia de energia que, de outro modo, seria consumida no reaquecimento da folha previamen te feita.

Podem utilizar-se dois tipos de máquinas de moldação ou termomoldação para esses processos de extrusão abastecida: termomoldadores contínuos e intermitentes. Os termomoldadores contínuos, de maneira geral conforme descrito na patente EbA 4.235.579 de Kurz, operam com instrumentos de moldação que se movem em sincronização aproximada com folha fundida fornecida continuamente. Wessas máquinas, o problema do transporte da banda fundida é frequentemente resolvido por meio da criação de tensão relativamente constante na banda, fazendo deslocar os instrumentos de moldação com velocidade maior que aquela com que a faixa fundida sai dos rolos de têmpera. Esse proces so é descrito no pedido de patente EbA 762.069 de 1'lecknoe-brown, incorporado na presente por referência.

Os termomoldadores intermitentes necessitam da alimentação da banda em extensões descontínuas, quando se emprega um processo de alimentação por extrusão directa para abastecer essas máquinas, têm de proporcionar-se meios para compensar o atraso causado entre a extrusão contínua da banda e o abas

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-5tecimento intermitente de comprimentos descontínuos desta ban * _z da gerada continuamente, as maquir.as moldadoras.

A EbA 4.105.386 de Thiel descreve a utilização de rolos de têmpera para formar camadas de suporte arrefecidas sobre uma banda extrusada, e um rolo móvel compensador ou dançante que é deslocado para acumular o comprimento adicional de banda entre a alimentação intermitente.

Existem vários outros materiais termoplásticos que têm fundidos fluidos como as poliolefinas. Estes materiais incluem os tereftalatos de polialquileno, policarbonatos e poliamidas. lodos estes materiais têm propriedades desejáveis para peças moldadas, mas é notoriamente difícil, se não impossível, inuro duzí-los em termomoldadores sem meios para suportar a folha de fundido- btanda e curvada. No passado, as tentativas para utilizar correias transportadoras accionadas para suportar e transportar esses materiais, para serem carregados para um termomoldador, goraram-se devido à tendência natural destes materiais de fundido fluido para humedecerem o material da cor reia transportadora e ficarem colados a esta.

A utilização de uma correia transportadora para suportar um extrusado plástico fundido não é nova, em princípio, visto que é descrita no pedido de patente Europeia 0.226.748 de Loosen e na patente ELa N^. 4.459.093 de Asano, que são inco£ poradas na presente por referência. Esta técnica anterior não % ataca o problema da adesão dos materiais fundidos fluidos a correia transportadora.

Outros processos ainda, descritos na técnica anterior, incluem a deslocação de todo o extrusor em movimento de aproximação e recuo relativamente à estação de moldação (Ebx 4.150.930 de Asano) em combinação comua portador prolongado sincronizado, que compreende cadeias e ganchos laterais que seguram e suportam os lados da folha fundida e a transportam para o interior da estação de moldação. Existe uma dificuldade mecânica óbvia para deslocar o extrusor relativamente maci ço com rapidez suficiente para acompanhar um termomoldador que

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FF 17842/88 pode funcionar em geral a 10 a 20 cursos por minuto. Existe também outro defeito evidente devido a apoio transversal insuficiente para uma folha que tem um fundido fluido, quando suspensa apenas entre ganchos de suporte de borda longitudinal .

finalmente, outro processo é descrito na patente da República Federal da Alemanha N^, 2.634.976 de xkeifer, em que uma catenária de banda fundida é suportada entre dois rolos accionados, inicialmente mantidos muito afastados um do outro, e seguidamente deslocados para mais perto um do outro para permitir que se forme um arco de material, em grinalda entre os dois rolos, compensando assim o comprimento adicional de material entre alimentações, ao mesmo tempo que assegura que nâo se forme.uma zona de material bruscamente arrefecido devi do ao contacto constante entre os rolos a jusante e a folha fundida, mantida estacionária entre alimentações. Este proces so também não dá apoio apropriado para uma banda de material fundido brando e fluido, por exemplo uma poliolefina fundida.

Um objectivo do presente invento é proporcionar um meio pelo qual materiais fundidos fluidos fornecidos directamente por um extrusor, possam ser suportados e transportados em for ma de folha fundida, para o interior de uma máquina moldadora com meios de funcionamento contínuo ou intermitente.

Outro objectivo do presente invento é proporcionar um meio pelo qual os referidos materiais de folha fundida fluida podeni ser levados às suas condições de temperatura de for mação óptimas, antes de serem introduzidos na estação de moX dação .

ãS também um objectivo do presente invento realizar o con dicionamento de temperatura, o suporte e o transporte de bandas fundidas fluidas, para minimizar ou controlar qualquer tensão ou esforço exercido no fundido fluido , para que as peças moldadas a partir desse fundido sejam substancialmente uniformes em espessura e regulares quanto a propriedades, independentemente da posição ou localização que cada peça ocupa

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va em qualquer extensão descontínua particular da banda fornecida durante a moldação.

Outro objectivo do presente invento é proporcionar um processo por meio do qual os meios de condicionamento e os meios de transporte podem ser adaptados para a têmpera e aoastecimento de u:na grande variedade de materiais de fundido em folha e com diversas espessuras, e para permitir que o fundido em folha temperada seja fornecido a máquinas de moldação contínua ou intermitente.

De acordo com um aspecto, o presente invento proporciona um processo para a termomoldação de objectos ocos que inclui: a extrusão de uma banda de material termoplástico directamente dentro de um conjunto de rolos de têmpera de temperatura controlada, o arrefecimento das camadas de superfície da banda, superior e inferior, por passagem através dos referidos rolos de têmpera, mantendo o interior da banda numa condição fundida entre as referidas camadas de superfíce, alimentação da banda parcialmente arrefecida a um transporta dor e transporte da banda para a entrada de um termomolde, caracterizado por a banda permanecer no transportador até que a camada de superfície da uanda, que está em contacto com o transportador, tenha sido reaquecida pelo interior fun dido da banda até uma temperatura de termomoldação, abaixo da qual a banda colará ao transportador.

Outro aspecto do invento proporciona um aparelho para fornecer folha termoplástica proveniente de um extrusor a um termomolde, incluindo um conjunto de rolos de têmpera de tem peratura controlada para receber uma banda de material termoplástico fundido proveniente do extrusor, meios de transporte para receber a banda temperada proveniente dos rolos de têmpera e transportar a banda para a entrada do termomolde, caracterizado por as posições relativas dos rolos de têjn pera e dos meios de transporte e o comprimento dos meios de transporte com os quais a banda entra em contacto serem ajus táveis, pelo que a temperatura da superfície de banda em con

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ΙΕ 17842/88 tacto com os meios de transporte pode ser controlada de maneira que a banda entra no termomolde a uma temperatura de termomoldaçào, abaixo da qual a banda colará ao transportador .

^amos descrever agora resumidamente o invento com referência particular aos desenhos.

A Ejgura 1 representa uma forma de realização do presen te invento aplicado a um termomolde, na qual uma folha 1 de fundido fluido, proveniente de uma matriz de extrusão, passa entre dois rolos 2 e 3 de têmpera que apertam a folha na posição 4, regulando a sua espessura. 0 material é depois mantido em contacto com o rolo de têmpera 3, por meio de um rolo de têmpera ajustável 6, que pode ser deslocado para várias posições como 6', conforme o tipo e espessura do material tratado e as condições de tratamento.

A folha de material 7, agora com a sua pele inferior congelada em estado sólido, é conduzida sobre uma correia transportadora 10 móvel por intermédio de um rolo rotativo 8 opcional, também representado numa posição alternativa 8'. A correia transportadora 10 é accionada por um rolo 9 de tem peratura controlada 9, que serve para controlar a temperaturara da referida correia transportadora.

A folha de fundido substancialmente fluido deixa a seguir a correia transportadora na posição 11, antes de a sua pele inferior se ter fundido de novo devido ao fluxo de calor residual proveniente do interior da folha fundida, isto evita a adesão a correia 10.

material entra depois numa máquina moldadora contínua, da qual uma forma de realização é a máquina 15, que compreen de pares opostos de aioldes machos móveis 13, e moldes fêmeas 12, que, em seguida, moldam a folha fundida nas peças acabadas 14 .

a Jjgura 2 representa outra forma de realização do presente invento, na qual a correia transportadora que suporta a banda está disposta de maneira a rodar em volta de um pon-

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-9ΐο de articulação móvel que assenta no plano da banda de folha .

A Figura 3 representa uma localização alternativa dos rolos da Figura 1.

A figura 4 representa outros pormenores do presente invento, por meio dos quais a folha de fundido fluido fornecida continuamente a partir de um extrusor tem a sua temperatu ra condicionada, suportada e transportada para o interior de uma máquina moldadora que funciona intermitentemente.

A Figura 5 representa distribuições de temperatura típicas no interior da folha fundida à medida que esta passa por várias fases do processo de condicionamento e alimentação do presente invento.

A Figura 6 representa outra forma de realização do presente invento, com a correia transportadora adaptada para fazer a alimentação de uma máquina moldadora que tem instrumentos de moldação que se deslocam horizontalmente.

A Figura 7 representa outra forma de realização do presente invento, cora a correia transportadora adaptada para armazenar o material sobre a correia transportadora até que os instrumentos de moldação estejam abertos e preparados para a alimentação seguinte.

A Figura 8 representa outra forma de realização do presente invento, com armazenamento do material numa alça pendente na correia transportadora, que é gerado pela paragem do rolo de extracção 27, e permitindo que o rolo 25 dançante de armazenamento proporcione o excedente de comprimento de fita à parte de cima do transportador por intermédio do rolo de accionamento 9.

invento vai ser agora descrito de maneira mais pormenorizada, com referência particular aos desenhos.

Na Figura 1, uma folha ou banda 1 de fundido fluido é extrusada continuamente de uma matriz, directamente no inter valo 4, entre os rolos rotativos 2 e 3 que giram ininterruptamente. A espessura do fundido fluido, embora principalmen-

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-10te dependente do intervalo criado entre os lábios da matriz de extrusão, depende também da velocidade superficial de rotação dos rolos 2 e 3 em relação à velocidade linear à qual o fundido está a ser extrusado, assim como ao intervalo 4 entre estes. E geralmente preferível estabelecer a velocidade dos rolos de maneira que o intervalo 4 tenha um pequeno excesso de enchimento com fundido. Isto garante que haja uma saída de espessura de banda constante do intervalo 4 entre rolos, independentemente de pequenos aumentos súbitos na pro porção de material fornecida a partir do extrusor.

Com espessura de folha e débito de extrusão dados, exis te assim em geral uma velocidade óptima à qual os rolos devem girar. Qualquer tentativa para controlar a temperatura da banda deve- ser feita, portanto, quer fazendo variar a tem peratura do rolo quer fazendo variar o comprimento de contaç. to da banda com os rolos. Observou-se que a variação da temperatura do rolo, por si só, não pode proporcionar um grau suficiente de controlo da temperatura da banda, especialmente no caso de bandas mais espessas. As necessidades de controlo para uma banda que tem de ser alimentada a uma certa temperatura a um processo de moldação a jusante sao mais rigorosas do que normalmente sucede ao extrudir fundido para um conjunto de rolos empilhados para a realização da folha. For conseguinte, incorporámos um rolo ajustável 6, que pode ser elevado ou articulado em relação ao rolo 3, controlando assim o ângulo de envolvimento em torno dos rolos 3 e 6.

objectivo principal do rolo 3 é ajudar a diminuir a temperatura média da folha até à sua melhor temperatura de termomoldação. 0 contacto da banda com o rolo 3 em primeiro lugar, assegura que existe tempo suficiente para deixar o calor residual do interior da banda reaquecer de novo para a superfície superior e amaciar qualquer material que tenha sido ali congelado.

E importante notar que polímeros cristalinos como polipropileno não formam um sólido cristalino imediatamente após

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arrefecimento, nem perdem imediatamente toda a sua cristalinidade quando são aquecidos acima do seu ponto de fusão cris talina. Assim, não é inteiramente exacto falar-se em congelaniento para sólido e nova fusão para líquido, mas o que se deve entender é que o processo de acordo com o presente invento arrefece a pele inferior da banda para uma temperatura em que é demasiadamente rígida ou viscosa para humedecer o material da correia transportadora, e, portanto, aderir a esta.

a regulação do ângulo de envolvimento juntamente com a temperatura dos rolos 3 e 6 proporciona um benefício adicional e inesperado, porque é então possível controlar o per fil de temperatura no interior da espessura da banda de material plástico. Os materiais plásticos têm uma condutividade térmica que, em geral, é aproximadamente 800 vezes menor que a dos metais. A temperatura de núcleo de uma folha de plástico posta em contacto com um rolo é, portanto, substancialmente mais elevada que a temperatura superficial, e observou-se que são precisos muitos segundos, no caso de folhas com mais de 3 mm de espessura, para o fluxo de calor proveniente do centro para o exterior da folha igualar a diferença de temperatura, logo que o contacto com o rolo cessa.

Desta maneira, o rolo 6 é utilizado para arrefecer rapidamente e congelar a superfície inferior da banda, por meio da diminuição substancial da temperatura à superfície, ao mesmo tempo que se diminui a temperatura média no interior da banda em medida muito menor, a banda, em conjunto, man tém-se assim em estado de poder ser moldada.

A b^nda passa depois do rolo 6, por intermédio de um rolo 8 accionado opcional orientador da banda ou inversor para uma correia transportadora 10 accionada. A velocidade superficial do rolo 8 é normalmente sincronizada com o rolo 6, e, do mesmo modo, a velocidade da correia do transportador. Pode imprimir-se algum esticamento à banda, por meio de rolos rotativos 6 e 8 progressivamente mais rápidos que o ro

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lo 3.

Observou-se que é possível evitar que a banda quente adira à correia transportadora, se o comprimento de contacto da folha com a correia for limitado a um período de tempo menor que o tempo necessário para que circule calor sufi ciente do interior fundido quente da banda para a superfície inferior, mais fria e mais sólida, da banda, para aquecer de novo esta superfície inferior suíicientemente para que se torne suficientemente fluida para humedecer e aderir ao material da corrente, a temperatura média do material da correia transportadora 10 pode ser regulada por meio de um rolo 9 de temperatura controlada, para fazer abrandar ou acelarar mais a velocidade com que volta a aquecer a superfície inferior . ·

Observou-se tamoém que é desejável que o re^quecimento da pele inferior mais fria seja efectuado suostancialmente antes de o material entrar na estação de moldaçào, para se obterem moldações uniformes e sem tensão.

material de constrição da correia transportadora não tem natureza muito decisiva, iêm-se utilizado com êxito, como materiais de correia,fibra de vidro tecida revestida com politetrafluoroetileno e tecido revestido com elastómero poliuretano .

Prefere-se que a correia transportadora flexível seja construída com um material relativamente delgado, preferível mente com espessura inferior a 0,5 mm, para que a capacidade de armazenamento térmico da correia não seja grande.

material de correia -pode ter a forma de uma folha con tínua, uma sucessão de fitas, uma folha de malha aberta ou uma folha com perfurações. Prefere-se, contudo, que a correia tenha contacto com a banda quente de maneira uniforme, a fim de manter uma temperatura uniforme na banda.

l^esta forma de realização, um termomolde 15 contínuo tem conjuntos opostos móveis de moldes fêmeas 12 e moldes machos 13, que se engancham uns nos outros na banda quente

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-13a uma certa distância depois de a banda deixar a extremidade de saída do transportador no rolo 16.

X preferível localizar o molde fêmea 12 no circuito superior da máquina moldadora 15, para que qualquer sinal exis tente na folha deixado pelo contacto da correia transportado ra que se mantenha ao longo da operaçao de moldaçâo, fique voltado para o interior do recipiente, que, geralmente, é oculto pelo conteúdo.

λ velocidade linear dos conjuntos de moldes opostos é estabelecida em relação síncrona com a velocidade da correia transportadora, e é geralmente um pouco maior que a velocidade da correia.

peso das peças finais 14 produzidas no aparelho de moldaçâo pode ser regulado rigorosamente por meio de pequenos ajustamentos na velocidade do aparelho de moldaçâo, em relação ao resto da linha.

A fim de explicar melhor a maneira como o processo do presente invento pode ser utilizado para uma grande variedade de diferentes tipos e espessuras, faz-se referencia a Figura 5, que é uma representação aproximada do perfil de temperatura interna de uma banda de polipropileno com 5 mm de espessura, a medida que vai sendo tratada desde a macriz até a máquina de moldaçâo.

a Figura 5A representa a distribuição de temperatura através da espessura da banda desde a superfície superior até- a superfície inferior quando a banda acaba de sair da matriz de extrusão. ha figura 1, esta é a localização designada por 1. Conforme se pode ver na 1’igura 5A, a temperatji ra está representada como uniforme através da uanda, a 230°C, que é a temperatura de extrusão neste caso.

estado da banda representado na Figura 5-b mostra-o no ponto 5 na figura 1. Vemos aqui que a superfície da banda foi arrefecida para a temperatura de superfície do rolo 3 de 90°C , enquanto que o lado inferior da banda está repre sentado com a temperatura arrefecida para 220°C .

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-14A Figura 5C representa o estado da banda no local 7, Figura 1. Aqui a face superior da banda foi aquecida de novo pelo fluxo de calor proveniente de centro da banda, que está agora a uma temperatura inferior, 200°ú , do que temperatura de extrusão, 230 0. leste caso, a face inferior da folha está agora à temperatura da superfície do rolo 6, que é de 90°C .

A Figura 5D representa o estado aproximado da banda na Figura 1, ponto 10. Aqui, a temperatura da superfície superior é descida para um nível inferior ao ponto de fusão cris talina de cerca de 155°0, devido ao efeito de arrefecimento do rolo 8. A temperatura da superfície inferior aumentou tam bém para cerca de 140°0, devido ao fluxo do calor proveniente do centro.da banda.

Deixando o material da superfície da banda reaquecer por si próprio, enquanto é suportado pela correia, o material de banda volta para a temperatura média correcta para mol dação, mas a banda continua a ser formada com um perfil de temperatura análogo ao da Figura 5E . A aproximadamente estas temperaturas de superfície, o macerial volta a ser suficien temente fluido para realmente humedecer a correia e aderir a esta, e, por conseguinte, é importante (e portanto o tempo, a uma velocidade de ajustar a distância correia constante) na qual a correia está em contacto com a banda. Este ajustamento esrá representado na Figura 1 pela segunda posição do rolo rotativo opcional 8', representado pela periferia em linha tracejada. não se utilizar um rolo inversor, uasta ajustar a posição do rolo 6' em relação ao rolo transporta dor 9 para que a banda fique pendente do rolo 6' e contacte a correia a mesma distância do rolo 16 na extremidade de saí.

da do transportador.

Dm geral, os diâmetros dos rolos utilizados podem variar muito, mas dependem da velocidade linear das bandas a tra tar. Isto, por sua vez, depende da largura e espessura da banda a tratar, juntamente com a quantidade extrusada e a

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-15dimensão e capacidade de arrefecimento da máquina moldadora.

Outra característica importante do processo de presente invento é o facto de se poder fazer um ajustamento conveniente do processo para adaptação a uma grande variedade de espessuras de banda com uma dada velocidade de tratamento, geralmente desde a espessura de 1 mm ate a espessura de 8 mm.

Voltando a fazer referência à Figura 1, o rolo 6, repre sentado numa posição apropriada para a espessura de 5 mm, pode ser deslocado para a posição 6' para uma folha com 2,5 mm de espessura. 0 comprimento de contacto da banda coai os rolos 3 e 6' fica agora um pouco menor qi.e metade. m.lém disso, a folha de 2,5 mm será extrusada em geral coia uma velocidade Linear dupla da folha de 5 mm, visto que o processo de extru são fornece material com um débito de massa aproximadamente constante. Por conseguinte, a velocidade maior com a qual o fundido sai da matriz, em combinação com a menor extensão de contacto, faz com que o tempo de contacto de rolo deste folha de 2,5 mm seja aproximadamente 4 vezes menor que o da folha de 5 mm. Esta diminuição do tempo de contacto de rolo conduzirá também a perfis de temperatura análogos na folha no local 5' da Figura 1, conforme está representado na -Figura 5tí e na localização 7' da Figura 1, conforme esuá representado na Figura 5C.

Ϊ também importante diminuir, então, o comprimento de contacto da folha de 2,5 mm de espessura com o transportador para efectuar uma diminuição proporcionada análoga do tempo de contacto da correia, tal como se fez com o tempo de contacto do rolo. 0 rolo 8 é assim deslocado para uma nova posição 8'. Para material mais delgado do que 2,5 mm, o rolo ajustável 6' apenas é deslocado mais para baixo, em volta do rolo 5 em direcção ao rolo 2. Neste caso, o rolo transportador 9 também tem de ser descido para se adaptar á posi. çào mais baixa do rolo 6. Com estes meios de ajustamento, é assim possível temperar e alimentar opcionalmente uma grau de variedade de tipos e espessuras de material.

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-16J.P. holman, em Heat Transfer, 6- edição, wcGraw-Hill Book Company, secção 4.3 deduz a equação da condução de calor em estado instável para um sólido semi-infinito (isto é, desprezando a perda de calor para a atmosfera), como

TU) = (t - τ ).

L rí

na qual

TU) = temperatura no ponto médio da folha no momento t (°U) temperatura da folha extrusada (°C) temperatura da pilha de rolos espessura da banda (m) oC = k/p c em que k = condutividade térmica f> = densidade ikg/m ) c = calor específico (.kJ/kg°U) -7 2 = 1 x 10 m seg para polipropileno mas depende da temperatura erf = função erro de Gauss

Com esta equação, é possível determinar os tempos de permanência aproximados de contacto de rolo e os comprimentos de transportador necessários para uma grande variedade de matérias primas. Em geral, as propriedades de densidade, condutividade térmica e calor específico variam com a tempe ratura na maior parte dos plásticos.

-Para descrever melhor os dois casos da figura 1 acima, os dois exemplos que se seguem determinam o tempo de contaç to do rolo relativo necessário no rolo 3, para uma banda de polipropileno com a espessura de 5 mm e 2,5 mm respectivamente .

Exemplo 1.

Para uma banda de 5 mm em volta de um rolo de 530 mm de

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-17diâmetro com envolvimento num ângulo de 180° a velocidade de 5 m/min.

T(t)	= Temperatura do ponto médio de folha extrusada (0 valor esperado depois do contacto com o rolo 3 é de 200°0 aproximadamente)
^TE	= Temperatura de folha extrusada = 230°c
	= Temperatura da superfície do rolo = 90°C = temperatura da superfície do material de banda em contacto com este rolo
^ST <x	- Espessura de banda = 5 mm = 0,005 m = 1 x 1O~⁷
t	= tempo de contacto de rolo =9,5 seg (-rolo de 500 mm 0 a 5 m/min num ângulo de envolvimento de 180°)
^bT	= 1005
4_yoct	= <<(9,5 x ío⁷ = 1,28

0,93

T(t) = (230 - 90) .0,93 + 90 = 220,2°C

Exemplo 2 .

Para banda de 2,5 mm, em torno de um rolo de 500 mm de _{Λ A} Ο X diâmetro , angulo de envolvimento de 180 a velocidade de uanda de 10 m/min.

'1' (t) - Temperatura de ponto médio de folha extrusada (valor esperado depois de contacto com rolo 3

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-18é de aproximadamente 220°C)

Tg = Temperatura da folha extrusada = 230°C

1'^ = Temperatura da superfície de rolo = 90°c

Sn» = esoessura da banda = 2,5 mia - 0,0025 m

OC = 1 x 10 , x -, ι ί 0,5 X 3Í a 6' t = tempo de contacto de rolo kseg) = —*---------10 x 8,6 = 2,62 seg

S_T 0,0025 éjõt 4^2,62 x 10~⁷ = 1,22 erf —

( Gq, ) _ 4^ct

T(t) = 0,916 = (230 - 90) .0,916 + 90 = 218,2°C

Isto confirma o exemplo utilizado na Figura 1, isto é, para uma meia espessura de folha, o tempo de permanência foi dimunuído por um factor entre 3 e 4, para se ooter um perfil de temperatura de banda interior próximo do representado na Figura 5-B .

lima segunda forma de realização do presente invento está representada na Figura 2. hesta forma de realização, a banda 11 sai continuamente do transportador e alimenta verticalmente entre um conjunto de moldes 17 e 18 opostos fixos, que não se deslocam na direcção da alimentação da banda. 0 molde 17 está representado quando está a abrir com um produto formado 19 numa posição parcialmente extraída. A se^. ção tracejada da folha 21 representa folha congelada pelo seu contacto prévio com os moldes.

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-19Decorrido um curto período de tempo, o molde desloca-se para a sua posição completamente aberta 17» e a extremidade do transportador 16 desloca-se para a sua posição mais baixa 16'. 0 ponto 11 da folha está agora situado em 11' e o molde 17 começa o seu movimento de fecho e fixação para prender a banda fundida e formar a peça seguinte.

a acção de têmpera ajustável dos rolos e a acção de su porte da correia não se alteraram em relação a da figura 1, mas a correia foi disposta de maneira a articular-se em volta do ponto de articulação 20, que está assente no plano da folha aproximadamente onde esta tem o primeiro contacto com a superfície da fita depois de sair do rolo inversor 8. Desta maneira, a acção de articulação do transportador não influencia muito a banda, além de a dobrar através do mesmo ân lo enquanto o transportador roda.

Quando a correia se desloca continuamente com a banda que suporta, esta acção de flexão não acontece num só troço localizado de banda, e ouservou-se que não altera de maneira significativa o comprimento do percurso da banda ou distorce a banda de qualquer maneira que influencie a sua espessura, perfil de temperatura, velocidade de fornecimento ou formabi lidade .

transportador móvel pode ser regulado para carregar novo material entre moldes de termomoldação 17 e 18 que funcionam intermitentemente, que, nesta forma de realização, não se deslocam na direcção de deslocação da banda.

A alimentação contínua da banda é assim acumulada entre ciclos de instrumentos de moldação quando se eleva a extremidade do transportador 16' para a posição 16, com a mesma velocidade com que a banda é fornecida para a correia transportadora.

a Figura 3 é análogo à Figura 2, mas apresenta uma localização alternativa dos rolos 6' e 8', que estão dispostos para proporcionar menos tempo de contacto e, portanto, menos tempo de arrefecimento a folha quente. 0 ponto de articula6? 514 ί'Ρ 17842/88

-20ção 20 também foi mais deslocado ao longo do transportador, embora mantendo-se no plano da folha até um ponto 20' . ^ssim a extensão suportada da folha fundida sobre o transportador móvel é encurtada, mas a acção de articulação do transportador necessária para alimentar a folha do ponto 11 para o pon to 11' manteve-se.

a fim de se compreender melhor a maneira como o processo do presente invento pode ser adaptado para este processo de termomoldação intermitente, fazemos agora referência a figura 4.

Na figura 4Α, o molde fêmea 17 está na sua posição completamente retraída e um ejector 22 está na sua posição prolongada na boca aberta do molde fêmea, para assegurar que o recipiente formado 14 foi impelido completamente até ficar separado da abertura de molde, a folha está também em estado sólido no topo do molde 17. A folha fria fornecida a partir do ciclo de moldação precedente, que sobressai abaixo do fun do do molde 17, passa entre dois conjuntos de pares opostos de rolos 26 de aperto, accionados, ou outros meios de tracção, colocados assim para apertar as bordas exteriores da folha, mas ficando separados de qualquer percurso de movimen to subsequente do produto formado 14.

Os rolos 26 são mantidos imóveis no momento do ciclo representado na -rigura 4A e assim suportam, a partir de debaixo do molde 17, todo o peso da folha congelada que é extrusada para o cimo do molde 17. beste mesmo momento, o trans portador roda em volta de um ponto de articulação 20, de maneira que o rolo transportador 16 se desloca de baixo para cima com a mesma velocidade com que a banda 11 é descarregada a partir da extremidade do transportador. Por conseguinte, a secção de folha moldável a quente suspensa verticalmen te entre a secção congelada de folha e o rolo transportador 16, não está a ser substancialmente esticada ou comprimida.

Além disso, é importante compreender que a disposição doeroloede arrefecimento e do transportador está feita de ma

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neira que o estado da folha que sai do transportador não per mitiu que a camada inferior mais fria e relativamente mais rígida sobre o transportador tivesse podido aquecer de novo na mesma medida que representado na Figura 1 e na descrição relacionada com esta, de maneira que esta camada mais rígida ainda estará a aquecer de novo na secção verticalmente suspensa de folha quente situada entre o rolo 16 e a folha sólida que começa no ponto de alinhamento horizontal com o topo do molde 17.

Be facto, esta camada mais rígida será mais aquecida de novo proporcionalmente depois de sair do ponto de saída do transportador no rolo 16, até atingir a união com a folha fria. Observou-se uma melhoria inesperada no sentido de que a graduação assim produzida na rigidez desta referida camada mais rígida, actua para diminuir a tendência natural da banda para se curvar verticalmente em maior grau na zona da banda que está mais próxima do ponto de saída do rolo transportador. Esta tendência, devida ao peso da banda pendente abaixo desta zona, é agora substancialmente equilibrada por diminuição progressiva da espessura da pele, de forma que se observa que a banda pendente se mantém com espessura relativamente uniforme, yualquer curvatura total acumulada pode ser depois compensado se se aumentar um pouco a velocidade verti cal de elevação do rolo 16, acima da velocidade com a qual a banda sai da extremidade do transportador.

Na Figura 4ΰ, o transportador é depois rodado para baixo em torno do ponto de articulação 20, com uma velocidade relativamente maior que a velocidade de fornecimento de banda. -n. velocidade com a qual o rolo transportador 16 é descido por esta acção de articulação é acompanhada pela velocidade superficial dos rolos de aperto 26 agora em rotação, de maneira que a secção de banda agora a ser descida entre os moldes 17 e 18 não é suostancialmente esticada, nem comprimi da. 0 par de rolos de aperto 26 também pode ser deslocado la teralmente, conforme está representado, para acompanhar qual

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quer componente lateral de deslocação do rolo transportador 16, quando o transportador é rodado.

produto acabado também foi assim descido, bem como a secção sólida de banda que rodeia o produto mas não adere necessariamente a este.

Deve observar-se também que a velocidade de rotação do rolo 16 se mantém constante durante esta operação e as operações subsequentes.

Na figura 4C, o transportador está representado a rodar de novo de baixo para cima com uma velocidade igual a veloci. dade com que a banda sai do rolo transportador 16. Os moldes estão na posição fechada e fixada, e o intruinento esticador macho 23 foi inserido na banda quente para ajudar na moldação de um novo produto.

Na termomoldação típica, os moldes ocupam esta posição fixada durante a maior parte da duração total do ciclo, em geral durante mais de 70 por cento do tempo de duração do ciclo .

Na Figura 4D, o transportador está representado ainda a rodar de baixo para cima para a sua posição mais elevada, e os moldes estão a ponto de abrir. Depois de os moldes estarem abertos, o ciclo estará completo e começará de novo, conforme está representado na Figura 4a.

A fim de se compreender ainda melhor a maneira como o processo do presente invento pode ser ajustado de maneira simples para se adaptar a banda com temperaturas, materiais, espessuras e velocidades de percurso variáveis, para alimentar a banda a um aparelho de termomoldação intermitente, a iigura 3 apresenta o rolo ajustável 6 numa posição diferente 6', e o rolo inversor 8 numa posição diferente 8'. 0 ponto de articulação é também deslocado agora para uma posição diferente 23' , e mantém-se localizado no plano da folha onde a folha sai do rolo inversor 8' e tem o seu primeiro contacco com a correia transportadora 10.

Esta configuração é geralmente utilizada para o trata67 514 ff 17842/88

-23mento de banda de polipropileno com 2 a 3 mm, enquanto que a posição do rolo 6 da figura 2 é utilizada em geral para uma banda de polipropileno mais espessa de 4 a 5 mm.

E preferível que a posição angular do rolo 6 seja ajuja tável a qualquer posição a partir do alinhamento vertical com o rolo 3, na sua posição mais elevada, descendo cerca de 130° até onde a superfície do rolo 6 está quase a ter contaç to com a superfície do rolo 2.

Analogamente, o ponto em que a folha sai do rolo 6 e alimenta a correia transportadora que também estabelece a localização do ponto de articulação 20, deve ser preferivelmente ajustável numa distância de cerca de 2/3 do comprimento do transportador, conforme está representado pela distância dos centros entre o rolo transportador 9 e o rolo transportador 16. E também preferível, mas não necessário, que todas estas posições ajustáveis dos rolos 6 e 8 e o ponto de articulação 20 do transportador estejam Ligadas por meio de um mecanismo que mantenha uma relação geométrica previamente desejada entre as referidas posições. Muitos mecanismos e aoarelhos apropriados para atingir este objectivo serão óbvios para os técnicos da especialidade e não se tem a intenção de limitar o presente invento restringindo-o a qualquer forma de tal mecanismo.

a observação da figura 3 mostra claramente que é possível ajustar a posição do ponto de articulação 20 sem limitar o grau de rotação do transportador numa medida em que a distância vertical deslocada pela extremidade de saída do trang, portador 16 seja diminuída de maneira prejudicial.

âmbito do presente invento não tem que ser limitado pelos meios descritos na figura 2 e 3 para variar o ponto de articulação de 20 para 20', a fim de se adaptar mais delgada. E também possível, por exemplo, atingir o mesmo resultado mantendo o rolo transportador 9 juntamente com o rolo rotativo 8', mas para encurtar a distância de contacto da banda sobre o transportador, ao deslocar o rolo transportador &Ί 514 £'£ 17842/88

-2416 para mais perto do rolo transportador 9.

Outra variante do processo do presente invento está representada na Figura 6, na qual o comprimento do transportador extensível para suportar a banda no interior do hiato en tre dois pares opostos móveis de moldes 17 e 18. í’a i’igura 6, a banda é temperada por rolos ajustáveis Inão representados) utilizando o mesmo processo descrito para as -ciguras 1 a 4 acima, e é colocada socre uma correia transportadora móvel 10 por intermédio de um rolo rotativo 8 opcional, ^este exemplo, uma banda com a espessura de 1,5 mm está representada a ser fornecida ao transportador com um décito constante de 6 m/min. A correia transportadora tem um rolo 9 accionado a velocidade constante e com a temperatura controlada, um rolo 16 quê pode ser deslocado horizontalmente e um rolo recolhedor 25 móvel vertícalmente. A Figura 6A representa o instrumento inferior 28 na posição completamente aberta e mais baixa, enquanto que o instrumento superior 27 foi descido para cima da banda quente para ter contacto com esta. Seguidamente mantém-se a banda contra a face do instrumento superior 27 por meio da aplicação de vácuo. Durante a acção de descida do instrumento superior para cima da banda e de aplicação de vácuo, o instrumento superior e o rolo transportador 16 estão ambos em movimento na direcçao de fluxo de material a 6 m/min, e têm de estar conjuntamente alinhados.

Na 1'igura 6B, os instrumentos superior e inferior estão agora representados fixados um ao outro, deslocando-se alinhados a □ m/min na direcção do fluxo de material. 0 rolo transportador 16 foi retirado de entre os moldes, antes do fecho, deixando para trás a secção fixada a vácuo, unida ao molde superior. A fim de retirar a correia transportadora sem danificar a banda, é importante que a adesão entre a correia e a banda seja impedida pelo processo de condicionamento de banda do presente invento.

Fara adaptar a distância agora diminuída entre os rolos

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-259 e 16, e para manter a tensão da correia transportadora 10, o rolo móvel 25 foi descrito simultaneamente com o movimento de recuo do rolo 16. Depois do seu movimento de recuo relativamente rápido, o rolo 16 começa então imediatamente o seu movimento para diante com uma velocidade de 6 m/min, a fim de manter a velocidade de correia relativa em zero, imediatamente acima dela. 0 rolo 6 desloca-se então para diante imediatamente atrás dos moldes fixados entre si, suportan do substancialmente toda a banda quente, excepto a já aperta da entre os moldes, enquanto se efectua a moldação e arrefecimento do produto.

Wa iigura 66, vemos um meio pelo qual os instrumentos podem ser separados, e as peças formadas podem ser ejectadas. 0 instrumento- inferior 28 foi descrito da sua posição fixada e foi marcado ou deslocado para trás para um ponto atrás da posição de partida que ocupava na Figura 6A. as peças acabadas são depois impelidas para fora do molde superior por * meio de ejectores, antes do retorno do molde superior a sua posição de partida, conforme está representado na -cigura 6a.

Outra variante do processo do presente invento está representada na Figura 7, na qual a banda também é primeiramen te condicionada em volta de um conjunto de rolos de têmpera ajustáveis de acordo com o processo descrito acima e tarnoém fornecida a velocidade constante, soure uma correia transportadora por meio de um rolo rotativo 8. 0 rolo accionador 9 com temperatura controlada é accionado com a mesma velocidade superficial que o rolo 8, mas o rolo 16 é accionado com velocidade variável, a fim de manter o material estacionário enquanto os moldes 17 e 18 estão fixados entre si (não repre sentado) durante a formação do produto 19. Os moldes 17 e 18 não têm nenhum movimento na direcção'do fornecimento de material. suando o ciclo de moldação está completo, e os moldes 17 e 18 foram recuados para as suas posiçães completamente abertas, o rolo 16 é depois accionado com uma velocidade superficial relativamente maior que a do rolo 9, para fornecer

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novo material quente 11, entre os moldes, para o ciclo de moldação seguinte. 0 material fornecido constantemente é acomodado durante o ciclo de moldação enquanto o rolo 16 se mantém estacionário, aumentando o comprimento do topo da cor reia por meio de um rolo elevatório 24, que é elevado de bai, xo para cima com uma velocidade variável que mantém a superfície superior da correia sob tensão, de maneira que a super fície superior da correia constantemente em movimento tem o seu comprimento aumentado com a mesma velocidade com que o material e fornecido a correia.

Instalam-se opcionalmente rolos 26 de aperto accionados para suportar o peso do material congelado e do produto acabado, conforme é descrito de maneira mais pormenorizada em relação ao processo apresentado com referência a iigura 4.

aumento e diminuição cíclicos da correia na superfície superior é depois absorvido por meio do rolo móvel 25.

a Figura 8 mostra ainda outra variante na qual o compri mento da correia na superfície superior é aumentado para receber o material fornecido constantemente entre a operação cíclica dos moldes 17 e 18. heste caso, o rolo 27 é accionado com velocidade variável, a fim de accionar a correia e o material de banda suportado por esta sobre o rolo 16, quando os moldes 17 e 18 estão na posição completamente aberta. l'odo o comprimento necessário da superfície superior da correia é, neste caso, compensado deixando a correia curvar-se juntamente com o peso do material de banda, durante o período de tempo em que o rolo accionado 27 é mantido estacionário.

Em todos os outros aspectos, os processos representados nas Figuras 7 e 8 funcionam identicamente.

oerá evidente para os técnicos da especialidade que há certas vantagens e desvantagens nos processos descritos nas Figuras 7 e 8 relativamente ao descrito na figura 4. uma van tagem é que a banda é completamente suportada, excepto duran te o tempo relativamente curto de alimentação da secção seguinte de fundido entre os moldes abertos, que pode diminuir

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a tendência da banda não suportada pendente verticalmente do processo da iigura 4, para ser sujeita a extensão por curvamento vertical, bma desvantagem é que os processos das Figuras 7 e 8 (assim como o processo da Figura 6), necessitam de contacto demorado do material com a correia, e mais arrefecimento brusco da pele inferior da banda será necessário se se quiser impedir a adesão da banda a correia. E também evidente que a secção do material da banda que é mantida estacionária sobre o rolo 16 na extremidade do transportador nos processos das Figuras 7 e 8 terão um ambiente térmico diferente devido à presença do rolo 16. Isto pode dar origem a fitas estreitas na banda, que têm formabilidade diferente da do resto da banda. Estas fitas podem não ser utilizáveis como parte'de qualquer produto acabado, mas podem ser simples mente fixadas nos moldes fora da zona do produto acabado. Isto pode originar uma diminuição de banda utilizável e um aumento de restos de armação, na expressão usada pelos ter momoldadores. Maior quantidade de resto de armação diminui a produção do equipamento de moldação.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1-. - Processo de termomoldação de objectos ocos que compreende a extrusão de uma banda de material termoplástico, directamente num conjunto de rolos de têmpera, com temperatura controlada, o arrefecimento das camadas de superfí cie da banda, inferior e superior, por passagem através dos referidos rolos de têmpera, mantendo o interior da banda nu ma condição fundida entre as referidas camadas de superfície, a alimentação da banda parcialmente arrefecida a um transpor tador e o transporte da banda para a entrada de um termomolde, caracterizado por a banda permanecer no transportador até que a camada de superfície da banda, que está em contai, to com o transportador, tenha sido reaquecida pelo interior fundido da banda até uma temperatura de termomoldação, abaixo da qual a banda colará ao transportador.
2§. - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a banda ser alimentada num comprimento contínuo do extrusor para o teraiomolde.
3- . - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o reaquecimento da camada de superfície da banda ser controlado por ajuste do comprimento do transportador com o qual a camada de superfície está em contacto.
4- . - Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a temperatura do transportador ser controlada para auxiliar o controlo do reaquecimento da camada de super fície .

o-. - Processo, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado por a extensão de contacto entre a banda e os rolos de têmpera ser ajustada de modo a auxiliar o controlo da temperatura da banda.

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6- . - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a banda ser alimentada horizontalmente do tranji portador para a entrada de um termomolde possuindo moldes opostos verticalmente.
7- . - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a banda ser alimentada verticalmente de um trans portador para a entrada de um termomolde possuindo moldes opostos horizontalmente.
8- . - Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o comprimento da banda entre o transportador e os moldes nao ser suportado a não ser pela sua própria estru tura, cias ser-suportado depois de sair dos moldes.
9^è. - aparelho para alimentação de uma folha termoplástica desde um extrusor até um termomolde, incluindo um conjunto de rolos de têmpera com temperatura controlada para receber, desde o transportador, uma banda de material termoplástico fundido, um transportador para receber a banda temperada dos rolos de têmpera e transportar a banda para a entrada do termomolde, caracterizado por as posiçOes relativas dos rolos de têmpera e do transportador e o comprimento do transportador que contacta com a banda serem ajustáveis, pelo que a temperatura da superfície da banda, em contacto com o transportador pode ser controlada de modo que ela entre no termomolde com uma temperatura termomoldável, inferior aquela a que a banda colará ao transportador.
10^. - aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o transportador incluir uma correia transportadora accionada.
11-. - Aparelho de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado por o transportador ser articulado para permi67 514

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-30tir que a sua extremidade de saída seja movida em direcção à entrada do termomolde e seja dela afastada.
12-. - aparelho de acordo com a reivindicação 11, carac terizado por os meios transportadores serem articulados em torno de um ponto substancialmente no plano da banda quando contacta com o transportador.
13§. - Aparelho de aeordo com a reivindicação 12, carac terizado por a localização do referido ponto articulado ser aj ustável.
14^ê. - Aparelho de acordo com a reivindicação 9, carac terizado por o comprimento do transportador , contactado pela banda, ser ajustável de modo a reter uma parte da banda continuamente extrusada e a alimentar intermitentemente uma porção retida ao termomolde.
15^§. - Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o transportador estar localizado relativamente à entrada do termomolde de modo a alimentar a banda horizontalmente ao termomolde e por os moldes do termomolde serem móveis para permitir a entrada e saída do transportador.
16^s. - ^parelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o transportador estar localizado em relação a entrada do termomolde de modo a alimentar a banda verticalmente ao termomolde.
17^ê. - Aparelho de acordo com a reivindicação 16, carac terizado por se proporcionarem meios de suporte para o supor te do produto que sai do termomolde mas não se proporcionarem meios de suporte para o suporte da banda entre o transportador e o termomolde.

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