ITMI992384A1 - Metodo ed impianto per la biorientazione di materiali termoplastici multistrato - Google Patents

Description

METODO ED IMPIANTO PER LA BIORIENTAZIONE DI MATERIALI TERMOPLASTICI MULTISTRATO

La presente invenzione propone un metodo e il relativo impianto per lo stiro e la biorientazione di materiali termoplastici multistrato, in particolare tubolari multistrato coestrusi, che consente di raggiungere il massimo rapporto di orientazione per tutti gli strati, anche quando questi hanno rapporti di stiro e temperature di orientazione differenti.

In particolare con il metodo secondo l’invenzione si porta il tubolare multistrato coestruso, all’uscita del tunnel di preriscaldamento, alla temperatura di orientazione del materiale avente la temperatura di stiro più elevata, si effettua una prima fase di biorientazione con gli altri materiali che si trovano ancora allo stato plastico, si decrementa poi la temperatura del tubolare fino alla temperatura di biorientazione del secondo materiale, si effettua una fase di orientazione del secondo materiale completando contemporaneamente la biorientazione del primo materiale e così via per tutti gli strati successivi.

Il metodo secondo l'invenzione consente allora di biorientare i diversi strati al massimo rapporto consentito per ciascuno di essi, esaltando le caratteristiche chimico-fìsiche, e realizzando in tal modo una sostanziale economia del materiale.

L'invenzione riguarda il settore della produzione di materiali multistrato estrusi ed in particolare la produzione di tubolari o pellicole in materiale termoplastico multistrato.

Questi tubolari o pellicole sono utilizzati ad esempio per il confezionamento di prodotti alimentari, sia precotti che crudi, grazie al loro basso costo ed alle caratteristiche chimico-fisiche, che assicurano una buona conservazione del prodotto per periodi di tempo ragionevolmente lunghi.

Questi tubolari o pellicole sono solitamente costituiti da più strati di materiali scelti in funzione delle loro caratteristiche.

In particolare il materiale che compone lo strato interno deve essere compatibile con il prodotto confezionato ed essere completamente atossico, i successivi strati devono fornire un efficace barriera ai gas, ai liquidi, agli aromi.

Questi tubolari o pellicole vengono solitamente prodotti estrudendo degli strati di materiale concentrici attraverso una filiera anulare, all'uscita della quale il tubolare viene calibrato e raffreddato, successivamente riscaldato facendolo passare in un tunnel e quindi bi-orientato stirandolo contemporaneamente lungo due direzioni rispettivamente trasversale e longitudinale.

Ad esempio lo stiro longitudinale si ottiene stirando il tubolare fra due traini che si muovono a velocità differenti, e con un incremento di velocità fra loro pari al rapporto di stiro, mentre lo stiro trasversale si effettua con il cosiddetto sistema “a bolla" che consiste nel soffiare all’interno del tubolare una quantità di aria tale da provocare un aumento di diametro dello stesso pari al rapporto di stiro, creando una sorta di bolla d'aria nel tratto di tubolare compreso fra i due traini.

Questi sistemi di stiro sono ben noti agli esperti del settore e non ne è pertanto necessaria una descrizione dettagliata.

Normalmente i diversi materiali che compongono ì vari strati hanno temperatura di fusione e temperatura di orientazione differenti ed anche il rapporto di stiro massimo ottenibile varia da un materiale all’altro.

La tabella che segue riporta i parametri sopra citati per i materiali di uso più comune per la produzione di questi tubolari.

Ovviamente, per evitare rotture del materiale che compone uno o più di questi strati, è necessario che lo stiro del tubolare per l'orientazione rispetti i valori per il materiale che ha il rapporto di stiro minore.

Ne deriva, allora, che molti dei materiali non vengono completamente sfruttati, in quanto pur potendo sopportare rapporti di stiro ben maggiori rispetto a quelli applicati, vengono stirati in misura inferiore, con un rapporto di stiro pari a quello dello strato che sopporta minori allungamenti.

Questi limiti vengono ora superati con il metodo secondo l'invenzione la quale permette di raggiungere, per ciascuno strato, il massimo valore di stiro possibile.

A questo scopo l’invenzione prevede di portare il tubolare, all’uscita de tunnel, fino alla temperatura di stiro del materiale avente temperatura di stiro più elevata, di dilatare il tubolare per dare avvio allo stiro di questo primo strato, mentre il materiale degli strati rimanenti, che si trovano allo stato fuso, si deformano plasticamente seguendo gli allungamenti del primo strato.

La temperatura del tubolare viene ridotta e controllata fino alla temperatura di orientazione del secondo materiale e qui si prosegue lo stiro del primo strato contemporaneamente allo stiro di questo secondo strato.

Si prosegue cosi, fino allo stiro completo di tutti gli strati.

La presente invenzione sarà ora descritta dettagliatamente, a titolo di esempio non limitativo, con riferimento alle figure allegate in cui:

• la figura 1 illustra, schematicamente, un impianto secondo l’invenzione per (a produzione di un tubolare in materiale termoplastico multistrato; • la figura 2 è un particolare ingrandito di figura 1;

• la figura 3 è un diagramma che riporta il rapporto di stiro, la temperatura di riscaldamento e la temperatura del tubolare .

Nel seguito della descrizione si farà riferimento al caso specifico di un tubolare che comprende tre strati, uno in poliammide, uno di adesivo e l’altro in Copolimero diPP.

E' chiaro però che la stessa idea di soluzione potrà validamente essere applicata anche a materiali a più strati o realizzati con materiali differenti. In figura con il numero 1 si indica una filiera, illustrata schematicamente, dalla quale viene estruso un tubolare 2 costituito da uno strato in Copolimero di PP uno di adesivo e l’altro strato in poliammide.

Il Copolimero di PP ha una temperatura di orientazione compresa fra circa 128 e 138° e può raggiungere un rapporto di stiro prossimo a 1:6,5.

La poliammide ha una temperatura di orientazione di 75-85° e può raggiungere un rapporto di stiro fino a 1:3,5 max 1:4.

All’uscita dalla filiera 1 il tubolare 2 passa all'interno di una camera delimitata da una serie di dispositivi anulari di raffreddamento preferibilmente del tipo ad acqua 3.

Questi dispositivi sono di per sé noti e non è necessaria una descrizione maggiormente dettagliata.

I rulli 4 trascinano il tubolare ad una velocità superiore a quella con la quale esce dalla filiera, provocandone cosi l'allungamento in fase plastica, determinando lo spessore del tubolare primario prima del raffreddamento I rulli 5 in sincronismo con i rulli 4, sono posti all’ingresso del tunnel composto da due o più camere 6 e 7 delimitate da una serie di dispositivi anulari di riscaldamento, preferibilmente del tipo ad infrarossi, indicati con IR. Più a valle un dispositivo di raffreddamento 8 provvede a raffreddare il tubolare che viene poi appiattito da due piani a rulli 9 e poi preso fra una coppia di rulli 10 per essere poi diretto ad una bobina di avvolgimento non illustrata in figura.

I rulli 10 trascinano il tubolare ad una velocità superiore a quella dei rulli 5, provocandone così l’allungamento e l’orientazione in senso assiale.

Contemporaneamente, l'aria insufflata all'Interno del tubolare provoca la dilatazione in corrispondenza del tratto che si trova all'interno della camera 7 definita dai dispositivi di riscaldamento IR ed eseguendo in tal modo l'orientazione in senso trasversale.

Caratteristica dell'invenzione è quella di prevedere mezzi atti a controllare la temperatura del tubolare nelle varie zone del percorso, in modo da ottenere un gradiente di temperatura che varia dalla temperatura di orientazione de polipropilene, nella zona a monte, all’ingresso della camera 7, alla temperatura di orientazione (inferiore) della poliammide, nella zona più a valle verso l'uscita della camera 7.

In sostanza, il materiale nel primo tratto del percorso all’interno delle camere 6, nella zona indicata con S1 in figura, viene preriscaldato alla temperatura t1 di orientazione del polipropilene, quindi a circa 138°.

La lunghezza del tratto S1 è tale per cui, tenuto conto della velocità di avanzamento del tubolare, questo possa raggiungere la temperatura t1. Successivamente il tubolare passa nella camera 7, nella zona indicata con S2 e in questo tratto subisce una prima orientazione, fino ad un rapporto R1. Man mano che si prosegue la temperatura viene diminuita fino a raggiungere, nel tratto S3 il valore T2 pari al valore di orientazione della poliammide, nel caso specifico una temperatura di circa 80°.

Anche in questo caso la lunghezza del tratto S2 è calcolata in modo tale che durante questo tratto di percorso il tubolare venga orientato fino al valore massimo ammissibile per la poliammide, con un rapporto di stiro R2.

Durante questa fase continua anche l’orientazione del primo strato, orientazione che si aggiunge a quella precedente, in modo che anche il primo strato venga orientato fino al massimo valore ammissibile, lo strato intermedio adesivo si allunga sempre allo stato plastico.

ln sostanza, se R3 indica il massimo rapporto di orientazione per il primo materiale e R2 è il rapporto di orientazione del secondo materiale, l'orientazione nel primo tratto S2 sarà: R1 = R3 - R2.

In questo modo al termine tutti gli strati risultano orientati al massimo valore ammissibile.

In conclusione, il metodo secondo l’invenzione prevede di effettuare un primo stiro parziale alla temperatura di orientazione di un primo materiale, con gli altri materiali che si trovano in uno stato plastico e seguono quindi le deformazioni del primo materiale senza l’insorgere di tensioni intere, una seconda fase di diminuzione della temperatura, nella quale si porta i tubolare alla temperatura di orientazione, inferiore, di un secondo materiale ed una ulteriore fase di stiro nella quale si completa lo stiro del primo strato e si effettua lo stiro del secondo.

La stessa procedura può poi essere applicata al caso di tubolari a tre o più strati, variando opportunamente le diverse fasi di stiro.

Nel grafico di figura 3 sono indicati a titolo esemplificativo i vari parametri relativi allo stiro di uno strato di polipropilene. Qui la linea URS” indica il rapporto di stiro trasversale/longitudinale, la linea T-IR la temperatura degli elementi riscaldanti, la linea T-TU la temperatura del tubolare.

Un esperto del ramo potrà poi prevedere diverse modifiche e varianti, che dovranno pertanto ritenersi tutte comprese neH'ambito del presente trovato.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per l'orientazione e lo stiro di materiali termoplastici multistrato, in particolare tubolari, caratterizzato dal fatto di prevedere le seguenti fasi: a) si porta il tubolare, aH'uscita del tunnel di preriscaldamento, alla temperatura di orientazione di un primo materiale, avente la temperatura di orientazione più elevata, e con il materiale dei rimanenti strati ancora allo stato plastico; b) si esegue un primo stiro parziale di detto primo strato, con gli altri strati che si deformano plasticamente per seguirne le dilatazioni; c) si abbassa la temperatura del tubolare fino alla temperatura di orientazione di un secondo strato; d) si esegue lo stiro di questo secondo strato e si prosegue contemporaneamente lo stiro dello strato precedente; e) si ripetono le fasi c) e d) per gli strati successivi fino ad ottenere, per ciascuno strato, il massimo grado di stiro ammesso.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1 , in cui durante la fase di stiro parziale dì detto primo materiale si raggiunge un valore di stiro pari alla differenza fra il valore di stiro massimo raggiungibile per detto primo materiale ed il valore di stiro massimo per il materiale successivo.
3. 3. Metodo secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'orientazione di detto film avviene con il sistema a bolla.
4. 4. Impianto per l'orientazione e lo stiro di materiali termoplastici multistrato del tipo comprendente: - una filiera anulare per l'estrusione di un tubolare multistrato con relativo sistema di raffreddamento; mezzi atti ad effettuare lo stiro longitudinale di detto tubolare; mezzi atti ad insufflare aria all'interno di detto tubolare per effettuarne Io stiro trasversale; caratterizzato dal fatto di prevedere: • mezzi atti a creare un gradiente di temperatura su detto tubolare in corrispondenza della zona di stiro, tale da portare detto tubolare da una prima temperatura corrispondente alla temperatura di orientazione dello strato costituito dal materiale avente temperatura di orientazione più elevata; • mezzi per regolare l’entità dello stiro in un primo tratto di detta zona di stiro, in modo da stirare parzialmente detto primo strato con gli altri strati che si deformano plasticamente; • mezzi per portare successivamente detto tubolare ad una temperatura corrispondente alla temperatura di orientazione di un secondo strato avente temperatura di orientazione inferiore alla precedente; • mezzi per effettuare lo stiro del secondo strato continuando contemporaneamente lo stiro del primo strato; • mezzi atti a ripetere le fasi c) e d) per i successivi strati, fino allo stiro di tutti gli strati a raggiungere il massimo rapporto di stiro ammissibile per ciascuno di essi.