Procedimiento para la fabricación de un material polímero relleno de fibras más largas.

Procedimiento para la fabricación de un material polímero relleno de fibras largas,

en el que las fibras, que normalmente presentan una cierta humedad residual de entre el 5 y el 8 % y una longitud mínima superior a 2 mm, y un material portante se mezcla y calienta en un reactor o compresor de corte bajo constante movimiento y, opcionalmente, trituración del material portante, manteniendo siempre la capacidad de corrimiento o estado fragmentado, caracterizado por que las condiciones, en particular la temperatura del reactor o del compresor de corte, se ajustan de tal modo que las fibras se secan hasta que queda la menor humedad residual posible en la que las fibras son aún lo suficientemente flexibles como para no romperse durante el procesamiento en el reactor o compresor de corte ni durante el posible compactado posterior, como por ejemplo una extrusión.

Procedimiento para la fabricación de un material polímero relleno de fibras más largas La presente invención se refiere a un procedimiento según el concepto general de la reivindicación 1 o bien al uso de un dispositivo para la realización del procedimiento según la reivindicación 14.

Los materiales de relleno se mezclan de muchas formas con distintos materiales portantes. Como materiales portantes convencionales, se conocen del estado actual de la técnica, por ejemplo, los materiales sintéticos termoplásticos.

Un material de relleno que se aplica cada vez más con buenos resultados es la madera natural en forma de harina o de virutas cortas. También se usan fibras de papel y de celulosa como materiales de relleno para modificar las propiedades de plásticos o resinas. Estos materiales de madera se utilizan en la actualidad, por regla general, con una longitud de fibra inferior a 2 mm.

Además de estos materiales de relleno o fibras, existen básicamente también fibras de madera obtenidas industrialmente, por ejemplo fibras de palmas y gramíneas fibrosas como el bambú, el cáñamo, el sisal, etc. Hay que entender “madera” aquí solo en sentido figurado. Estas fibras producidas industrialmente presentan una mayor longitud y tienen por regla general una longitud superior a los 5 mm, preferentemente incluso una longitud de fibra de entre 10 y 20 mm. Existen diversos métodos para producir dichas fibras técnicas de un modo económico y reproducible con la misma forma.

La ventaja de las fibras más largas reside en que estas fibras más largas presentan, por ejemplo para productos acabados como perfiles, paneles, etc., unas propiedades mecánicas considerablemente mejores que las de las fibras de madera cortas de menos de 2 mm. Por lo tanto, existe una necesidad práctica de fabricar productos hechos de materiales con fibras lo más largas posible.

Sin embargo, dichos materiales con fibras largas son relativamente difíciles de producir. Mientras que la producción de materiales portantes con fibras cortas de menos de 2 mm no suele presentar dificultades técnicas, ni siquiera en la extrusión, la adición de fibras más largas, con una longitud por ejemplo superior a los 5 mm, en el extrusor, por ejemplo en un extrusor de un tornillo sinfín, pero también en los de doble tornillo, produce un comportamiento muy malo de alimentación o de dosificación del extrusor. Esto provoca o bien una restricción de los caudales o incluso puede llegar a ser del todo imposible la incorporación de cantidades significativas de fibras largas en el material portante.

Puede ser deseable la adición de fibras en una gama de entre el 10 y el 90 % en peso, lo que varía según la aplicación. Cuando no se usa o no se puede usar un polímero termoplástico como material portante o aglutinante y se emplea como material portante un plástico termoestable o una resina, hay casos de aplicación en los que se precisa un contenido de fibras de más del 70 %, en particular de entre 80 y 90 %. Precisamente con estas grandes cantidades de fibras largas, la alimentación del extrusor puede ser muy complicada y el mal comportamiento de alimentación puede afectar a la eficiencia hasta el extremo de la inviabilidad.

Otro problema reside en la humedad (de agua) que se introduce en el sistema a través de las fibras. Las fibras, como todas las cargas, tienen una superficie relativamente grande, en la que se pueden depositar cantidades correspondientemente grandes de humedad residual.

Pero una humedad residual alta afecta de forma extremadamente obstaculizante a la compactación final a temperatura más elevada, por ejemplo durante la extrusión, y limita el caudal y reduce la calidad del producto. Por ejemplo, durante la extrusión de un material portante cargado con harina de madera, dicha harina debe someterse a un presecado muy intensivo y complicado, para que, por ejemplo en tornillos sinfín dobles, se pueda llegar a conseguir a duras penas los caudales suficientes. Si la humedad es demasiado elevada, se sobrecarga la desgasificación del extrusor, lo que puede conllevar pérdida de material o una parada completa de la instalación.

En este contexto, hay un problema adicional en el procesamiento de materiales portantes higroscópicos y/o sensibles a la degradación hidrolítica, por ejemplo en policondensados como el poliéster, en particular el PET. En concreto, en estos materiales portantes, una humedad residual excesiva en el recipiente colector produce, especialmente a temperaturas más elevadas, una degradación hidrolítica de las cadenas de polímero y disminuye la calidad del material obtenido o del producto final. Por este motivo, es especialmente importante mantener aquí la humedad lo más baja posible.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que cada presecado significa un paso adicional del procedimiento y que un presecado adicional consume tanto tiempo como energía.

Por otro lado, también es preciso tener en cuenta que es importante que las fibras contengan humedad residual, porque esta actúa como una especie de lubricante o bien mantiene elevada la flexibilidad de las fibras, lo cual es decisivo para el procesamiento. Si, por ejemplo, las fibras brutas se secan demasiado o están casi completamente secas antes de su adición o de su procesamiento, las fibras serán muy quebradizas y se romperán con mucha facilidad incluso bajo una solicitación mecánica reducida, es decir, durante el tratamiento en el compresor de corte o como muy tarde durante la extrusión. Con ello se acortan las longitudes de las fibras y se reducen las propiedades cualitativas del producto final, ya que la proporción de fibras largas, por ejemplo de fibras de más de 5 mm de longitud, disminuye drásticamente o bien solo quedan fibras cortas de menos de 2 mm de longitud en el producto final.

Por lo tanto, la humedad residual de las fibras brutas empleadas no debe ser demasiado elevada, ya que esto, como muy tarde durante la extrusión, afectaría negativamente al material portante o polímero o al comportamiento de extrusión. Por otro lado, la humedad residual tampoco puede ser demasiado baja, ya que en ese caso las fibras se romperían durante el procesamiento y se acabaría teniendo solo fibras cortas y, con ello, un producto final cualitativamente desventajoso.

Por consiguiente, el cometido de la invención es crear un procedimiento para la producción de un material polímero cargado con fibras más largas [de lo habitual] con una cierta longitud mínima, consiguiéndose simultáneamente con el procedimiento elevados caudales y un producto final de alta calidad, en el que particular se ha mantenido la longitud original más larga de las fibras.

Este cometido se resuelve mediante las características distintivas de la reivindicación 1.

En el procedimiento según la invención, para la producción de un material polímero cargado con fibras más largas, las fibras, de una longitud mínima superior a los 2 mm y que por lo general presentan una cierta humedad residual de entre el 5 y el 8 %, y el material portante se mezclan y calientan en un reactor, recipiente colector o compresor de corte bajo movimiento constante y, dado el caso, trituración del material portante, manteniendo siempre la capacidad de corrimiento y el estado fragmentado.

El movimiento es importante, ya que con él se evita que el material se aglomere o se pegue entre sí. Se precisa un movimiento intensivo sobre todo en los materiales sintéticos termoplásticos, ya que los materiales plásticos se ablandan y se vuelven pegajosos y se aglomeran o aglutinan a una temperatura más elevada cuando no se mezclan o se remueven constantemente. Por lo tanto, el mezclado sirve también para mantener el material de partida con capacidad de corrimiento y fragmentado dentro del recipiente colector o reactor incluso a temperaturas más elevadas.

El incremento de la temperatura sirve, por un lado, para llevar el material portante a un estado reblandecido o pegajoso, con lo que se facilita el acoplamiento de las fibras al material portante. Por lo general, aún no se produce la fusión del material. Por lo tanto, con el aumento de la temperatura se garantiza una mezcla más íntima de las fibras y el material portante y también se prepara la mezcla para la compactación adicional que le sigue, en particular para la extrusión.

Además, el aumento de la temperatura produce un cierto secado del material portante y también de las fibras, el cual, como se ha determinado arriba, es necesario para garantizar el rendimiento de paso del extrusor o para asegurar la calidad del material. Por lo tanto, con la elevación de la temperatura se elimina una cierta proporción de humedad residual y se secan las fibras.

La solicitante... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de un material polímero relleno de fibras largas, en el que las fibras, que normalmente presentan una cierta humedad residual de entre el 5 y el 8 % y una longitud mínima superior a 2 mm, y un material portante se mezcla y calienta en un reactor o compresor de corte bajo constante movimiento y, opcionalmente, trituración del material portante, manteniendo siempre la capacidad de corrimiento o estado fragmentado, caracterizado por que las condiciones, en particular la temperatura del reactor o del compresor de corte, se ajustan de tal modo que las fibras se secan hasta que queda la menor humedad residual posible en la que las fibras son aún lo suficientemente flexibles como para no romperse durante el procesamiento en el reactor o compresor de corte ni durante el posible compactado posterior, como por ejemplo una extrusión.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que las fibras se secan hasta que la humedad residual es de entre el 1 y el 2 %.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que, para la mezcla y el calentamiento del material portante o de las fibras, en el reactor se emplea al menos una herramienta de mezcla o de trituración, dado el caso colocada en varios niveles superpuestos, que circula o gira en particular en torno a un eje vertical, con cantos de trabajo que actúan en el material mezclándolo y dado el caso triturándolo, produciéndose el calentamiento al menos parcialmente, preferentemente totalmente, mediante la aplicación de energía mecánica o fricción en el material.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que las herramientas de mezcla y/o trituración introducen el material portante o la mezcla a modo de espátulas en la carcasa de una unidad de descarga conectada directamente al reactor o compresor de corte, preferentemente un tornillo de transporte sinfín, un tornillo sinfín de extrusor o un tornillo sinfín doble, manteniendo continuamente la presión o la densidad, así como la presión de o la fluidez o consistencia del material.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que como material portante se utiliza al menos un polímero o bien un material macromolecular, en particular un polímero natural, por ejemplo celulosa o lignina, por ejemplo un plástico, preferiblemente un plástico termoplástico o un plástico duroplástico no reticulado, o una resina natural o sintética.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que las fibras y el material portante se introducen sucesivamente en el reactor o compresor de corte, añadiéndose preferentemente de antemano las fibras al material portante ya precalentado, y más preferentemente al material portante ya ablandado.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que las fibras se introducen y procesan simultáneamente con el material portante en el reactor o compresor de corte, añadiéndose en particular un material portante ya cargado con fibras, en el que el material portante y las fibras ya están presentes conjuntamente o combinados entre sí, por ejemplo madera, celulosa, lignina o pectina que ya contienen fibras de madera.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que, en particular cuando se emplea como material portante un material polímero termoplástico, el tratamiento del material se realiza en el reactor o compresor de corte a una temperatura superior a la temperatura de transición vítrea e inferior a la gama de fusión, preferentemente a una temperatura en la que el material está en un estado ablandado, preferentemente dentro de la gama del punto de ablandamiento de VICAT (conforme a DIN 306, A, 10N, 50 k/h) y el material se cristaliza, seca y/o purifica con ello preferentemente en particular en un paso conjunto.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que las fibras se aplican en una cantidad de entre el 10 y el 90 % en peso, con relación al peso total de la mezcla, si bien, cuando se usa como material portante una resina o material polímero termoestable no endurecido, las fibras se añaden en un contenido de más del 70 %, en particular de entre 80 y 90 %.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que el tratamiento en el reactor o compresor de corte se efectúa bajo condiciones de vacío, en particular dentro de la gama del vacío bajo o del vacío medio.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que como fibras se utilizan fibras inorgánicas, por ejemplo de vidrio o de grafito, y/o fibras orgánicas, por ejemplo fibras de madera, en particular fibras de palma, bambú, cáñamo y/o, sisal.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que las fibras presentan una longitud superior a 5 mm, preferentemente de entre 10 y 20 mm.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que la mezcla se extrae finalmente del reactor o compresor de corte manteniendo constantemente la presión o la densidad, así como la capacidad de corrimiento o estado fragmentado, y se somete a otra compactación, por ejemplo a una extrusión.

14. Uso de un dispositivo para la realización del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, con un

reactor o compresor de corte y una unidad de descarga conectado a él, preferentemente un tornillo sinfín de transporte, un tornillo sinfín de extrusor, un tornillo sinfín doble o similares, estando dispuesta en el reactor o compresor de corte para la mezcla y calentamiento del material al menos una herramienta de mezcla o de trituración, dado el caso colocada en varios niveles superpuestos, que circula o gira en particular en torno a un eje vertical, con cantos de trabajo que actúan en el material mezclándolo y dado el caso triturándolo,

produciéndose el calentamiento al menos parcialmente, en particular exclusivamente, mediante la aplicación de energía mecánica o fricción en el material, y en el que las herramientas de mezcla introducen o transportan el material o la mezcla a modo de espátulas, manteniendo constantemente la presión o la densidad así como la capacidad de corrimiento o estado fragmentado del material, en la carcasa de una unidad de descarga directamente conectada al reactor o compresor de corte.