La presente invención se refiere a técnicas usadas en la industria química para polimerizar lactamas y, más particularmente, se refiere a un sistema para polimerizar lactamas en moldes.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La polimerización de lactamas en moldes ha sido usada y estudiada durante décadas. Los últimos esfuerzos para mejorar la técnica de polimerización de lactamas se han centrado en modificar el sistema catalítico (formado por activador e iniciador) para llevar a cabo la polimerización de manera controlada y selectiva. No obstante, el modo en el que se mezclan los ingredientes básicos y se alimentan al molde no se ha modificado y, todavía, es básicamente de la siguiente forma: Se preparan dos pre- mezclas independientes, de las cuales la primera comprende una mezcla del activador y una fracción de la lactama, y la segunda comprende el iniciador y la fracción restante de la lactama. Posteriormente, se combinan ambas pre-mezclas para llevar a cabo la polimerización. Un ejemplo de esta forma de polimerización puede encontrarse en la patente estadounidense US3505448.

La técnica anterior permite producir piezas seriadas de una composición, pero no resulta apropiada en la fabricación continua de piezas no seriadas, por ejemplo con tamaños y/o geometrías individuales, características o composiciones diferentes. Basado siempre en este sistema de pre-mezclas de la lactama con el iniciador y la lactama con el activador, existen diferentes sistemas para dosificar las pre-mezclas. Una posible técnica se basa en usar bombas de engranajes, tal y como se describe por ejemplo en la patente estadounidense US4404360-A. En US4404360-A se usan un par de tanques para las pre-mezclas. Una técnica alternativa se basa en usar un par de extrusoras para las premezclas y dosificación de éstas, tal y como se describe en la solicitud de patente US2012/0313290-A1 . US2012/0313290-A1 describe un proceso para la producción de piezas termoplásticas reforzadas con fibra y una máquina de moldeo mediante inyección. La máquina tiene un primer tornillo de extrusión para licuar y mezclar un precursor polimérico y un activador, y un segundo tornillo de extrusión para licuar y mezclar un precursor polimérico y un catalizador. En una cámara se mezclan los contenidos previamente licuados en los tornillos de extrusión, para después ser vertidos en un molde, donde se produce la polimerización.

La solicitud de patente europea EP2338665-A1 describe un procedimiento y un dispositivo para polimerizar lactamas en moldes, en el que la lactama, el activador y el iniciador se alimentan y dosifican de forma independiente en un cabezal mezclador que alimenta un molde. El procedimiento descrito para polimerizar lactamas puede estar catalizado por un gran grupo de iniciadores y activadores, siendo algunos de ellos sólidos. Algunos iniciadores y activadores se deben fundir y mantener a temperaturas elevadas durante todo el procedimiento. El dispositivo descrito para moldear lactamas es versátil para un gran grupo de iniciadores y activadores. Dicha versatilidad hace que el uso del dispositivo resulte complicado, ya que se requieren medios de calentamiento en todos y cada uno de los elementos de dosificación del circuito a través de los cuales pasa cada uno de esos materiales (iniciadores y activadores). Los tres componentes (lactama, activador e iniciador) del procedimiento de polimerización se dosifican por separado. Esto conduce a dos de las ventajas del procedimiento descrito: (1 ) se garantiza la estabilidad en el tiempo y (2) se permite una dosificación (en %) diferente de cada componente para cada tipo de piezas objeto de fabricación.

No obstante, se ha observado que la fusión y la dosificación del activador y del iniciador a temperaturas elevadas resultan complicadas. Además, se deben añadir ambos materiales a la mezcla en porcentajes muy específicos, lo que complica su correcta dosificación por medio de las bombas con engranaje convencionales. Además, debido a que los iniciadores y los activadores sólidos deben ser fundidos a temperaturas más elevadas que temperatura ambiente, y su estado fundido presenta viscosidades que dependen de la temperatura, se debe mantener su temperatura de forma constante y precisa durante todo el procedimiento de dosificación.

Los diferentes elementos del dispositivo descrito en el documento EP2338665-A1 se calientan cada uno de manera independiente del resto, por medio de sistemas de calentamiento individuales, ya sean sistemas eléctricos basados en resistencias o ya sea por medio de fluidos térmicos. No obstante, el calentamiento individual de esos elementos provoca un área fría en el elemento de conexión (por medio de válvulas, tuercas o cualesquiera otros elementos de conexión) entre cada uno de los elementos. Por ejemplo, la caprolactama se vuelve sólida a una temperatura por debajo de 70 ^e C, y estos puntos fríos pueden producir enfriamiento y solidificación posterior del monómero, produciendo de este modo la obstrucción de los sistemas de dosificación.

Por otro lado, también la fusión de la lactama en un depósito presurizado a temperaturas superiores a 70 ^e C conlleva un tiempo extremadamente largo cuando las cantidades de sólido de lactama a fundir son grandes (mayores de 1 kg). En un proceso de fabricación en continuo se prefiere fundir la totalidad de la lactama necesaria para la fabricación de la serie de piezas prevista en una jornada laboral, por lo que la cantidad de lactama a fundir suele ser muy superior a 1 kg (entre 1 y 1000kg) por lo que este tiempo resulta demasiado largo. Además, el tiempo en el que la lactama permanece en estado fundido suele ser de al menos 8 horas, lo que incrementa la posibilidad de absorción de humedad y posible degradación térmica. El consumo eléctrico del mantenimiento a temperatura mayor de 70 ^e C del depósito de lactama también puede resultar excesivo.

En suma, se necesita un dispositivo que permita solucionar de manera eficaz, los problemas mencionados anteriormente de los procedimientos convencionales para polimerizar lactamas en moldes. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Es un objeto de la presente invención proporcionar un dispositivo para polimerizar lactamas en moldes, en el que los tres componentes de la reacción de polimerización (lactama, iniciador y activador) se alimentan y se dosifican a un molde a través de una cámara de mezcla situada en la entrada del molde, de manera independiente unos de otros. El iniciador y el activador son líquidos a temperatura ambiente. Además, la lactama necesaria para cada pieza es fundida en el instante anterior o inmediatamente antes de ser introducida en el molde mediante un tornillo plastificador. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo para polimerizar lactamas en moldes, que comprende: una tolva para almacenar lactama sólida; un medio de alimentación de lactama configurado para recibir la lactama sólida desde la tolva, donde dicho medio de alimentación comprende un tornillo plastificador configurado para simultáneamente fundir la lactama y conducir la lactama fundida de forma dosificada hacia una cámara de mezcla. El dispositivo comprende además: un primer medio de dosificación para alimentar un iniciador líquido; un segundo medio de dosificación para alimentar un activador líquido; donde la cámara mezcladora está configurada para recibir de forma dosificada la lactama, el iniciador y el activador desde, respectivamente, el medio de alimentación de lactama, el primer medio de dosificación y el segundo medio de dosificación, presentando la cámara de mezcla tres entradas independientes para recibir, de manera independiente, la lactama, el iniciador y el activador, para permitir que dichos lactama, iniciador y activador fluyan respectivamente al interior de la cámara de mezcla poniéndose en contacto entre sí por primera vez en el instante anterior a la entrada a un molde situado junto a la cámara y dispuesto para que se produzca en él la reacción de polimerización. En otras palabras, la lactama, el iniciador y el activador fluyen al interior de la cámara de mezcla para inmediatamente después acceder al mencionado molde.

Preferentemente, el primer medio de dosificación para alimentar el iniciador comprende un impulsor de jeringuilla unido a la primera entrada de la cámara mezcladora y el segundo medio de dosificación para alimentar el activador comprende un impulsor de jeringuilla unido a la segunda entrada de la cámara de mezcla.

Preferentemente, el medio de alimentación de lactama comprende medios para controlar la dosificación de lactama que accede a la cámara de mezcla mediante el control del giro del tornillo plastificador. El tornillo plastificador está preferentemente rodeado de medios de calentamiento.

En una posible realización, el medio de alimentación de lactama es una extrusora configurada para fundir la lactama en el tornillo plastificador y conducirla hacia la cámara de mezcla. Preferentemente, el dispositivo comprende además una boquilla dispuesta entre la cámara de mezcla y el molde, estando la boquilla configurada para recibir la mezcla formada por la lactama, el iniciador y el activador de forma dosificada y para hacer llegar la mezcla al molde. En una posible realización, la extrusora está inclinada con respecto a la horizontal un ángulo que varía entre 10 y 35 grados.

La cámara de mezcla comprende preferentemente un sistema de bombeo configurado para bombear la dosis de mezcla de lactama, iniciador y activador de una forma sustancialmente continua. Este sistema de bombeo es preferentemente una bomba de pistón.

En otra posible realización del dispositivo que comprende una extrusora, la cámara de mezcla está configurada de forma que a su salida, el iniciador y el activador salen por la parte central de la sección de la cámara mientras que el flujo de lactama lo hace por la parte del perímetro, de forma que es en la boquilla donde los tres componentes entran en contacto por primera vez.

En otra posible realización, el medio de alimentación de lactama es una inyectora configurada para fundir la lactama en el tornillo plastificador, conducirla hacia la cámara de mezcla de forma dosificada y mediante el mismo tornillo plastificador utilizado como émbolo, empujar la mezcla de lactama, iniciador y catalizador a través de una boquilla hacia el molde. Ventajas adicionales y características de la invención resultarán evidentes a partir de la descripción detallada que sigue y se destacarán de manera particular en las reivindicaciones adjuntas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de la descripción, un juego de figuras en el que con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La Figura 1 es un diagrama esquemático que muestra un dispositivo de acuerdo con una primera realización de la presente invención.

La Figura 2 muestra la sección de salida del cabezal mezclador, de acuerdo con la primera realización de la presente invención.

La Figura 3 es un diagrama esquemático que muestra un dispositivo de acuerdo con una segunda realización de la presente invención.

La Figura 4 es un diagrama esquemático que muestra un dispositivo de acuerdo con una tercera realización de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DE UN MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

En este texto, la palabra "comprende" y sus variantes (como "comprendiendo", "comprender", etc.) no deben interpretarse de forma excluyente, es decir, no excluyen la posibilidad de que lo descrito incluya otros elementos, pasos etc.

En el contexto de la presente invención, el término "aproximadamente" y los términos de su familia (tales como "aproximado", etc.) deberían entenderse como valores indicativos muy próximos a los que acompañan al término anteriormente mencionado. Es decir, se debería aceptar una desviación dentro de los límites aceptables a partir de un valor exacto, ya que la persona experta en la técnica comprenderá que dicha desviación a partir de los valores indicados resulta inevitable debido a las imprecisiones de la medición, etc. Lo mismo resulta aplicable a los términos "alrededor" y "sustancialmente".

No debe interpretarse la siguiente descripción en sentido limitante sino que se proporciona únicamente con el fin de describir los amplios principios de la invención. A modo de ejemplo, se describirán las siguientes realizaciones de la invención, haciendo referencia a los dibujos anteriormente mencionados que muestran los aparatos, elementos y resultados de acuerdo con la invención.

El procedimiento para polimerizar lactamas de la presente invención comprende: alimentar, a un molde a través de una cámara de mezcla, una lactama, un activador y un iniciador, en el que el activador y el iniciador son líquidos a temperatura ambiente. La lactama, el iniciador y el activador se alimentan de forma independiente a la cámara de mezcla. La lactama puede estar seleccionada, por ejemplo, entre el grupo que comprende β- lactama, γ-lactama, δ-lactama, ε-lactama y laurolactama, etc.

El iniciador puede ser isocianatos y sus derivados, así como también acil-lactamas, ureas y carboimidas, con la condición de que sean líquidos a temperatura ambiente.

El activador puede ser lactamatos de metales alcalinos tales como sales de metales de sodio o magnesio, hidratos, hidróxidos y aminas de metal u otros compuestos organometálicos, con la condición de que sean líquidos a temperatura ambiente. El control de las propiedades mecánicas del material moldeado se logra actuando sobre la concentración del sistema catalítico (activador e iniciador), sobre la lactama y/o la combinación de varias lactamas, y las condiciones de procesado y postprocesado. El control de todos los componentes, ya sea eléctrico o neumático, está centralizado en un medio de control, por ejemplo una cabina eléctrica, en la que ha sido instalado un software de control específico para este proceso. Este medio de control no se ilustra en las figuras. Un problema solucionado por cualquiera de las implementaciones de la invención está relacionado con la dificultad para fundir y dosificar tanto el iniciador como el activador a temperaturas elevadas. Ambos materiales se deben añadir a la mezcla en porcentajes específicos (por ejemplo, dentro de intervalos de 0,5-2% en peso con respecto al peso de lactama), lo que hace difícil su correcta dosificación mediante medios de bombeo con engranaje. Además, como ya se ha explicado, los iniciadores y activadores sólidos se deben fundir a temperaturas mayores que la temperatura ambiente. Además, cuando se funden, estos iniciadores y activadores presentan viscosidades que dependen de la temperatura. Como consecuencia de ello, la temperatura de estos materiales debe ser constante y precisa en el curso de todo el procedimiento de dosificación.

De este modo, se usan sistemas catalíticos (iniciadores y activadores) que son líquidos y estables a temperatura ambiente. Esto permite simplificar el procedimiento de polimerización y el moldeo de lactamas y simplificar el dispositivo usado para ello en comparación con el descrito en el estado del arte. Esta simplificación implica una reducción importante en el número de elementos que forman el dispositivo, principalmente elementos térmicos, el número de contenedores y tuberías de dosificación.

Un segundo problema solucionado por cualquiera de las variantes descritas en la invención está relacionado con la capacidad de fusión de la lactama en el interior de un sistema de dosificación mediante tornillo plastificador. Este tornillo plastificador, ya sea mediante un sistema de extrusión o de inyección, realiza la fusión de una fracción de lactama sólida situada en una tolva en el extremo del tornillo y la dosifica de forma continua a la cámara de mezcla. En otras palabras, el tornillo plastificador funde la lactama sólida a medida que ésta accede al sistema de extrusión o de inyección y la conduce fundida hacia una cámara de mezcla. Ambas cosas -fusión y conducción- se realizan de forma simultánea o sustancialmente simultánea. Esto permite fundir únicamente la cantidad de lactama necesaria para cada pieza en el instante anterior a ser introducida a la cámara de mezcla. Esta fusión se realiza en tiempos muy cortos debido a que es una cantidad relativamente pequeña. Con este procedimiento de fusión/dosificación, la lactama tiene menos riesgo de sufrir degradación térmica o por humedad y el consumo energético del dispositivo es menor que en los métodos de fusión en depósito descritos en el estado del arte.

Además, los nuevos dispositivos, basados en elementos más simples, permiten una dosificación más exacta de cada componente, gracias al medio de control basado en un software que calcula de manera automática los parámetros de funcionamiento del dispositivo (velocidades y tiempos de funcionamiento de los sistemas de dosificación) a partir del volumen final de la pieza objeto de fabricación y de los porcentajes de lactama, iniciador y activador que se usan. PRIMERA REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

Haciendo referencia a la figura 1 , se muestra un diagrama esquemático que muestra un dispositivo para polimerizar lactamas en moldes, de acuerdo con una primera realización de la invención. El sistema 100 comprende una tolva 1 10 para almacenar la lactama sólida 120 a temperatura ambiente. Preferentemente, la tolva 1 10 mantiene la lactama bajo una atmósfera seca tal como, por ejemplo, una atmósfera de nitrógeno. Desde la tolva 1 10 y mediante un medio de alimentación, la lactama es dosificada a un molde 170 a través de una cámara de mezcla 160, que se describe con más detalle a continuación.

En la figura 1 , el medio de alimentación es una extrusora 130. En esta extrusora 130, debido a la acción de empuje generado por la acción giratoria de un tornillo plastificador 131 , que gira concéntricamente en una cámara interna a temperaturas controladas, la lactama se funde y fluye de forma continua. El tornillo plastificador 131 está rodeado de medios de calentamiento 132, tales como resistencias eléctricas. La lactama fundida tiene una temperatura de entre 70 y 155 ^e C. Preferentemente, su temperatura es de entre 135 y 145 ^e C, ambos inclusive.

La lactama fundida es forzada a pasar a través de una boquilla -situada en el extremo de la extrusora por medio del empuje de dicho tornillo plastificador. La extrusora 130 está controlada por medio de un motor, no ilustrado, que es capaz de regular la velocidad de giro (control de flujo) y detenerse una vez ha dosificado la lactama necesaria hacia la cámara de mezcla 160 y suficiente para llenar el molde 170. Gracias a la acción del tornillo plastificador 131 , la lactama necesaria para cada pieza es fundida en el instante anterior a ser introducida en el molde 170.

La lactama fundida penetra en la cámara de mezcla 160 al mismo tiempo que el iniciador y el activador, que se colocan en dos dispositivos de dosificación independientes 140 y 150. El iniciador y el activador penetran en la cámara de mezcla 160 a través de dos tuberías independientes, que pasan a través de la cámara 160 hasta que se alcanza el exterior, donde se encuentra colocada una boquilla 161 . Los tres materiales (lactama, iniciador y activador) fluyen a lo largo de tuberías independientes en el interior de la cámara de mezcla 160 hasta que se alcanza la salida de la cámara. Es en la entrada de la boquilla 161 donde los tres componentes (lactama, iniciador y activador) entran en contacto por primera vez, mezclándose los tres componentes cuando pasan a través de ella y saliendo fuera para depositarse en un molde 170. Es decir, los tres componentes que conforman la mezcla no entran en contacto entre sí hasta instantes antes de acceder al molde. Concretamente, la lactama, el iniciador y el activador entran en contacto entre sí por primera vez al abandonar la cámara 160 y acceder a la boquilla 161 que permite el paso al molde 170. Esto implica que los tres componentes están mezclados en el interior del dispositivo (concretamente, en la boquilla 161 que da acceso al molde 170) solamente durante el tiempo que tarda la mezcla en atravesarlo, sin detenerse, en función del caudal que se haya definido. Por otra parte, el iniciador y el activador se colocan en los respectivos dispositivos de dosificación 140 y 150, que son independientes uno de otro y capaces de dosificar a temperatura ambiente. En una realización preferida, estos dispositivos de dosificación 140 150 son bombas de pistón (émbolo), tales como impulsores de jeringuilla ubicados cerca de la cámara de mezcla 160, como se muestra en la figura 1 . Estos dispositivos de dosificación 140 150 se detallan después de la tercera realización de la invención, ya que son similares en las tres implementaciones.

La cámara de mezcla 160 es tri-componente, es decir, tiene tres entradas independientes y una sola salida. Preferentemente, la cámara de mezcla 160 se encuentra atemperada por medio de resistencias planas, con el fin de evitar la solidificación de la lactama y de mantener la temperatura de la mezcla (temperatura de colada) bajo control.

La proporción de activador y de iniciador que accede a la cámara de mezcla 160 se controla fijando los caudales de los medios de dosificación de émbolo respectivos 140 150. La proporción de lactama que accede a la cámara de mezcla 160 se controla fijando el caudal o flujo (velocidad de giro) del tornillo plastificador 131 . De esta forma, la relación entre los tres caudales coincide con la relación de mezcla requerida para la correcta polimerización.

Preferentemente, la cámara de mezcla 160 está hecha de acero inoxidable. También preferentemente, tanto la lactama como el sistema catalítico (activador e iniciador) se introducen por la parte superior, en paralelo al eje longitudinal del cabezal. Las tuberías que se encuentran en contacto únicamente con el activador e iniciador se pasan a través de dos orificios en la parte superior. Esto se ilustra esquemáticamente en la figura 2. Se pretende que la cámara tri-componente conduzca los flujos de los tres materiales, lactama, activador e iniciador hasta la boquilla sin que entren en contacto. El objetivo es que el sistema catalítico (iniciador y activador) atraviese la cámara por la parte central de la cámara de mezcla, mientras que el flujo de lactama se distribuya por la parte de perímetro, como se muestra en la figura 2 (lactama 162, iniciador 163 y activador 164). Los materiales entran en contacto unos con otros únicamente cuando se encuentran fuera de la presente pieza y comienzan a penetrar en la boquilla.

Los tres componentes (lactama, iniciador y activador) se mezclan dentro de la boquilla 161 , que se encuentra ubicada en la salida de la cámara de mezcla 160. La boquilla 161 facilita el acceso del flujo al molde 170 pre-calentado (a aproximadamente 165- 180 ^e C), en el que se produce la reacción de polimerización. El procedimiento de moldeo se lleva a cabo a baja presión (de 0 a 3 bares) de acuerdo con el volumen, geometría de la pieza a obtener y tiempo de llenado esperado; la temperatura precisa del molde depende de la velocidad de reacción esperada y del porcentaje de activador e iniciador usados.

SEGUNDA REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

Haciendo referencia a la figura 3, se muestra un diagrama esquemático que representa un dispositivo para polimerizar lactamas en moldes, de acuerdo con una segunda realización de la invención. El sistema 300 comprende una tolva de lactama 310 para almacenar la lactama sólida 320 a temperatura ambiente. Preferentemente, la tolva 310 mantiene la lactama bajo una atmósfera seca tal como, por ejemplo, una atmósfera de nitrógeno. Desde la tolva 310, a través de un medio de alimentación, la lactama es dosificada a un molde 370 a través de una cámara 360 tal y como se describe a continuación. La lactama es llevada a la cámara 360 a través de un medio de alimentación. De hecho, la cámara 360 se sitúa en el extremo del medio de alimentación. En la figura 3, el medio de alimentación es una inyectora 330. Como en la primera realización, la lactama sólida 320 es alimentada desde la tolva 310 hacia el extremo opuesto de la inyectora 330. En ésta, debido a la acción de empuje generado por la acción giratoria de un tornillo plastificador 331 , que gira concéntricamente en una cámara interna a temperaturas controladas, la lactama se funde y fluye de forma continua. El tornillo plastificador 331 está rodeado de medios de calentamiento 332, tales como resistencias. La lactama fundida tiene una temperatura de entre 70 y 155 ^e C. Preferentemente, su temperatura es de entre 135 y 145 ^e C, ambos inclusive. A diferencia de la extrusora 130 de la realización anterior, la inyectora 330 comprende en el extremo del tornillo 331 un sistema de inyección mediante émbolo (formado por el propio tornillo 331 ) que ejerce un movimiento de presión y que introduce la lactama, una vez mezclada con el iniciador y el catalizador, en el molde. Es decir, por cada golpe de presión del tornillo/émbolo 331 , una cantidad concreta de mezcla de lactama y sistema catalítico accede al molde 370 a través de la boquilla 361 situada a la salida de la cámara 360 de la inyectora. Al mismo tiempo que la lactama fundida accede a la cámara 360, acceden también los otros dos componentes, es decir, iniciador y activador, a través de los dispositivos de dosificación 340 350, que son similares a los de la primera realización. Gracias a la acción del tornillo plastificador 331 , la lactama necesaria para cada pieza es fundida en el instante anterior a ser introducida en el molde 370 a través de la boquilla 361 .

Como en la primera realización, se pretende que los flujos de los tres materiales - lactama, activador e iniciador- se mantengan de forma separada e independiente hasta el instante anterior a la entrada en el molde 370. En esta segunda realización los tres componentes entran en contacto únicamente en la cámara 360 de donde son inyectados al molde 370 debido a la presión del tornillo o émbolo 331 . Es decir, los tres componentes que conforman la mezcla no entran en contacto entre sí hasta instantes antes de acceder al molde. Concretamente, la lactama, el iniciador y el activador entran en contacto entre sí por primera vez en la cámara 360 que se separa del molde 370 solo por la boquilla 361 . Esto implica que los tres componentes están mezclados en el interior del dispositivo solamente durante el tiempo que tarda la mezcla en atravesarlo, sin detenerse, en función del caudal que se haya definido.

La lactama fundida penetra en la cámara 360 al mismo tiempo que el iniciador y el activador, que acceden a la cámara 360 a través de dos dispositivos de dosificación independientes 340 350 (preferentemente dosificación por medio de un pistón a temperatura ambiente). La cámara 360 descarga su contenido a través de la boquilla 361 en el molde 370. La cámara 360 se encuentra atemperada por medio del mismo sistema de resistencias 332 que calienta el tornillo 331 , con el fin de evitar la solidificación de la lactama y de mantener la temperatura de la mezcla (temperatura de colada) bajo control.

La proporción de activador y de iniciador que accede a la cámara 360 se controla fijando los caudales de los medios de dosificación de émbolo respectivos 340 350. De la misma forma que en la primera realización, la proporción de lactama que accede a la cámara de mezcla 360 se controla fijando el caudal o flujo (velocidad de giro) del tornillo plastificador, De esta forma, la relación entre los tres caudales coincide con la relación de mezcla requerida para la correcta polimerización.

Por otra parte, el iniciador y el activador se colocan en los respectivos dispositivos de dosificación 340 350, que son independientes uno de otro. En una realización preferida, estos dispositivos de dosificación 340 350 son bombas de pistón (émbolo), tales como impulsores de jeringuilla ubicados cerca de la cámara 360, como se muestra en la figura 3. Estos dispositivos de dosificación 340 350 se detallan después de la tercera realización de la invención, ya que son similares en dichas tres implementaciones.

El molde 370 está pre-calentado (a aproximadamente 165-180 ^e C), y en él se produce la reacción de polimerización. El procedimiento de moldeo se lleva a cabo a baja presión (de 0 a 3 bares) de acuerdo con el volumen, geometría de la pieza a obtener y tiempo de llenado esperado; la temperatura precisa del molde depende de la velocidad de reacción esperada y del porcentaje de activador e iniciador usados.

TERCERA REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

Haciendo referencia a la figura 4, se muestra un diagrama esquemático que muestra un dispositivo para polimerizar lactamas en moldes, de acuerdo con una tercera realización de la invención. El sistema 400 comprende una tolva de lactama 410 para almacenar la lactama sólida 420 a temperatura ambiente. Preferentemente, la tolva 410 mantiene la lactama bajo una atmósfera seca tal como, por ejemplo, una atmósfera de nitrógeno. Desde la tolva 410, a través de un medio de alimentación, la lactama es dosificada a un molde 470 a través de una cámara 460, que se describe con más detalle a continuación. La lactama es llevada a la cámara 460 a través de un medio de alimentación. En la figura 4, el medio de alimentación es una extrusora 430. La lactama 420 es alimentada desde la tolva 410 hacia el extremo de la extrusora 430. En ésta, debido a la acción de empuje generado por la acción giratoria de un tornillo plastificador 431 , que gira concéntricamente en una cámara interna a temperaturas controladas, la lactama se funde y fluye de forma continua. El tornillo plastificador 431 está rodeado de medios de calentamiento 432, tales como resistencias eléctricas. La lactama fundida tiene una temperatura de entre 70 y 155 ^e C. Preferentemente, su temperatura es de entre 135 y 145 ^e C, ambos inclusive. La lactama fundida es forzada a pasar a través de una boquilla por medio del empuje de dicho tornillo. La extrusora 430 está preferentemente inclinada con respecto a la horizontal un ángulo a. En una realización preferente, este ángulo α varía entre 10 y 35 grados. La inclinación favorece, frente a la posición totalmente horizontal, que la lactama fundida no retroceda hacia la parte trasera de la extrusora al moverse en el tornillo plastificador 431 . La lactama fundida penetra en la cámara de mezcla 460 de forma continua. Simultáneamente, a la cámara 460 acceden el iniciador y el activador, que se colocan en dos dispositivos de dosificación independientes 440 450 (preferentemente dosificación por medio de un pistón a temperatura ambiente). El iniciador y el activador penetran en la cámara de mezcla 460 a través de dos tuberías independientes. Gracias a la acción del tornillo plastificador 431 , la lactama necesaria para cada pieza es fundida en el instante anterior a ser introducida en el molde 470 a través de la boquilla 461 .

Por otra parte, el iniciador y el activador se colocan en los respectivos dispositivos de dosificación 440 450, que son independientes uno de otro. En una realización preferida, estos dispositivos de dosificación 440 450 son bombas de pistón (émbolo), tales como impulsores de jeringuilla ubicados cerca de la cámara de mezcla 460, como se muestra en la figura 4. Estos dispositivos de dosificación 440 450 se detallan después de la tercera realización de la invención, ya que son similares en dichas tres implementaciones.

La cámara de mezcla 460 está complementada con un sistema de bombeo 462. En una realización particular, el sistema de bombeo es una bomba de pistón 462. Preferentemente, el sistema de bombeo también comprende un motor. La dosificación de la bomba 462 está controlada por medio del motor.

Así, una vez introducidos una pequeña porción (por ejemplo, varios miligramos,) de los tres materiales en la cámara de mezcla 460, la bomba 462 ejerce un empuje o golpe de presión hacia la boquilla 461 situada en conexión con el molde 470. A modo de ejemplo, se producen varios empujes por parte de la bomba 462 por segundo. De esta forma, el bombeo y por tanto la alimentación de mezcla hacia el molde es quasi- continua o sustancialmente continua. La capacidad de la cámara de mezcla 460, junto con el número de empujes que la bomba 462 ejerza y junto con la velocidad en la cual la bomba 462 ejerza esos empujes (empujes/segundo o vueltas/segundo) definen tanto el caudal de entrada de la mezcla de lactama, iniciador y activador como la cantidad de mezcla para llenar el molde 470. De esta manera, los tres materiales (lactama, iniciador y catalizador) entran en contacto por primera vez, de la misma forma que ocurre en las realizaciones 1 y 2, en el instante anterior a ser introducidas en el molde. Además, la alimentación desde la cámara 460 hacia el molde 470 es sustancialmente continua debido a la acción de dosificación de la bomba 462. Es decir, los tres componentes que conforman la mezcla no entran en contacto entre sí hasta instantes antes de acceder al molde. Concretamente, la lactama, el iniciador y el activador entran en contacto entre sí por primera vez en la cámara 460 que se separa del molde 470 solo por la boquilla 461 . Esto implica que los tres componentes están mezclados en el interior del dispositivo solamente durante el tiempo que tarda la mezcla en atravesarlo, sin detenerse, en función del caudal que se haya definido.

En una realización particular, la cámara 460 puede estar atemperada mediante, por ejemplo resistencias eléctricas, con el fin de evitar la solidificación de la lactama y de mantener la temperatura de la mezcla (temperatura de colada) bajo control.

La proporción de activador y de iniciador que accede a la cámara de mezcla 460 se controla fijando los caudales de los medios de dosificación de émbolo respectivos 440 450. La proporción de lactama que accede a la cámara de mezcla 460 se controla, igual que en las realizaciones anteriores, fijando el caudal o flujo (velocidad de giro) de tornillo plastificador. De esta forma, la relación entre los tres caudales coincide con la relación de mezcla requerida para la correcta polimerización. La mezcla que sale de la cámara 460 atraviesa la boquilla 461 y se va depositando de forma continua en el molde 470 pre-calentado (a aproximadamente 165-180 ^e C), en el que se produce la reacción de polimerización. El procedimiento de moldeo se lleva a cabo a baja presión (de 0 a 3 bares) de acuerdo con el volumen, geometría de la pieza a obtener y tiempo de llenado esperado; la temperatura precisa del molde depende de la velocidad de reacción esperada y del porcentaje de activador e iniciador usados.

A continuación se detallan los dispositivos de dosificación 140 150 340 350 440 450, que son similares en las tres realizaciones de la invención: Los impulsores de jeringuilla están formados por un motor que hace rotar un eje en cuya parte final se encuentra fijado el émbolo (pistón) de la jeringuilla. En cada realización, se usan dos impulsores de jeringuilla, uno por componente (iniciador y activador). Los dispositivos de dosificación 140 150 340 350 440 450 se encuentran a temperatura ambiente. Por medio del control del avance del pistón, se controlan el caudal y el volumen de las dosificaciones. Con el fin de unir las jeringuillas a las cámaras 160 360 o 460 (según la realización), se usan mangueras flexibles, por ejemplo fabricadas en silicona. Aparte de permitir el control preciso de la dosificación, los impulsores de jeringuilla, se recomiendan debido a que las partes de estos dosificadores las cuales se encuentran en contacto con el activador o el iniciador (por ejemplo jeringuillas de plástico y mangueras de silicona) son desechables. Esto soluciona el problema de la limpieza de los mismos. De este modo, el control de la dosificación es independiente y resulta posible modificar la proporción entre estos componentes fácilmente. Los materiales usados en los elementos de dosificación en el sistema catalítico (activador e iniciador) son preferentemente desechables, ya que el sistema catalítico necesita condiciones óptimas de limpieza y la limpieza de esos elementos resulta complicada. El control de dosificación exacto se logra por medio de un eje unido a un motor con un codificador. Por tanto, se regula el caudal por medio de la velocidad de giro del motor y se regula el volumen de dosificación por medio del codificador basado en el número de vueltas. A continuación, se describe un procedimiento para moldear poliamida 6 a escala industrial usando el dispositivo de la tercera realización de la invención: a) Preparación de los materiales: se debe garantizar que el porcentaje de humedad de los componentes de reacción es menor que 0,04%. b) Se calientan los moldes a la temperatura de moldeo. c) Encendido del equipo: se enciende la máquina con el interruptor principal y se programan las temperaturas de las zonas a calentar. Estas son: la zona de resistencias de la extrusora y la zona de calentamiento de la cámara de mezcla. d) Se introduce la caprolactama en la tolva. La cantidad a introducir es función de la capacidad de la tolva. Debido a que el material de mantiene en estado sólido y protegido de la humedad dentro de la tolva, no hay posibilidad de degradación y se puede usar esta tolva como almacenamiento de la lactama. e) Programación de las velocidades de giro de la extrusora y calibración para verificar el caudal de lactama obtenido. f) Carga de sistema catalítico: de acuerdo con la proporción de mezcla que se quiera utilizar, se cargan las jeringuillas y se conectan a las correspondientes tuberías de silicona. Finalmente, se colocan en el correspondiente impulsor de jeringuilla introduciendo las tuberías en la cámara de mezcla. g) Verificación de la calibración del sistema catalítico: para hacer esto, se programa de manera independiente un caudal en cada impulsor y se recoge la cantidad en un recipiente con tara calculada que se pesará. h) Cebado de los impulsores: se lleva a cabo un cebado de los impulsores de manera que el activador y el iniciador llenen completamente la tubería de silicona. i) Inyección del material en el interior del molde: se programa el peso de la pieza a obtener y el % de sistema catalítico. El software calcula de manera automática los parámetros de la bomba de pistón en función de estos dos factores (peso de pieza y % de sistema catalítico) Se conecta la boquilla al molde y se comienza la inyección. Tras llenar el molde, se desconecta la boquilla y se deja reaccionar. j) Limpieza de boquilla: inmediatamente después de desconectar el molde, se limpia la boquilla para retirar todas la trazas de la mezcla caprolactama/iniciador/activador. k) Desmoldado de la pieza: una vez que se solidifica el material, se lleva a cabo el enfriamiento de la pieza, después de lo cual se desmolda.

I) Inyección de repetición: si se van a llevar a cabo varias inyecciones consecutivas, una vez que haya concluido la etapa j) se puede volver a la etapa h) y llevar a cabo inyecciones en el interior de diferentes moldes. Estas coladas pueden presentar peso diferente y % de sistema catalítico diferente, modificando únicamente la proporción de mezcla y el peso de la parte en el programa.

EJEMPLOS DE FUNCIONAMIENTO DEL DISPOSITIVO DE LA FIGURA 4

Ejemplo 1

Si se pretende moldear una pieza de poliamida 6 de 1 ,03 kg en 10 segundos (tiempo de llenado del molde) en la que la relación de mezcla es: 100 partes de lactama (en particular, caprolactama), 2 partes de iniciador y 1 parte de activador, el procedimiento se describe a continuación.

Se parte de una tolva 410 que contiene caprolactama suficiente y se llenan los impulsores de jeringuilla 440 450 respectivamente con iniciador y activador. Se programan las resistencias 432 a 145 ^e C y la resistencia de la cámara 460 a 1 15 ^e C.

Se activan los tres sistemas de dosificación (caprolactama, iniciador y activador). La extrusora 430 dosifica y funde la caprolactama simultáneamente desde la tolva 410 a través del tornillo plastificador 461 , y la lleva hasta la cámara mezcladora 460 con un caudal constante y continuo de 100 g/s durante 10 segundos.

Al mismo tiempo/en paralelo, los impulsores de jeringuilla 440 450 dosifican el activador y el iniciador a través de las tuberías de silicona hasta la cámara de mezcla 460, con un caudal constante y continuo de 2g/s de iniciador y 1 g/s de activador.

Los tres flujos de caprolactama, iniciador y activador se encuentran en contacto unos con otros por primera vez al entrar en la pequeña cavidad de mezcla 460. Para obtener una mezcla homogénea y que se mantiene constante, la bomba de pistón 462 empuja la mezcla a través de la boquilla 461 a una velocidad de 20 empujes/s. La boquilla 461 se encuentra conectada al molde 470 calentado a 170 ^e C, que se llena de forma continua y en los mismos 10 segundos durante los cuales tiene lugar la dosificación de los tres componentes. Una vez dosificados los 1 ,03kg de mezcla en los 10s programados, los medios de dosificación (extrusora 430 y dosificadores de jeringuillas 440 450) se detienen. Una vez que ha tenido lugar la reacción dentro del molde, la mezcla se vuelve sólida y la pieza de poliamida 6 es extraída fuera del molde. Ejemplo 2

Una vez que ha concluido el procedimiento descrito en el ejemplo 1 , y sin necesidad de apagar la máquina, limpiarla o introducir materia prima nueva (caprolactama, iniciador o activador), se fabrica una segunda pieza de poliamida 6, que tiene un peso de 205 g, en 4 segundos (tiempo de llenado del molde) en la cual la proporción de mezcla es: 100 partes de caprolactama, 1 ,5 partes de iniciador y 1 parte de activador.

Se activan los tres sistemas de dosificación (caprolactama, iniciador y activador). La extrusora 430 dosifica y funde la caprolactama simultáneamente desde la tolva 410 a través del tornillo plastificador 461 , y la lleva hasta la cámara mezcladora 460 con un caudal constante y continuo de 50 g/s durante 4 segundos.

Al mismo tiempo/en paralelo, los impulsores de jeringuillas dosifican el activador y el iniciador a través de tuberías de silicona hasta la cámara de mezcla 460, con un caudal continuo y constante de 0,75 g/s de iniciador y 1 g/s de activador.

Como en el ejemplo 1 , los tres flujos de caprolactama, iniciador y activador se encuentran en contacto entre ellos por primera vez al entrar en la pequeña cavidad de mezcla 460. Para obtener una mezcla homogénea y que se mantiene constante la bomba de pistón 462 empuja la mezcla a través de la boquilla 461 a una velocidad de 17empujes/s La boquilla 461 se encuentra conectada con el molde 470 calentado a 165 ^e C, que se llena de forma continua y en los mismos 4 segundos durante los cuales tiene lugar la dosificación de los tres componentes. Una vez dosificados los 205g de mezcla en los 4s programados, los medios de dosificación (extrusora 430 y dosificadores de jeringuillas 440 450) se detienen. Una vez que tiene lugar la reacción en el interior del molde, la mezcla se vuelve sólida y la pieza de poliamida es extraída del molde. Por otra parte, la invención no está limitada a las realizaciones concretas que se han descrito sino abarca también, por ejemplo, las variantes que pueden ser realizadas por el experto medio en la materia (por ejemplo, en cuanto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro de lo que se desprende de las reivindicaciones.