ES2634988T3 - Procedimiento de moldeo por inyección de un material plástico de espuma - Google Patents

Procedimiento de moldeo por inyección de un material plástico de espuma Download PDF

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ES2634988T3 ES13161955.3T ES13161955T ES2634988T3 ES 2634988 T3 ES2634988 T3 ES 2634988T3 ES 13161955 T ES13161955 T ES 13161955T ES 2634988 T3 ES2634988 T3 ES 2634988T3
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Dominique Manceau
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Abstract

Procedimiento de fabricación de una pieza a base de material plástico de espuma (26), que comprende las etapas de - preparación de un material de espuma calentado (26), - inyección del material de espuma (26) en un molde (3) calentado; - enfriamiento del molde (3), siendo el molde calentado de modo homogéneo en toda su superficie interior (31A), denominada superficie activa calentada, contra la cual se adhiere el material (26) inyectado destinado a presentar la superficie de homogeneidad de aspecto, y siendo la temperatura de la superficie activa (31A) del molde (3) durante la inyección en el molde superior a la temperatura de reblandecimiento del citado material (26), comprendiendo el procedimiento una etapa de evacuación de gas, la etapa de evacuación de gas consiste en evacuar una parte del gas (24) presente en el material de espuma (26) durante la inyección y durante la fase de propagación del material (26) en la totalidad de la huella del molde (3), siendo realizada esta evacuación al menos a nivel de la superficie activa (31A) del molde (3) a través de los orificios de ventilación (60) en diferentes lugares, dispuestos en el espesor del molde, que por una parte comunican con el interior (33) del molde a nivel de la superficie activa (31A) y que por otra desembocan al exterior, y/o formados por la pared constitutiva del molde (3) formada por un material microporoso, y a través de un espacio de apertura del molde (3) a nivel del plano de unión después de la inyección del material y antes del enfriamiento y antes de la eyección de la pieza moldeada de modo que se cree un espacio de apertura a nivel del plano de unión que esté limitado en espesor.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de moldeo por inyeccion de un material plastico de espuma
La invencion concierne a un procedimiento de fabricacion por moldeo por inyeccion de piezas a base de material plastico alveolar o denominado de espuma.
De modo mas particular, la invencion pretende facilitar piezas a base de material plastico de espuma cuyo aspecto sea estetico a la salida del molde sin necesitar de etapa suplementaria de retoque de aspecto.
Desde hace algunos anos, a fin de reducir el peso de las piezas, especialmente en el ambito del automovil, es conocido fabricar estas piezas a partir de un material de espuma. Este material de espuma es un material plastico que contiene un agente hinchante o espumante. El mismo puede ser obtenido por diferentes tecnicas, ya sea por la introduccion de un gas cuando el material plastico esta fundido, o por la adicion al material plastico todavia solido o una vez fundido, de agentes nucleantes o quimicos o fisicoquimicos.
Un procedimiento de moldeo por inyeccion que utiliza este tipo de material de espuma es conocido por ejemplo con el nombre de tecnologia MuCell®.
Este ultimo procedimiento consiste en inyectar en un molde calentado material plastico fundido combinado con un gas tal como nitrogeno para generar el material de espuma. Despues del enfriamiento, la pieza es desmoldada.
Ademas del aligeramiento proporcionado de una pieza (reduccion generalmente del 5% al 30% del peso con respecto a un procedimiento clasico que utiliza material plastico solo), este procedimiento evita la aparicion de rechupes.
Por el procedimiento descrito en la patente americana US 5711905 se conoce tambien una tecnica que utiliza un molde a baja temperatura para ahorro de energia, en el cual se inyectan granulos solidos de material plastico, fundiendose el material y expandiendose en el interior del molde gracias a la inyeccion de vapor de agua.
Sin embargo, aunque la pieza obtenida por estos procedimientos esta ventajosamente aligerada, el aspecto de su superficie sigue siendo relativamente mediocre por la presencia de trazas blanquecinas, que forman lo que se denomina habitualmente un « efecto de formacion de hielo ». Ahora bien, este aspecto es visualmente redhibitorio a la vista de ciertas puestas en practica en las cuales la cara de la pieza visible para el usuario debe ser esteticamente uniforme. En particular, ciertas aplicaciones relacionadas con el habitaculo de los vehiculos automoviles imponen criterios exigentes de homogeneidad de color y de brillo, a los cuales no pueden responder actualmente estas piezas a base de material de espuma obtenidas directamente por moldeo.
Para paliar este inconveniente de defectos en superficie, la pieza es generalmente pintada o bien recubierta de una pelicula de revestimiento apropiado. O incluso, de acuerdo con otro procedimiento, tal como el descrito en la solicitud de patente DE 10 2010 019956, se realiza previamente una envoltura de material termoendurecible por moldeo habitual, que facilita el aspecto exterior deseado de la pieza final y que por otra parte constituye un molde en el cual es inyectado material de espuma, siendo calentada la envoltura simultaneamente. El conjunto es enfriado despues y desmoldado, formando el material de espuma el nucleo de la pieza, mientras que la envoltura constituye el revestimiento exterior de aspecto liso y brillante.
Sin embargo, estas tecnicas adicionales para dar a las piezas el acabado esperado, anaden etapas al procedimiento de moldeo, que complican la fabricacion y que aumentan los costes de fabricacion.
Otro procedimiento esta descrito igualmente en la solicitud de patente CA 1 211 262. El mismo comprende las etapas de preparacion de un material de espuma calentado, de inyeccion del material de espuma en un molde calentado, de enfriamiento del molde, siendo el molde calentado de modo homogeneo en toda su superficie interior contra la cual se adhiere el material inyectado destinado a presentar la superficie de homogeneidad de aspecto. Este procedimiento pone por delante el calentamiento del molde a temperaturas elevadas del orden de 150 °C a 290 °C, siendo la temperatura de la superficie activa del molde durante la inyeccion en el interior del molde superior a la temperatura de reblandecimiento del citado material. Las temperaturas elevadas del molde son conseguidas gracias al hecho de que el interior del molde presenta un revestimiento metalico. Aunque el producto obtenido es liso, el mismo puede no obstante presentar ciertos defectos, tales como rechupes, lineas de soldadura, y sobre todo no suprime el efecto de formacion de hielo.
En la patente CN 101 733 907, se muestra un procedimiento de moldeo a partir de material de espuma, en el transcurso del cual se hace el vacio en un molde antes de la inyeccion, y despues se inyecta gas en el molde cerrado de manera hermetica, durante la fase de propagacion del material.
La invencion tiene entonces por objetivo proponer un procedimiento de fabricacion por moldeo a partir de un material inyectado en forma de espuma, sin presentar los inconvenientes antes citados, en particular facilitando directamente despues del desmolde, piezas con el aspecto acabado esperado con una superficie de homogeneidad de aspecto,
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en particular de aspecto brillante o mate segun la estructura del utillaje (naturaleza de la superficie activa del molde), cualquiera que sea el color (negro, blanco, gris, rojo...).
En lo que sigue de la descripcion, se entiende por « homogeneidad de aspecto » de una superficie, la superficie de la pieza moldeada en un material de espuma, que presenta el aspecto deseado en homogeneidad de color, y/o en brillo, y/o en aspecto de superficie (superficie que puede ser perfectamente lisa o que tiene una rugosidad repartida uniformemente), y desprovista no solamente de rechupe y de linea de soldadura, sino igualmente de efecto de formacion de hielo.
De acuerdo con la invencion, el procedimiento de fabricacion esta caracterizado por la reivindicacion 1 y el dispositivo por la reivindicacion 11.
La superficie activa del molde es asi calentada a una temperatura elevada que es superior a la temperatura de reblandecimiento del material. La temperatura de reblandecimiento corresponde a una viscosidad del material tal que el citado material puede fluir y expandirse en el interior del molde.
Si debe efectuarse una medicion precisa de la temperatura de la superficie activa, la misma se mide de la manera siguiente:
Se abre el molde y se coloca una sonda de temperatura contra la superficie activa, habiendo siendo llevada la superficie activa a la temperatura deseada sin inyeccion de material termoplastico.
La temperatura de reblandecimiento, que en ciertos materiales es la temperatura de reblandecimiento denominada Vicat (VST), viene dada generalmente por al proveedor del material termoplastico. Su medicion se determina por ejemplo con arreglo a la norma ISO 306: 2004.
Se podria calentar el conjunto del molde. Sin embargo, a fin de ahorrar energia, solo se calienta la parte del molde asociada a la superficie activa enfrente de la superficie de la pieza que debe presentar una homogeneidad de aspecto.
La regulacion de la temperatura del molde se hace por medios de mando de la temperatura de tipo regulador termico y medios de medicion de la temperatura tales como una o varias sondas implantadas en el interior de la huella (lado de la o de las superficie activas) entre los medios de calentamiento y las citadas superficie activas. Las sondas son calibradas con respecto a la medicion real (descrita anteriormente en relacion con la medicion de una temperatura precisa de la superficie activa).
De acuerdo con una caracteristica, la superficie activa del molde no presenta zonas cuyo gradiente de temperatura con otras zonas de la misma superficie sea superior a 20 °C, en particular superior a 10 °C, preferentemente superior a 5 °C.
El gradiente de temperatura a nivel de la superficie activa calentada es funcion del tipo de acabado deseado y de la naturaleza del material plastico inyectado.
Los inventores han puesto en evidencia, de manera inesperada, que las temperaturas y gradientes de temperatura habituales relacionados con el procedimiento de moldeo por inyeccion clasico no deben ser especialmente aplicados para material de espuma.
A titulo de ejemplo, un material termoplastico es inyectado en el interior de un molde por un procedimiento de moldeo tradicional, tal que su temperatura en el momento de la inyeccion correspondiente a la temperatura de transformacion del material en el manguito esta comprendida entre 180 °C y 300 °C, mientras que el molde es regulado a una temperatura continua entre 60 °C y 120 °C, asociado a un gradiente de temperatura entre el citado material inyectado y la superficie interna del molde del orden de 60 °C, o incluso mas.
En la invencion, por el contrario, el molde (superficie activa del molde) es regulado a una temperatura mucho mas elevada, a saber una temperatura por encima de la temperatura de reblandecimiento tal como la temperatura VST, a fin de que el gradiente de temperatura sea mucho menor que el del procedimiento tradicional, preferentemente inferior a 30 °C.
El aumento de manera significativa de la temperatura de la superficie activa del molde con respecto a las temperaturas de referencia establecidas en el procedimiento tradicional de moldeo de material termoplastico genera en el producto moldeado una superficie de aspecto homogeneo.
Ademas, de manera inesperada, el control de la temperatura de la superficie activa del molde combinado con una evacuacion de los gases a nivel de la superficie activa del molde genera un aspecto de superficie de las piezas fabricadas que no presenta defectos relacionados con el procedimiento habitual, en particular que no presenta efecto de formacion de hielo.
El aumento significativo de temperatura del molde permite obtener un gradiente de temperatura entre el material inyectado y la superficie del molde mucho menor que el gradiente existente por el procedimiento tradicional,
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combinado con una evacuacion de los gases a nivel de la superficie activa, esto genera un efecto sorprendente y en modo alguno esperado de supresion del efecto de formacion de hielo en la pieza moldeada. Hasta ahora, ninguno de los procedimientos conocidos permite suprimir el efecto de formacion de hielo.
La evacuacion de los gases a nivel de la superficie activa del molde se hace en diferentes lugares, a traves de orificios de ventilacion.
Los orificios de ventilacion presentan por ejemplo una anchura (dimension coplanaria con el fondo de la matriz) del orden de 5 mm a 10 mm. Los orificios de ventilacion tienen dimensiones tales que el material no pueda fluir a traves de estos orificios de ventilacion.
La evacuacion es realizada enfrente de al menos una zona destinada a formar la linea de union de dos frentes de material inyectado.
Preferentemente, la temperatura de la superficie activa del molde durante la inyeccion en el molde es superior del orden de 5 °C a 10 °C a la temperatura de reblandecimiento Vicat del citado material.
El calentamiento, al menos de la superficie activa del molde es obtenido por medios de calentamiento conocidos, elegidos aisladamente o en combinacion y sin caracter limitativo, entre, el calentamiento por vapor o por agua caliente a sobrepresion, la induccion, la alta frecuencia, los cartuchos calefactores, las resistencias electricas, el infrarrojo, el laser.
Preferentemente, la induccion es particularmente eficaz porque la misma ofrece un control agudo de la temperatura facilitando, por una parte, un calentamiento extremadamente rapido y sobre todo homogeneo y, por otra, una reaccion inmediata a una disminucion de temperatura y acompanada de una inercia termica reducida.
Ademas, los inventores han puesto en evidencia, que al control del gradiente de temperatura y de reparticion homogenea de la temperatura de calentamiento, y a la evacuacion de los gases a nivel de la superficie activa, pueden anadirse de manera separada o asociada, en funcion de los materiales de moldeo y de la cadencia deseada, otras etapas:
- el vacio que haya que realizar en el interior del molde,
- el enfriamiento rapido del molde para controlar la expansion del material en el interior del molde.
Se entiende por « vacio », una disminucion significativa de la presion que reina en el interior de molde.
La etapa de creacion de un vacio en el interior del molde, tal como por aspiracion, es generar una presion residual en el interior del molde inferior a 1 bar, preferentemente comprendida entre 0,2 bares y 0,5 bares.
El calentamiento del molde, ademas de manera homogenea, participa de modo muy ventajoso en la circulacion del gas en el material propagandose y extendiendose en la huella del molde.
Asi, contrariamente al estado de la tecnica en el cual el molde es hermetico durante la inyeccion, el molde de la invencion necesita medios de evacuacion de una parte del gas presente en el material de espuma.
La evacuacion de una parte del gas del material de espuma inyectado es obtenida por medios de evacuacion asociados al molde, y principalmente por medios dispuestos al menos a nivel de la superficie activa del molde.
Estos medios de evacuacion estan constituidos por orificios de ventilacion dispuestos en el espesor del molde que por una parte comunican con el interior del molde a nivel de la superficie activa y que por otra desembocan al exterior. Los mismos estan dispuestos preferentemente de manera regular a nivel de la superficie activa calentada del molde.
Los medios de evacuacion, tales como uno o unos orificios de ventilacion, estan al menos dispuestos enfrente de al menos una zona correspondiente a la linea de union de los dos frentes de material, correspondiendo esta linea de union en el producto acabado a una linea denominada linea de soldadura.
Un orificio de ventilacion comprende un orificio de comunicacion con la cavidad del molde que presenta por ejemplo de manera no limitativa dimensiones tales como una altura (dimension perpendicular al fondo de la matriz) del orden de 0,02 mm y una anchura (dimension coplanaria con el fondo de la matriz) de 5 mm a 10 mm.
El numero y la reparticion de los orificios de ventilacion estaran adaptados en funcion del volumen de la pieza que haya que moldear.
El dispositivo comprende medios complementarios de evacuacion consistentes en no apretar totalmente el punzon contra la matriz durante la inyeccion y al inicio del llenado del material en la huella. A tal efecto, la presion ejercida sobre una de las partes del molde (por ejemplo el punzon movil) es reducida, no superando por ejemplo el 40% de la fuerza de cierre impuesta en el procedimiento habitual de moldeo, de modo que el molde se entreabre ligeramente y
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no queda cerrado de manera hermetica durante la expansion del material en contacto con el molde caliente, pudiendo escaparse el gas. Esta fuerza podra ser uniforme hasta el final del ciclo o sera aumentada a final del ciclo para realizar la forma final de la pieza.
La fuerza de cierre durante el tiempo de ciclo sera adaptada para asegurar la desgasificacion al tiempo que facilite una pieza desprovista de rebabas. Esta fuerza dependera del tipo de material termoplastico, en particular de su fluidez.
Ademas, realizar despues de la inyeccion del material y antes de la eyeccion de la pieza moldeada, una etapa de apertura del molde de modo que se cree un espacio de apertura a nivel del plano de union que este limitado en espesor (siguiendo siendo el punzon movil paralelo a la matriz), presenta otras ventajas porque se permite al material de espuma continuar su expansion. Por ejemplo, esto induce un aumento de espesor de una pieza. O bien, en un material termoplastico elastomero, esto permitira aumentar su flexibilidad.
El espacio de apertura del molde sera adaptado en funcion del tipo de material y de las caracteristicas finales deseadas de la pieza (especialmente su espesor, su densidad).
En otra variante de los medios de evacuacion a nivel de la superficie activa, la pared del molde esta formada de un material microporoso.
Los medios de evacuacion de los gases pueden comprender de manera combinada con los otros medios ya citados de tipo orificios de ventilacion, zonas de la huella del molde correspondientes a zonas de final de llenado del material inyectado.
Estas zonas forman las ultimas zonas que haya que llenar de material que se aloja en la huella, y estan generalmente situadas en el lado opuesto al o a los puntos de inyeccion. Las mismas constituyen reservas de evacuacion de las impurezas de material y de una parte del gas. Denominadas tambien mazarotas, estas zonas confinan una parte del gas del material de espuma. Las mismas forman despues del desmolde sobrantes de material que son rotos y desechados.
Por consiguiente, estos medios de evacuacion de una parte de los gases a nivel de la superficie activa, dichos orificios de ventilacion y/o la constitucion de la pared de un material microporoso, y eventualmente, la presencia de zonas de final de llenado en la huella del molde y/o de un espacio de apertura a nivel de la linea de union del molde, consisten en filtros para el escape de los gases y del aire, no pudiendo escaparse el material de la huella del molde.
Ventajosamente, el enfriamiento del molde, en particular de la superficie activa, es controlado de modo que el material alcance su temperatura de solidificacion en menos de un minuto.
El enfriamiento del molde es obtenido por medios habituales de tipo enfriamiento por llegada de agua fria a las paredes, por circulacion de liquidos refrigerantes o de gases frigorificos, o tambien de materiales con cambio de fase.
Cuando se utiliza calentamiento por induccion, el mismo permite situar lo mas cerca de la superficie activa los canales de enfriamiento, que aseguran entonces una disminucion eficaz y rapida de la temperatura.
Ventajosamente, el procedimiento de la invencion puede ser puesto en practica con cualesquiera tipos de materiales termoplasticos, especialmente cristalinos o semicristalinos, o amorfos, o materiales compuestos provistos de cargas minerales de tipo talco o de fibras de refuerzo, o tambien elastomeros.
Los materiales son por ejemplo sin caracter limitativo: acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), acrilonitrilo butadieno estireno / policarbonato (ABS-PC), polipropileno (PP), poliamida (PA), polioximetileno (POM), polibutileno tereftalato (PBT).
Las aplicaciones estan muy diversificadas, tanto piezas para el automovil o multimedia que utilizan de modo mas particular ABS-PC, policarbonato (PC), PP, polimetacrilato de metilo (PMMA), como para el sector cosmetico que emplean poliestireno acrilonitrilo (SAN), polietileno tereftalato (PET), ABS-PC, PC, o para electrodomesticos a partir de ABS-PC o de PC, o tambien para la electronica o la domotica, con material de tipo ABS-PC o PMMA.
La invencion es igualmente relativa a un dispositivo de puesta en practica del procedimiento tal como el dispositivo de la reivindicacion 11.
Los medios de calentamiento estan asociados necesariamente al menos a la superficie activa del molde. El dispositivo comprende medios de control de la temperatura de la superficie activa, de tipo sondas de temperatura, y medios de mando de los medios de calentamiento y medios de enfriamiento controlables especialmente por automata programable, siendo regulada la temperatura de la superficie activa del molde durante la inyeccion en el molde para ser superior a la temperatura de reblandecimiento Vicat del citado material inyectado.
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Ademas, el dispositivo puede comprender medios complementarios de evacuacion de los gases formados por una abertura a nivel del plano de union del molde, siendo el volumen de esta abertura funcion de la fuerza aplicada al molde.
La superficie activa del molde tiene un aspecto de superficie correspondiente al aspecto destinado a ser dado a la pieza a la salida del molde. De manera ventajosa en una variante de realizacion, la superficie activa presenta un pulido optico de 0,02 pm a 4 pm, preferentemente como mucho 1 pm.
Por consiguiente, el procedimiento de la invencion proporciona numerosas ventajas:
- aligeramiento de la pieza;
- homogeneidad de aspecto de superficie;
- sobre todo una ausencia de efecto de formacion de hielo;
- pieza que puede presentar variaciones de espesor sin presencia de rechupes;
- mejora de aspecto con respecto a un procedimiento de moldeo habitual, facilitando si es necesario un aspecto liso y brillante;
- puesta en practica a partir de cualesquiera materiales termoplasticos;
- etapa unica y directa de moldeo;
- libertad de diseno de piezas, en razon de la supresion de los defectos relacionados con la inyeccion tradicional;
- posibilidad de aumentar el espesor de una pieza realizando una descompresion del molde (despues de la inyeccion), es decir dejando entreabierto el molde a nivel de su plano de union;
- posibilidad de fabricar piezas de elastomero que presenten una flexibilidad tactil mejorada, igualmente dejando entreabierto el molde a nivel de su plano de union.
La pieza obtenida por el procedimiento de la invencion presenta una pelicula o piel de material plastico continuo de algunas micras de espesor que es estetica y reproduce el estado de superficie de la superficie activa calentada del molde.
En efecto, si la superficie activa del molde esta desprovista de defecto, la superficie de la pieza obtenida es extremadamente lisa y presenta un brillo elevado. En particular, la pieza obtenida a partir de ABS-PC como material plastico permite presentar una superficie cuya rugosidad Ra (medida por un rugosimetro del comercio) es inferior a 0,05 pm. Esta caracteristica es muy ventajosa cuando se desee cromar posteriormente la superficie, exigiendo el procedimiento de cromado una superficie extremadamente lisa.
Siempre a partir de ABS-PC, el procedimiento facilita una pieza de la que al menos una parte de su superficie, la que ha estado en contacto con la superficie activa calentada del molde, presenta un brillo superior a 70 UB, o incluso superior a 90 UB.
La medicion del brillo es realizada por un brillancimetro del comercio sobre la base de un angulo de iluminacion de 60°.
A tal fin, la superficie activa del molde tiene en particular un pulido optico de 0,02 pm a 4 pm. Excelentes resultados de briillo se obtienen con un pulido optico de 1 pm, o preferentemente por debajo de 1 pm.
Ademas, esta caracteristica de pulido es firmemente ventajosa cuando se desee cromar o barnizar posteriormente la superficie de la pieza, exigiendo el procedimiento de cromado una superficie extremadamente lisa.
Finalmente, a partir de un mismo molde, es posible dar a una pieza zonas de aspecto de superficie diferente conservando siempre para cada zona esta homogeneidad de produccion de color y desprovista de efecto de formacion de hielo, por ejemplo una zona brillante y una zona mas mate con un aspecto granuloso. El aspecto granuloso es obtenido por la microestructuracion de la superficie activa del molde.
Por consiguiente, la superficie activa del molde tiene un estado de superficie asociado al acabado deseado de la pieza, permitiendo el procedimiento de la invencion reproducir perfectamente la huella del molde sobre la pieza de acuerdo con una homogeneidad de aspecto, en particular sin efecto de formacion de hielo, y con una superficie homogenea lisa o microestructurada.
La pieza obtenida no necesita etapas suplementarias de acabado de superficie porque la misma esta desprovista del efecto de formacion de hielo. Sin embargo, la misma puede experimentar segun el destino, complementos de acabado para completar su estetica.
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Por ejemplo, la pieza puede ser decorada, por adicion de barniz, decorada por grabado, sobremoldeada por otro material, especialmente transparente.
Por consiguiente, por el procedimiento de la invencion, los inventores han puesto en evidencia que de manera inesperada controlando el gradiente de temperatura a nivel de la superficie activa calentada del molde, permitiendo a una parte del gas ser evacuada a nivel al menos de la superficie activa del molde, y eventualmente disminuyendo firmemente la presion en el interior de la cavidad del molde, el aspecto de la superficie de la pieza que ha estado enfrente de la superficie activa del molde, es firmemente mejorado con respecto a las tecnicas de moldeo por inyeccion del estado de la tecnica a partir de un material de espuma, proporcionando un aspecto homogeneo sin efecto de formacion de hielo.
Una pieza de material plastico de espuma obtenida por el procedimiento de la invencion comprende al menos una parte de su superficie que presenta una homogeneidad de aspecto sin efecto de formacion de hielo.
Se entiende por procedimiento « directo », un procedimiento de moldeo:
- que corresponde a una inyeccion de material en el interior de un molde, estando la huella del molde desnuda y
desprovista de cualquier otro material que haya sido previamente moldeado y constituya una envoltura para cubrir el efecto de formacion de hielo; y/o
- que comprenda a la salida del molde una etapa suplementaria destinada a recubrir el aspecto de formacion de hielo.
Por el procedimiento de la invencion, la pieza presenta un aspecto de superficie homogeneo y desprovisto de efecto de formacion de hielo.
La presente invencion se describe ahora con la ayuda de ejemplos unicamente ilustrativos y en ningun modo limitativos del alcance de la invencion, y a partir de las ilustraciones anejas, en las cuales:
- La figura 1 representa una vista en corte y de costado de un dispositivo de puesta en practica del procedimiento de moldeo de la invencion;
- La figura 2 ilustra el molde de la figura 1, despues de inyeccion y llenado del material;
- la figura 3 es una vista desde arriba de la matriz del molde provista de la superficie activa y de medios de
evacuacion de los gases;
- La figura 4 es una variante de la figura 3 y que muestra el material inyectado repartido en el interior del molde;
- La figura 5 es una vista de detalle en perspectiva de la figura 3 de orificios de ventilacion como medio de
evacuacion del gas del material de espuma;
- Las figuras 6 y 7 ilustran vistas desde arriba de partes de piezas de material plastico de espuma, obtenidas respectivamente por el procedimiento de la invencion y un procedimiento tradicional de moldeo por inyeccion;
- La figura 8 ilustra las curvas de un ciclo de moldeo de acuerdo respectivamente con el procedimiento de la invencion y un procedimiento tradicional.
El procedimiento de fabricacion de la invencion esta destinado a facilitar por moldeo por inyeccion piezas a base de material termoplastico de espuma y en las que el aspecto de superficie de al menos una de las caras sea perfectamente homogeneo en color y en rugosidad, y presente las mismas caracteristicas de superficie de la parte del molde, denominada superficie activa calentada, contra la cual el material ha estado en contacto durante la inyeccion y el moldeo.
Este procedimiento facilita directamente sin etapa suplementaria una homogeneidad de aspecto de superficie y de color, sin efecto de formacion de hielo.
En funcion de la produccion prevista de acuerdo con la utilizacion posterior de las piezas, la superficie activa de la huella del molde sera mecanizada para reproducir el aspecto de superficie deseado en la pieza.
De acuerdo con la invencion, el procedimiento comprende las etapas siguientes habituales del moldeo por inyeccion:
- preparacion de un material de espuma calentado;
- inyeccion de material de espuma en un molde calentado
- enfriamiento del molde,
- eyeccion de la pieza fuera del molde.
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La puesta en practica del procedimiento es realizada a partir del dispositivo 1 figura 1.
El dispositivo 1 comprende un sistema 2 de preparacion de un material de calentamiento 4 del molde 2, y medios de enfriamiento 5 del citado molde.
El sistema 2 de preparacion de un material de espuma comprende de manera conocida un manguito 20 calentado en el cual es inyectado material plastico 21 a partir de de una tolva 22.
Como esta ilustrado a titulo de ejemplo, el material de espuma 26 es obtenido anadiendo en el interior del manguito 20 gas 24 a traves de al menos una entrada 23.
El manguito 20 es de eje longitudinal horizontal y comprende en su interior un husillo 25 de llegada de material de espuma hasta la entrada 30 del molde.
El molde 3 comprende una huella formada por una matriz 31 y un punzon 32 que asociados, delimitan por sus paredes interiores 31A y 32A, una cavidad 33 que representa el negativo tridimensional de la pieza que haya que obtener. En este modelo de molde, el punzon 32 es movil, mientras que la matriz es fija y coopera por la entrada 30 con la boquilla de inyeccion 30A conectada a una de las extremidades distales del manguito 20.
En la figura esta representada una sola entrada 30 (punto) de inyeccion. Naturalmente, pueden estar previstos varios puntos de inyeccion.
El material de espuma 26 es inyectado a traves de la entrada 30 la cual es obturada una vez terminada la inyeccion.
La figura 3 ilustra una vista desde arriba de la matriz. Se ve la entrada 30 que coopera con canales 30B a 30G de distribucion de material en la cavidad 33 que se presenta aqui en forma de un marco.
El material de espuma 26 durante la inyeccion y despues de la inyeccion se expande en la cavidad 33 hasta ocuparla en su totalidad como esta ilustrado en las figuras 2 y 4.
En el ejemplo representado, solo las paredes 31A de la matriz son controladas y reguladas en temperatura de acuerdo con el procedimiento de la invencion, porque solo la superficie de la pieza que habra estado en contacto con dichas paredes 31A esta destinada a presentar la homogeneidad de aspecto deseada.
Asi, solo las paredes interiores 31A de la matriz corresponden a la superficie activa calentada de acuerdo con el procedimiento de la invencion. Sin embargo, en funcion de las zonas de homogeneidad de aspecto que haya que realizar en la pieza moldeada, se adaptaran los medios de puesta en practica del procedimiento de la invencion a otras partes del molde, por ejemplo tambien el punzon.
De acuerdo con la invencion, los medios de puesta en practica del procedimiento de la invencion comprenden:
- los medios de calentamiento 4 del molde 2 a alta temperatura (veanse las figuras 1 y 2), y especialmente sus medios de regulacion y de control no ilustrados,
- medios de evacuacion 6 de una parte del gas contenido en el material de espuma 26 destinado a formar la pieza moldeada, estando ilustrados algunos medios en relacion con las figuras 3 y 4;
- eventualmente, medios de puesta en vacio del interior del molde (no ilustrados) de manera que disminuya la presion.
De acuerdo con la invencion, los medios de calentamiento 4 y sus medios de regulacion y de control son aptos para facilitar una reparticion homogenea del calor a nivel de la superficie activa 31A de modo que la superficie activa 31A no comprenda ninguna zona que presente un gradiente de temperatura con otra zona de la citada superficie que sea mas de 20 °C, en particular mas de 10 °C, preferentemente mas de 5 °C.
Los medios de calentamiento 4 son preferentemente medios de calentamiento por induccion. Como estan ilustrados en la figura 2, los mismos estan dispuestos en el interior de la pared del molde enfrente de la superficie activa 31A de modo que todo el material 26 en curso de inyeccion y de reparticion en la cavidad 33 esten en contacto con la superficie activa calentada 31A de la matriz, siendo la temperatura de la citada superficie activa superior a la temperatura de reblandecimiento en particular Vicat del material durante esta reparticion de material.
La reparticion y el emplazamiento de los medios de calentamiento estan ventajosamente adaptados para calentar rapidamente, controlar eficazmente los gradientes de temperatura de una zona a otra de la superficie activa sin penalizar posteriormente la accion de los medios de enfriamiento. En particular, los mismos hacen posible una disminucion rapida de la temperatura del molde en cuanto se apagan.
La puesta en vacio de la cavidad 33 del molde es realizada por medios de aspiracion de tipo conocido. Preferentemente, la presion residual en el interior de la cavidad es del orden de 0,2 bares a 0,5 bares.
ilustrado esquematicamente en la espuma, un molde 3, medios de
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Los medios de evacuacion 6 de una parte del gas del material de espuma estan necesariamente dispuestos a nivel de la superficie activa del molde.
En relacion con las figuras 3 a 5, los medios de evacuacion 6 dispuestos a nivel de la superficie activa del molde comprenden orificios de ventilacion 60. Los orificios de ventilacion estan dispuestos en la pared del molde a nivel de la superficie activa 31A y conectados a conductos de evacuacion 61 que atraviesan el espesor del molde y que desembocan al exterior.
Estos orificios de ventilacion constituyen filtros que aseguran el escape del gas contenido en el material de espuma 26, al tiempo que impiden el paso del material plastico.
En relacion con la figura 4, los orificios de ventilacion 60 estan repartidos de manera regular en la periferia de la superficie activa 31. Los mismos estan por ejemplo agrupados, en este caso como estan ilustrados en la vista de detalle de la figura 5, estando distantes 20 mm.
Ademas, uno o unos orificios de ventilacion estan al menos dispuestos enfrente de una zona destinada a formar la linea de union de dos frentes de material, que en el producto acabado constituye una linea denominada linea de soldadura.
En relacion con la figura 5, cada orificio de ventilacion 6 comprende un orificio 60A de comunicacion con la cavidad 33, un cuerpo o canal de circulacion 60B que desemboca por una salida 60C en un canal de evacuacion 61.
El orificio 60A de un orificio de ventilacion presenta especialmente una altura H de 0,02 mm impidiendo asi el paso del material 26. El orificio de ventilacion se extiende por ejemplo en una anchura L de 5 mm.
Ademas, el procedimiento puede comprender una etapa durante la cual la presion ejercida por el punzon movil 32 sobre la matriz 31 es reducida de manera significativa durante el tiempo de llenado del material en la cavidad, reducida del orden del 60% con respecto a la presion ejercida en moldeo tradicional. Esto permite al molde entreabrirse iberamente para posibilitar el escape de una gran parte de los gases al exterior del molde. De acuerdo con esta variante, la apertura ligera del molde constituye medios complementarios de evacuacion que se anaden a los medios asociados a la superficie activa del molde.
En otra variante (vease la figura 3), de manera combinada con los orificios de ventilacion 60 y eventualmente con la apertura del molde, los medios de evacuacion 6 comprenden zonas suplementarias 62 de reparticion del material en la cavidad del molde. Estas zonas suplementarias son zonas denominadas de final de llenado en las cuales el material se expande en ultimo lugar en el interior de la huella.
Estas zonas suplementarias 62 estan dispuestas en la cavidad 33 de manera opuesta al o a los puntos de inyeccion. Su disposicion esta estudiada a fin de corresponder a los emplazamientos en los cuales el material se aloja en ultimo lugar durante la reparticion del material en el interior de la huella.
De manera inesperada, los inventores han puesto en evidencia que la temperatura homogenea a nivel de la superficie activa 31A permite al gas del material de espuma continuar diluyendose en el nucleo del material y propagandose de manera homogenea. En cuanto al gas que entra en contacto con la citada superficie activa, el mismo se escapa por los orificios de ventilacion 60. Cuando el material se enfria, el gas que haya llegado a la superficie exterior de la futura pieza moldeada y a la superficie activa del molde, no permanece aprisionado puesto que el mismo ha podido escaparse, generando en la superficie exterior del material moldeado una pelicula o piel de material continuo y no alveolado y sin efecto de formacion de hielo.
Las zonas de final de llenado permiten igualmente una evacuacion de una parte del gas del material en curso de moldeo.
Al final de la reparticion del material en la cavidad del molde, el molde es enfriado por los medios de enfriamiento 5 de tipo en si conocido, para detener el proceso de expansion del material alveolado en la cavidad y fijar el material plastico a fin de asegurar el desmolde.
Se comentan ahora una pieza de material de espuma, denominada pieza de la invencion, ilustrada en la figura 6 y obtenida por el procedimiento de la invencion, y una pieza de referencia ilustrada en la figura 7 obtenida por moldeo por inyeccion clasico. El material plastico de espuma inyectado es el mismo para las dos piezas, ABS-PC (mismas proporciones de materiales ABS, PC y gas).
El ABS-PC tiene una temperatura de reblandecimiento Vicat comprendida entre 100 °C y 130 °C.
Las principales diferencias entre los dos procedimientos consisten en la temperatura de calentamiento de la superficie activa y en el procedimiento tradicional la ausencia de medios de evacuacion de los gases a nivel de la superficie activa.
Por el procedimiento tradicional, la temperatura de la superficie activa es de 60 °C (muy por debajo de la temperatura de reblandecimiento en particular Vicat del material), mientras que la misma es de 140 °C en el procedimiento de la invencion (por encima de la temperatura de reblandecimiento Vicat del material inyectado).
La figura 8 ilustra de modo mas particular el ciclo de moldeo de la pieza mostrando la curva de temperatura de la 5 superficie activa en funcion del tiempo de acuerdo con los dos procedimientos respectivos, el de la invencion correspondiente a la curva A y el tradicional correspondiente a la curva R. El tiempo de inyeccion para las dos piezas desde la inyeccion es inferior a un minuto. Estas curvas ilustran que en el procedimiento de la invencion es necesario un tiempo de calentamiento antes de la inyeccion y que la temperatura de calentamiento en el momento de la inyeccion (aproximadamente 140 °C) es mucho mas elevada en el procedimiento de la invencion (un aumento 10 de temperatura del 130% con respecto a la temperatura del procedimiento habitual que es del orden de 60 °C).
La pieza obtenida por el procedimiento habitual (pieza de referencia) segun el ciclo R de la figura 8 presenta con respecto a la figura 7 un efecto de formacion de hielo que no presenta la pieza de la figura 6 obtenida por el procedimiento de la invencion segun el ciclo A de la figura 8.
Ademas, con la misma superficie activa del molde, un pulido optico de 1 pm, el brillo obtenido es totalmente 15 diferente. El mismo es particularmente visible en la pieza de la invencion de la figura 6. El brillo es de 98 UB bajo iluminacion a 60 °C en la pieza de la invencion de la figura 6 y de 65 UB en la pieza de referencia de la figura 7.
Por otra parte, sobre la base del mismo pulido de la superficie activa (1 pm), la rugosidad media Ra de la pieza de la invencion es muy ventajosamente 100 veces menor que la de la pieza de referencia:
Rugosidad media Ra = 0,02 pm en la pieza de la invencion
20 Rugosidad media Ra = 2,5 pm en la pieza de referencia.
Finalmente, la profundidad de la linea de soldadura (no ilustrada), recordando que la linea de soldadura corresponde a la linea de union de dos frentes de material, es detectable visualmente en la pieza de referencia porque presenta un espesor de 3,2 pm (lo que es redhibitorio), mientras que la linea de soldadura de la pieza de la invencion solamente es de 0,05 pm. La pieza facilitada por el procedimiento de la invencion presenta por tanto todas las 25 cualidades de aspecto requeridas a la salida del molde.

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de fabricacion de una pieza a base de material plastico de espuma (26), que comprende las etapas de
    - preparacion de un material de espuma calentado (26),
    - inyeccion del material de espuma (26) en un molde (3) calentado;
    - enfriamiento del molde (3),
    siendo el molde calentado de modo homogeneo en toda su superficie interior (31A), denominada superficie activa calentada, contra la cual se adhiere el material (26) inyectado destinado a presentar la superficie de homogeneidad de aspecto, y siendo la temperatura de la superficie activa (31A) del molde (3) durante la inyeccion en el molde superior a la temperatura de reblandecimiento del citado material (26), comprendiendo el procedimiento una etapa de evacuacion de gas, la etapa de evacuacion de gas consiste en evacuar una parte del gas (24) presente en el material de espuma (26) durante la inyeccion y durante la fase de propagacion del material (26) en la totalidad de la huella del molde (3), siendo realizada esta evacuacion al menos a nivel de la superficie activa (31A) del molde (3) a traves de los orificios de ventilacion (60) en diferentes lugares, dispuestos en el espesor del molde, que por una parte comunican con el interior (33) del molde a nivel de la superficie activa (31A) y que por otra desembocan al exterior, y/o formados por la pared constitutiva del molde (3) formada por un material microporoso, y a traves de un espacio de apertura del molde (3) a nivel del plano de union despues de la inyeccion del material y antes del enfriamiento y antes de la eyeccion de la pieza moldeada de modo que se cree un espacio de apertura a nivel del plano de union que este limitado en espesor.
  2. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la evacuacion es realizada enfrente de la menos una zona destinada a formar la linea de union de dos frentes de material inyectado.
  3. 3. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la temperatura de la superficie activa (31A) del molde (3) durante la inyeccion en el molde es superior del orden de 5 °C a 10 °C a la temperatura de reblandecimiento del citado material (26).
  4. 4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la superficie activa (31A) del molde (3) no presenta zonas cuyo gradiente de temperatura con otras zonas de la misma superficie (31A) sea superior a 20 °C.
  5. 5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la superficie activa (31A) del molde (3) no presenta zonas cuyo gradiente de temperatura con otras zonas de la misma superficie (31A) sea superior a 5 °C.
  6. 6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el calentamiento es elegido entre el calentamiento por vapor o por agua caliente a sobrepresion, la induccion, la alta frecuencia, los cartuchos calefactores, las resistencias electricas, el infrarrojo, el laser.
  7. 7. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el mismo comprende una etapa de creacion de un vacio en el interior del molde (3) por aspiracion, de modo que se genere una presion residual en el interior del molde (3) inferior a 1 bar, preferentemente comprendida entre 0,2 bares y 0,5 bares.
  8. 8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el enfriamiento del molde (3) es obtenido por medios de enfriamiento por llegada de agua fria a las paredes, por circulacion de liquidos refrigerantes o de gases frigorificos o de materiales con cambio de fase.
  9. 9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion precedente, caracterizado por que el enfriamiento de la superficie activa (31A) del molde es controlado de modo que el material llegue a su temperatura de solidificacion en menos de un minuto.
  10. 10. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el material de espuma (26) es a base de uno o varios materiales termoplasticos, cristalinos o semicristalinos, o amorfos, o materiales compuestos provistos de cargas minerales de tipo talco o de fibras de refuerzo, o tambien elastomeros.
  11. 11. Dispositivo de puesta en practica del procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende un molde (3), medios de inyeccion (20) de un material, medios de calentamiento (4), medios de enfriamiento (3), medios de evacuacion (6), siendo los medios de inyeccion (20) aptos para facilitar material de espuma, estando asociados los medios de calentamiento (4) al menos a la superficie activa (31A) del molde (3) y tales que la temperatura de la superficie activa (31A) del molde (3) durante la inyeccion en el molde sea superior a la temperatura de reblandecimiento de citado material (26), los medios de evacuacion (6) estan destinados a evacuar una parte del gas (24) del material de espuma (26) inyectado comprendiendo orificios de
    ventilacion (60) en diferentes lugares y dispuestos en el espesor del molde (3) a nivel de la superficie activa (31A) que por una parte comunican con el interior (33) del molde y que por otra desembocan al exterior, y/o formados por la pared constitutiva del molde (3) formada por un material microporoso, e igualmente configurado para crear un espacio de apertura a nivel del plano de union del molde creado antes del enfriamiento que este limitado en espesor.
    5 12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion precedente, caracterizado por que los medios de evacuacion (6)
    estan al menos dispuestos enfrente de al menos una zona destinada a formar la linea de union de dos frentes de material (26).
  12. 13. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 12, caracterizado por que el mismo comprende medios complementarios de evacuacion de los gases formados por zonas de final de llenado (62) en la
    10 huella del molde (3).
  13. 14. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por que la superficie activa (31A) del molde (3) tiene un aspecto de superficie correspondiente al aspecto destinado a ser dado a la superficie a la salida del molde, presentando la superficie activa (31A) un pulido optico de 0,02 pm a 4 pm.
  14. 15. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion precedente, caracterizado por que la superficie activa (31A) del 15 molde presenta un pulido optico de como mucho 1 pm.
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