IT201800001655A1 - Bio-composito termoplastico per la realizzazione di componenti estetiche e funzionali di un qualsiasi veicolo - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo:

“BIO-COMPOSITO TERMOPLASTICO PER LA REALIZZAZIONE DI COMPONENTI ESTETICHE E FUNZIONALI DI UN QUALSIASI VEICOLO”

Descrizione

Campo della tecnica

La presente invenzione opera nell’ambito dell’industria dell’automotive, in particolare per la realizzazione di componenti ad alto valore estetico e funzionale, di un veicolo. Più dettagliatamente, gli oggetti realizzati secondo la presente invenzione, sono prodotti mediante stampaggio a iniezione utilizzando una matrice polipropilenica rinforzata con cellulosa e talco.

Arte nota

Le materie plastiche attualmente esistenti sono numerosissime. Esse possono essere costituite da polimeri puri oppure miscelati con additivi o cariche. I polimeri più utilizzati sono prodotti a partire da sostanze derivate dal petrolio e sono il risultato della polimerizzazione di una quantità di molecole base per formare catene anche molto lunghe. Si parla di omopolimeri se il monomero è unico, copolimeri se il polimero è ottenuto da due o più monomeri diversi e di leghe polimeriche se il materiale è il risultato della miscelazione di due monomeri che polimerizzano senza combinarsi chimicamente.

Un sottogruppo dei materiali polimerici è quello dei polimeri termoplastici. Essi acquistano malleabilità sotto l’azione del calore e sono utilizzati nei processi di stampaggio a iniezione.

Nell’ultimo ventennio l’utilizzo di compositi “green” a matrice polimerica, rinforzati con fibre naturali, si è affermato anche nell’industria automobilistica per la produzione di pannelli di portiera, retroschienali, tetti, cruscotti, paraurti, copribagagliaio e altri componenti soprattutto per l’interno del veicolo. Le fibre naturali offrono, infatti, benefici quali la riduzione dei pesi e dei costi, sia delle materie prime sia della produzione, la riciclabilità e il basso impatto ambientale. Alcune privative internazionali hanno come oggetti dei materiale compositi biocompatibili, come, ad esempio, il brevetto US 2006 0100319 dal titolo “Lignocellulose fiber filler for thermoplastic composite compositions”. Questo brevetto riguarda un materiale fibroso di lignocellulosa discontinuo per la realizzazione di compositi termoplastici comprendenti almeno il 20% in peso, massimo il 50% in peso, di fibre di lunghezza pari a 15 mm e diametro inferiore a 0,5 mm.

Questa come le altre privative attualmente operanti sul mercato delle componenti automobilistiche, però, non sono ancora tate in grado di proporre un composito rinforzato a basso impatto ambientale, che fornisca pezzi dall’elevata valenza estetica, pronti per essere installati all’interno dell’abitacolo del veicolo. In particolare non si è ancora riusciti a coniugare la gradevolezza estetica con un peso contenuto del pezzo senza rinunciare alle prestazioni meccaniche e termiche tipiche del polipropilene e degli altri polimero comunemente utilizzati nello stampaggio a iniezione.

Scopo della presente invenzione è, pertanto, quello di proporre un nuovo ed innovativo bio-composito termoplastico rinforzato che sia particolarmente adatto per la realizzazione di componenti estetiche, interni, esterni e sottomotore, di un qualsiasi veicolo mantenendo buone proprietà meccaniche e termiche ed un peso contenuto.

Descrizione dell’invenzione

Secondo la presente invenzione vengono realizzate le componenti estetiche e funzionali di un qualsiasi veicolo con un nuovo materiale bio-composito termoplastico che risolve efficacemente le problematiche suesposte.

Vantaggiosamente, la presente invenzione può essere realizzata usufruendo degli stampi attualmente in uso negli impianti industriali di stampaggio a iniezione, senza pertanto prevedere alcun costo aggiuntivo per la produzione.

Il vantaggio apportato dall’utilizzo delle fibre di cellulosa, sta nella loro densità che è circa del 50% inferiore alle cariche minerali (fibra vetro 2.48 g/cm<3>; fibre di cellulosa: 1.4 g/cm<3>, talco 2,82 g/cm<3>). Il rinforzo in fibre di cellulosa, quindi, consente, vantaggiosamente, una riduzione del peso del componente senza significative variazioni delle performance termo-meccaniche.

La fibra di cellulosa utilizzata ha un elevato grado di purezza ed è priva di componente ligninica. Ciò conferisce al materiale una buona resa estetica e lo rende privo di odori sgradevoli che possono svilupparsi in fase di processo. La cellulosa conserva le sue proprietà fino a 190 ° C e perde circa il 10% della sua resistenza meccanica se esposta per circa 10 minuti a 200 ° C.

I materiali rinforzati con fibre di cellulosa presentano dei vantaggi quali, il basso impatto ambientale, l’economicità, la bassa densità, le buone proprietà meccaniche specifiche, la capacità di smorzamento delle onde sonore e una superficie relativamente reattiva e quindi modificabile chimicamente o fisicamente.

Grazie all’utilizzo della parte della fibra di cellulosa insolubile, il prodotto stampato così realizzato è inodore. Il polimero, inoltre, presenta un bassissimo assorbimento di acqua, essendo sostanzialmente idrorepellente. Questo consente la produzione di componenti assolutamente identiche tra loro, sia dal punto di vista dimensionale, sia di peso, sia per quanto riguarda le prestazioni termomeccaniche.

Vantaggiosamente, le componenti realizzate con il bio-polimero oggetto della presente invenzione, sono anche variamente colorabili.

Vantaggiosamente, in accordo con la normativa Federal Motor Vehicle Safety Standard (FMVSS) 302, la velocità di combustione del bio-composito della presente invenzione è inferiore a 100 mm/min ed esso è altamente resistente agli agenti chimici.

Il principale vantaggio della presente invenzione sta nella combinazione di fibra di cellulosa e carica minerale (talco), che ha portato allo sviluppo di un materiale con caratteristiche termiche e meccaniche paragonabili ad un polipropilene caricato fibra vetro e talco, ma avente, vantaggiosamente, minore densità.

La presenza della carica minerale, ovvero del talco favorisce la dispersione delle fibre cellulosiche, che si traduce in migliori proprietà termiche e meccaniche e in una buona resa estetica del componente stampato.

Più dettagliatamente. Il materiale bio-composito in oggetto, è costituito da:

- una matrice in polipropilene, omopolimero o copolimero, in una concentrazione compresa tra il 60% ed il 90% in peso;

- detta fibra di rinforzo, costituita da fibra di cellulosa insolubile, in una concentrazione compresa tra il 10% ed il 30% in peso;

- detta carica minerale, costituita da talco, in una concentrazione compresa tra 0,1% in peso ed il 10% in peso.

Le caratteristiche termo-meccaniche principali del materiale suddetto sono, vantaggiosamente, le seguenti:

- indice di fluidità (a 190 °C, 5 kg) compreso tra 8 g/10min e 26 g/10min; - modulo elastico a trazione compreso tra 1.200 MPa e 3.500 MPa;

- resistenza a trazione compresa tra 30 MPa e 55 MPa;

- allungamento a rottura compreso tra 5% e 14%;

- resilienza superiore a 3 KJ/m2;

- temperatura di rammollimento di Vicat compresa tra 85 °C e 126 °C.

I vantaggi offerti dalla presente invenzione sono evidenti alla luce della descrizione fin qui esposta e saranno ancora più chiari grazie alle figure annesse e alla relativa descrizione dettagliata.

Descrizione delle figure

L’invenzione verrà qui di seguito descritta in almeno una forma di realizzazione preferita a titolo esplicativo e non limitativo con l’ausilio delle figure annesse, nelle quali:

- FIGURA 1 e FIGURA 2 mostrano le immagini al microscopio a scansione elettronica (SEM) che dimostrano la buona dispersione delle fibre e l’adesione della cellulosa alla matrice polipropilenica.

- FIGURA 3 mostra quattro tabelle (Fig. 3(a), 3(b), 3(c) e 3(d)) dei dati sperimentali di alcune formulazioni preferite di bio compositi secondo la presente invenzione. La seconda colonna indica il tipo di matrice, se omopolimero o copolimero. I test sono stati effettuati secondo le norme di riferimento indicate nella quarta colonna della tabella. L’ultima colonna indica il valore riscontrato ed il margine d’errore delle misurazioni.

Descrizione dettagliata dell’invenzione

La presente invenzione verrà ora illustrata a titolo puramente esemplificativo ma non limitativo o vincolante, ricorrendo alle figure le quali illustrano alcune realizzazioni relativamente al presente concetto inventivo.

In una prima forma di realizzazione della presente invenzione (FIG. 3(a)), il materiale bio-composito termoplastico rinforzato è costituito da:

- matrice polipropilenica omopolimero in una concentrazione pari al 76,9% in peso;

- fibra di cellulosa insolubile in una concentrazione pari al 23%;

- talco in una concentrazione pari allo 0,1%.

I valori riscontrati sono i seguenti:

- indice di fluidità pari a 11g/10 min;

- modulo elastico a trazione pari a 2.967 MPa;

- resistenza a trazione pari a 43,7 MPa;

- allungamento a rottura pari al 6,25%;

- temperatura di rammollimento pari a 126 °C;

- resilienza pari a 6,25 KJ/m2.

In una seconda forma di realizzazione della presente invenzione (FIG. 3(b)), il materiale bio-composito termoplastico rinforzato è costituito da:

- matrice polipropilenica omopolimero in una concentrazione pari al 70% in peso;

- fibra di cellulosa insolubile in una concentrazione pari al 20%;

- talco in una concentrazione pari al 10%.

I valori riscontrati sono i seguenti:

- indice di fluidità pari a 10 g/10 min;

- modulo elastico a trazione pari a 3.472 MPa;

- resistenza a trazione pari a 46,7 MPa;

- allungamento a rottura pari al 5,17%;

- temperatura di rammollimento pari a 125 °C;

- resilienza pari a 3,3 KJ/m2.

In una terza forma di realizzazione della presente invenzione (FIG. 3(c)), il materiale bio-composito termoplastico rinforzato è costituito da:

- matrice polipropilenica copolimero in una concentrazione pari al 80% in peso;

- fibra di cellulosa insolubile in una concentrazione pari al 15%;

- talco in una concentrazione pari al 5%.

I valori riscontrati sono i seguenti:

- indice di fluidità pari a 14,5 g/10 min;

- modulo elastico a trazione pari a 1.506 MPa;

- resistenza a trazione pari a 34,2 MPa;

- allungamento a rottura pari al 11,34%;

- temperatura di rammollimento pari a 92 °C;

- resilienza pari a 31,6 KJ/m2.

In una quarta forma di realizzazione della presente invenzione, il bio-composito termoplastico rinforzato è costituito da:

- matrice polipropilenica copolimero in una concentrazione pari al 77% in peso;

- fibra di cellulosa insolubile in una concentrazione pari al 20%;

- talco in una concentrazione pari al 3%.

Con riferimento alla FIG. 3(d) sono mostrati i valori relativamente a:

- indice di fluidità pari a 8,6 g/10min;

- modulo elastico a trazione pari a 1.720 MPa;

- resistenza a trazione pari a 38,5 MPa;

- allungamento a rottura pari al 10,67%;

- temperatura di rammollimento pari a 99 °C;

- resilienza pari a 32,1 KJ/m2.

È infine chiaro che all’invenzione fin qui descritta possono essere apportate modifiche, aggiunte o varianti ovvie per un tecnico del ramo, senza per questo fuoriuscire dall’ambito di tutela che è fornito dalle rivendicazioni annesse.

Claims (9)

1. Rivendicazioni 1. Bio-composito termoplastico per la realizzazione di componenti estetiche e funzionali di un qualsiasi veicolo, caratterizzato dal fatto di essere costituito almeno da: - matrice polipropilenica in concentrazione compresa tra il 60% ed il 90% in peso; - fibra di cellulosa insolubile, in una concentrazione compresa tra il 10% ed il 30% in peso; - talco, in una concentrazione compresa tra 0,1% in peso ed il 10% in peso; detto bio-composito avendo indice di fluidità a 190 °C, compreso tra 8 g/10min e 26 g/10min; modulo elastico a trazione compreso tra 1.200 MPa e 3.500 MPa; resistenza a trazione compresa tra 30 MPa e 55 MPa; allungamento a rottura compreso tra 5% e 14%; resilienza superiore a 3 KJ/m<2>; temperatura di rammollimento di Vicat compresa tra 85 °C e 126 °C; detto bio-composito essendo atto ad essere iniettato all’interno di uno stampo per la realizzazione di una qualsiasi componente ad alto valore estetico di un qualsiasi veicolo, preferibilmente un componente dell’abitacolo interno o sottoscocca.
2. 2. Bio-composito termoplastico per la realizzazione di componenti estetiche e funzionali di un qualsiasi veicolo, secondo la precedente rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di essere inodore.
3. 3. Bio-composito termoplastico per la realizzazione di componenti estetiche e funzionali di un qualsiasi veicolo, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto di essere completamente riciclabile.
4. 4. Bio-composito termoplastico per la realizzazione di componenti estetiche e funzionali di un qualsiasi veicolo, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di essere idrorepellente.
5. 5. Bio-composito termoplastico per la realizzazione di componenti estetiche e funzionali di un qualsiasi veicolo, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di consentire la realizzazione di componenti ad elevato valore estetico di un qualsiasi veicolo aventi tutte il medesimo peso.
6. 6. Bio-composito termoplastico per la realizzazione di componenti estetiche e funzionali di un qualsiasi veicolo, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che la superficie del componente realizzato tramite stampaggio a iniezione di detto bio-composito è reattiva, ovvero è modificabile chimicamente o fisicamente.
7. 7. Bio-composito termoplastico per la realizzazione di componenti estetiche e funzionali di un qualsiasi veicolo, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di essere colorabile.
8. 8. Bio-composito termoplastico per la realizzazione di componenti estetiche e funzionali di un qualsiasi veicolo, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di avere una velocità di combustione inferiore a 100 mm/min, in accordo con la norma FMVSS 302 Federal Motor Vehicle Safety Standard.
9. 9. Bio-composito termoplastico per la realizzazione di componenti estetiche e funzionali di un qualsiasi veicolo, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di essere resistente agli agenti chimici.