IT9021428A1 - Procedimento ed apparecchiatura per lo stampaggio di articoli di materiale plastico espanso con superficie esterna non-espansa - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un procedimento ed un'apparecchiatura per lo stampaggio di articoli di materiale plastico espanso con superficie esterna non-espansa, vale a dire un procedimento ed un'apparecchiatura per ottenere in un'unica fase di stampaggio un manufatto composito in materiale plastico espanso, in particolare polistirolo espanso, che alla parte espansa unisce una superficie esterna non-espansa .

Con l'espressione "superficie esterna non-espansa" si intende qui uno strato superficiale esterno, di spessore variabile, del materiale stampato che a temperatura ambiente si presenta come una struttura indurita, liscia e compatta.

E' noto che una tale struttura è specialmente richiesta perchè conferisce al manufatto caratteristiche di impermeabilità, di durezza e di resistenza agli urti, oltre ad essere di aspetto gradevole. Infatti il polistirolo espanso, pur avendo buone proprietà isolanti e pur essendo leggero ed economico,, è facilmente graffiabile, è poco resistente agli urti, è permeabile all'acqua e vapore e non è lavabile.

Per ottenere un rivestimento esterno con buone proprietà di resistenza all'abrasione e agli urti, e facilmente lavabile ed impermeabile, è già stato proposto di unire al polistirolo espanso un polistirolo rigido, in particolare in forma di foglio, sulla faccia destinata a rimanere in vista. L'applicazione del foglio di polistirolo rigido comporta però vari problemi. Anzitutto è tecnicamente difficile poter ottenere l'adesione del foglio al resto del materiale durante lo stampaggio, ad es. mediante vapore, perchè il materiale espanso già stampato si comporta come isolante termico ed è di ostacolo al passaggio del vapore e quindi all'adesione.

D'altra parte il foglio di polistirolo rigido subisce facilmente delle deformazioni ad opera del calore e può spezzarsi in corrispondenza di spigoli od angol i.

Si è allora pensato di ricorrere agli adesivi per consentire l'attacco del foglio di polistirolo rigido al manufatto già formato. Ma, a parte il fatto che non sempre è possibile ottenere in tal modo una adesione duratura delle due parti, occorre considerare che alle difficoltà tecniche si aggiungono i costi elevati di produzione, perchè sono necessarie fasi distinte di lavorazione per ciascuno dei materiali (il foglio rigido e il manufatto) ed inoltre una ulteriore separata fase di unione dei due materiali.

Per diminuire i costi di produzione e ovviare agli inconvenienti legati all'uso delle tecniche precedenti, la stessa richiedente ha proposto con il Brevetto italiano N° 1.185.507 del 14 febbraio 1985 un procedimento per lo stampaggio di polistirolo espanso, accoppiato a polistirolo rigido in fogli, che consiste nel preformare, vale a dire nel dare la forma voluta (corrispondente allo stampo usato) al foglio di polistirolo rigido, dopo averlo portato con opportuni dispositivi di riscaldamento alla temperatura di rammollimento .

Sul materiale rigido così preformato viene poi stampato il polistirolo espanso, iniettandolo sotto forma di perline nella cavità di stampaggio. Agendo opportunamente mediante impulsi di vapore combinati a impulsi di vuoto (depressione), si ottiene il rammollimento, la sinterizzazione e quindi la saldatura delle perline nel materiale espanso e contemporaneamente l'adesione del materiale espanso al materiale rigido.

La tecnica così proposta deve necessariamente far ricorso al polistirolo in fogli che si trova abitualmente in commercio, e quindi sottoporre il foglio (che ha una superficie piana) ad opportuna trasformazione in modo che possa assumere la consistenza e la forma voluta nel manufatto finito, che non necessariamente deve essere piana.

Per non dipendere da quel che offre il mercato e per ridurre i costi, sarebbe desiderabile poter realizzare lo strato superficiale durante la lavorazione del manufatto in polistirolo, mediante una trasformazione della parte superficiale dello stesso. La tecnica che sembrerebbe più evidente sarebbe quella di provocare da un solo lato, per elevato riscaldamento, la fusione di una parte delle sfere di polistirolo che compongono lo strato superficiale del pezzo, in modo da ottenere poi per successivo raffreddamento una struttura indurita, rigida e compatta della superficie del manufatto. Ma il passaggio dello strato superficiale dell'espanso allo stato fuso si determina con una riduzione delle dimensioni del manufatto ed è possibile solo contestualmente ad un movimento del manufatto verso la parete dello stampo ovvero con un movimento dello stampo verso il manufatto. Lo strato superficiale rigido avrebbe dunque uno spessore omogeneo solo nelle superfici perpendicolari all'asse di movimento relativo, risultando più sottile o addirittura assente sulle altre superfici, , in particolare su quelle parallele alla direzione, di movimento relativo.

Per provocare la fusione del polistirolo espanso si potrebbe pensare di utilizzare la stessa corrènte di vapore che di norma si usa per ottenere la sinterizzazione, cioè la saldatura delle sferette di polistirolo tra di loro per la formazione del manufatto.

Per ottenere la fusione occorre però disporrò di una temperatura del vapore più elevata, il che si ottiene con l'aumento della pressione. Senonchè sottoponendo la superficie esterna dell'espanso all'azione di una corrente di vapore a pressione di circa 5 atmosfere, necessaria per raggiungere la temperatura di fusione sulla superficie, si provoca una fusione incontrollata del materiale anche all'interno, con conseguente collasso e parziale distruzione del manufatto.

La tecnica anteriore non è quindi in grado di offrire una adeguata soluzione al problema.

Il compito che la presente invenzione intende risolvere è quello di realizzare un procedimento ed un'apparecchiatura per lo stampaggio di materiale plastico espanso, in particolare polistirolo espanso, con cui sia possibile ottenere in un'unica fase di lavorazione il prodotto finito costituito dal materiale espanso con superficie esterna non-espansa, cioè rigida e compatta.

Questo compito viene risolto, secondo l'invenzione, con un procedimento per lo stampaggio di articoli di materiale plastico espanso, in particolare polistirolo espanso, con superficie esterna almeno parzialmente non-espansa, in cui il materiale da stampare viene sinterizzato all'interno di una cavità di stampaggio mediante impulsi di vapore, caratterizzato dal fatto che il materiale in corrispondenza di almeno una porzione superficiale viene portato a fusione apportando calore attraverso la superficie adiacente dello stampo e che dopo la sinterizzazione e prima del raffreddamento il materiale viene lasciato sostare nello stampo creando tra le particelle di materiale uno stato di pressione atto a tenerle in contatto con detta superficie adiacente dello stampo.

Per l'attuazione di questo procedimento viene proposta un'apparecchiatura di stampaggio presentante almeno uno stampo costituito da almeno due semistampi definenti, nella posizione chiusa, una cavità di stanipaggio, e mezzi di alimentazione del materiale da stampare nonché mezzi di alimentazione impulsiva di vapore all'interno della cavità di stampaggio per la sinterizzazione del materiale in detta cavità e mèzzi di raffreddamento dello stampo, caratterizzata dal fatto che sono previsti mezzi di riscaldamento di almeno una porzione superficiale di detta cavità di stampaggio alla temperatura di fusione del materiale e che i mezzi di raffreddamento dello stampo sono comandabili con ritardo rispetto al disattivamento di detti mezzi di alimentazione impulsiva di vapore ,

Un procedimento secondo l'invenzione consiste dunque essenzialmente nel sottoporre il polistirolo, contenuto come di norma sotto forma di sferette nella cavità di stampaggio {definita dai due semistampi maschio e femmina), ad una azione di calore combinata e distinta, il calore necessario per consentire la fusione del polistirolo (o meglio di uno strato superficiale di sferette) essendo fornito dalla superficie esterna di almeno un semistampo, la cui temperatura, alimentata da opportuni mezzi di riscaldamento di cui la camera interna del semistampo è provvista, è tale da provocare la fusione nel contatto diretto delle sferette di polistirolo con la superficie del semistampo .

La sinterizzazione del materiale rimanente, in corrispondenza alla zona interessata della fusione, viene ottenuta mediante l'usuale corrente di vapore che giunge nella cavità di stampaggio attraverso le aperture di cui è provvisto l'altro semistampo.

Il vapore che alla pressione normale, in genere 1 - 1,5 atmosfere, arriva nella cavità di stampaggio, determina la sinterizzazione delle sferette e la formazione del manufatto. Anziché procedere, come nella tecnica usuale, all'immediato raffreddamento dello stampo dopo l'apporto del vapore, viene introdotta una fase di attesa, la cui durata è proporzionale al grado di fusione superficiale desiderato, e che è eseguita in modo da creare all'interno delle particelle sinterizzate una pressione che mantiene il contatto superficiale con lo stampo riscaldato, evitando quindi quell'azione di ritiro che non consentiva di ottenere uno spessore di materiale fuso omogeneo in caso di fusione prodotta in una seconda fase su manufatti con superfici curvilinee.

Dopo di ciò si procede al raffreddamento dei'due semistampi ed al distacco dalla cavità di stampaggio del prodotto finito costituito dall'espanso con superficie rigida.

Con il procedimento secondo l'invenzione sii può quindi ottenere un prodotto in polistirolo espanso che presenta una superficie a vista, rigida, compatta ed impermeabile mediante una sola fase di lavorazione,ed utilizzando un solo materiale di partenza.

Questo modo di procedere consente di conferire al prodotto finito la forma e le dimensioni superficiali volute, coerentemente con lo stampo usato.

Come già indicato in precedenza, la camera interna di almeno un semistampo è provvista di opportuni mezzi di riscaldamento in grado di consentire il raggiungimento, alla superficie esterna dello stampo, della temperatura di fusione del polistirolo.

Può essere vantaggioso ed anche economico ricorrere al vapore come mezzo di riscaldamento. Tuttavia, poiché la temperatura necessaria ad ottenere la fusione del polistirolo in superficie è elevata, attorno ai 150-160°C, per poter raggiungere con il vapore la temperatura, è necessario agire sulla pressione, portandola a circa 5 atmosfere e innalzando in tal modo la temperatura del vapore al valore richiesto.

Si possono comunque utilizzare in luogo del vapore, altri mezzi di riscaldamento, quali resistenze elettriche o altri sistemi di apporto di calore. E1 anche opportuno, nel caso di utilizzo del vapore, che la superficie del semistampo o dei semistampi sui quali si intende ottenere la fusione sia integra e del tutto priva dei normali fori o aperture (fenditure) che consentono il passaggio dell'aria e/o vapore e ciò per evitare ogni possibilità di fusione incontrollata del materiale.

Ulteriori particolari e vantaggi dell'invenzione risulteranno meglio dalla descrizione seguente, riferita ad un esempio di realizzazione preferito ma non esclusivo dell'invenzione stessa, illustrato esemplificativamente nel disegno allegato, in cui:

la fig. 1 mostra una sezione schematica attraverso un'apparecchiatura secondo l'invenzione;

la fig. 2 è una sezione trasversale attraverso una porzione di un articolo ottenuto con il procedimento secondo l'invenzione.

Con riferimento dapprima alla figura 1, uno stampo 10 per lo stampaggio di articoli di materiale plastico, in particolare di polistirolo espanso, è formato, in modo di per sè noto, da due semistampi 11 e 12 presentanti rispettivamente delle impronte Ila e 12a definenti tra loro, nella posizione chiusa, una cavità di stampaggio 13. Tra il corpo dei semistampi 11 e 12 e le rispettive impronte Ila e 12a sono formate delle camere 14, 15 in cui affluiscono acqua e vapore Come si vedrà più avanti.

L'impronta 12a presenta, in modo di per sè noto, una pluralità di minuscoli fori passanti 16 e 17, disposti variamente distribuiti e tali da far passare,il vapore attraverso l'impronta stessa nella cavità di stampaggio 13. I fori 16, 17 sono previsti in particolare anche in corrispondenza delle zone terminali dell'impronta 12a per favorire l'afflusso del vapore anche in queste zone. L'impronta Ila è invece priva di questi fori passanti.

Nell'impronta 12a è ricavata centralmente un'apertura 18 di alimentazione del materiale da stampare, il quale viene addotto attraverso il condotto di caricamento 19 da un serbatoio non mostrato. Il materiale può essere vantaggiosamente polistirolo in forma di periine.

Con 20 sono indicati rispettivi condotti per l'alimentazione di acqua di raffreddamento nelle camere 14, 15 dei semistampi 11, 12, i condotti 20 essendo comandati da valvole 20a. Con 21 è indicato un condotto di alimentazione di vapore a pressione superiore a quella atmosferica, per la sinterizzazione del materiale, il condotto 21 sfociando nella camera 15. L'alimentazione del vapore è impulsiva ed è comandabile mediante una valvola schematizzata con 22. Con 23 sono indicati condotti d'aria comunicanti con le camere 14, 15 e con 24 è indicato un condotto collegato ad una sorgente di vuoto o depressione, non mostrata, e definente mezzi generatori di depressione per lo stampo. Anche quest’ultimo condotto presenta una valvola di intercettazione, indie ata con 25; esso sfocia nella camera 15. Con 26 è indicato un condotto di alimentazione di vapore a bassa pressione, sfociante nella camera 15 e comandabile tramite una valvola 27. Con 28 sono indicati condotti di scarico delle camere 14, l5, intercettabi 1i mediante rispettive valvole 29. Sono indicati con 30 due estrattori, mentre con 31 è infine indicato un condotto di alimentazione di vapore ad elevata temperatura, per esempio 150°-160°, e pressione, ca. 5 atm. Il condotto 31 è comandato da una valvola 32. Le varie valvole fanno capo ad un'unità; di comando 33, atta a comandarle secondo una sequenza operativa idonea a realizzare lo stampaggio del màteriale, come descritto qui appresso.

Dapprima viene inviato vapore nella camera 14 dal condotto 31, in modo da riscaldare la superficie dell'impronta Ila (in corrispondenza della quale si intende realizzare la superficie indurita e compatta del manufatto) sostanzialmente alla temperatura di fusione del materiale da stampare. Ad esempio viene utilizzato vapore a 150-160°C e ad una pressione di circa 5 atmosfere.

Successivamente viene iniettato il materiale,, ad es. perline d1 polistirolo, nella cavità di stampaggio 13 attraverso il condotto di alimentazione 19. Viene quindi eseguita una fase di eliminazione dell'aria contenuta nelle camere 14 e 15 e nella cavità 13 mediante una successione di fasi di depressione e di immissione impulsiva di vapore agendo sulle valvole '25, rispettivamente 26, ad esempio nel modo descritto nel brevetto italiano N° 1 202 484 della stessa Richiedente.

Ottenuto un minimo di aria residua tale da consentire la sinterizzazione desiderata, viene eseguita la fase di sinterizzazione del polistirolo, immettendo nella cavità 13 vapore a pressione e temperatura maggiore di quella atmosferica, ad esemplo 1,5 bar e 110°C dal condotto 21 e dai fori 16 e 17 disposti dalla parte dello stampo opposta a quella che definisce la superficie non-espansa dell'articolo stampato., La sinterizzazione viene eseguita vantaggiosamente alternando impulsi di vapore ad impulsi di vuoto (depressione), ad esempio come descritto nel citato brevetto italiano 1.202.484.

Effettuata la sinterizzazione, anziché procedere subito al raffreddamento dei semistampi secondo la tecnica nota, si introduce una fase di attesa, facendo in modo che le particelle di materiale già sinterizzate mantengano uno stato di pressione tale da mantenerle in contatto superficiale con l'impronta Ila tuttora riscaldata, in modo da ottenere un'omogenea fusione del materiale per uno strato superficiale di spessore che sarà proporzionale al tempo di attesa. Ciò può essere ottenuto togliendo pressione alla camera 15, ma mantenendo la pressione nella camera 14 nella quale si trova la superficie riscaldata. In questo modo le particelle di materiale tendono ad espandersi e ciò assicura il contatto con la superficie riscaldata dell'impronta Ila e conseguentemente la fusione di uno strato uniforme in corrispondenza della superficie riscaldata, comunque questa sia conformata. Il tempo di attesa può essere dell'ordine di 20-30 sec.

A questo punto viene effettuato il raffreddaménto dei semistampi, immettendo acqua di raffreddamento, preferibilmente a ca. 50°C, dai condotti 20 secondo una tecnica di per sè nota, e quindi si provvede all'estrazione del manufatto.

Il manufatto 34 ottenuto presenta una parte 35 in materiale espanso tradizionale ed una parte superficiale 36 indurita, liscia e compatta, laddove il materiale è stato fuso a contatto con l'impronta Ila riscaldata, il tutto essendo ottenuto con un'unica lavorazione di stampaggio.

In luogo del vapore fornito dal condotto 31 per mantenere ad elevata temperatura la porzione di stampo lungo la quale si desidera ottenere la superficie nonespansa, si potrebbero usare mezzi di riscaldamento disposti all'interno della parete dello stampo, ad esempio resistenze elettriche annegate nell'impronta o vapore alla suddetta temperatura e pressione immesso in canali o simili all'interno della parete dell'impronta. In fig. 1 sono schematizzati tali canali e sono indicati con 37.

Naturalmente la forma della cavità di stampaggio potrebbe essere diversa da quella esemplificativamente illustrata ed è possibile realizzare articoli aventi le forme più svariate. La superficie indurita potrebbe essere realizzata solo su una parte della superficie esterna dell'articolo. Viceversa le superfici fuse poirebbero essere, se desiderato, quelle a contatto1 di entrambi i semistampi, qualora (in luogo delle tecnica di sinterizzazione precedentemente descritta che utilizza per il passaggio del vapore necessario alla sinterizzazione i fori 16 e 17), si utilizzino soltanto dei passaggi posti in corrispondenza del 1'apertura 18 e della linea di chiusura dei due semistampi.Lo stampo potrebbe essere formato da più di due parti. I valori di pressione e temperatura adottati come pure i tempi di sinterizzazione e sosta impiegati potranno essere diversi, a seconda delle esigenze e del materiale lavorato.

Articoli che possono essere vantaggiosamente realizzati, utilizzando il procedimento e l'apparecchiatura di cui alla presente invenzione, sono ad esempio i caschi per ciclisti. E' noto che tali caschi dovrebbero essere molto leggeri, offrire una resistenza|ottimale a prova di caduta dopo immersione in acqua e presentare una buona protezione all'abrasione, caratteristiche queste che, ben difficilmente, si trovano contemporaneamente presenti nel caschi ottenuti secondo le tecniche note.

Infatti o si producono caschi con calotta estèrna di copertura di materiale rigido che conferisce al'casco protezione all'abrasione e favorisce l'integrità in caso d'urto e la diminuzione dell'attrito con 11 terreno, ma in tal caso il casco ha un peso che è mal tollerato dall'utente,; oppure si producono caschi in solo espanso, che sì sono leggeri, ma che hanno necessità di essere verniciati per resistere alla prova di caduta dopo immersione in acqua e richiedono |poi spesso una reticella per la protezione dall'abrasione e in caso d'urto presentano un elevato attrito con il terreno.

I caschi per ciclisti ottenuti con il procedimento della presente invenzione presentano invece tutte le caratteristiche di leggerezza e di resistenza richieste.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per lo stampaggio di articoli di materiale plastico espanso, in particolare polistirolo espanso, aventi superficie esterna almeno parzialménte non-espansa, in cui il materiale da stampare viene sinterizzato all'interno di una cavità di stampaggio mediante impulsi di vapore, caratterizzato dal fàtto che il materiale 1n corrispondenza di almeno una porzione superficiale viene portato a fusione apportando calore attraverso la superficie adiacente dello stampo e che dopo la sinterizzazione e prima del raffreddamento il materiale viene lasciato sostare nello stampo creando tra le particelle di materiale uno stato di pressione atto a tenerle in contatto con detta superficie adiacente dello stampo.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il calore per la fusione superficiale del materiale viene apportato mediante vapore .
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che per la fusione superficiale del materiale viene utilizzato vapore a 150-160°C e ca. 5 atmosfere.
4. 4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il materiale sinterizzato viene lasciato nello stampo riscaldato per ca. 20-30 secondi.
5. 5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che durante la fase di sosta nello stampo viene tolta la pressione dalla parte dello stampo opposta a quella definente la superficie da realizzare non-espansa.
6. 6. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il vapore per la sinterizzazione viene fornito attraverso la porzione di stampo opposta a quella che definisce la superficie da realizzare non-espansa.
7. 7. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la sinterizzazione viéne effettuata alternando impulsi d1 vapore ad impulsi di vuoto (depressione).
8. 8. Apparecchiatura per l'attuazione del procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, presentante almeno uno stampo costituito da almeno due semistampi definenti, nella posizione chiusa, una cavità di stampaggio, e mezzi di alimentazione del materiale da stampare nonché mezzi di alimentazione impulsiva di vapore all'interno della cavità di stampaggio per la sinterizzazione del materiale in detta cavità e mezzi d1 raffreddamento dello stampo, caratterizzata dal fatto che sono previsti mezzi d1 riscaldamento di almeno una porzione superficiale di detta cavità alla temperatura di fusione del materiale e che i mezzi di raffreddamento dello stampo sono comandabili con ritardo rispetto al disattivamento di detti mezzi di alimentazione impulsiva di vapore.
9. 9. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che la porzione di stampo definente la superficie da realizzare non-espansa delimita almeno parzialmente una camera alimentata con vapore a temperatura e pressione idonee ad ottenere la fusione del materiale in corrispondenza di detta superficie.
10. 10. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che detta porzione di stampo è priva di fori o aperture passanti.
11. 11. Apparecchiatura secondo una delle rivendicazioni da 8 a 10, caratterizzata dal fatto che la porzione di stampo definente la superficie da realizzare non-espansa presenta mezzi di riscaldamento al suo interno.
12. 12. Apparecchiatura secondo una delle rivendicazioni da 8 a 11, caratterizzata dal fatto che presenta mezzi per la generazione di una depressione all'interno di detta cavità di stampaggio, detti mezzi essendo comandabili alternativamente e separatamente da detti mezzi di alimentazione impulsiva di vapore.
13. 13. Procedimento di stampaggio sostanzialmente come precedentemente descritto.
14. 14. Articoli in polistirolo espanso aventi alméno una superficie esterna non espansa, prodotti utilizzando il procedimento e l’apparecchiatura di cui alle rivendicazioni precedenti.
15. 15. Apparecchiatura di stampaggio sostanzialmente come descritta con riferimento al disegno allegato.