ITBO20090240A1

ITBO20090240A1 - METHOD FOR MOLDING PROTECTIVE HELMETS IN COMPOSITE MATERIAL

Info

Publication number: ITBO20090240A1
Application number: IT000240A
Authority: IT
Inventors: Oliviero Vicini
Original assignee: Aliena Di Vicini Oliviero & C S A S
Priority date: 2009-04-15
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2010-10-16

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:

“METODO PER LO STAMPAGGIO DI CASCHI PROTETTIVI IN MATERIALE COMPOSITO” "METHOD FOR MOLDING PROTECTIVE HELMETS IN COMPOSITE MATERIAL"

La presente invenzione è relativa ad un metodo per lo stampaggio di caschi protettivi in materiale composito. The present invention relates to a method for molding protective helmets in composite material.

In particolare, la presente invenzione è relativa ad un metodo per lo stampaggio di caschi protettivi in un materiale composito comprendente una matrice polimerica, preferibilmente una resina, ed una struttura di rinforzo a fibre intrecciate. In particular, the present invention relates to a method for molding protective helmets in a composite material comprising a polymeric matrix, preferably a resin, and a reinforcing structure with intertwined fibers.

Nel settore dello stampaggio di caschi protettivi in materiale composito, è noto realizzare un impianto comprendente uno stampo definito da due semistampi inferiori mobili uno rispetto all’altro tra una posizione di stampaggio, in cui i due semistampi definiscono una cavità superiormente aperta, ed una posizione di estrazione del casco protettivo dallo stampo, e da un coperchio superiore, il quale è mobile tra una posizione di chiusura ed una posizione di apertura della cavità, e supporta un pallone di espansione, che sporge verso il basso dal coperchio, e si estende, in uso, all’interno della cavità per definire, unitamente alla cavità ed al coperchio, una camera di stampaggio presentante sostanzialmente la forma di un casco protettivo. In the sector of molding protective helmets in composite material, it is known to realize a plant comprising a mold defined by two lower half-molds movable relative to each other between a molding position, in which the two half-molds define an upper open cavity, and a position extraction of the protective helmet from the mold, and from an upper lid, which is movable between a closed position and an open position of the cavity, and supports an expansion balloon, which projects downwards from the lid, and extends, in use, inside the cavity to define, together with the cavity and the lid, a molding chamber substantially in the shape of a protective helmet.

In uso, una volta disposta la struttura di rinforzo sulla parete di fondo della cavità, lo stampo viene chiuso con il coperchio, la matrice polimerica viene iniettata o introdotta manualmente all’interno della camera di stampaggio, ed il pallone di espansione viene gonfiato tramite un fluido in pressione per comprimere la matrice polimerica e la struttura di rinforzo contro le pareti della camera di stampaggio stessa. In use, once the reinforcement structure has been arranged on the bottom wall of the cavity, the mold is closed with the lid, the polymer matrix is injected or introduced manually into the molding chamber, and the expansion balloon is inflated by means of a fluid under pressure to compress the polymeric matrix and the reinforcement structure against the walls of the molding chamber itself.

Dal momento che la struttura di rinforzo è definita da una pluralità di porzioni di materiale a fibre intrecciate, gli impianti noti del tipo sopra descritto presentano alcuni inconvenienti principalmente discendenti dal fatto che la metodologia seguita da tali impianti per stampare i caschi protettivi prevede sempre che un operatore tagli a misura le citate porzioni di materiale a fibre intrecciate, le collochi sulla parete di fondo della cavità in posizioni prestabilite, e ne sovrapponga i lembi perimetrali per ripristinare la continuità delle fibre. In altre parole, l’operatore deve eseguire una serie di operazioni manuali complicate, precise, e difficilmente ripetibili in quanto fortemente legate alle sue capacità professionali. Since the reinforcing structure is defined by a plurality of portions of intertwined fiber material, known implants of the type described above have some drawbacks mainly deriving from the fact that the methodology followed by such implants for molding protective helmets always provides that a The operator cuts to size the aforementioned portions of intertwined fiber material, places them on the bottom wall of the cavity in predetermined positions, and overlaps the perimeter edges to restore the continuity of the fibers. In other words, the operator must perform a series of complicated, precise manual operations that are difficult to repeat as they are strongly linked to his professional skills.

La collocazione delle porzioni di materiale a fibre intrecciate sulla parete di fondo della cavità comporta, inoltre, gravi difficoltà da parte dell’operatore e tempi di attrezzaggio dello stampo relativamente lunghi in quanto eseguita in un punto di difficile accesso, vale a dire all’interno della cavità quando i due semistampi sono disposti nella loro posizione di stampaggio. The placement of the portions of intertwined fiber material on the bottom wall of the cavity also entails serious difficulties for the operator and relatively long tooling times of the mold as it is performed in a point of difficult access, i.e. inside of the cavity when the two half-molds are arranged in their molding position.

Scopo della presente invenzione è di fornire un metodo per lo stampaggio di caschi protettivi in materiale composito che sia esente dagli inconvenienti sopra descritti e che sia di semplice ed economica attuazione. The object of the present invention is to provide a method for molding protective helmets in composite material which is free from the drawbacks described above and which is simple and economical to implement.

Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo per lo stampaggio di caschi protettivi in materiale composito come rivendicato nelle rivendicazioni allegate. According to the present invention there is provided a method for molding protective helmets in composite material as claimed in the attached claims.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:

le figure 1 e 2 sono due viste frontali schematiche, con parti in sezione per chiarezza, di una preferita forma di attuazione dell’impianto della presente invenzione illustrato in due differenti posizioni operative; Figures 1 and 2 are two schematic front views, with parts in section for clarity, of a preferred embodiment of the system of the present invention illustrated in two different operating positions;

la figura 3 è una vista schematica in sezione di un particolare dell’impianto delle figure 1 e 2; e Figure 3 is a schematic sectional view of a detail of the system of Figures 1 and 2; And

la figura 4 illustra schematicamente un ciclo operativo per la realizzazione di una struttura di rinforzo a fibre intrecciate utilizzata nell’impianto delle figure 1 e 2. Figure 4 schematically illustrates an operating cycle for the construction of a reinforcing structure with intertwined fibers used in the plant of Figures 1 and 2.

Con riferimento alle figure 1 e 2, con 1 è indicato, nel suo complesso, un impianto per lo stampaggio di caschi protettivi (non illustrati) in un materiale composito comprendente una matrice polimerica (non illustrata), per esempio una resina, preferibilmente poliestere, vinilestere, o resina epossidica, ed una struttura di rinforzo S a fibre intrecciate di vetro, carbonio, kevlar, o simili (figura 4c). With reference to Figures 1 and 2, 1 indicates, as a whole, a plant for molding protective helmets (not shown) in a composite material comprising a polymeric matrix (not shown), for example a resin, preferably polyester, vinylester, or epoxy resin, and a reinforcing structure S with intertwined fibers of glass, carbon, Kevlar, or the like (Figure 4c).

L’impianto 1 comprende un telaio 2 di supporto, ed uno stampo 3 montato sul telaio 2 e comprendente, a sua volta, due semistampi 4 inferiori simmetrici fra loro, i quali sono affacciati ed allineati uno all’altro in una direzione 5 sostanzialmente orizzontale, e sono accoppiati in maniera scorrevole al telaio 2 per compiere, rispetto al telaio 2 stesso e sotto la spinta di un dispositivo 6 di azionamento, spostamenti rettilinei nella direzione 5 tra una posizione di stampaggio (figura 2), in cui i due semistampi 4 si dispongono a contatto uno dell’altro per definire una cavità 7 superiormente aperta, ed una posizione di estrazione (figura 1), in cui i due semistampi 4 si dispongono ad una distanza determinata uno dall’altro per consentire l’estrazione del casco protettivo (non illustrato) dallo stampo 3. The plant 1 comprises a support frame 2, and a mold 3 mounted on the frame 2 and comprising, in turn, two lower half-molds 4 symmetrical to each other, which are facing and aligned with each other in a substantially horizontal direction 5 , and are slidingly coupled to the frame 2 to perform, with respect to the frame 2 itself and under the thrust of an actuation device 6, rectilinear displacements in the direction 5 between a molding position (Figure 2), in which the two half-molds 4 they are arranged in contact with each other to define a cavity 7 open at the top, and an extraction position (figure 1), in which the two half-molds 4 are arranged at a determined distance from each other to allow the extraction of the protective helmet (not shown) from mold 3.

Il dispositivo 6 comprende, per ciascun semistampo 4, due manovelle 8, le quali sono incernierate una (nel seguito indicata con 8a) al relativo semistampo 4 per ruotare, rispetto al relativo semistampo 4, attorno ad un asse 9 di fulcro sostanzialmente orizzontale e trasversale alla direzione 5 e l’altra (nel seguito indicata con 8b) al telaio 2 per ruotare, rispetto al telaio 2, attorno ad un asse 10 di fulcro parallelo all’asse 9, e sono, inoltre, incernierate una all’altra in corrispondenza delle loro estremità libere per ruotare una rispetto all’altra attorno ad un asse 11 di fulcro parallelo agli assi 9 e 10. The device 6 comprises, for each half-mold 4, two cranks 8, which are hinged one (hereinafter referred to as 8a) to the relative half-mold 4 to rotate, with respect to the relative half-mold 4, around a substantially horizontal and transverse fulcrum axis 9 to the direction 5 and the other (hereinafter indicated with 8b) to the frame 2 to rotate, with respect to the frame 2, around a fulcrum axis 10 parallel to the axis 9, and are also hinged to each other in correspondence of their free ends to rotate relative to each other around a fulcrum axis 11 parallel to axes 9 and 10.

Il dispositivo 6 comprende, inoltre, per ciascun semistampo 4, un cilindro 12 attuatore, il quale è incernierato al telaio 2 per oscillare, rispetto al telaio 2 stesso, attorno ad un asse 13 di fulcro parallelo agli assi 9, 10, e 11, e presenta un’asta 14 di uscita accoppiata in maniera girevole alle estremità libere delle manovelle 8a, 8b in corrispondenza dell’asse 11. The device 6 also comprises, for each half-mold 4, an actuator cylinder 12, which is hinged to the frame 2 to oscillate, with respect to the frame 2 itself, around a fulcrum axis 13 parallel to the axes 9, 10, and 11, and has an output rod 14 rotatably coupled to the free ends of the cranks 8a, 8b at the axis 11.

La cavità 7 viene chiusa da un coperchio 15 superiore, il quale è montato sull’estremità libera di un braccio 16 articolato collegato al telaio 2, è mobile tra una posizione di chiusura (figura 2) ed una posizione di apertura (figura 1) della cavità 7, e supporta un pallone 17 di espansione (figura 3). The cavity 7 is closed by an upper cover 15, which is mounted on the free end of an articulated arm 16 connected to the frame 2, and is movable between a closed position (figure 2) and an open position (figure 1) of the cavity 7, and supports an expansion balloon 17 (Figure 3).

Il pallone 17 sporge verso il basso dal coperchio 15, si estende, in uso, all’interno della cavità 7, è conformato in modo da definire, unitamente ai due semistampi 4 ed al coperchio 15, una camera 18 di stampaggio presentante sostanzialmente la forma di un casco protettivo (non illustrato), ed è provvisto di un recesso 19 anulare corrispondente ad una zona del casco protettivo (non illustrato) presentante una apertura per una visiera. The flask 17 projects downwards from the lid 15, extends, in use, inside the cavity 7, and is shaped so as to define, together with the two half-molds 4 and the lid 15, a molding chamber 18 substantially having the shape a protective helmet (not shown), and is provided with an annular recess 19 corresponding to an area of the protective helmet (not shown) having an opening for a visor.

La camera 18 è collegata con un dispositivo 20 di aspirazione atto ad estrarre l’aria presente nella camera 18, è collegata, inoltre, con un dispositivo 21 di iniezione atto ad introdurre la matrice polimerica, nella fattispecie la resina, all’interno della camera 18 stessa, e viene riscaldata tramite un dispositivo di riscaldamento noto e non illustrato. The chamber 18 is connected to a suction device 20 suitable for extracting the air present in the chamber 18, it is also connected to an injection device 21 suitable for introducing the polymer matrix, in this case the resin, inside the chamber. 18 itself, and is heated by means of a known and not illustrated heating device.

Con riferimento alla figura 4, la struttura di rinforzo S viene ricavata a partire da un elemento 22 tubolare, il quale ha un asse 23 longitudinale, è provvisto di una pluralità di fibre 24 intrecciate fra loro, e si presenta in una configurazione iniziale schiacciata (figura 4a), in cui l’elemento 22 è disposto secondo due strati sovrapposti di forma sostanzialmente rettangolare e le fibre 24 sono disposte secondo angoli di sostanzialmente 45° una rispetto all’altra. With reference to Figure 4, the reinforcement structure S is obtained starting from a tubular element 22, which has a longitudinal axis 23, is provided with a plurality of fibers 24 intertwined with each other, and is presented in an initial flattened configuration ( Figure 4a), in which the element 22 is arranged according to two superimposed layers of substantially rectangular shape and the fibers 24 are arranged according to angles of substantially 45 ° with respect to each other.

L’elemento 22 viene modificato a partire dalla sua configurazione iniziale schiacciata tramite il taglio di due appendici 25 di estremità in modo da essere limitato assialmente da due estremità 26 sostanzialmente identiche una all’altra, le quali sono inclinate secondo un angolo diverso da 90° rispetto all’asse 23, e convergono fra loro (figura 4b). The element 22 is modified starting from its initial flattened configuration by cutting two end appendages 25 so as to be limited axially by two ends 26 substantially identical to each other, which are inclined according to an angle other than 90 ° with respect to axis 23, and converge with each other (Figure 4b).

La struttura di rinforzo S viene quindi ricavata deformando l’elemento 22 in modo da essere limitata assialmente da una estremità 27 di diametro minore e da una estremità 28 di diametro maggiore (figura 4c). The reinforcement structure S is then obtained by deforming the element 22 so as to be limited axially by an end 27 with a smaller diameter and an end 28 with a larger diameter (Figure 4c).

In uso, i due semistampi 4 vengono spostati nella loro posizione di stampaggio, la struttura di rinforzo S viene calzata sul pallone 17 (figura 3) in modo da ripiegare, inserire, e trattenere l’estremità 27 all’interno del recesso 19 e da disporre l’estremità 28 su una zona del pallone 17 corrispondente alla base del casco protettivo (non illustrato), ed il coperchio 15 viene spostato nella sua posizione di chiusura (figura 2) in modo da chiudere la camera 18 di stampaggio. In use, the two half-molds 4 are moved into their molding position, the reinforcing structure S is fitted onto the balloon 17 (Figure 3) so as to fold, insert, and retain the end 27 inside the recess 19 and to arranging the end 28 on an area of the balloon 17 corresponding to the base of the protective helmet (not shown), and the lid 15 is moved to its closed position (Figure 2) so as to close the molding chamber 18.

A proposito di quanto sopra esposto è opportuno precisare che, a seguito dell’inserimento della struttura di rinforzo S sul pallone 17, la struttura di rinforzo S stessa viene deformata e le fibre 24 si dispongono secondo angoli di sostanzialmente 30° una rispetto all’altra in corrispondenza dell’estremità 27 e secondo angoli di sostanzialmente 60° una rispetto all’altra in corrispondenza dell’estremità 28. With regard to the above, it should be noted that, following the insertion of the reinforcement structure S on the balloon 17, the reinforcement structure S itself is deformed and the fibers 24 are arranged according to angles of substantially 30 ° with respect to each other. at the end 27 and at angles of substantially 60 ° with respect to each other at the end 28.

A questo punto, la matrice polimerica, nella fattispecie la resina, viene introdotta all’interno della camera 18 tramite il dispositivo 21 di iniezione, il dispositivo 20 di aspirazione viene azionato per estrarre l’aria dalla camera 18, il processo di catalisi della matrice polimerica viene accelerato dal citato dispositivo di riscaldamento (non illustrato) dello stampo 3, ed il pallone 17 di espansione viene gonfiato durante la fase di indurimento della matrice polimerica per comprimere il materiale composito contro le pareti della camera 18 e garantire il corretto riempimento della camera 18 ed il corretto spessore del materiale composito nei diversi punti della camera 18 stessa. At this point, the polymeric matrix, in this case the resin, is introduced into the chamber 18 through the injection device 21, the suction device 20 is operated to extract the air from the chamber 18, the matrix catalysis process polymer is accelerated by the aforementioned heating device (not shown) of the mold 3, and the expansion balloon 17 is inflated during the hardening phase of the polymer matrix to compress the composite material against the walls of the chamber 18 and ensure the correct filling of the chamber 18 and the correct thickness of the composite material in the different points of the chamber 18 itself.

Secondo una variante non illustrata, la struttura di rinforzo S viene trattata all’esterno dello stampo 3 e prima della sua introduzione nella cavità 7 con matrici polimeriche atte ad iniziare il processo di catalisi solo quando riscaldate all’interno dello stampo 3 stesso. In questo caso, il dispositivo 21 di iniezione viene normalmente disattivato e le strutture di rinforzo S vengono stoccate a temperature inferiori alla temperatura di innesco del processo di catalisi per essere poi utilizzate all’interno dello stampo 3. According to a variant not shown, the reinforcement structure S is treated outside the mold 3 and before its introduction into the cavity 7 with polymeric matrices designed to start the catalysis process only when heated inside the mold 3 itself. In this case, the injection device 21 is normally deactivated and the reinforcement structures S are stored at temperatures below the trigger temperature of the catalysis process to be then used inside the mold 3.

Secondo una ulteriore variante non illustrata, la struttura di rinforzo S viene ricavata a partire da almeno due elementi 22 sovrapposti fra loro e può essere rinforzata localmente tramite porzioni di rinforzo a fibre intrecciate inserite tra gli elementi 22 stessi. According to a further variant not shown, the reinforcing structure S is obtained starting from at least two elements 22 superimposed on each other and can be locally reinforced by means of reinforcement portions with intertwined fibers inserted between the elements 22 themselves.

L’utilizzo della struttura di rinforzo S rende il processo facilmente ripetibile, non richiede elevate competenze da parte del personale addetto, riduce drasticamente il numero dei componenti della struttura di rinforzo S, e consente di stampare caschi protettivi (non illustrati) caratterizzati da un corretto spessore del materiale composito e da una corretta distribuzione e continuità delle relative fibre 24. In particolare, la presenza delle due estremità 27 e 28, vale a dire di due estremità aperte, facilita lo scorrimento delle fibre 24, consente di adattare la struttura di rinforzo S alla forma complessa del pallone 17 di espansione, e garantisce la continuità delle fibre 24 sull’intera superficie del casco protettivo (non illustrato). The use of the reinforcement structure S makes the process easily repeatable, does not require high skills on the part of the staff, drastically reduces the number of components of the reinforcement structure S, and allows the printing of protective helmets (not shown) characterized by a correct thickness of the composite material and a correct distribution and continuity of the relative fibers 24. In particular, the presence of the two ends 27 and 28, that is to say of two open ends, facilitates the sliding of the fibers 24, allows the reinforcement structure to be adapted S to the complex shape of the expansion balloon 17, and ensures the continuity of the fibers 24 over the entire surface of the protective helmet (not shown).

Claims

CLAIMS 1.- Method for molding protective helmets in composite material inside a mold (3) comprising a first half-mold (4), a second half-mold (17) extending inside the first half-mold (4), and a chamber of molding (18) defined between the two half-molds (4, 17) and having the shape of a protective helmet, the method comprising the steps of: introduce inside the molding chamber (18) a polymer matrix and a reinforcement structure (S) with intertwined fibers; And treat the polymer matrix and the reinforcement structure (S) inside the molding chamber (18) to obtain the protective helmet; and being characterized by the fact that it also includes the phases of: obtain the reinforcement structure (S) starting from at least one tubular element (22) provided with a plurality of fibers (24) intertwined with each other and starting from an initial configuration of the tubular element (22), in which the element tubular (22) has a shape different from the shape of the protective helmet and in which the fibers (24) are arranged at angles of substantially 45 ° with respect to each other; fitting the reinforcement structure (S) onto the second half-mold (17); And introduce the assembly defined by the second half-mold (17) and the reinforcement structure (S) inside the first half-mold (4). 2.- Method according to Claim 1 and further comprising the step of: obtaining the reinforcement structure (S) starting from at least two said tubular elements (22) superimposed on each other. 3.- Method according to claim 2 and further comprising the step of: inserting at least a portion of intertwined fiber reinforcement between said tubular elements (22). 4.- Method according to any of the previous claims and also comprising, in succession and in order, the steps of: introduce the reinforcement structure (S) inside the mold (3); And introduce the polymer matrix inside the mold (3) itself. 5.- Method according to any one of claims 1 to 3 and further comprising the steps of: impregnate the reinforcement structure (S) with the polymer matrix outside the mold (3); And introduce the reinforcement structure (S) impregnated with the polymer matrix inside the mold (3). 6. A method according to any one of the preceding claims, wherein the second half-mold (17) comprises an expansion flask (17); the method also including the step of: inflate the expansion element (17) to compress the reinforcement structure (S) and the polymer matrix against the mold (3). 7.- Method according to any one of the preceding claims and further comprising the step of: deform the tubular element (22) so that the reinforcement structure (S) is limited axially by a first end (27) of smaller diameter and by a second end (28) of larger diameter. 8. A method according to claim 7 and further comprising the step of: fit the reinforcement structure (S) on the second half-mold (17) so as to insert said first end (27) inside an annular recess (19) obtained on the second half-mold (17). 9.- Method according to Claim 7 or 8, in which the tubular element (22) is limited axially, in its initial configuration, by two third ends (26) substantially identical to each other, which are inclined according to an angle different from 90 ° with respect to a longitudinal axis (23) of the tubular element (22) itself, and converge with each other. 10.- Method according to claim 9 and further comprising the step of: separate two end appendages (25) from the tubular element (22) to obtain said third ends (26). 11.- Method according to any one of the preceding claims and further comprising the step of: extract the air from the molding chamber (18). 12.- Method according to any one of the preceding claims and further comprising the step of: heat the molding chamber (18).