ITMI20012183A1 - Procedimento ed apparecchiatura per lo stampaggio di materiale plastico con fibre di rinforzo alimentate sottovuoto - Google Patents

Description

DESCRIZIONE PER BREVETTO DI INVENZIONE

Avente titolo: PROCEDIMENTO ED APPARECCHIATURA PER LO STAMPAGGIO DI MATERIALE PLASTICO CON FIBRE DI RINFORZO ALIMENTATE SOTTOVUOTO .

SFONDO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per lo stampaggio di pezzi in materiale plastico con materiale fibroso di rinforzo, mediante il quale è possibile realizzare pezzi stampati in materiale plastico rinforzato con fibre sciolte naturali e/o artificiali, sia a partire da materiale fibroso in fibre continue, che da materiale fibroso in fibre discontinue.

L'invenzione è altresì diretta ad un'apparecchiatura opportunamente predisposta per lo stampaggio di pezzi in materiale plastico rinforzati con un materiale fibroso, ottenuti mediante il procedimento sopra indicato .

Come noto, nella produzione di pezzi strutturali in materiale plastico stampato, in particolare pannelli o componenti interni per autovetture ad esempio in materiale poliuretanico, normalmente si utilizza un materiale fibroso di rinforzo per fornire al pezzo stampato la necessaria resistenza meccanica e rigidità.

A tale scopo, attualmente si usa inserire preventivamente nella cavità di uno stampo un tessuto in fibre di vetro, normalmente chiamato "MAT", che deve essere preventivamente formato o sagomato per adattarlo alla cavità dello stampo ed alla forma del pezzo da stampare.

Dopo aver depositato lo strato di fibre di rinforzo nella cavità dello stampo, viene colata o iniettata una miscela liquida di una resina, ad esempio una miscela poliuretanica liquida o altro materiale plastico idoneo per formare il pezzo stampato.

Questa tecnologia, ampiamente usata nello stampaggio di pannelli e di parti interne per autoveicoli, presenta tuttavia notevoli inconvenienti in termini di costi e di complessità del processo produttivo.

Infatti, il materiale impiegato risulta si costo elevato,· inoltre le operazioni di preformatura del tessuto in fibre di vetro, oltre a richiedere apparecchiature specifiche ed apposito personale, comportano altresì una perdita di materiale per le parti ritagliate che devono essere scartate .

Inoltre la preforma in tessuto di vetro deve essere introdotta manualmente nella cavità dello stampo da parte di un operatore, aumentando tempi e costi del processo.

Al fine di automatizzare la produzione di pannelli o di parti in plastica stampate con fibre di rinforzo, recentemente è stata messa a punto una nuova tecnologia che prevede l'impiego di fibre di vetro continue, le quali vengono continuamente tagliate ad una lunghezza prefissata e pneumaticamente alimentate ad una speciale testa di miscelazione nella quale le fibre tagliate vengono mischiate con una miscela poliuretanica che viene colata e distribuita nella cavità di uno stampo; una simile tecnologia è illustrata ad esempio in EP-A-0.895.815.

Benché questa tecnologia consenta di automatizzare maggiormente il processo produttivo, allo stato attuale è stato possibile industrializzarla solo per l'impiego di fibre di vetro continue; oltre a questa limitazione, il processo richiede nuovamente l'impiego di materiale di rinforzo costoso.

Come noto, in alcune applicazioni industriali si ottiene, come sottoprodotto o materiale di scarto, una grande quantità di materiale fibroso, ad esempio fibre di legno o simili, sotto forma di una massa lanosa difficilmente trattabile e riutilizzabile.

Allo stato attuale non si conosce alcuna tecnologia che consenta di riutilizzare questo tipo di materiale che, di per sé, costituisce una notevole perdita economica .

SCOPI DELL'INVENZIONE

Scopo generale della presente invenzione è di fornire un procedimento per lo stampaggio di pezzi in materiale plastico comprendente materiale fibroso di rinforzo, mediante il quale il materiale fibroso di rinforzo viene alimentato allo stato sciolto sotto forma di fibre singole o di ciuffi di fibre, sia a partire da materiale in fibre continue, ad esempio fibre di vetro, sia da una massa lanosa di fibre naturali o artificiali, ad esempio fibre di legno o similari, quale materiale povero derivante dallo scarto di altre lavorazioni.

Un ulteriore scopo ancora della presente invenzione è di fornire un'apparecchiatura idonea per l'attuazione del procedimento sopra riferito, la quale renda possibile alimentare automaticamente materiale fibroso allo stato sciolto, all'interno della cavità chiusa di uno stampo, garantendo una buona alimentazione e distribuzione del materiale fibroso.

Un ulteriore scopo ancora della presente invenzione è di fornire un procedimento ed un'apparecchiatura che siano funzionalmente e strutturalmente semplici, tali da fornire pezzi stampati di buona qualità ed a costi comparativamente bassi, rispetto a pezzi ottenuti con le tecnologie precedentemente note .

BREVE DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

Secondo un primo aspetto dell'invenzione, si è quindi fornito un procedimento per lo stampaggio di pezzi in materiale plastico rinforzato con fibre naturali e/o artificiali, secondo cui si prevede di introdurre il materiale fibroso di rinforzo nella cavità di uno stampo, ed una successiva fase di alimentazione nella cavità chiusa dello stampo di materiale plastico per formare un pezzo stampato, caratterizzato dalle fasi supplementari di :

- alimentare per aspirazione, nella cavità chiusa dello stampo, una quantità di materiale fibroso allo stato sciolto mantenendo un grado di vuoto nella suddetta cavità dello stampo;

- compattare il materiale fibroso alimentato nella cavità dello stampo;

- deaerare il materiale fibroso mantenendo condizioni di vuoto nella cavità dello stampo durante la fase di compattazione; e

alimentare un materiale plastico nella cavità dello stampo, mantenendo il materiale fibroso di rinforzo nello stato di compattazione.

Il materiale fibroso alimentato nella cavità dello stampo può essere di qualsiasi tipo idoneo; cioè può essere costituito da fibre naturali e/o artificiali ed ottenuto sia a partire da fibre continue che vengono tagliate nella lunghezza desiderata, sia da materiale sciolto in fibre discontinue sotto forma di una massa lanosa da cui possono essere opportunamente prelevate fibre singole o piccoli fiocchi di fibre che vengono in questo modo alimentati pneumaticamente nella cavità dello stampo.

Durante la fase di alimentazione del materiale fibroso mediante il flusso d'aria causato dalla depressione esistente all'interno dello stampo, il vuoto può essere mantenuto costantemente, ovvero può essere fatto variare, aumentandolo o diminuendolo in modo da fornire al materiale fibroso mentre viene alimentato, ed a quello già depositato, una serie di impulsi che consentano di migliorare la distribuzione dello stesso materiale fibroso nella cavità dello stampo.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, si è fornita un'apparecchiatura per lo stampaggio di pezzi in materiale plastico con materiale fibroso di rinforzo, secondo il procedimento precedentemente riferito, che viene alimentato per aspirazione nella cavità chiusa di uno stampo, in cui un coperchio di chiusura, e il fondo dello stampo sono mobili relativamente fra loro, ed in cui il materiale fibroso allo stato sciolto alimentato nella cavità dello stampo è ottenuto a partire da fibre continue, caratterizzato dal fatto di comprendere:

- un dispositivo di taglio per tagliare il materiale fibroso in fibre continue, da alimentare nella cavità dello stampo;

- un condotto di adduzione del materiale fibroso tagliato nel coperchio di chiusura dello stampo;

- mezzi per raccogliere e convogliare il materiale fibroso tagliato, da detto dispositivo di taglio verso il condotto di adduzione;e

- mezzi di aspirazione dell'aria per creare un vuoto nella cavità dello stampo.

Secondo un ulteriore aspetto ancora dell'invenzione, si è fornita un'apparecchiatura per lo stampaggio di pezzi in materiale plastico, con materiale fibroso di rinforzo secondo il procedimento sopra riferito che viene alimentato per aspirazione nella cavità di uno stampo, in cui un coperchio di chiusura ed il fondo dello stampo sono mobili relativamente tra loro, ed in cui il materiale fibroso è alimentato nello stampo a partire da una massa di materiale fibroso allo stato sciolto, caratterizzato dal fatto di comprendere:

- un dispositivo di cardatura per separare fibre singole o ciuffi di fibre da detta massa di materiale; - un condotto di alimentazione delle fibre singole o dei ciuffi di fibre, nel coperchio di chiusura dello stampo;

- mezzi per raccogliere e convogliare le fibre singole o i ciuffi di fibre, da detto dispositivo di cardatura verso il condotto di adduzione; e

- mezzi di aspirazione dell'aria per creare un vuoto nella cavità dello stampo.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Il procedimento ed alcune forme di realizzazione di apparecchiature secondo l'invenzione, verranno maggiormente illustrati qui di seguito con riferimento ai disegni allegati, in cui:

- Fig. 1 rappresenta schematicamente un'apparecchiatura secondo l'invenzione, particolarmente adatta per un impiego con materiale fibroso sotto forma di fibre continue;

- Fig. 2 rappresenta schematicamente un'apparecchiatura secondo l'invenzione, particolarmente adatta per un impiego con materiale fibroso a fibre corte, sotto forma di una massa lanosa;

- Fig. 3 rappresenta schematicamente la sezione di uno stampo vuoto, secondo la presente invenzione;

- Fig. 4 rappresenta lo stesso stampo della figura precedente, durante la fase di alimentazione del materiale fibroso;

- Fig. 5 rappresenta la sezione di uno stampo simile a quello delle figure precedenti, durante la fase di compattazione del materiale fibroso;

- Fig. 6 rappresenta infine una sezione dello stampo sempre simile a quella delle figure precedenti, durante la fase di iniezione del materiale plastico.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE

Con riferimento alla Fig. 1, descriveremo ora una prima forma di realizzazione di un'apparecchiatura secondo 1'invenzione.

In Fig. 1 con 10 si è indicato un generico stampo provvisto di un coperchio di chiusura 11, mobile relativamente allo stampo stesso, che unitamente a quest'ultimo definisce una cavità chiusa 12 per la formazione di un pannello o di un pezzo in materiale plastico stampato.

Lo stampo 10, perifericamente e lungo le sue pareti laterali, è altresì provvisto di un certo numero di fori 13 per l'aspirazione dell'aria, opportunamente collegati mediante condotti 14 ad una sorgente di vuoto 15, costituita ad esempio da una pompa per vuoto o similare.

Il coperchio 11 può essere mosso e guidato in qualsiasi modo opportuno lungo le pareti dello stampo, per le ragioni più avanti spiegate, ed è provvisto di un canaie 16 di adduzione del materiale fibroso, che si apre verso la cavità interna 12 dello stampo.

L'apparecchiatura di Fig. 1 comprende inoltre dei mezzi di raccolta e convogllamento del materiale fibroso fornito da un'apposita apparecchiatura, e che deve essere alimentato pneumaticamente nella cavità chiusa dello stampo 10.

Più precisamente, nel caso di Fig. 1 il materiale fibroso viene ottenuto a partire da matasse 17 di fibre continue, ad esempio fibre di vetro 17', le quali fibre sono continuamente alimentate ad un dispositivo di taglio 18 di per sé noto, che provvede a tagliarle in pezzi 17" di lunghezza prefissata, i quali vengono fatti cadere in un trogolo di raccolta 19 posto sottostante l'apparecchiatura di taglio 18.

Il trogolo di raccolta 19 è a sua volta provvisto di un condotto di convogliamento 20, assialmente allineato e collegato al canale di adduzione 16 del coperchio di chiusura 11.

L'apparecchiatura di Fig. 1, comprende infine un dispositivo 21 di alimentazione del materiale plastico nella cavità 12 dello stampo, ad esempio costituito da una normale testa di miscelazione dei componenti di un materiale poliuretanico, che viene iniettato attraverso un canale 22 nello stesso coperchio di chiusura 11 o in altra parte dello stampo 10.

Con riferimento alla Fig. 2 descriveremo ora una seconda apparecchiatura conforme alla presente invenzione, particolarmente adatta per alimentare materiale fibroso in fibre discontinue, ad esempio sotto forma di una massa lanosa, come precedentemente riferito.

In Fig. 2 sono stati utilizzati gli stessi riferimenti numerici di Fig. 1 per indicare parti simili o equivalenti .

Pertanto nuovamente in Fig. 2 con 10 si è indicato uno stampo chiuso da un coperchio 11 per definire una cavità di stampaggio 12 nel modo precedentemente descritto.

Lo stampo 10 è nuovamente provvisto di fori 13 per l'aspirazione dell'aria, collegati mediante condotti 14 ad una sorgente di vuoto 15.

Il coperchio 11 dello stampo è altresì provvisto di un condotto 16 di adduzione del materiale fibroso, nonché di un condotto 22 per l'alimentazione di un materiale plastico, in particolare una miscela poliuretanica chimicamente reattiva, fornita da una convenzionale apparecchiatura di miscelazione 21.

Nuovamente in Fig. 2 con 19 si è indicato un trogolo di raccolta del materiale fibroso da alimentare pneumaticamente nella cavità 12 dello stampo, il quale trogolo 19 a sua volta è provvisto di un condotto di convogliamento 20 collegato al canale 16 del coperchio 11.

Diversamente dal caso precedente, in Fig. 2 il materiale fibroso 23 è costituito da fibre discontinue contenute in un serbatoio di stoccaggio 24, sotto forma di una massa lanosa che deve essere opportunamente alimentata sotto forma di fibre singole o di ciuffi di fibre 23' verso il trogolo di raccolta 19.

A tale proposito, in corrispondenza del fondo del serbatoio di stoccaggio 24, è previsto un dispositivo di cardatura 25 azionato da un motore elettrico 26, che viene continuamente alimentato con il materiale fibroso 23, e che provvede a separarlo nelle singole fibre o ciuffi di fibre 23',· i singoli ciuffi di fibre 23' che cadono nel trogolo di raccolta 19, vengono poi aspirati all'interno della cavità 12 dello stampo, dove si distribuiscono fino a riempirla completamente.

Da quanto detto e mostrato con riferimento alle Figg. 1 e 2, risulta evidente che l'apparecchiatura di alimentazione di materiale fibroso, può anche essere diversamente conformata o realizzata rispetto a quanto mostrato, in funzione della natura e delle caratteristiche del materiale fibroso da alimentare.

Con riferimento alle figure da 3 a 6, descriveremo ora le fasi fondamentali del procedimento secondo l'invenzione; nuovamente nelle figure da 3 a 6 sono stati utilizzati gli stessi riferimenti numerici per indicare parti simili o equivalenti a quelle delle figure precedenti .

Come si vede in Fig. 3, all'inizio del processo di stampaggio, il coperchio 11 dello stampo 10 risulta sollevato per definire una cavità interna 12 avente un volume maggiore di quello del pezzo o del pannello da produrre; in alternativa a quanto mostrato, lo stampo 10 potrebbe essere dotato di un fondo mobile.

Partendo dalla posizione della Fig. 3, dopo aver collegato la cavità 12 dello stampo con la sorgente di vuoto 15 per produrre un'aspirazione continua di aria dall'interno della cavità 12 stessa, lungo il condotto 15 del coperchio 11 e nel canale 20 del dispositivo di raccolta e convogllamento del materiale fibroso, si provvede ad alimentare quest'ultimo azionando il dispositivo di taglio 18 nel caso di Fig. 1, o il dispositivo di cardatura 25 nel caso di Fig. 2, in modo che il materiale in fibre 17" o 23' venga alimentato e convogliato pneumaticamente, dalla stessa aria aspirata, verso e dentro la cavità 12 dello stampo.

Poiché il vuoto nella cavità 12 dello stampo viene generato aspirando continuamente in corrispondenza delle pareti periferiche dello stampo, il materiale fibroso che viene continuamente alimentato allo stato sciolto, entra nella cavità dello stampo riempiendola e distribuendosi in modo sostanzialmente omogeneo.

Poiché il materiale fibroso 17'' o 23' si deposita e riempie totalmente la cavità 12 dello stampo in uno stato sostanzialmente soffice, al fine di alimentare ulteriormente il materiale fibroso nello stampo, è possibile agire sulla depressione esistente nella cavità dello stampo, ad esempio variando il grado di vuoto, aumentandolo o diminuendolo in un modo discontinuo o per impulsi,-ciò può essere ottenuto con qualsiasi mezzo opportuno, ad esempio utilizzando una pompa per il vuoto a portata e velocità variabile, normalmente disponibile in commercio. In questo modo è possibile alimentare una maggiore quantità di materiale fibroso nella cavità dello stampo.

Una volta che si è alimentata la quantità desiderata di materiale fibroso 17" o 23', come mostrato in Fig. 4, si provvede quindi ad effettuare una fase di compattazione del materiale fibroso, facendo avanzare il coperchio 11 verso il fondo della cavità 12 dello stampo, come mostrato in Fig. 5, ovvero sollevando il fondo mobile dello stesso stampo.

Durante la fase di compattazione del materiale fibroso è consigliabile mantenere il vuoto, ovvero l'aspirazione dell'aria dalla cavità 12 dello stampo, in modo da effettuare una fase di deaerazione che favorirà il successivo impregnamento del materiale fibroso compattato, con il materiale plastico alimentato o iniettato per la formazione di un pezzo stampato.

Infatti, come mostrato nella Fig. 6, dopo che il materiale fibroso è stato compattato, tramite l'apparecchiatura 21 si provvede ad iniettare nello stampo una quantità dosata di materiale plastico, ad esempio di una miscela chimicamente reattiva di un materiale poliuretanico, che riempie la cavità 12 ed impregna totalmente il materiale fibroso di rinforzo mantenendo le condizioni di compattazione fino alla formazione del pezzo stampato.

Nel caso sia richiesto, ad esempio nella produzione di pannelli per interni di automobili, prima di alimentare il materiale fibroso 17", 23' nella cavità 12 dello stampo, è possibile disporre in quest'ultimo un tessuto o un foglio di materiale che in questo modo aderirà perfettamente al pannello formando la superficie in vista del pannello stesso.

Come schematicamente rappresentato in Fig. 6, in posizioni opportune, lo stampo 10 potrebbe altresì essere dotato di fori supplementari 27 per mantenere il vuoto o l'aspirazione dell'aria successivamente all'iniezione del materiale plastico, durante l'abbassamento del coperchio 11, ovvero per mantenere l'eventuale foglio di materiale di rivestimento aderente al fondo della cavità 12, sia durante l'alimentazione del materiale fibroso che durante l'iniezione del materiale plastico.

Completato il procedimento di stampaggio, lo stampo 10 può essere aperto per l'estrazione del pezzo stampato e per consentire un nuovo ciclo di stampaggio.

Da quanto detto e mostrato nei disegni allegati risulta dunque evidente che si è fornito un procedimento ed un'apparecchiatura per lo stampaggio di pezzi in materiale plastico con materiale fibroso di rinforzo, che consentono il conseguimento degli scopi precedentemente indicati; in particolare il riempimento della cavità 12 dello stampo con materiale fibroso avviene in modo del tutto omogeneo, con le singole fibre che si dispongono casualmente, in modo non orientato, consentendo in questo modo di ottenere pezzi stampati aventi un'elevata resistenza meccanica e di buona qualità.

Si intende comunque che quanto è stato detto e mostrato, con riferimento ai disegni allegati è stato dato a puro titolo indicativo delle caratteristiche generali del procedimento e dell'apparecchiatura secondo l'invenzione, e che altre modifiche o varianti possono essere apportate sia al procedimento stesso che all'apparecchiatura, senza con ciò allontanarsi dallo scopo delle rivendicazioni allegate.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per lo stampaggio di pezzi in materiale plastico con materiale fibroso di rinforzo, secondo cui si prevede di introdurre il materiale fibroso nella cavità di uno stampo nella quale viene successivamente alimentato un materiale plastico per formare un pezzo stampato, caratterizzato dalle fasi di: - alimentare per aspirazione e riempire la cavità dello stampo con una quantità di un materiale fibroso allo stato sciolto, mantenendo nella cavità dello stampo un grado di vuoto prefissato; - compattare il materiale fibroso alimentato nella cavità dello stampo; e - successivamente alimentare una quantità di un materiale plastico mantenendo il materiale fibroso nella condizione compattata per il tempo necessario alla formazione del pezzo stampato.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di deaerare il materiale fibroso durante la compattazione, mantenendo il vuoto nella cavità dello stampo.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto di compattare il materiale fibroso riducendo il volume della cavità dello stampo.
4. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di variare il grado di vuoto nella cavità dello stampo durante la fase di alimentazione del materiale fibroso.
5. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto di variare il grado di vuoto aumentando e/o diminuendo la depressione nella cavità dello stampo.
6. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di alimentare nella cavità dello stampo un materiale fibroso allo stato sciolto ottenuto per taglio da materiale in fibre continue.
7. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di alimentare nella cavità dello stampo un materiale fibroso allo stato sciolto, sotto forma di fibre singole o di fibre in ciuffi ottenuti da una massa di materiale allo stato lanoso.
8. 8. Apparecchiatura per lo stampaggio di pezzi in materiale plastico, con materiale fibroso di rinforzo che viene alimentato per aspirazione nella cavità chiusa di uno stampo secondo il procedimento della rivendicazione 1, in cui un coperchio di chiusura, e il fondo dello stampo sono mobili relativamente fra loro, ed in cui il materiale fibroso allo stato sciolto alimentato nella cavità dello stampo è ottenuto a partire da fibre continue, caratterizzato dal fatto di comprendere: - un dispositivo di taglio per tagliare il materiale fibroso in fibre continue, da alimentare nella cavità dello stampo; - un condotto di adduzione del materiale fibroso tagliato nel coperchio di chiusura dello stampo; - mezzi per raccogliere e convogliare il materiale fibroso tagliato, da detto dispositivo di taglio verso il condotto di adduzione;e - mezzi di aspirazione dell'aria per creare un vuoto nella cavità dello stampo.
9. 9. Apparecchiatura per lo stampaggio di pezzi in materiale plastico, con materiale fibroso di rinforzo che viene alimentato per aspirazione nella cavità di uno stampo secondo il procedimento della rivendicazione 1, in cui un coperchio di chiusura ed il fondo dello stampo sono mobili relativamente tra loro, ed in cui il materiale fibroso è alimentato nello stampo a partire da una massa di materiale fibroso allo stato sciolto, caratterizzato dal fatto di comprendere: - un dispositivo di cardatura per separare fibre singole o ciuffi di fibre da detta massa di materiale; - un condotto di alimentazione delle fibre singole o dei ciuffi di fibre, nel coperchio di chiusura dello stampo; - mezzi per raccogliere e convogliare le fibre singole o i ciuffi di fibre, da detto dispositivo di cardatura verso il condotto di adduzione; e - mezzi di aspirazione dell'aria per creare un vuoto nella cavità dello stampo.
10. 10. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di aspirazione dell'aria sono collegati perifericamente alla cavità dello stampo.
11. 11. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzata dal fatto che i mezzi di aspirazione dell'aria comprendono una pompa di aspirazione a portata e velocità variabile.