ITMI20071234A1 - Processo e dispositivo per la produzione di articoli in plastica mediante stampaggio ad inietto-espansione - Google Patents

Description

Descrizione della domanda dì brevelto per invenzione dal titolo: "Processo e dispositivo per la produzione di artìcoli in plastica mediante stampaggio ad inietto - espansione."

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce a un processo e al relativo dispositivo di stampaggio ad inietto - espansione per la produzione dì articoli in plastica.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce a processo e al relativo dispositivo di stampaggio ad inietto - espansione per la produzione di articoli in plastica tipicamente e non crìticamente impiegabili nel settore outomotive.

Come è ben noto, esistono numerosi processi e dispositivi che permettono lo stampaggio dei polimeri termoplastici per ottenere prodotti destinati a settori e utilizzi svariati.

Le tecniche di stampaggio di materiali termoplastici più diffuse prevedono la compressione, l'estrusione, il soffiaggio, l'iniezione, l'inietto - compressione, ('inietto - estrusione, l' inietto - soffiaggio.

In particolare lo stampaggio ad iniezione è molto utilizzato nella produzione di artìcoli in plastica, specialmente di articoli in plastica impiegabili nel settore aufomofive . Tale tecnica infatti permette di ottenere articoli in plastica in grande quantità e a basso costo, Elementi di copertura del motore o di copertura parziale o completa del sottovettura di veicoli ottenuti mediante stampaggio ad iniezione presentano un'elevata flessibilità e sono quindi soggetti a vibrazione in esercizio; per tale motivo sono poco adatti ad essere impiegati nei settore automof/ve. Lo stampaggio dei materiali termoplastici per soffiaggio permette di ottenere articoli in plastica con buone caratteristiche di assorbimento acustico, tuttavia tate tecnica è costosa. Inoltre gli elementi di copertura del motore o di copertura parziale 0 completa del sottovettura di veicoli che si ottengono non presentano caratteristiche di leggerezza e di assorbimento acustico ottimali,

La tecnologia definita come honeycomb e in sé nota viene utilizzata per la produzione di elementi per settore auiomotive in quanto permette di ottenere articoli rigidi, molto leggeri e con buone caratteristiche di assorbimento acustico, tuttavia gli elevati costi di produzione la rendono inadeguata per produzioni su larga scala. Inoltre tale tecnica non permette l’integrazione di più funzioni ovvero l’aggregazione di più partì e libertà di forma.

Negli ultimi anni si è andata consolidando una tecnica di stampaggio di polimeri termoplastici che prevede I ' iniettoespansione di materiali o compositi termoplastici.

1 processi che prevedono tale tecnica si basano sul carica-mento di un composito termoplastico che contiene un agente espandente chimico e materiale termoplastico eventualmente caricato con vetro o cariche minerali in una tramoggia, il riscaldamento di tale composito termoplastico a una temperatura uguale o superiore a quella di fusione de! materiale termoplastico e la successiva iniezione del materiale/composito termoplastico nella cavità di un opportuno stampo.

I processi di inietto-espansione possono anche prevedere l'impiego di agenti espandenti fisici, che in questo caso vengono aggiunti direttamente nella vite di plastificazione, posta fra la tramoggia di carico del materiale e il punto di iniezione dove avviene la fusione del materiale termoplastico prima dell'iniezione dello stesso.

Il brevetto US 5997781 descrive un processo di iniettoespansione per la produzione dì articoli espansi in resina termoplastica mediante Γ utilizzo di anidride carbonica o azoto come agenti espandenti. Inoltre tale brevetto fa riferimento a processi di inietto-espansione sia con agenti espandenti chimici che fisici noti nell’arte.

Processi di espansione del materiale termoplastico all’Interno di uno stampo chiuso prevedono aumenti di volume del materiale termoplastico di bassa entità, la densità del materiale non viene modificata in modo rilevante; inoltre, l'incremento della rigidità dell'articolo è poco rilevante. Questo comporta fra l’altro che le caratteristiche di assorbimento acustico dell'articolo in plastica ottenuto non siano ottimali.

Risultano anche noti processi di espansione che prevedono l'impiego di stampi aventi dispositivi di serraggio con ganci mobili. Quando il materiale termoplastico contenente l’agente espandente viene iniettato neilo stampo, la pressione dell’agente espandente provoca l’apertura dello stampo e i ganci mobili determinano l’apertura massima dello stampo e, di conseguenza, lo spessore effettivo finale dell'articolo in plastica.

Questi tipi di processi di stampaggio a inietto-espansione presentano criticità in quanto non permettono di controllare i parametri del processo di espansione, come ad esempio il tempo di espansione e l'entità dell’espansione volumetrica del materiale termoplastico, con conseguente formazione di articoli in plastica con struttura microcellulare disomogenea e bassa qualità.

Nella domanda di brevetto pubblicata al No. US 2007/0023945 è sfato descritto un processo per la produzione di un articolo in plastica. Tale processo comprende l'iniezione dì una determinata quantità di materiale polimerico allo stato fuso all'interno della cavità di uno stampo, la parziale solidificazione del materiale fermoplastico in prossimità delie pareti delio stampo e l’apertura dello stampo per favorire l’espansione del materiale termoplastico. In questo tipo dì processo non è possibile controllare l’espansione uniforme del materiale termoplastico e non è quindi possibile ottenere un articolo con spessore uniforme. In tale processo, inoltre, gli stampi che vengono impiegali sono molto complessi e la libertà di forma dello stampo viene limitata.

Scopo delta presente invenzione è quello di superare gii inconvenienti sopra citati.

Più in particolare scopo della presente invenzione è quello di fornire un processo di inietto-espansìone per la produzione di articoli in plastica, tipicamente e non criticamente elementi di copertura del motore o di copertura parziale o completa del softovettura di veicoli, leggeri e allo stesso tempo rigidi, con buone caratteristiche di assorbimento acustico, struttura microcellulare omogenea e a basso costo di produzione.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un processo per ia produzione di elementi di copertura di un motore o di copertura completa del sottovettura conformati specificamente in funzione delie esigenze che si manifestano per ogni tipo di veicolo.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un processo di iniefto-espansione di materiale/composito termoplastico per la produzione di articoli in plastica in cui la ge~ stione dei parametri di controllo dì processo quali la velocità di iniezione, la corsa massima e la velocità di apertura dello stampo, lo spessore dell'articolo in plastica è veloce e precisa.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello dì mettere a disposizione degli utilizzatori un dispositivo per un processo di stampaggio ad inietto-espansione che permette di ottenere articoli in plastica omogenei che non presentano “sbavature” di materiale/composito termoplastico.

Questi e altri scopi ancora vengono raggiunti mediante il processo di stampaggio ad inietto espansione di cui alia presente invenzione che comprende un processo di stampaggio ad ìnietto - espansione per la produzione dì un articolo in plastica con nucleo centrale espanso e una superficie solida esterna non porosa comprendente le fasi di deposito di un maferiale/composito termoplastico contenente o al quale viene aggiunto un agente espandente chimico o fisico nella cavità di un apposito stampo chiuso, l’apertura dello stampo, l’espansione del materiale/composito termoplastico e suo raffreddamento a una temperatura che permetta l'estrazione dell’articolo in plastica dallo stampo nelle quali fasi il maferiaie/composito termoplastico viene introdotto nello stampo allo stato fuso, l’apertura dello stampo avviene dopo il raffreddamento superficiale del materiale/composito fermoplastico lungo le superficì interne dello stampo, l’espansione del composito termopiasfico/del materiale termoplastico è controllata mediante una pressa idraulica.

L'invenzione riguarda anche un dispositivo preferito per attua-re il processo di stampaggio ad inietto-espansione. Tale dispositivo per un processo di stampaggio ad inietto-espansione comprende uno stampo maschio e uno stampo femmina che delimitano una cavità centrate all'interno deila quale viene iniellato il maferiale/composìlo termoplastico ailo stato fuso, detto dispositivo comprendendo due o più dispositivi elastici compattatori per la compressione localizzata del materiale/composito termoplastico nella cavità stessa,

Sarà ulteriormente apprezzato il fatto che tale invenzione si estende anche agli artìcoli in materiale termoplastico ottenuti secondo il processo e ii dispositivo di cui alla presente invenzione come ad esempio elementi di copertura del motore o di copertura parziale o completa del sottovettura di veicoli, ponnelli/carrier-porta, softosedili, plance, vani ruota scorta, coperture vani ruota scorta, supporti batteria.

Le caratteristiche operative del processo nonché le caratteristiche costruttive e funzionali del dispositivo attraverso il quale il processo stesso viene attuato risulteranno meglio evidenziate ne! corso della dettagliata descrizione che segue, in cui con riferimento a detto dispositivo si fa riferimento alle tavole dei disegni allegati che ne rappresentano una forma di realizzazione preferita e non limitativa e in cui:

- La figura 1 mostra schematicamente la fase iniziale del processo di stampaggio.

- La figura 2 mostra schematicamente la fase di iniezione de! materiale/composito termoplastico nella cavità definita tra lo stampo femmina e lo stampo maschio.

- La figura 3 mostra schematicamente la fase di apertura parziale dello stampo e la successiva espansione del materiaie/composifo termoplastico,

- La figura 4 mostra schematicamente la fase conclusiva del processo dì stampaggio

- La figura 5 mostra schematicamente un elemento di copertura del motore ottenuto mediante il processo di cui alla presente invenzione,

- La figura 6 mostra schematicamente una sezione longitudinale del dispositivo per il processo di stampaggio ad inietto-espansione di cui alla presente invenzione.

- La figura 7 rappresenta un dettaglio ingrandito di figura 6.

Nel processo di cui alla presente invenzione che consiste in un processo di stampaggio ad inietto-espansione per la produzione di un articolo in plastica con il termine “composito termoplastico” sì intende una miscela che contiene materiale termoplastico con eventuale aggiunta di vetro, come ad esempio fibre di vetro corte, medie, lunghe di svariate dimensioni in lunghezza (da 0,3 mm a 100 mm) o carica minerale come ad esempio carbonato di calcio, talco, wallastonite e un agente espandente chimico di tipo esotermico od endotermico a seconda delle esigenze. Materiali termoplastici adatti possono essere ad esempio il polipropilene, il polistirene, if polietilene, la poliammide. Con il termine “agente espandente chimico” si infende ad esempio un composto che, a un'opportuna temperatura, causa l'espansione del materiale fermoplastico, come ad esempio la azodicarbonammide.

In un aspetto preferito l’agente espandente chimico è contenulo in quantità compresa tra 0,2% e 10% in peso del materiale/composito termoplastico totale.

Con il fermine "agente espandente fisico" si intende ad esempio un gas inerte come azoto o anidride carbonica che, insufflato nella vite di plastificazione in seguito all'iniezione, causa l’espansione del materiale termoplastico all’ interno della cavità dello stampo.

Le temperature di estrazione degli articoli in plastica dallo stampo dipendono dal materiale fermoplastico impiegato. Le percentuali riportate nella presente invenzione sono espresse in peso del composito o del materiale termoplastico totale. Con riferimento alle citate figure da 1 a 4 il processo di cui alla presente invenzione è realizzato attraverso un dispositivo indicato nel complesso con 10 a figura 1 comprendente uno stampo maschio 12 e uno stampo femmina 14 tra 5 quali è presente una cavità 16 nella quale viene iniettato il materiale/composito termoplastico allo stato fuso a partire da un condotto 18 alimentato in modo noto mediante una vite di plastificazione (non illustrata). A figura 1 la fase dì iniezione è allo stato iniziale e il materiale/composito termoplastico, schematizzato con "puntinatura" è presente in quantità ridotta nella cavità 16 e nel condotto 18. A figura 2 il maferìale/composito termoplastico ha riempito l'intera cavità 16 ed è presente anche nel condotto 18 e a questo punto inizia ia fase di espansione illustrata in figura 3. Da essa si rileva che, a seguito dell'espansione del materiale causata dall’agente espandente chimico o fisico, lo stampo femmina 14 si solleva secondo i parametri operativi programmati della pressa idraulica su cui è montato il dispositivo IO nel senso indicato dalie frecce F dando luogo quindi a un ingrandimento in senso verticale della cavità ìó. L’espansione e l’ingrandimento sono opportunamente controllati dalla pressa idraulica gestita mediante dispositivi meccanici o elettronici in sé noti.

La figura 4 illustra la fase conclusiva del processo dì cui alla presente invenzione in cui il sollevamento dello stampo femmina 14 è concluso e il materiale/composito termoplastico ha cessato di espandersi; io stesso materiale ha dato luogo ad esempio a un elemento di copertura dei motore 22 come quello schematicamente indicato a figura 5.

Tale elemento di copertura 22 viene quindi estratto dallo stampo in modo noto, una volta concluso il ciclo di raffreddamento parziale e spontaneo del materiale/composito termoplastico mediante ulteriore e opportuno sollevamento dello stampo femmina 14,

Come evidenziato in particolare alle figure 6 e 7 il dispositivo 10 per l’attuazione dei processo di cui alla presente invenzione comprende due o più dispositivi elastici compattatori 20 dì cui alle figure da 1 a 4 e illustrati più in dettaglio alle figure 6 e 7, Detti dispositivi consìstono di preferenza in spine o steli supportati da mezzi elastici quali ad esempio molle elicoidali, che con una estremità sboccano in una zona ribassata 24 adiacente alla cavità 16 la quale, alle figure 6 e 7, è schematizzata con una linea marcata.

In corrispondenza di tale estremità il materiale che viene iniettato nella cavità 16 risulta localmente compresso dai citati dispositivi dando luogo ad altrettante porzioni ribassate dell'elemento di copertura del motore 22 di cui alla figura 5. In detta figura tali porzioni ribassate sono indicate con 24’ configurando altrettanti punti destinati ad essere utilizzati per il vincolo con viti, bulloni o simili al sotfovettura.

Tale dispositivo della presente invenzione è inoltre provvisto di una fascia 26 che si estende lungo il perimetro e in adiacenza alla cavità Ì6 lungo lo stampo maschio 12 e lo stampo femmina 14 formando una barriera che impedisce possibili trafilamenti del materiale/composito termoplastico in modo da evitare la formazione di "sbavature'<1>sull’elemento di copertura del motore 22.

Benché l’invenzione sìa stata sopra descrìtta con particolare riguardo a una sua forma di realizzazione, data a solo scopo esemplificativo, e non limitativo, numerose modifiche e varianti appariranno evidenti ad un tecnico de! ramo alla luce della descrizione sopra riportata. La presente invenzione intende quindi abbracciare tutte le modifiche e varianti che rientrano nello spirito e nell’ambito delle rivendicazioni che seguono.

Claims (2)

1. RIVENDICAZIONI 1 ] Un processo di stampaggio ad inietto - espansione per la produzione di un articolo in plastica con nucleo centrale espanso e una superficie solida esterna non porosa comprendente le fasi di: * iniezione di un composito/ materiale termoplastico contenente o al quale viene aggiunto un agente espandente chimico o fisico nella cavità di un apposito stampo chiuso · apertura delio stampo *espansione del materiale/composito termoplastico e suo raffreddamento a una temperatura che permetta l'estrazione dell'articolo in plastica dallo stampo nelle quali fasi il materiale/composito termoplastico viene introdotto nello stampo allo stato fuso, l'apertura dello stampo avviene dopo il raffreddamento superficiale del materiale/composito termoplastico lungo le superfici interne dello stampo, l’espansione del materiafe/composito termoplastico è controllata mediante una pressa idraulica.
2. 2) Il processo secondo la rivendicazione 1 in cui l'agente espandente chimico è contenuto in quantità compresa tra 0,2 e 10% del composito termoplastico totale. 3) li processo secondo le precedenti rivendicazioni in cui l'articolo in plastica è un articolo per settore automofive. 4) Il processo secondo la rivendicazione 3 in cui l'articolo per settore automofive è un elemento di copertura 22 di un motore di veicolo. 5) Un dispositivo (10) per stampaggio ad inietto-espansione che comprende uno stampo maschio (12) e uno stampo femmina (14) che delimitano una cavità centrale (16) all'interno della quale viene iniettato ii materia-!e /composito termoplastico alio sfato fuso, detto dispositivo (10) comprendendo due o più dispositivi elastici compattatori (20) per la compressione localizzata del maferiale/composito termoplastico nella cavità stessa. 6) Il dispositivo secondo la rivendicazione 5 comprendente una fascia (26) che sì estende lungo il perimetro e in adiacenza alla cavità (16) lungo io stampo maschio (12) e lo stampo femmina (14) a formare una spalla tra lo stampo maschio (12) e lo stampo femmina (14), 7) Un elemento di copertura del motore prodotto mediante il processo come rivendicato in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 1 a 4.