ITMI20102044A1 - Manufatto composito in forma di lastra con proprieta' termiche duali - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo:

"MANUFATTO COMPOSITO IN FORMA DI LASTRA CON PROPRIETÀ' TERMICHE DUALI"

DESCRIZIONE

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un manufatto composito in forma di lastra con proprietà termiche duali. Più in particolare, l’invenzione si riferisce ad un manufatto composito in forma di lastra comprendente almeno due regioni spazialmente distinte e costituite da rispettivi materiali aventi conducibilità termiche tra loro differenti.

Stato della tecnica

In svariati settori della tecnica sono oggigiorno sempre più diffuse applicazioni che richiedono un controllo spazialmente differenziato, talvolta anche particolarmente complesso, degli scambi termici con l’ambiente esterno, o, in generale, tra due diverse regioni delio spazio. Laddove tali scambi termici devono avvenire almeno in parte per conduzione attraverso interfacce materiali è necessario che i manufatti formanti tali interfacce abbiano conducibilità termiche corrispondentemente differenziate.

L’ottenimento di conducibilità termiche sostanzialmente differenti in un unico manufatto è difficilmente ottenibile tramite l’impiego di unico materiale e richiede tipicamente la combinazione di almeno due materiali di natura diversa, come ad esempio un materiale metallico ed una materia plastica. La possibilità di realizzazione e impiego di manufatti di questo tipo è però fortemente limitata dai complessi problemi di assemblaggio, causati dalle differenti caratteristiche chimico-fisiche, meccaniche e termiche dei materiali da combinare.

L’avvento dei materiali compositi ha permesso in molti casi di superare i suddetti problemi. Nell’ambito della presente descrizione e delle successive rivendicazioni: - con l’espressione “materiale composito” si intende indicare un materiale formato da una matrice, tipicamente di materia plastica, in cui è inglobato almeno un materiale di rinforzo (filler), tipicamente inorganico, in forma di fibre o di particolato, e

- con l’espressione "manufatto composito” si intende indicare un manufatto comprendente almeno un materiale composito.

Tramite l'opportuna scelta dei materiali per la matrice e per il rinforzo e delle relative percentuali è possibile ottenere in modo controllato un ampio spettro di caratteristiche chimico-fisiche, meccaniche e termiche desiderate.

Manufatti con proprietà, in particolare conducibilità termica, duali si possono in questo caso realizzare combinando un materiale composito opportunamente formulato ed una materia plastica pura o, eventualmente, un ulteriore materiale composito con caratteristiche diverse dal primo. Grazie alla maggiore affinità dei materiali combinati, é possibile evitare o ridurre sostanzialmente i problemi di assemblaggio che si presentano nel caso di combinazione di materiali di natura del tutto differente, come ad esempio metallo e plastica.

I manufatti formati tramite la combinazione di un materiale composito e di una materia plastica pura o, eventualmente, di un ulteriore materiale composito, vengono oggigiorno normalmente prodotti tramite costampaggio a compressione o coiniezione.

La Richiedente ha riscontrato che i manufatti così ottenuti, pur avendo le desiderate caratteristiche termiche duali, presentano ancora prestazioni per certi aspetti non del tutto soddisfacenti.

In particolare, la Richiedente ha osservato che nei manufatti realizzati tramite i suddetti procedimenti non è possibile assicurare una perfetta continuità in corrispondenza delle interfacce di unione tra i materiali diversi. Ciò, in primo luogo, non permette di assicurare una perfetta tenuta al passaggio di fluidi, caratteristica importante in applicazioni che richiedono, oltre ad uno scambio termico spazialmente differenziato, il contenimento di fluidi o la separazione tra ambienti con atmosfera diversa e controllata. In secondo luogo, la non perfetta continuità in corrispondenza delle interfacce di unione tra i materiali diversi costituisce comunque una causa di indebolimento meccanico del manufatto che può ridurne le prestazioni e/o la vita in servizio.

Secondo la Richiedente, l’inconveniente sopra citato dei manufatti compositi con proprietà termiche duali noti, ottenuti tramite costampaggio a compressione o iniezione, è da mettere in relazione al fatto che in tali processi l’unione dei materiali diversi avviene almeno in parte contestualmente alla solidificazione degli stessi e non in una fase in cui i materiali sono ancora entrambi completamente allo stato fuso.

Sommario dell’invenzione

Il problema tecnico alla base della presente invenzione consiste nel mettere a disposizione un manufatto composito con proprietà termiche duali, in particolare comprendente almeno due regioni tra loro spazialmente distinte e costituite da rispettivi materiali con conducibilità termiche tra loro differenti, nel quale sia assicurata la continuità in corrispondenza delle interfacce di unione tra i materiali costituenti le almeno due regioni spazialmente distinte. In aggiunta, il manufatto composito deve essere fabbricabile in modo relativamente semplice ed economico, tale da permetterne l'impiego per la realizzazione di prodotti anche di largo consumo.

La presente invenzione riguarda pertanto, nel suo aspetto principale, un manufatto composito in forma di lastra in accordo con la rivendicazione 1. Caratteristiche preferite di tale manufatto composito sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti 2-12, il cui contenuto è qui integralmente incorporato per riferimento.

In particolare, l’invenzione riguarda un manufatto composito in forma di lastra comprendente almeno due regioni tra loro spazialmente distinte e costituite da rispettivi materiali aventi conducibilità termiche tra loro differenti, in cui il materiale costituente una prima di dette almeno due regioni comprende una materia plastica ed il materiale costituente una seconda di dette almeno due regioni comprende una matrice di materia plastica ed almeno un materiale di rinforzo termicamente conduttivo, e in cui il manufatto composito presenta una struttura monolitica ottenuta tramite coestrusione di detti rispettivi materiali.

Il manufatto composito dell’invenzione presenta vantaggiosamente un comportamento termico duale, in particolare una conducibilità termica spazialmente diversificata, e, grazie alla realizzazione tramite coestrusione, anche una struttura priva di discontinuità in corrispondenza delle interfacce tra le regioni costituite da materiali diversi. Nei processi di coestrusione, infatti, l’accoppiamento dei materiali coestrusi ha luogo e si completa mentre questi sono allo stato fuso, in particolare ancora all’interno della testa di estrusione, dove la scelta mirata ed il preciso controllo delle pressioni e dei gradienti di temperatura consentono di realizzare e mantenere le condizioni ottimali per conseguire una perfetta adesione tra i materiali coestrusi, e quindi garantire la continuità del risultante manufatto anche in corrispondenza delle interfacce tra materiali diversi.

Queste caratteristiche rendono il manufatto composito in forma di lastra della presente invenzione particolarmente utile in tutte quelle applicazioni in cui, oltre ad una conducibilità termica spazialmente diversificata, è richiesta una tenuta al passaggio di fluidi e/o una lunga vita in servizio senza che si presentino indebolimenti strutturali o rotture.

Inoltre, il manufatto composito in forma di lastra della presente invenzione può essere prodotto in grande serie a costi contenuti. Infatti, da un lato, i materiali per la sua fabbricazione, meglio specificati nel seguito, sono in genere di facile ed economica reperibilità. Dall'altro lato, il processo di coestrusione, oltre a richiedere in generale un minore intervento manuale rispetto ai processi di costampaggio, presenta un’elevata flessibilità per quanto concerne la scelta delle dimensioni del manufatto e delle disposizioni reciproche delle regioni a differente conducibilità termica che formano il medesimo, disposizioni descritte anch’esse più in dettaglio nel seguito.

Grazie alle caratteristiche vantaggiose sopra descritte, il materiale composito in forma di lastra dell’invenzione trova un impiego preferito, sebbene non esclusivo, in campo alimentare, per la fabbricazione di contenitori per il trasporto, la distribuzione, la presentazione e la conservazione di cibi a temperature di consumo differenziate, e in campo elettrico o elettronico, per la realizzazione di involucri per apparecchiature che richiedono dissipazioni termiche localizzate o comunque scambi termici con l’ambiente esterno spazialmente differenziati.

In un suo ulteriore aspetto, la presente invenzione riguarda un prodotto lavorato ottenibile dal suddetto manufatto composito in forma di lastra. Tale prodotto lavorato presenta tutti i vantaggi sopra esposti con riferimento al manufatto composito in forma di lastra per quel che concerne le sue proprietà materiali. Inoltre, a tale prodotto lavorato si possono facilmente ed economicamente conferire una pluralità di forme differenti, anche complesse, per soddisfare specifiche esigenze applicative.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno meglio dalla seguente descrizione di alcune sue forme di realizzazione preferite, fatta qui di seguito, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati. In tali disegni:

- la Fig. 1 è una vista schematica prospettica di una prima forma di realizzazione di un manufatto composito in forma di lastra in accordo con la presente invenzione;

- la Fig. 2 è una vista schematica prospettica di una seconda forma di realizzazione di un manufatto composito in forma di lastra in accordo con la presente invenzione;

- la Fig. 3 è una vista schematica prospettica di una terza forma di realizzazione di un manufatto composito in forma di lastra in accordo con la presente invenzione;

- la Fig. 4 è una vista schematica prospettica di una quarta forma di realizzazione di un manufatto composito in forma di lastra in accordo con la presente invenzione;

- la Fig. 5 è una vista schematica dall’alto di una quinta forma di realizzazione di un manufatto composito in forma di lastra in accordo con la presente invenzione;

- la Fig. 6 è una rappresentazione schematica di un impianto di coestrusione adatto alla fabbricazione del manufatto composito in forma di lastra di Fig. 5; - la Fig. 7 è una vista schematica in sezione trasversale di un primo esempio di prodotto lavorato ottenibile da un manufatto composito in forma di lastra in accordo con la presente invenzione;

- la Fig. 8 è una vista schematica in sezione trasversale di un secondo esempio di prodotto lavorato ottenibile da un manufatto composito in forma di lastra in accordo con la presente invenzione, e

- la Fig. 9 è una vista schematica in sezione trasversale che mostra un impiego del prodotto lavorato di Fig. 7 in un’unità per la conservazione e/o il trasporto di alimenti freddi o caldi.

Descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite dell'invenzione

Nelle Figg. 1-5 con il riferimento numerico 100 è globalmente indicato un manufatto composito in forma di lastra in accordo con la presente invenzione.

Il manufatto composito 100 comprende almeno due regioni 1 e 2 tra loro spazialmente distinte e costituite da rispettivi materiali con conducibilità termiche tra loro differenti. Il materiale costituente una prima di dette almeno due regioni, indicata con il riferimento numerico 1 e rappresentata nelle figure senza ombreggiatura, comprende una materia plastica, ed il materiale costituente una seconda di dette almeno due regioni, indicata con il riferimento numerico 2 e rappresentata nelle figure con una ombreggiatura, comprende una matrice di materia plastica ed almeno un materiale di rinforzo termicamente conduttivo. Il manufatto composito 100 presenta una struttura monolitica ottenuta tramite coestrusione dei suddetti materiali costituenti le almeno due regioni 1 e 2.

Nella seguente descrizione si farà per semplicità riferimento ad un manufatto composito 100 con conducibilità termica duale, ovvero un manufatto composito in cui, indipendentemente dal numero di regioni spazialmente distinte formanti il medesimo, sono presenti solamente due materiali con rispettive conducibilità termiche differenti. L’invenzione non è tuttavia limitata a questa forma di realizzazione e, qualora richiesto, il numero di materiali con conducibilità termiche differenti può essere anche maggiore di due, ed al limite uguale al numero di regioni spazialmente distinte formanti il manufatto composito 100.

Preferibilmente, il materiale costituente la prima regione 1 presenta una conducibilità termica non superiore a circa 0.5 W/mK.

Preferibilmente, il materiale costituente la seconda regione 2 presenta una conducibilità termica almeno di circa 2 W/mK.

La prima regione 1 presenta quindi una conducibilità termica ridotta, tale per cui in corrispondenza di essa il manufatto composito 100 esibisce un comportamento sostanzialmente termicamente isolante, mentre la seconda regione 2 presenta una conducibilità termica più elevata, tale per cui in corrispondenza di essa il manufatto composito 100 esibisce un comportamento sostanzialmente termicamente conduttore.

Inoltre, la conducibilità termica del materiale costituente la seconda regione 2 è preferibilmente almeno da 5 a 10 volte maggiore della conducibilità termica del materiale costituente la prima regione 1.

La scelta dei materiali per le almeno due regioni 1 e 2 viene effettuata, oltre che in vista del l'ottenimento dei valori di conducibilità termica sopra citati, in modo tale da garantire sia le prestazioni richieste per i prodotti lavorati finali ottenuti dal manufatto composito 100, sia una adeguata lavorabilità dei materiali stessi.

Dal punto di vista delle prestazioni, i materiali scelti devono in generale garantire adeguate proprietà di resistenza ed omogeneità strutturale e di stabilità termomeccanica.

In particolare, sotto l’aspetto della stabilità termomeccanica, vengono preferibilmente scelti materiali in grado dì garantire al manufatto composito 100 ed ai prodotti lavorati finali da esso ottenuti un intervallo di temperature di servizio più ampio possibile. NeH’ambito della presente descrizione e delle successive rivendicazioni, con il termine “temperatura di servizio” si intende indicare la temperatura alla quale un manufatto o prodotto lavorato comprendente il materiale in questione può essere portato durante l’uso senza che intervengano cambiamenti apprezzabili delle sue proprietà strutturali e/o funzionali. In particolare, vengono preferibilmente scelti materiali in grado di garantire una temperatura di servizio compresa tra circa -20°C e circa 120°C

Ulteriori caratteristiche prestazionali dei materiali scelti possono essere determinate dallo specifico campo di impiego previsto per i prodotti lavorati ottenuti dal manufatto composito 100.

Ad esempio, per un uso in campo alimentare vengono preferibilmente scelti materiali di grado alimentare. Nell’ambito della presente descrizione e delle successive rivendicazioni con l’espressione “materiale di grado alimentare” si intende indicare un materiale certificato per il contatto con gli alimenti secondo le normative relative alla sicurezza alimentare stabilite da autorità competenti, come ad esempio il Ministero della Salute in Italia o la FDA (Food and Drug Administration) negli Stati Uniti.

Sempre per l’impiego in campo alimentare, soprattutto quando è previsto un uso ripetuto dei prodotti lavorati finali, vengono inoltre preferibilmente scelti materiali con una buona resistenza ai detergenti chimici, in particolare a temperature superiori ai 60°C, tipiche degli impianti di lavaggio industriali.

Dal punto di vista delle caratteristiche di lavorabilità, i materiali scelti devono presentare elevate caratteristiche di estrudibilità, per permettere un controllo ottimale del processo di coestrusione del manufatto composito 100, e di conformabilità, per permettere la successiva realizzazione di una pluralità di differenti prodotti lavorati finali almeno in parte tramite deformazione plastica del manufatto composito 100.

Inoltre, i materiali scelti devono essere di facile ed economica reperibilità, in modo tale da permetterne l’impiego del manufatto composito 100 anche per la realizzazione di prodotti lavorati finali di largo consumo.

Sulla base dell’insieme delle caratteristiche desiderate sopra esposte, la materia plastica della prima regione 1 del manufatto composito 100 e la materia plastica della matrice della seconda regione 2 del manufatto composito 100 sono preferibilmente scelti tra i polimeri termoplastici.

In particolare, la prima regione 1 e la seconda regione 2 preferibilmente comprendono indipendentemente l’una dall'altra una materia plastica scelta dal gruppo consistente in polipropilene (PP), polietilene ad alta densità (HDPE), polistirene (PS), polietiientereftalato (PET) e loro miscele.

Preferibilmente, la prima regione 1 del manufatto composito 100 è costituita da una materia plastica scelta dal gruppo sopra menzionato. L’impiego di un singolo materiale nella prima regione 1 permette vantaggiosamente di semplificare la fabbricazione e ridurre i costi del manufatto composito 100.

Preferibilmente, la materia plastica della prima regione 1 è uguale alla materia plastica della matrice della seconda regione 2. Con tale scelta vantaggiosamente si garantisce una elevata affinità chimica tra i materiali costituenti la prima regione 1 e la seconda regione 2 del manufatto composito 100, il che favorisce ulteriormente una adesione ottimale tra i materiali all’atto della coestrusione, e quindi l’ottenimento di una struttura monolitica sostanzialmente continua nel manufatto composito 100.

Come detto più sopra, il materiale costituente la seconda regione 2 del manufatto composito 100 comprende, oltre alla matrice di materia plastica, un materiale di rinforzo, la cui funzione principale è quella di aumentare la conducibilità termica della matrice di materia plastica, di per sé limitata.

Oltre a ciò, il materiale di rinforzo non deve modificare sostanzialmente, se non eventualmente migliorandole, le proprietà meccaniche e di lavorabilità della matrice. Inoltre, anche il materiale di rinforzo dovrebbe essere di facile ed economica reperibilità.

Come materiale di rinforzo viene in primo luogo preferibilmente scelto un materiale particolato, in grado di disperdersi efficacemente nella matrice. Ciò permette di assicurare la necessaria omogeneità strutturale e l’uniformità spaziale delle caratteristiche termiche e meccaniche nella seconda regione 2 del manufatto composito 100. La granulometria media del materiale di rinforzo è preferibilmente compresa tra circa 1 μηη e circa 100 μπη, più preferibilmente tra circa 1 μιη e circa 10 μιτι, a seconda del tipo di materiale.

Inoltre, alla luce della conducibilità termica elevata, dell’effetto positivo sulle proprietà meccaniche della matrice, dell’inerzia chimica e del basso costo, il materiale di rinforzo viene preferibilmente scelto dal gruppo consistente in talco (Mg3Si4Oio(OH)2), magnetite (Fe304), grafite e loro miscele.

Tra i materiali di rinforzo sopra menzionati, il talco è anche un materiale di grado alimentare e può quindi vantaggiosamente venire impiegato per applicazioni in campo alimentare.

La percentuale di materiale di rinforzo varia preferibilmente tra circa 30% in volume e circa 50% in volume e viene scelta in funzione dalla specifica combinazione di materia plastica e materiale di rinforzo e delle proprietà desiderate dal punto di vista termico, meccanico e di lavorabilità per il manufatto composito 100.

In una forma di realizzazione particolarmente preferita del manufatto composito 100 in accordo con l’invenzione, la prima regione 1 , termicamente isolante, è costituita da polipropilene e la seconda regione 2, termicamente conduttrice, è costituita da una matrice di polipropilene con 40% in volume di talco come materiale di rinforzo. Sulla base di prove comparative condotte dalla Richiedente, la suddetta formulazione ha permesso di raggiungere un compromesso ottimale tra i requisiti desiderati di conducibilità termica duale, buone proprietà meccaniche e di lavorabilità e costi ridotti. Inoltre, prodotti lavorati ottenuti da manufatti compositi 100 con questa formulazione possono essere vantaggiosamente impiegati anche in campo alimentare, essendo sia il polipropilene sia il talco materiali di grado alimentare.

La Tabella 1 riassume le principali caratteristiche della forma di realizzazione preferita del manufatto composito 100 avente la formulazione appena descritta.

Tabella

Le Figg. 1-5 mostrano forme di realizzazione preferite di manufatti compositi 100 in forma di lastra in accordo con la presente invenzione, i quali, a parità di composizione materiale e di prestazioni del manufatto composito 100, differiscono nella forma e nella disposizione reciproca delle almeno due regioni 1 e 2 con differente conducibilità termica. Tali forme di realizzazione possono essere di volta in volta vantaggiose per realizzare specifici prodotti lavorati a partire dal manufatto composito 100.

In particolare, in Fig. 1 è mostrata una prima forma di realizzazione in cui le almeno due regioni 1 e 2 definiscono nel manufatto composito 100 corrispondenti strati reciprocamente affacciati. Gli strati possono avere spessori tra loro uguali oppure diversi, a seconda delle esigenze applicative. Anche il numero degli strati, ovvero delle regioni spazialmente distinte, eventualmente ciascuno formato da un rispettivo materiale con una specifica conducibilità termica, può essere maggiore di due. In questo caso occorre tenere presente che al crescere del numero di strati ed eventualmente dei materiali differenti, crescono la complessità deirimpianto di coestrusione (maggiore complessità della testa di coestrusione ed eventualmente del numero di estrusori che la alimentano) ed i costi connessi.

In Fig. 2 è mostrata una seconda forma di realizzazione in cui le almeno due regioni 1 e 2 definiscono nel manufatto composito 100 corrispondenti strisce reciprocamente affiancate, sviluppate sostanzialmente parallelamente al lato maggiore della lastra, a sua volta in genere parallelo alla direzione di estrusione del manufatto composito 100, indicata con la freccia E nelle figure.

In Fig. 3 è mostrata una forma di realizzazione analoga a quella di Fig. 2, in cui sono presenti tre regioni spazialmente distinte: due prime regioni 1 con conducibilità termica ridotta, ovvero termicamente isolanti, ed una seconda regione 2 con conducibilità termica elevata.

Per quanto riguarda il numero di strisce definenti le regioni spazialmente distinte nella forme di realizzazione del manufatto composito 100 mostrate nelle Figg. 2 e 3, eventualmente ciascuna costituita da un rispettivo materiale con una specifica conducibilità termica, vale quanto detto con riferimento agli strati della forma di realizzazione di Fig. 1 .

In Fig. 4 è mostrata una forma di realizzazione in cui una delle almeno due regioni 1 e 2 è almeno in parte lateralmente delimitata dall'altra delle almeno due regioni 1 e 2. In particolare, la figura mostra il caso in cui la prima regione 1 con conducibilità termica ridotta, ovvero termicamente isolante, delimita lateralmente, completamente o parzialmente, tre seconde regioni 2 con conducibilità termica elevata. Naturalmente, neH’ambito di questa forma di realizzazione è anche possibile una configurazione invertita rispetto a quella mostrata, in cui la seconda regione 2 con conducibilità termica elevata delimita almeno parzialmente una o più prime regioni 1 con conducibilità termica ridotta. Il numero, la forma e la disposizione reciproca della/e regione/i delimitata/e possono variare a seconda delle esigenze applicative, anche in questo caso compatibilmente con un eventuale aumento della complessità deirimpianto di coestrusione e dei costi da ciò derivanti.

In Fig. 5, infine, è mostrata una forma di realizzazione analoga a quelle mostrate nelle Figg. 2 e 3, in cui tuttavia le strisce reciprocamente affiancate si sviluppano parallelamente tra loro ma inclinate di un prefissato angolo a rispetto al lato maggiore della lastra, laddove a in valore assoluto è preferibilmente maggiore di 45°, più preferibilmente il più possibile prossimo al valore limite di 90° (strisce sostanzialmente perpendicolari al lato maggiore della lastra), compatibilmente con i vincoli geometrici imposti dal procedimento di produzione più oltre descritto.

Le forme di realizzazione del manufatto composito 100 in forma di lastra illustrate nelle Figg. 1-4 possono essere prodotte tramite impianti di coestrusione di tipo noto. Il tecnico del settore potrà scegliere le caratteristiche di impianto, e in particolare la tipologia di testa di estrusione, di volta in volta più opportune in funzione della specifica forma dì realizzazione desiderata del manufatto composito 100. In particolare, per la forma di realizzazione di Fig. 4 si prevede l’impiego di teste di estrusione di tipo analogo a quello attualmente in uso per l'estrusione di manufatti tridimensionali.

Per produrre un manufatto composito 100 in forma di lastra del tipo mostrato in Fig. 5 può essere vantaggiosamente impiegato un impianto di coestrusione apposito, schematicamente illustrato in Fig. 6.

L’impianto di coestrusione mostrato comprende un'unità di coestrusione 20 di tipo noto e analoga a quella impiegabile per la produzione della forma di realizzazione del manufatto composito 100 mostrata in Fig. 2. In particolare, l’unità di coestrusione 20 comprende due estrusori 21, rispettivamente per l’estrusione di un materiale a bassa conducibilità termica e di un materiale a conducibilità termica elevata, scelti secondo i criteri più sopra esposti, ed una testa di coestrusione 22, atta a formare un nastro coestruso 10 continuo, formato da due strisce dei suddetti materiali reciprocamente affiancate. La specifica geometria della testa di estrusione determina lo spessore delle lastre del manufatto composito 100 finale e la larghezza delle strisce definenti le regioni spazialmente distinte del medesimo. A valle dell’unità di coestrusione 20 è previsto un dispositivo avvolgitore 30, sul quale il nastro coestruso 10 continuo prodotto dall’unità di coestrusione 20 può venire avvolto per formare un corpo tubolare 11, in Fig. 6 per chiarezza mostrato separato dal dispositivo avvolgitore 30. La superficie laterale del corpo tubolare 11 è definita da regioni costituite dal materiale a bassa conducibilità e regioni costituite dal materiale a conducibilità elevata che si alternano longitudinalmente a spirale.

Il dispositivo avvolgitore 30 comprende un corpo avvolgitore 31, preferibilmente di forma cilindrica o lievemente conica e di dimensioni prefissate, e mezzi motori 32 per mettere in rotazione il corpo avvolgitore 31. Preferibilmente, il corpo avvolgitore 31 è associato in modo rimovibile ai mezzi motori 32, per consentire l’impiego di corpi avvolgitori 31 di forma e/o dimensioni differenti. Il diametro del corpo avvolgitore 31 determina la larghezza delle lastre del manufatto composito 100 finale.

La posizione reciproca dell’unità di coestrusione 20 e del dispositivo avvolgitore 30 è preferibilmente regolabile, per facilitare l’avvolgimento del nastro coestruso 10 continuo sul corpo avvolgitore 31 e poter variare l’angolo di avvolgimento formato tra il nastro 10 coestruso continuo e l’asse longitudinale X-X del corpo avvolgitore 31. Tale angolo corrisponde all’angolo di inclinazione a che le strisce definenti le regioni spazialmente distinte formano rispetto al lato maggiore delle lastre nel manufatto composito 100 finale (v. Fig. 5).

A valle del dispositivo avvolgitore 30 è previsto un dispositivo di taglio 40, atto a tagliare longitudinalmente il corpo tubolare 11 prodotto dal dispositivo avvolgitore 30 e divaricarlo almeno parzialmente lungo il taglio effettuato, indicato schematicamente tramite una linea tratteggiata sul corpo tubolare 1 1.

A valle del dispositivo di taglio 40 è prevista una unità di formatura 50, atta a ricevere il corpo tubolare 11 tagliato longitudinalmente e almeno in parte divaricato e a conferirgli una forma sostanzialmente piana. L’unità di formatura 50 comprende preferibilmente un dispositivo di riscaldamento 51 e, a valle di questo, una calandra 52, preferibilmente con rulli termostatati.

A valle dell'unità di formatura 50 sono previsti mezzi di taglio, non mostrati nella figura e comunque di tipo convenzionale, per tagliare il prodotto in uscita dall’unità di formatura 50 in lastre della lunghezza desiderata.

Il procedimento di produzione di un manufatto composito 100 in forma di lastra attuabile nell’impianto di coestrusione mostrato in Fig. 6 comprende le seguenti fasi.

In una prima fase, tramite l’unità di coestrusione 20 viene prodotto, preferibilmente in continuo, il nastro coestruso 10 continuo.

In una seconda fase, il nastro coestruso 10 continuo viene avvolto, preferibilmente in continuo, sul corpo avvolgitore 31 del dispositivo avvolgitore 30 per formare un corpo tubolare 11. Tale fase è realizzata mentre il nastro coestruso 10 è ancora ad una temperatura tale da consentire l’adesione reciproca dei fianchi del nastro coestruso 10 che vengono reciprocamente in contatto durante l’avvolgimento.

In una fase ulteriore, il corpo tubolare 11 viene tagliato longitudinalmente e almeno parzialmente divaricato lungo il taglio effettuato. Preferibilmente, questa fase viene attuata in continuo rispetto alla precedente fase di formazione del corpo tubolare 11.

In una fase ancora ulteriore, il corpo tubolare 11 tagliato longitudinalmente e almeno parzialmente divaricato viene sottoposto a formatura per conferirgli una forma sostanzialmente piana. La fase di formatura comprende preferibilmente una fase di riscaldamento del corpo tubolare 11 e una successiva fase di calandratura. Infine, il prodotto ottenuto dalla precedente fase di formatura viene sottoposto a taglio per ottenere lastre di lunghezza desiderata del manufatto composito 100. Nella descrizione dell’impianto di coestrusione di Fig. 6 e del procedimento di produzione di manufatti compositi in forma di lastra attuabile tramite esso si è fatto per semplicità riferimento alla coestrusione di due soli materiali differenti, in quanto il numero di materiali coestrusi non ha influenza sulle caratteristiche essenziali di tali impianto e procedimento. Nel caso sia necessario ottenere manufatti compositi 100 in forma di lastra con la configurazione di Fig. 5 e comprendenti più di due materiali differenti sarà infatti sufficiente scegliere una unità di coestrusione 20 con un corrispondente numero di estrusori 21 ed una adatta testa di estrusione 22. A prescindere dalle caratteristiche specifiche dei differenti impianti di coestrusione impiegabili per produrre manufatti compositi 100 in forma di lastra in accordo con la presente invenzione, i parametri operativi per tali impianti, in particolare le temperature e le pressioni di estrusione, vengono scelti, anche con l’ausilio di simulazione numeriche effettuabili con software commerciali di modellazione fluidodinamica, in modo da garantire le condizioni ottimali per la perfetta adesione tra i materiali coestrusi.

Grazie alle caratteristiche migliorate più sopra illustrate, il manufatto composito 100 in forma di lastra della presente invenzione trova vantaggiosamente impiego per la realizzazione di prodotti lavorati destinati ad impieghi, anche su larga scala, in cui devono essere garantiti sia un controllo spazialmente differenziato di flussi termici sia la tenuta al passaggio di fluidi e/o una lunga vita in servizio senza deterioramento delle proprietà meccaniche e strutturali.

La realizzazione di tali prodotti lavorati avviene preferibilemente almeno in parte, e quando possibile, anche completamente, tramite deformazione plastica, ad esempio termoformatura, di un singolo manufatto composito 100 in forma di lastra, in modo da evitare il più possibile la presenza di giunzioni nel prodotto lavorato finale. Esempi di prodotti lavorati ottenibili da un manufatto composito 100 in forma di lastra in accordo con la presente invenzione, in particolare per l’impiego in campo alimentare, sono mostrati nelle Figg. 7 e 8.

La Fig. 7 mostra schematicamente in sezione trasversale un contenitore 200 con un rispettivo coperchio 201, adatto alla conservazione e/o al trasporto di alimenti. Il contenitore 200 ed il coperchio 201 sono in particolare ottenibili da un manufatto composito 100 in forma di lastra del tipo mostrato in Fig. 1. Il contenitore 200 ed il coperchio 201 sono realizzati in modo tale per cui la prima regione 1, ovvero lo strato con bassa conducibilità termica, del manufatto composito 100 si trova in corrispondenza del loro lato esterno, mentre la seconda regione 2, ovvero lo strato con conducibilità termica elevata, si trova in corrispondenza del lato interno. Lo strato esterno a bassa conducibilità consente di isolare termicamente il contenitore 200 e il coperchio 201 rispetto all’ambiente esterno, mentre lo strato interno con conducibilità termica elevata contribuisce a uniformare la temperatura degli alimenti posti all’interno del contenitore.

La Fig. 8 mostra schematicamente in sezione trasversale un vassoio 300 adatto alla presentazione e/o distribuzione di alimenti con temperature di consumo differenziate. Il vassoio 300 è in particolare ottenibile da uno dei manufatti compositi 100 in forma di lastra del tipo mostrato nelle Figg. 2-5. Il vassoio 300 comprende due vani 301 , 302 le cui pareti di fondo hanno conducibilità termiche differenziate. In particolare, la parete di fondo del vano 301 è ricavata da una prima regione 1 (striscia) con bassa conducibilità termica del manufatto composito 100, mentre la parete di fondo del vano 302 è almeno in parte ricavata da una seconda regione 2 (striscia) con conducibilità termica elevata del manufatto composito 100. Il vassoio 300 permette di presentare e/o distribuire contemporaneamente ad esempio alimenti da consumarsi a temperatura ambiente, collocabili nel vano 301, e alimenti da consumarsi caldi o freddi, che possono essere mantenuti alla temperatura desiderata nel vano 302, il quale è termicamente isolato rispetto al vano 301 e la cui parete di fondo termicamente conduttiva può essere tenuta a contatto con una opportuna sorgente o pozzo di calore.

Le migliorate caratteristiche di continuità strutturale e di stabilità e resistenza termomeccanica del manufatto composito 100 della presente invenzione lo rendono inoltre particolarmente adatto per la realizzazione di prodotti lavorati destinati ad applicazioni in cui è richiesto un controllo attivo dello scambio termico che avviene attraverso le pareti dei medesimi.

A titolo di esempio, la Fig. 9 mostra schematicamente in sezione trasversale un’unità 400 per la conservazione e/o il trasporto di alimenti freddi o caldi, comprendente un contenitore 200’, del tipo di quello precedentemente descritto con riferimento a Fig. 7, e mezzi per il controllo attivo dello scambio termico tra una parete di fondo 202’ del contenitore 200’ ed una sorgente o pozzo di calore 500, con la quale tale parete di fondo può essere posta a contatto. I mezzi per il controllo attivo dello scambio termico comprendono in particolare un dispositivo di pompaggio termico 401, ad esempio comprendente celle di Peltier, alloggiato in una apposita sede 203’ ricavata nella parete di fondo 202' rimuovendo una porzione dello strato esterno con bassa conducibilità termica di essa, in modo tale che il dispositivo di pompaggio termico 401 possa venire in contatto con lo strato interno con conducibilità termica elevata. Preferibilmente, il dispositivo di pompaggio termico 401 è collegato ad un sistema di controllo a retroazione della temperatura all’interno del contenitore 200’, comprendente un dispositivo di controllo 402 ed un sensore di temperatura 403 posto all’interno del contenitore 200’.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Manufatto composito (100) in forma di lastra comprendente almeno due regioni (1, 2) tra loro spazialmente distinte e costituite da rispettivi materiali aventiconducibilità termiche tra loro differenti, in cui il materiale costituente una prima (1) di dette almeno due regioni (1, 2) comprende una materia plastica ed il materiale costituente una seconda (2) di dette almeno due regioni (1, 2) comprende una matrice di materia plastica ed almeno un materiale di rinforzo termicamente conduttivo, e in cui detto manufatto composito (100) presenta una struttura monolitica ottenuta tramite coestrusione di detti rispettivi materiali.
2. 2. Manufatto composito (100) secondo la rivendicazione 1, in cui il materiale costituente la prima (1) di dette almeno due regioni (1, 2) presenta una conducibilità termica non superiore a circa 0.5 W/mK.
3. 3. Manufatto composito (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale costituente la seconda (2) di dette almeno due regioni (1, 2) presenta una conducibilità termica almeno di circa 2 W/mK.
4. 4. Manufatto composito (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i materiali di dette almeno due regioni (1, 2) sono materiali di grado alimentare.
5. 5. Manufatto composito (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dette almeno due regioni (1, 2) comprendono, indipendentemente l’una dall'altra, una materia plastica scelta dal gruppo consistente in polipropilene (PP), polietilene ad alta densità (HDPE), polistirene (PS), polietilentereftalato (PET) e loro miscele.
6. 6. Manufatto composito (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima (1) di dette almeno due regioni (1, 2) consiste in una materia plastica scelta tra polipropilene (PP), polietilene ad alta densità (HDPE), polistirene (PS) o polietilentereftalato (PET).
7. 7. Manufatto composito (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la materia plastica della prima (1) di dette almeno due regioni (1, 2) è uguale alla materia plastica di detta matrice della seconda (2) di dette almeno due regioni (1, 2).
8. 8. Manufatto composito (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto materiale di rinforzo è un materiale particolato.
9. 9. Manufatto composito (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto materiale di rinforzo è scelto dal gruppo consistente in talco (Mg3Si4Oi0(OH)2), magnetite (Fe304), grafite e loro miscele.
10. 10. Manufatto composito (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dette almeno due regioni (1, 2) definiscono corrispondenti strati reciprocamente affacciati.
11. 11. Manufatto composito (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui dette almeno due regioni (1, 2) definiscono corrispondenti strisce reciprocamente affiancate.
12. 12. Manufatto composito (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui una (1; 2) di dette almeno due regioni (1, 2) è almeno in parte lateralmente delimitata dall’altra (2; 1) di dette almeno due regioni (1, 2).
13. 13. Prodotto lavorato (200; 200’; 201; 300) ottenibile da un manufatto composito (100) in lastra secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.