ITMI20110538A1 - Metodo per la modulazione del coefficiente di attrito di un pezzo in gomma - Google Patents
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Description
Descrizione di una domanda di brevetto per invenzione industriale
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un metodo per la modulazione del coefficiente di attrito di un pezzo in gomma, con particolare riferimento al settore industriale delle gomme naturali e sintetiche, ad esempio acriliche, utilizzate per la realizzazione di smorzatori, guarnizioni, o-ring, anelli di tenuta e simili.
Gli smorzatori per la chiusura dei cassetti o ante per la cucina, elettrodomestici, portiere, sono di due tipi, a fluido o ad aria.
Gli smorzatori ad aria sono in genere guarnizioni in gomma naturale o sintetica.
La configurazione ad aria più utilizzata per la chiusura di cassetti, ante e sportelli prevede un pistone, in genere metallico, che, scorrendo all’interno della guarnizione, possa smorzare con regolarità la forza di chiusura, evitando quindi andamenti irregolari e cigolii. Se il coefficiente di attrito à ̈ modulato al valore ottimale, la chiusura avviene con una rampa di scorrimento regolare, senza sbalzi o impulsi, e senza cigolii.
Se il coefficiente di attrito à ̈ eccessivo, la chiusura à ̈ rallentata, non regolare e tende a bloccarsi prima di raggiungere il fondo corsa.
Se il coefficiente di attrito à ̈ troppo basso non viene esercitata la funzione smorzatrice.
Il conferimento del corretto coefficiente d’attrito pertanto diventa essenziale per assicurare che il pezzo in gomma possa esplicare in modo efficiente la funzione a cui à ̈ preposto.
D’altra parte generalmente il conferimento delle desiderate caratteristiche superficiali comporta delle scelte che influenzano anche le caratteristiche chimico-fisiche e meccaniche interne del materiale in cui il pezzo à ̈ realizzato e conseguentemente determinano uno scadimento delle prestazioni del pezzo finale. Compito della presente invenzione à ̈ pertanto quello di fornire un metodo per la modulazione del coefficiente di attrito di un pezzo in gomma che ovvi gli inconvenienti lamentati nella tecnica nota. Nell’ambito di questo compito tecnico, scopo dell’invenzione à ̈ quello di fornire un metodo per la modulazione del coefficiente di attrito di un pezzo in gomma che consenta selettivamente la modifica delle caratteristiche superficiali ma non delle caratteristiche interne chimico-fisiche e meccaniche del materiale in cui à ̈ realizzato il pezzo.
Altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di fornire un metodo per la modulazione del coefficiente di attrito di un pezzo in gomma che limiti al massimo i problemi legati alla contaminazione ed ai residui di lavorazione, riducendo soprattutto l’impatto ambientale legato alla lavorazione.
Il compito tecnico, nonché questo ed altri scopi dell’invenzione, sono raggiunti da un metodo per la modulazione del coefficiente di attrito di un pezzo in gomma caratterizzato dal fatto di assoggettare il pezzo ad un plasma freddo comprendente fluoro e/o suoi composti per la deposizione superficiale di un film a spessore nanometrico contenente fluoro e/o suoi composti che ricopre uniformemente il pezzo prodotto senza modificare le caratteristiche interne chimico-fisiche e meccaniche del materiale in cui à ̈ realizzato il pezzo, e/o per l’innesto sulla superficie del pezzo di almeno un gruppo funzionale comprendente fluoro e/o suoi composti, senza produrre un sensibile aumento di massa o spessore e senza modificare le caratteristiche interne chimicofisiche e meccaniche del materiale in cui à ̈ realizzato il pezzo.
Altre caratteristiche importanti dell’invenzione sono evidenziate nelle rivendicazioni dipendenti di seguito riportate.
La seguente invenzione offre un valido metodo per modificare le proprietà superficiali delle gomme naturali e sintetiche utilizzate per la realizzazione di smorzatori, guarnizioni, o-ring, anelli di tenuta, e simili con il fine ultimo di aggiustare il coefficiente di attrito al valore desiderato.
La superficie delle gomme viene modificata attraverso processi di deposizione e/o trattamento via plasma freddo.
Deposizione via plasma freddo significa che viene deposto un film sottile, in genere con spessori compresi tra 5 e 2000 nm, di composizione opportuna che ricopre uniformemente il prodotto senza modificare le caratteristiche interne chimico-fisiche e meccaniche del materiale.
Trattamento con plasma freddo significa che l’ambiente di plasma innesta sulla superficie alcuni gruppi funzionali, costituiti da uno o più atomi, senza produrre però un sensibile aumento di massa o spessore e senza modificare le caratteristiche interne chimicofisiche e meccaniche del materiale.
Eventualmente prima della modifica superficiale il pezzo viene assoggettato ad ablazione (etching) via plasma freddo per la pulizia da eventuali residui estranei.
Ablazione via plasma freddo significa che le specie attive del plasma interagiscono con gli atomi del materiale del pezzo creando composti volatili che finiscono in pompa.
La tecnologie di modificazione superficiale via plasma risulta essere una tra le metodologie più versatili per modulare il coefficiente di attrito cambiando le caratteristiche chimiche e/o morfologiche delle superfici di pezzi in gomma naturale o sintetica, in particolare acrilica, ma lasciandone inalterate le proprietà di bulk.
In tal modo al pezzo in gomma così modificato superficialmente à ̈ conferito un coefficiente di attrito che rende possibili prestazioni impossibili da ottenere sfruttando le tecniche convenzionali.
Il metodo di modifica via plasma freddo inoltre si basa su di una chimica a secco, priva cioà ̈ di solventi, quindi con i processi via plasma freddo à ̈ possibile lavorare la gomma riducendo al massimo i problemi legati alla contaminazione ed ai residui di lavorazione, riducendone soprattutto l’impatto ambientale.
Il metodo di modifica delle proprietà superficiali tramite plasma freddo permette vantaggiosamente di sintetizzare superfici con composizione chimica e/o morfologia diverse da quelle originali, su materiali convenzionali termolabili come le gomme naturali o sintetiche senza degradarli.
Benché le modifiche prodotte riguardano spessori piccolissimi (nanometrici), le gomme così modificate mostrano proprietà chimiche e fisiche diverse da quelle originali in quanto interagiscono con l’esterno proprio tramite la loro superficie.
Altri vantaggi importanti della tecnologia al plasma freddo sono il ridottissimo costo di processo, la possibilità di scalare i processi per prodotti di grandi dimensioni, e la velocità dei processi.
Per la descrizione che segue si definisce plasma lo stato in cui la materia à ̈ in una fase di gas parzialmente ionizzato, ricco di specie attive, cioà ̈ reattive, (ad esempio atomi e radicali) e di particelle cariche (ioni positivi, negativi ed elettroni) generate dalla frammentazione e ionizzazione delle molecole e atomi del gas di alimentazione. Nella comune pratica di laboratorio e nelle applicazioni industriali lo stato di plasma freddo si genera in un reattore sottoponendo il gas che fluisce ad un campo elettrico.
Variando i parametri sperimentali, (tipi e flussi dei gas/vapori di alimentazione, pressione del reattore, potenza immessa con il campo elettrico, etc.) nei reattori plasmo-chimici à ̈ possibile esporre i materiali alle specie attive dei plasmi freddi, modificandone la superficie secondo le tre diverse categorie di processo sopra menzionate, vale a dire ablazione (etching) del materiale con formazione di prodotti volatili, deposizione di film sottili, e trattamento per l’innesto di gruppi chimici atomici.
La presente invenzione consente quindi di modificare la superficie delle gomme naturali e sintetiche, un esempio non esclusivo à ̈ costituito da gomme acriliche, utilizzate nella preparazione di guarnizioni, smorzatori, valvole di tenuta, o-ring, etc., con il fine ultimo di modularne il coefficiente di attrito, senza cambiare le caratteristiche meccaniche e chimico-fisiche del materiale.
Il processo di modifica può essere effettuato a bassa pressione, preferibilmente a pressioni comprese tra 0,020 e 3 torr, in grado di modificare la composizione chimica e le proprietà superficiali dei materiali esposti senza alterare le proprietà intrinseche dei materiali stessi.
Il processo di modifica può in alternativa essere effettuato ad alta pressione, preferibilmente a pressioni comprese tra 200 e 900 torr, in grado di modificare la composizione chimica e le proprietà superficiali dei materiali esposti senza alterare le proprietà intrinseche dei materiali stessi.
Il plasma freddo come detto à ̈ generato applicando un campo elettrico ad alta frequenza tra gli elettrodi del reattore, tra i quali siano stati convenientemente collocati i pezzi in gomma da modificare.
In alcuni casi, ad esempio per i plasmi freddi ad alta pressione, Ã ̈ preferibile interporre tra gli elettrodi uno o due dielettrici (vetro, allumina, polimero).
Il gas di alimentazione del plasma freddo preferibilmente à ̈ immesso nel reattore in miscela con gas inerte come Ar, He, N2, , per migliorare l’uniformità del processo e le condizioni elettriche e di omogeneità della scarica.
I parametri di funzionamento del reattore sono di seguito riportati. Il reattore può avere una condizione di base di vuoto, con pressione di base ≤0,001 torr (vuoto) oppure una condizione di base di pressione atmosferica, con pressione di base pari a 10 torr.
La pressione di lavoro nel reattore come detto può essere bassa e preferibilmente compresa tra 0,020 e 3 torr, o alta e preferibilmente compresa tra 200 e 900 torr.
Il gas di alimentazione, da immettere preferibilmente insieme ad un gas inerte, à ̈ preferibilmente una miscela di uno o più gas della seguente serie: CF4, F2, C2F6, C3F8, C4F10, c-C4F8, C2F4, C3F6, n-C4F8, NF3, SF6, CF3I, CF3Cl , CF2Cl2, CFCl3, Si2O(CF3)6.
La frequenza del campo elettrico di eccitazione à ̈ preferibilmente compresa tra 10 KHz e 2,12 GHz, se la pressione di lavoro à ̈ bassa, ed à ̈ preferibilmente compresa tra 1KHz e 150 KHz se la pressione di lavoro à ̈ alta.
La potenza del campo elettrico à ̈ preferibilmente circa 0,01 e 200 W/cm<2>.
Il flusso totale gas à ̈ preferibilmente compreso tra 0,1 e 50 sml/min per una bassa pressione di lavoro e preferibilmente compreso tra 0,1 e 20 sml/min per una alta pressione di lavoro.
Esempi di modifica di smorzatori in gomma acrilica
Nei cinque esempi che seguono i pezzi da trattare sono realizzati in materiale NBR (gomma nitrile - butadiene) presentante le caratteristiche chimico – fisiche di cui alla tabella allegata come figura 1.
Esempio 1
I pezzi vengono trattati in un reattore a 13,56 MHz e pressione di lavoro di 0,25 torr con potenza 100 W con una miscela contenente Ar, CF4, O2.
Gli smorzatori presentano chiusura regolare e senza cigolii.
Un cassetto o anta o portellone, equipaggiato per la prova con gli smorzatori trattati al plasma, viene chiuso 100000 volte con una rampa di chiusura regolare, anche in condizioni di elevata temperatura ed umidità relativa.
Esempio 2
I pezzi vengono trattati in un reattore a frequenza 13,56 MHz e pressione di lavoro di 0,75 torr e potenza di 59W con una miscela contenente He e CF3I.
Gli smorzatori presentano chiusura sostanzialmente regolare.
Un cassetto o anta o portellone, equipaggiato per la prova con gli smorzatori trattati al plasma, viene chiuso 100000 volte con una rampa di chiusura sostanzialmente regolare, anche in condizioni di elevata temperatura ed umidità relativa.
Esempio 3
I pezzi vengono trattati in un reattore a frequenza 13,56 MHz e pressione di lavoro di di 0,3 torr e potenza di 80 W con una miscela contenente Ar e c-C4F8.
Gli smorzatori presentano chiusura regolare.
Un cassetto o anta o portellone, equipaggiato per la prova con gli smorzatori trattati al plasma, viene chiuso 100000 volte con una rampa di chiusura regolare, anche in condizioni di elevata temperatura ed umidità relativa.
Esempio 4
I pezzi vengono trattati in un reattore a frequenza 500 KHz e pressione di lavoro di 0,2 torr e potenza di 100 W con una miscela contenente Ar e c-C4F8.
Gli smorzatori presentano chiusura regolare.
Un cassetto o anta o portellone, equipaggiato per la prova con gli smorzatori trattati al plasma, viene chiuso 100000 volte con una rampa di chiusura regolare, anche in condizioni di elevata temperatura ed umidità relativa.
Esempio 5
I pezzi vengono trattati in un reattore a 13,56 MHz e pressione di lavoro di 0,5 torr con potenza 80 W con una miscela contenente Ar, NF3.
Gli smorzatori presentano chiusura regolare.
Un cassetto o anta o portellone, equipaggiato per la prova con gli smorzatori trattati al plasma, viene chiuso 100000 volte con una rampa di chiusura regolare, anche in condizioni di elevata temperatura ed umidità relativa.
Claims (12)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la modulazione del coefficiente di attrito di un pezzo in gomma caratterizzato dal fatto di assoggettare il pezzo ad un plasma freddo comprendente fluoro e/o suoi composti per la deposizione superficiale di un film a spessore nanometrico, contenente fluoro e/o suoi composti, che ricopre uniformemente il pezzo prodotto senza modificare le caratteristiche interne chimico-fisiche e meccaniche del materiale in cui à ̈ realizzato il pezzo, e/o per l’innesto sulla superficie del pezzo di almeno un gruppo funzionale comprendente fluoro e/o suoi composti, senza produrre un sensibile aumento di massa o spessore e senza modificare le caratteristiche interne chimico-fisiche e meccaniche del materiale in cui à ̈ realizzato il pezzo.
- 2. Metodo per la modulazione del coefficiente di attrito di un pezzo in gomma secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto il gas di processo del plasma freddo comprende almeno uno tra: CF4, F2, C2F6, C3F8, C4F10, c-C4F8, C2F4, C3F6, n-C4F8, NF3, SF6, CF3I, CF3Cl , CF2Cl2, CFCl3, Si2O(CF3)6.
- 3. Metodo per la modulazione del coefficiente di attrito di un pezzo in gomma secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la deposizione e/o il trattamento via plasma freddo vengono realizzati con un reattore plasmochimico alimentato con un campo elettrico di eccitazione a frequenza non inferiore a 1KHz.
- 4. Metodo per la modulazione del coefficiente di attrito di un pezzo in gomma secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la deposizione e/o il trattamento via plasma freddo vengono realizzati a una pressione di lavoro compresa tra 0,20 e 3 torr, in grado di modificare la composizione chimica e le proprietà superficiali del materiale in cui à ̈ realizzato il pezzo senza alterarne le proprietà intrinseche.
- 5. Metodo per la modulazione del coefficiente di attrito di un pezzo in gomma secondo una qualunque rivendicazione da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che la deposizione e/o il trattamento via plasma freddo vengono realizzati a una pressione di lavoro compresa tra 200 e 900 torr, in grado di modificare la composizione chimica e le proprietà superficiali del materiale in cui à ̈ realizzato il pezzo senza alterarne le proprietà intrinseche.
- 6. Metodo per la modulazione del coefficiente di attrito di un pezzo in gomma secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta gomma à ̈ naturale.
- 7. Metodo per la modulazione del coefficiente di attrito superficiale di un pezzo in gomma secondo una qualunque rivendicazione da 1 a 6 caratterizzato dal fatto che detta gomma à ̈ sintetica.
- 8. Metodo per la modulazione del coefficiente di attrito di un pezzo in gomma secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta gomma à ̈ acrilica.
- 9. Metodo per la modulazione del coefficiente di attrito di un pezzo in gomma secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto pezzo in gomma à ̈ uno smorzatore o un o-ring o una valvola di tenuta o una guarnizione.
- 10. Metodo per la modulazione del coefficiente di attrito di un pezzo in gomma secondo una qualunque rivendicazione da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che detto pezzo in gomma à ̈ un substrato utilizzato per la realizzazione di uno smorzatore o di un o-ring o di una valvola di tenuta o di una guarnizione.
- 11. Pezzo in gomma caratterizzato dal fatto di presentare una modifica superficiale per la modulazione del suo coefficiente di attrito, detta modifica consistendo in un film a spessore nanometrico contenente fluoro e/o suoi composti che ricopre uniformemente il pezzo prodotto senza modificare le caratteristiche interne chimico-fisiche e meccaniche del materiale in cui à ̈ realizzato il pezzo, e/o almeno un gruppo funzionale contenente fluoro e/o suoi composti, innestato sulla superficie del pezzo senza produrre un sensibile aumento di massa o spessore e senza modificare le caratteristiche chimico-fisiche interne e meccaniche del materiale in cui à ̈ realizzato il pezzo.
- 12. Pezzo in gomma secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto spessore nanometrico di detto film à ̈ compreso tra 5 e 2000 nanometri.
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