ITMI942436A1 - Procedimento per la produzione di elementi strutturali termoisolanti ed elementi cosi ottenuti - Google Patents

Procedimento per la produzione di elementi strutturali termoisolanti ed elementi cosi ottenuti Download PDF

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Abstract

Procedimento per la produzione di elementi strutturali termoisolanti che comprende:a) produrre mediante termoformatura una cella in materiale termoplastico;b) calzare detta cella su un semiguscio maschio di uno stampo;c) chiudere la stampo con un semiguscio femmina atto a formare- una cavità fra detti semigusci;d) inserire nella cavità degli elementi cavi forati;e) riempire la cavità con per le espanse in polimeri termoplastici;f) sinterizzare le perle con vapore alimentato via elementi cavi;g) raffreddare ed estrarre gli elementi cavi.h) estrarre l'elemento strutturale dallo stampo.

Description

DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di elementi strutturali termoisolanti e agli elementi strutturali così ottenuti.
Più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di elementi strutturali termoisolanti in materiale termoplastica provvisti di condotte interne per l’aria refrigerata, come anche agli elementi strutturali ottenuti con tale procedimento.
Il termine elementi strutturali termoisolanti, come impiegato nella presente descrizione e nelle rivendicazioni, comprende qualsiasi articolo stampato, rigido, semirigida, circolare o poligonale da impiegare nei settari trasporti, elettrodomestici, edile, auto, telecomunicazioni, macchine per ufficia, ecc. come per esempio porte, coperchi, carcasse, contenitori in particolare per frigoriferi o freezer, pannelli per isolamento termico o acustico, piani di appoggio, frontalini, contenitori, ad esempio per borse termiche portatili, pareti divisorie, celle freezer per autocarri e vagoni ferroviari, ecc.
Attualmente gli articoli strutturali del tipo sopra riportato sono ottenuti a partire da due semigusci che vengono assiemati meccanicamente mediante saldatura o incollaggio e successivamente la parte cava compresa fra i due semigusci viene riempita con poliuretano espanso.
Questa tecnologia nota per la produzione di elementi strutturali termoisolanti presentano diversi inconvenienti di natura sia ambientale sia tecnica.
E' noto, infatti, che l'impiego di poliuretano espanso come materiale termoisolante è causa di problemi di natura ecologica in quanto si ritiene che gli agenti espandenti CFC o HCFC siano una delle cause principali che provoca l'alterazione e la distruzione dello strato di ozono presente nella stratosfera e creino un effetto serra.
Inoltre, l'impiego di due o tre materiali diversi nella produzione di tali elementi strutturali termoisolanti comporta indubbi problemi di riciclo dovuti all'incompatibilità dei materiali impiegati.
Infine, il processo di produzione di tali elementi strutturali è piuttosto laborioso e quindi costoso.
Per superare alcuni di questi inconvenienti è stato proposto di sostituire il poliuretano espanso con perle espanse sinterizzate di un materiale termoplastico, come polistirene, in cui, come è noto, l'agente espandente è un idrocarburo basso-bollente. Processi per la produzione di elementi strutturali termoisolanti contenenti perle espanse sinterizzate di un materiale termoplastico sono ben noti in letteratura e descritti, per esempio, nei brevetti Italiani No. 1.185.507 e 1.202.484 e nelle domande di brevetto europeo pubblicate No.
410. 432 e 512.609.
Questi processi noti permettono di risolvere il problema dell'inquinamento ambientale come anche quello del riciclo del materiale ma hanno ancora l'inconveniente di essere laboriosi in quanta richiedono molteplici operazioni che incìdono negativamente sul costo dell'elemento strutturale finale.
Essi prevedono, infatti, di (i) applicare alla parte convessa o concava di un primo semiguscio di materiale termoplastico uno strato di perle in polimero termoplastico semiespansa o espanso in modo da formare uno strato dì spessore sostanzialmente costante; (ii) sinterizzare le perle mediante vapore, e (iii) applicare e fissare al composito così ottenuto un secondo semiguscio che può essere dello stessa materiale termoplastico che forma il primo semiguscio.
Inoltre, i processi noti non permettono dì integrare più funzioni in fase di stampaggio, sicché queste vanno realizzate successivamente con ulteriore aggravio dei costi. Così, per esempio, l'elemento strutturale termoisolante deve essere provvista di tubi per il passaggio dell'aria refrigerata quando tali elementi strutturali vengono impiegati nel settore della refrigerazione. Tale aggiunta comporta ulteriori inconvenienti dovuti sia al fatto che tali tubi sono in genere di materiale diverso e non compatibile con quello dell'elemento strutturale sia al loro montaggio.
E' stato ora trovato dalla Richiedente che tali limita— zioni e inconvenienti dei processi noti possono essere risolti producendo le condotte per il passaggio dell'aria refrigerata direttamente nel corpo dell'elemento strutturale e durante la fase di sinterizzazione delle perle espanse o semiespanse. A tale scopo la sinterizzazione delle perle viene effettuata impiegando elementi mobili, cavi, forati ed aventi dimensioni esterne e geometria uguali a quelle delle condotte da realizzare, attraverso i quali viene alimentato il vapore di sinterizzazione.
Gli elementi mobili, cavi e forati hanno il duplice compito di distributori del vapore di sinterizzazione e di inserti per la formazione delle condotte.
Forma, pertanto, aggetto della presente invenzione un procedimento per la produzione di elementi strutturali termoisolanti provvisti di condotte per la circolazione di aria refrigerata, il quale procedimento consiste nel:
a) produrre mediante termoformatura una cella in materiale termoplastico ;
b) calzare detta cella sul semiguscio maschio di uno stampo per la produzione dell'elemento strutturale;
c) chiudere lo stampo inserendo detto semiguscio maschio nel corrispondente semiguscio femmina di detto stampo in modo da formare una cavità intermedia fra detti semigusci;
d) inserire in detta cavità, in corrispondenza delle zone in cui sono previste le condotte, degli elementi cavi, forati ed aventi dimensioni esterne e geometria uguali a quelle delle condotte da realizzare;
e) riempire detta cavità con perle o granuli espansi o semiespansi in polimero termoplastico;
f) alimentare vapore saturo o aria calda attraverso detti elementi cavi per sinterizzare le perle;
g) raffreddare ed estrarre dallo stampo detti elementi mobili, e
h ) estrarre l‘elemento strutturale termoisolante che risulta così provvisto di condotte all'interno della sua massa.
Gli elementi cavi, mobili e forati sono in numero uguale a quello delle condotte da realizzare e sono inseriti nelle zone in cui dette condotte sono previste. La sezione trasversale di questi elementi cavi può essere ellittica, circolare, rettagolare, quadrata o in generale poligonale, in funzione degli usi a cui l'elemento strutturale termoisolante è destinato.
Detti elementi cavi possono essere fatti in alluminio, rame o laro leghe, acciaia, acciaio inox, metallo teflonato, resine termoindurenti con superficie levigata e lucidata in modo da ridurre al minimo l'attrito con il prodotto sinterizzato. La superficie di detti elementi cavi è dotata di fori o di "pastiglie" per il passaggio e la distribuzione del vapore o aria calda per la sinterizzazione. Il vapore viene alimentato all'interno di detti elementi cavi ad una pressione che è funzione di diversi fattori come la massa da sinterizzare, la massa complessiva dello stampo, il salto termico e la superficie di contatto fra detti elementi cavi e le perle da sinterizzare. Generalmente, la pressione relativa del vapore acqueo saturo può variare fra 0,1 e E bar e può essere uguale o differente in ciascun elemento cavo.
Anche il tempo durante il quale viene iniettato il vapore nello stampo è variabile in funzione dei parametri sopra riportati e della pressione del vapore e può variare anche da elemento ad elemento; il tempo può essere regolato da un “timer", secondo tecnologie note. Tempi compresi fra 5 e 100 secondi possono essere impiegati.
La cella in materiale termoplastico può essere prodotta secondo qualsiasi processo noto di termoformatura,come per esempio mediante stampaggio per soffiatura (blow molding) di un polimero termoplastico in uno stampo costituito da due semistampi definenti il vano di formatura della cella desiderata. Lo stampo può essere provvisto di parti mobili costituite da profilati elasticamente flettibili o di tasselli mobili o altri mezzi noti per la formatura di scanalature a forma di coda di rondine, di parti in sottosquadro, rientranze a sezione asimmetrica, zone incavate o in rilievo ecc. in funzione dell'impiego a cui l'elemento strutturale termoisolante è destinato.
Lo spessore delle pareti della cella non è critico per il procedimento della presente invenzione, generalmente lo spessore è compreso fra 0,3 e 10 mm.
Qualsiasi materiale polimerico termoplastico in grado di dare perle o granuli espansi o semiespansi può essere impiegato nel procedimento della presente invenzione per la produzione sia della cella sia delle perle o granuli costituenti l'elemento strutturale termoisolante . Anche se il polistirene e il polistirene antiurto CHIPS) sono preferiti, altri materiali polimerici termoplastici possono essere impiegati. Esempi di materiali polimerici alternativi che possono essere impiegati comprendono: polistirene modificato con monomeri polari come acrilonitrile , resine ABS, polietilene ad alta, media e bassa densità, polipropilene, copolimeri etilene/pro— pilene termoplastici, poliviviniloruro, resine acriliche o metacriliche come polimetilmetacrilato , ecc. e loro miscele.
Come materiale polimerico termoplastico, possono anche essere impiegate le miscele compatibili o rese compatibili comprendenti polistirene, polistirene antiurto (HIPS) e/o polistirene modificata con monomeri polari e almeno un tecnopolimero come, per esempio, polifenilene etere, policarbona— to , poliolefine, poliesteri come polietilene tereftalato, polibutilene tereftalato ecc.
Il polistirene antiurto noto sul mercato con il marchio EDISTIR" e le perle espanse di poiistirene note sul mercato con i marchi EXTIR ed ECOSTYR tutti prodotti e commercializzati dalla Richiedente, sono preferiti nel procedimento della presente invenzione.
I due semigusci maschio e femmina dello stampo sono fatti preferibilmente in alluminio, rame o loro leghe per facilitare lo scambio termica durante la fase sia di sinterizzazione sia di raffreddamento.
Una volta introdotto il semistampo maschio in quello femmina in modo da formare una cavità intermedia e inseriti gli elementi cavi in detta cavità, le perle o granuli espansi o semiespansi vengono introdotti nella cavità, preferibilmente mediante iniettori ad aria compressa e con l'ausilio del vuoto applicato nella cavità, secondo tecniche note. Allo scopo di allontanare l'aria contenuta fra le perle o granuli nella cavità ed assicurare una completa aderenza di detti perle o granuli fra di loro e alle pareti dei due semigusci, si può effettuare un lavaggio in corrente di vapore sotto forma di impulsi di vapore saturo, preferibilmente a pressione superiore alla pressione atmosferica, eventualmente alter nati a fasi di depressione.
Una volta effettuato il riempimento completo della cavità dello stampo, le perle o granuli espansi o semiespansi vengono sottoposti ad un processo di sinterizzazione.
La sinterizzazione viene effettuata mediante vapore sa— turo o aria calda avente una temperatura superiore a quella di transizione vetrosa (Tg) delle perle o granuli, iniettato all'interno della cavità attraverso i fori degli elementi cavi.
In alcuni casi può essere conveniente aspirare il vapore acqueo o aria durante la sinterizzazione mediante applicazione di vuoto. A questo scopo possono essere previsti dei mezzi di aspirazione preferibilmente disposti dalla stessa parte degli elementi cavi.
La superficie totale dei mezzi dì aspirazione è almeno uguale e, preferibilmente, superiore a quella degli elementi cavi di adduzione del vapore acqueo o aria calda.
Durante la sinterizzazione, le pareti della cella vengono mantenute ad una temperatura di almeno 10°C inferiore a quella di transizione vetrosa (Tg) del materiale polimerico formante detto involucro.
Il controllo della temperatura può essere effettuato mediante raffreddamento con acqua a circuito chiuso o con acqua spruzzata direttamente sulle pareti dello stampo a diretto contatto con la cella, in quantità controllata.
Una elettrovalvola comandata da sonda termica a contatto con la parete dello stampo permette di regalare la quantità di acqua spruzzata o alimentata in funzione della temperatura desiderata, secondo tecniche ben note.
A scopo esemplificativo, la temperatura di transizione vetrosa CTg) del polistirene è compresa fra 80 e 120°C e quella delle perle o granuli espansi o semiespansi è compresa fra 70 e 110°C.
Allo scopo di meglio comprendere la presente invenzione, viene qui di seguito riportata una descrizione più dettagliata di una sua forma di realizzazione facendo riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:
La Fig. 1 mostra in forma schematica la fase iniziale del processo della presente invenzione;
La Fig. S mostra in forma schematica la fase finale del processo della presente invenzione;
La Fig. 3 mostra la vista schematica di una sezione trasversale dello stampo durante la fase di sinterizzazione;
La Fig. A rappresenta la vista schematica laterale di un elemento cavo forato;
La Fig. 5 rappresenta la vista schematica della sezione trasversale dell'elemento cavo forata della Fig. 4 con un piano passante lungo la linea A-A;
La Fig. 6 rappresenta la vista schematica laterale di un altro elemento cavo forato, e
La Fig. 7 rappresenta la vista schematica della sezione trasversale dell'elemento cavo forato della Fig. 6 con un piano passante lungo la linea B-B.
Con riferimento alle figure, il procedimento oggetto della presente invenzione consiste nel produrre una cella frigo (3) mediante termoformatura a caldo di una lastra estrusa di polistirene antiurto EDISTIR SRL 800, prodotto e venduto dalla Richiedente, avente uno spessore di 1 mm. e provvista su almeno una faccia di scanalature parallele (7).
La cella (3) viene calzata sul semistampo maschio (1) di uno stampo in alluminia dotato di un sistema di termostata zione di tipo noto e convenzionale. Il semistampo maschio <1) è anch’esso provvisto di scanalature (6) lungo almeno una faccia, che, in fase di calzatura, combaciano con quelle (7) corrispondenti della cella (3).
Il semistampo maschio (1) con la cella calzata viene inserito nel semistampo femmina (2) dello stampo. Le dimensioni del semistampo femmina (2) sono correlate a quelle del semistampo maschio (1) in modo da formare fra i due semistampi una intercapedine o cavità intermedia avente uno spessore corrispondente allo strato isolante desiderata. Generalmente, lo spessore è di circa 2 - 20 cm.
Il semistampa femmina (2) è provvisto, sulle superfici opposte e nelle porzioni periferiche corrispondenti alla cavità intermedia, di fori passanti (5). I fori passanti possono essere singoli o accoppiati e la loro forma e dimensione sono uguali a quelle delle condotte da realizzare.
Una volta inserito il semiguscio maschio (1) con la relativa cella (3) nel semiguscio femmina (2), nell'interno della cavità intermedia risultante e attraverso i fori passanti (5), vengono inseriti gli elementi cavi, forati (4).
Nella cavità di detti elementi cavi (4) viene immesso del vapore saturo attraverso un condotto.
Come illustrato nelle Figure 4, 5, 6 e 7, gli elementi cavi forati (4) possono avere sezione trasversale circolare, ellittica, quadrata, rettangolare o poligonale e sono provvisti sulla superficie di fori passanti (11) o di "pastiglie" di vaporizzazione (10). Il diametro dei fori (11) può variare tra 0.1 e 10 mm e quello delle pastiglie (10) da 3 a 20 mm.
Detti elementi cavi (4) possono attraversare tutto lo stampo da una faccia all’altra opposta, oppure terminare all'interno della cavità intermedia, a seconda della condotta da realizzare .
La cavità intermedia viene quindi riempita di perle espanse di polistirene disponibile sul mercato col marchio ECOSTIR PD I 3000, avente una densità di 30 g/1, prodotto e venduta dalla Richiedente. Durante il caricamento delle perle, all'interno della cavità viene fatto un vuoto di 0,3-0,5 Kg/cm2 .
Le perle espanse vengono quindi sinterizzate mediante iniezione di vapore saturo a 0,65 bar attraverso i fori (11) e le pastiglie (10) degli elementi cavi (4). Durante la sinterizzazione, le pareti del semistampa maschio (1) vengono mantenute alla temperatura di 55°C mediante raffreddamento con acqua.
Alla fine del ciclo di sinterizzazione, gli elementi cavi (4) vengono raffreddati ed estratti dai fori (5). Successivamente, i due semistampi (1,2) vengono aperti e l'elemento strutturale (B) formato estratto.
L'elemento strutturale termoisolante (B) cosi ottenuto presenta una ottima sinterizzazione delle perle, una ottima adesione delle perle espanse sinterizzate alla cella (3), una completa assenza di deformazioni e spigoli ben definiti. Inoltre, esso è provvisto di condotte (9) ricavate direttamente nelle pareti ed aventi la superficie interna ben sinterizzata con effetto pelle.

Claims (7)

  1. RIVENDICAZIONI 1) Procedimento per la produzione di elementi strutturali termoisolanti provvisti di condotte per la circolazione di aria refrigerata, il quale procedimento consiste nel: a) produrre mediante termoformatura una cella in materiale termoplastico; b) calzare detta cella sul semiguscio maschio di uno stampo per la produzione dell'elemento strutturale; c) chiudere lo stampo inserendo detto semiguscio maschio nel corrispondente semiguscio femmina di detto stampo in modo da formare una cavità intermedia fra detti semigusci; d) inserire in detta cavità, in corrispondenza delle zone in cui sono previste le condotte, degli elementi cavi, forati ed aventi dimensioni esterne e geometria uguali a quelle delle condotte da realizzare ; e) riempire detta cavità con perle o granuli espansi o semiespansi in polimero termoplastico; f) alimentare vapore saturo o aria calda attraverso detti elementi cavi per sinterizzare le perle; g) raffreddare ed estrarre dallo stampo detti elementi mobili, e h) estrarre l'elemento strutturale termoisolante che risulta cosi provvisto di condotte all'interno della sua massa.
  2. 2) Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui gli elementi cavi, mobili e forati sono in numero uguale a quello delle condotte da realizzare e sono inseriti nelle zone in cui dette condotte sono previste.
  3. 3) Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la sezione trasversale degli elementi cavi è ellittica, circolare, rettagolare, quadrata o poligonale.
  4. 4) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui gli elementi cavi sono fatti in alluminio, rame, o loro leghe, acciaio, acciaio inox, metallo teflonato o in resine termoindurenti con superficie levigata e lucidata.
  5. 5) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la superficie degli elementi cavi è dotata di fori o di "pastiglie" per il passaggio e la distribuzione del vapore o aria calda per la sinterizzazione.
  6. 6) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il vapore per la sinterizzazione viene alimentato all'interno degli elementi cavi ad una pressione compresa fra 0,1 e 2 bar, per tempi compresi fra 5 e 100 secondi e ad una temperatura superiore a quella di transizione vetrosa delle perle o granuli.
  7. 7) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui durante la sinterizzazione, le pareti della cella in materiale termoplastico sono mantenute ad una temperatura di almeno 10°C inferiore a quella di transizione vetrosa dì detto materiale termoplastico. Elementi strutturali termoisolanti ottenibili con il procedimento di rivendicazione 1.
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