ITMO20130350A1 - SURFACE TREATMENT PROCESS OF METAL MOLDS BY PLASTIC INJECTION AND MOLD CONCERNING - Google Patents
SURFACE TREATMENT PROCESS OF METAL MOLDS BY PLASTIC INJECTION AND MOLD CONCERNINGInfo
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Classifications
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- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Annessa a domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo: PROCESSO DI TRATTAMENTO SUPERFICIALE DI STAMPI METALLICI PER INIEZIONE DI MATERIE PLASTICHE E STAMPO COSI' TRATTATO Attached to a patent application for industrial invention entitled: SURFACE TREATMENT PROCESS OF METALLIC MOLDS FOR INJECTION OF PLASTIC MATERIALS AND MOLD TREATED THUS
DESCRIZIONE DESCRIPTION
CAMPO DI APPLICAZIONE DELL'INVENZIONE FIELD OF APPLICATION OF THE INVENTION
Il presente trovato si inserisce nel campo della produzione di materie plastiche, ove sia utilizzato uno stampo metallico per dare forma agli oggetti prodotti (stampaggio ad iniezione, rotazionale, compressione, termoformatura, estrusione, colata, soffiaggio), in particolare ove è necessario produrre pezzi di geometria complessa oppure con una finitura superficiale molto buona (a specchio). The present invention is part of the field of the production of plastic materials, where a metal mold is used to give shape to the objects produced (injection molding, rotational molding, compression, thermoforming, extrusion, casting, blowing), in particular where it is necessary to produce pieces of complex geometry or with a very good surface finish (mirror).
Le forme complesse, infatti, rendono complicato il distacco del particolare prodotto dallo stampo, che tende a trattenere il pezzo; è quindi necessario l'intervento dell'operatore che manualmente rimuove il pezzo interrompendo il ciclo produttivo della macchina, col rischio di rovinare la finitura superficiale dello stampo. The complex shapes, in fact, make it difficult to detach the particular product from the mold, which tends to hold the piece; it is therefore necessary the intervention of the operator who manually removes the piece, interrupting the production cycle of the machine, with the risk of ruining the surface finish of the mold.
II trattamento oggetto del trovato riduce di molto i tempi di intervento manuale, riducendo di conseguenza i fermi macchina e aumentando la produttività. The treatment according to the invention greatly reduces the manual intervention times, consequently reducing machine stops and increasing productivity.
STATO DELL'ARTE STATE OF THE ART
L'adesione di parti polimeriche fuse sulle superfici metalliche degli stampi è una problematica che si è presentata in maniera evidente fin dal momento in cui si è iniziato ad utilizzare macchine per stampaggio a iniezione. In effetti, a causa delle alte pressioni in gioco nel processo di stampaggio, il particolare stampato subisce un'elevata compressione, con forze di notevole intensità che lo costringono nello stampo e che in molti casi ne impediscono l'estrazione dopo l'apertura dello stampo stesso. The adhesion of fused polymeric parts on the metal surfaces of the molds is a problem that has arisen in an evident manner since the use of injection molding machines was started. In fact, due to the high pressures involved in the molding process, the molded part undergoes a high compression, with forces of considerable intensity that force it into the mold and which in many cases prevent its extraction after opening the mold. same.
In molti casi, si è reso necessario l'uso di un mezzo distaccante che si frapponesse fra il polimero e lo stampo, in modo da limitare i vincoli di adesione. In many cases, it has been necessary to use a release means that is interposed between the polymer and the mold, in order to limit the adhesion constraints.
A tal fine le soluzioni tecniche tradizionali prevedono l'utilizzo di: To this end, traditional technical solutions provide for the use of:
trattamenti a base di sostanze cerose, depositate solitamente a mano. Inconveniente di questa soluzione: rivestono lo stampo in modo disomogeneo e non sono adatte per produrre superfici ad alta finitura estetica (a specchio); treatments based on waxy substances, usually deposited by hand. Disadvantage of this solution: they cover the mold in an uneven way and are not suitable for producing surfaces with a high aesthetic finish (mirror);
trattamenti a base di sostanze di tipo polimerico (vernici), in grado di rivestire le superfici dello stampo con uno strato che può arrivare anche allo spessore di un decimo di millimetro. Inconveniente di questa soluzione: vi sono problematiche tipiche delle vernici, quali disomogeneità degli spessori e distacco per scarsa adesione con il metallo, che compromettono la funzionalità del trattamento e obbligano a cicli frequenti di nuove deposizioni sullo stampo; treatments based on polymeric substances (paints), able to coat the surfaces of the mold with a layer that can even reach the thickness of a tenth of a millimeter. Disadvantage of this solution: there are typical problems of paints, such as non-homogeneous thicknesses and detachment due to poor adhesion with the metal, which compromise the functionality of the treatment and require frequent cycles of new depositions on the mold;
trattamenti utilizzanti additivi aggiunti in massa al polimero (granuli) per avere proprietà di distacco. Inconveniente di questa soluzione: pericolo di indurre modifiche sostanziali delle proprietà meccaniche del prodotto finale; treatments using additives added in bulk to the polymer (granules) to have release properties. Drawback of this solution: danger of inducing substantial changes in the mechanical properties of the final product;
utilizzo di distaccanti liquidi che sono spruzzati in modo automatico ad ogni ciclo produttivo, all'apertura dello stampo. Inconveniente di questa soluzione: grande dispendio di materiale, efficacia limitata nel tempo e possibilità di residui di distaccante sulla superficie del manufatto prodotto, che possono porre problematiche nei trattamenti successivi (verniciatura, metalizzazione, ecc.), obbligando a dispendiosi processi di pulizia dei pezzi. use of liquid release agents that are sprayed automatically at each production cycle, when the mold is opened. Drawback of this solution: large waste of material, limited effectiveness over time and possibility of release agent residues on the surface of the manufactured product, which can pose problems in subsequent treatments (painting, metallization, etc.), forcing expensive cleaning processes of the pieces .
ESPOSIZIONE E VANTAGGI DEL TROVATO EXPOSURE AND ADVANTAGES OF THE FOUND
Scopo del presente trovato è quello di ovviare ai sopra lamentati inconvenienti mettendo a disposizione della tecnica un processo di trattamento degli stampi per la produzione di materie plastiche, che fornisca al metallo così trattato la proprietà di agevolare il distacco del particolare in plastica prodotto, al momento dell'apertura dello stampo, ossia nelle fasi immediatamente successive allo stampaggio. The purpose of the present invention is to obviate the aforementioned drawbacks by providing the technique with a process for treating the molds for the production of plastic materials, which provides the metal thus treated with the property of facilitating the detachment of the plastic part produced at the moment. opening of the mold, i.e. in the phases immediately following molding.
Ancora, scopo del trovato è quello di creare un trattamento di deposizione di uno strato ultra-sottile, vale a dire delle dimensioni inferiori a 10 nm (1 nm corrisponde a IO<'9>m), di molecole di un agente attivo della famiglia dei silani, disperso in una soluzione a base alcolica; detta sostanza/agente attivo facilmente miscibile con il solvente indicato. Still another object of the invention is to create a deposition treatment of an ultra-thin layer, that is to say with dimensions lower than 10 nm (1 nm corresponds to 10 <'9> m), of molecules of an active agent of the family silanes, dispersed in an alcohol-based solution; said substance / active agent easily miscible with the indicated solvent.
Verrà descritta una preferita forma di deposizione sulla superficie dello stampo metallico, tuttavia questa potrà avvenire anche con metodologie differenti senza uscire dall'ambito di protezione del trovato. A preferred form of deposition on the surface of the metal mold will be described, however this can also take place with different methods without departing from the scope of protection of the invention.
Specificamente il trattamento di deposizione prevede l'utilizzo di un nebulizzatore alimentato a gas compresso così da bagnare la superficie dello stampo in modo semplice e uniforme, anche per geometrie di stampo complesse; il trattamento risulta efficace dopo alcune ore di riposo a temperatura ambiente oppure meno, qualora venga somministrato calore fino a temperatura di circa 80-100°C. Specifically, the deposition treatment involves the use of a compressed gas-powered nebulizer so as to wet the surface of the mold in a simple and uniform way, even for complex mold geometries; the treatment is effective after a few hours of rest at room temperature or less, if heat is administered up to a temperature of about 80-100 ° C.
Forma altresì oggetto di protezione qualsiasi stampo adatto all'iniezione per stampaggio che ha subito il trattamento qui descritto e rivendicato. Any mold suitable for injection by molding which has undergone the treatment described and claimed herein also forms an object of protection.
VANTAGGI BENEFITS
La presente invenzione supera tutti gli inconvenienti lamentati ed in particolare consente di ottenere numerosi vantaggi quali: The present invention overcomes all the aforementioned drawbacks and in particular allows to obtain numerous advantages such as:
- lo strato ultrasottile che si forma permette di mantenere inalterata la geometria delle superfici trattate, sia in termini di tolleranze geometriche, sia in termini di finitura superficiale (rugosità); questa proprietà del prodotto permette di stampare oggetti con finitura a specchio, geometrie complesse, ecc.; - the ultra-thin layer that forms allows the geometry of the treated surfaces to remain unaltered, both in terms of geometric tolerances and in terms of surface finish (roughness); this property of the product allows to print objects with mirror finish, complex geometries, etc .;
- la metodologia di deposizione è molto semplice e può essere adattata all'applicazione su stampi montati e pronti all'uso; questa caratteristica, associata alla presenza di solventi molto volatili, permette una rapida asciugatura (non necessita di tempo per la polimerizzazione) e una omogeneità di rivestimento della superficie metallica; - the deposition method is very simple and can be adapted to the application on assembled and ready-to-use molds; this characteristic, associated with the presence of very volatile solvents, allows rapid drying (it does not require time for polymerization) and a homogeneous coating of the metal surface;
- lo spessore infinitesimo dello strato formato permette al trattamento di ancorarsi in modo tenace alla superficie dello stampo, rendendo l'effetto di distacco resistente nel tempo, nonostante le condizioni di alte pressioni e temperature, tipiche della fase di stampaggio; questo permette di prolungare l'effetto anti-adesione anche su cicli di stampa in continuo sulle 24 ore e per diversi giorni (almeno 10 gg lavorativi senza necessità di nuove applicazioni); - the infinitesimal thickness of the formed layer allows the treatment to anchor firmly to the surface of the mold, making the detachment effect resistant over time, despite the high pressure and temperature conditions typical of the molding phase; this allows to prolong the anti-adhesion effect even on continuous printing cycles over 24 hours and for several days (at least 10 working days without the need for new applications);
- agevola la distribuzione del polimero fuso all'interno dello stampo; - facilitates the distribution of the melted polymer inside the mold;
- l'effetto di distacco facilitato dallo stampo diminuisce di circa il 40 % i fermi macchina dovuti a pezzi incastrati nello stampo, in modo indipendente dalla natura del polimero; - the detachment effect facilitated by the mold decreases machine downtime due to pieces stuck in the mold by about 40%, independently of the nature of the polymer;
- essendo costituito da uno strato ultrasottile di materiale (quindi una quantità di sostanza minima depositata sulla superficie), il trattamento non rilascia residui sui pezzi prodotti, non generando alcun problema di alterazione chimica sulla superficie del manufatto stampato permettendo quindi posttrattamenti superficiali senza necessità di pulizia della superficie stampata; - being made up of an ultra-thin layer of material (therefore a minimum amount of substance deposited on the surface), the treatment does not release residues on the pieces produced, not generating any problem of chemical alteration on the surface of the molded product, thus allowing surface post-treatments without the need for cleaning of the printed surface;
- la rimozione del trattamento e dei suoi residui, all'occorrenza in caso di manutenzione periodica o di perdita di efficacia, è un'operazione molto semplice, utilizzando solventi comuni; - the removal of the treatment and its residues, if necessary in the event of periodic maintenance or loss of effectiveness, is a very simple operation, using common solvents;
- il trattamento è in grado di fornire alla superficie metallica un comportamento di repulsione all'acqua (idrofobico), rendendo lo stampo più resistente alla corrosione e all'ossidazione. - the treatment is able to provide the metal surface with a water repulsion (hydrophobic) behavior, making the mold more resistant to corrosion and oxidation.
Detti scopi e vantaggi sono tutti raggiunti dal processo di trattamento superficiale di stampi metallici per la produzione di materie plastiche e stampo così trattato, oggetto del presente trovato, che si caratterizza per quanto previsto nelle sotto riportate rivendicazioni. Said objects and advantages are all achieved by the process of surface treatment of metal molds for the production of plastic materials and mold thus treated, object of the present invention, which is characterized by what is provided for in the appended claims.
DESCRIZIONE DEL TROVATO DESCRIPTION OF THE FOUND
L'oggetto della presente invenzione consiste in un processo di trattamento di stampi per la produzione di materie plastiche. The object of the present invention consists in a process for treating molds for the production of plastic materials.
Il trattamento, una volta applicato allo stampo, agevola il distacco del particolare prodotto in plastica al momento dell'apertura dello stampo e nelle fasi immediatamente successive allo stampaggio. The treatment, once applied to the mold, facilitates the detachment of the particular plastic product when the mold is opened and in the phases immediately following molding.
Il trattamento consiste nella deposizione di una soluzione a base alcolica con dispersione di un agente attivo della famiglia dei silani. The treatment consists in the deposition of an alcohol-based solution with dispersion of an active agent of the silane family.
La scelta della tipologia del solvente è importante per definire le proprietà del trattamento, in quanto le proprietà fisiche ne determinano la cinetica di evaporazione: per facilitare la deposizione dello strato ultra-sottile di agente attivo, è importante che il solvente evapori velocemente (in modo da non creare ristagni e accumuli di materiale sulla superficie o colature, che rendano non omogeneo il rivestimento), è necessario perciò che la sua temperatura di ebollizione sia inferiore a 85°C. Solventi di questo tipo possono essere polari protici o aprotici, come acetone, benzene, metanolo, etanolo, aceto nitrile, isopropanolo, metiletilketone e altri similari o apolari, come esano, benzene, dietiletere, cloroformio, diclorometano, acetato di etile, tetraidrofurano, cloruro di metilene e altri similari; seguendo criteri di sicurezza per la salute degli utilizzatori, di economicità e disponibilità commerciale, si possono scegliere anche delle miscelazioni dei solventi sopraindicati, come ad esempio: etanolo denaturato con isopropanolo (in percentuale del 10% in peso rispetto all'etanolo). The choice of the type of solvent is important to define the properties of the treatment, as the physical properties determine the kinetics of evaporation: to facilitate the deposition of the ultra-thin layer of active agent, it is important that the solvent evaporates quickly (so not to create stagnation and accumulations of material on the surface or dripping, which make the coating non-homogeneous), it is therefore necessary that its boiling temperature is lower than 85 ° C. Solvents of this type can be polar protic or aprotic, such as acetone, benzene, methanol, ethanol, vinegar nitrile, isopropanol, methylethylketone and other similar or non-polar, such as hexane, benzene, diethyl ether, chloroform, dichloromethane, ethyl acetate, tetrahydrofuran, chloride of methylene and other similar; following criteria of safety for the health of users, economy and commercial availability, it is also possible to choose blends of the above solvents, such as: denatured ethanol with isopropanol (in a percentage of 10% by weight with respect to ethanol).
La molecola attiva che deve fornire alla superficie la caratteristica di anti-adesione, è scelta nella famiglia dei silani, perché raramente pericolosi per la salute e industrialmente disponibili. La sostanza deve presentare una buona miscibilità con il solvente, una struttura molecolare che permetta, da una parte una forte adesione sulla superficie (legami di tipo chimico) e dall'altra una componente organica, che permetta la repulsione chimica del materiale polimerico fuso. The active molecule, which must provide the surface with the anti-adhesion characteristic, is chosen from the family of silanes, because they are rarely dangerous for health and industrially available. The substance must have a good miscibility with the solvent, a molecular structure that allows, on the one hand, a strong adhesion to the surface (chemical bonds) and on the other an organic component, which allows the chemical repulsion of the molten polymeric material.
I componenti della famiglia dei silani che rispondono a queste caratteristiche possono essere: trimetossisilano, viniltrimetossisilano, esadeciltrimetossisilano, etiltrimetossisilano, alliltrimetossisilano, clorometiltrimetossisilano, esiltrimetossisilano, trimetossimetilsilano, trimetossipropilsilano, trimetossiottilsilano, trimetossiottadecilsilano, isobutiltrimetossi silano e altri similari; anche in questi casi seguendo criteri di economicità e disponibilità commerciale, nonché proprietà tecniche del prodotto, si possono scegliere prodotti specifici, come ad esempio: esadeciltrimetossisilano (per brevità indicato con HDTMS). The members of the family of silanes that meet these characteristics can be: trimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, allyltrimethoxysilane, chloromethyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, trimethoxymethylsilane, trimethoxymethylsilane, trimethoxymethylsilane, trimethoxy ethoxy, trimethoxy methoxy, trimethoxyloxypropylsilano, trimethoxymethoxy also in these cases, following criteria of cost-effectiveness and commercial availability, as well as technical properties of the product, it is possible to choose specific products, such as: hexadecyltrimethoxysilane (for brevity indicated with HDTMS).
Questo componente della famiglia dei silani, è miscibile con il solvente scelto per semplice agitazione meccanica; una volta che il silano è depositato sulla superficie del metallo, reagisce formando un legame chimico con la superficie stessa. This component of the silane family is miscible with the solvent chosen by simple mechanical stirring; once the silane is deposited on the surface of the metal, it reacts by forming a chemical bond with the surface itself.
II processo chimico che avviene è descritto in seguito: sulla superficie degli acciai, come nel caso di altri materiali metallici, sono presenti ossidi ed idrossidi di diversi elementi (Fe, Cr, Al, Mn, ecc.) a seconda del tipo di acciaio utilizzato. Le molecole di HDTMS formano un legame con il substrato proprio grazie alla presenza di questi ossidi ed idrossidi. Un ossigeno sulla superficie dell'acciaio attacca il silicio presente nella molecola di HDTMS e che, contemporaneamente, uno dei tre gruppi CH30<'>sia eliminato dalla molecola stessa in quanto buon gruppo uscente (possibile meccanismo SN). Si ha dunque la formazione del legame Met-O-Si (metallo - ossigeno silicio). The chemical process that takes place is described below: on the surface of the steels, as in the case of other metallic materials, there are oxides and hydroxides of different elements (Fe, Cr, Al, Mn, etc.) depending on the type of steel used . HDTMS molecules form a bond with the substrate thanks to the presence of these oxides and hydroxides. An oxygen on the surface of the steel attacks the silicon present in the HDTMS molecule and that, at the same time, one of the three CH30 <'> groups is eliminated from the molecule itself as a good leaving group (possible SN mechanism). There is therefore the formation of the Met-O-Si bond (metal - oxygen silicon).
Vista la struttura della molecola, potrebbe aspettarsi che la parte organica a catena sia rivolta verso l'alto, creando così l'effetto distaccante; tuttavia sono state effettuate analisi con spettroscopia XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) risolta in angolo, tecnica analitica estremamente sensibile alla superficie, che ha dimostrato la formazione e l'esistenza di uno strato molecolare di spessore inferiore a 10 nm. Given the structure of the molecule, one might expect that the organic chain part is facing upwards, thus creating the detaching effect; however, analyzes were carried out with angle-resolved XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) spectroscopy, an extremely sensitive analytical technique on the surface, which demonstrated the formation and existence of a molecular layer less than 10 nm thick.
La concentrazione del silano nel solvente si è dimostrata efficace nel range 0.1 - 15% in peso e ottimale nel range 3 - 6% in peso. The concentration of the silane in the solvent proved effective in the range 0.1 - 15% by weight and optimal in the range 3 - 6% by weight.
ESEMPIO DI DEPOSIZIONE EXAMPLE OF DEPOSITION
La soluzione come sopra indicata viene depositata sulla superficie dello stampo metallico prevedendo l'utilizzo di un nebulizzatore alimentato a gas compresso, ottimizzato in forma portatile, in bomboletta. The solution as indicated above is deposited on the surface of the metal mold providing for the use of a compressed gas powered nebulizer, optimized in portable form, in a can.
In particolare, relativamente a questo esempio applicativo e seguendo i vari criteri sopra citati, la scelta del solvente è ricaduta su di una miscela di etanolo denaturato con isopropanolo (in percentuale del 10% in peso rispetto all'etanolo), mentre per quanto riguarda il silano è stato selezionato l'esadeciltrimetossisilano (HDTMS). In particular, with regard to this application example and following the various criteria mentioned above, the choice of the solvent fell on a mixture of denatured ethanol with isopropanol (in a percentage of 10% by weight with respect to ethanol), while as regards the silane, hexadecyltrimethoxysilane (HDTMS) was selected.
Scopo della nebulizzazione della soluzione è quella di bagnare la superficie dello stampo in modo uniforme, senza lasciare zone scoperte. The purpose of the nebulization of the solution is to wet the surface of the mold evenly, without leaving uncovered areas.
Dopodiché il trattamento necessita di 8-10 ore di riposo a temperatura ambiente oppure anche solo una ora a temperatura di circa 80-100°C prima di essere efficace; è prevista anche la possibilità di trattare lo stampo senza smontarlo dalla macchina di stampa, lasciandolo alla temperatura normale di utilizzo per il tempo sopra descritto. After that the treatment needs 8-10 hours of rest at room temperature or even just one hour at a temperature of about 80-100 ° C before being effective; it is also possible to treat the mold without disassembling it from the printing machine, leaving it at the normal temperature of use for the time described above.
Alla fine del trattamento sullo stampo rimane uno strato ultra-sottile di molecole di prodotto, ove per strato sottile si intende uno strato definito nelle dimensioni inferiori a 10 nm (lnm corrisponde a IO<"9>m). At the end of the treatment, an ultra-thin layer of product molecules remains on the mold, where by thin layer we mean a layer defined in the dimensions below 10 nm (lnm corresponds to 10 <"9> m).
Claims (5)
Priority Applications (2)
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| IT000350A ITMO20130350A1 (en) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | SURFACE TREATMENT PROCESS OF METAL MOLDS BY PLASTIC INJECTION AND MOLD CONCERNING |
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| IT000350A ITMO20130350A1 (en) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | SURFACE TREATMENT PROCESS OF METAL MOLDS BY PLASTIC INJECTION AND MOLD CONCERNING |
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ID=50336475
Family Applications (1)
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Citations (3)
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| CA2119172C (en) * | 1993-04-05 | 1998-02-03 | William D. Stephens | Mold release composition and method of coating a mold core |
| US20100127426A1 (en) * | 2008-11-24 | 2010-05-27 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Fluorotelomer/silane compositions |
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2013
- 2013-12-18 IT IT000350A patent/ITMO20130350A1/en unknown
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2014
- 2014-12-10 WO PCT/EP2014/003305 patent/WO2015090538A1/en active Application Filing
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2015090538A1 (en) | 2015-06-25 |
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