ITRE20000018A1 - Procedimento per lo stampaggio a compressione ad alta velocita' di produzione di oggetti che debbano presentare un aspetto perfettamente tra - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Di Brevetto di Invenzione dal Titolo: "PROCEDIMENTO PER LO STAMPAGGIO A COMPRESSIONE AD ALTA VELOCITA' DI PRODUZIONE DI OGGETTI CHE DEBBANO PRESENTARE UN ASPETTO PERFETTAMENTE TRASPARENTE "

La presente invenzione inerisce la fabbricazione di oggetti in polimeri semicristallini, come PET, con velocità di produzione estremamente elevate.

In particolare la presente invenzione inerisce la fabbricazione, mediante una operazione di soffiaggio, delle preforme destinate alla successiva deformazione in contenitori o bottiglie i quali debbano presentare un aspetto perfettamente trasparente ad imitazione del vetro. Tuttavia questo processo ben si adatta anche alla fabbricazione di altri oggetti aventi gli stessi requisiti. Per economia di descrizione nel seguito si farà esclusivamente riferimento alle preforme, senza con ciò limitare il trovato anche a prodotti diversi.

Le preforme sono corpi cavi aventi una parete a spessore differenziato, i quali sono destinati ad essere collocati in uno stampo di formatura per soffiaggio, all'interno del quale raggiungono lo stato plastico, si stirano e si deformano per raggiungere la forma dello stampo.

La invenzione si riferisce in modo particolare ma non esclusivo alle preforme destinate a generare bottiglie in materiali semicristallini come il polietilentelenftalato, noto come PET.

Questi materiali presentano la caratteristica di essere amorfi allo stato fuso, e di cristallizzare durante il raffreddamento, cioè presentano la caratteristica di fondere la fase cristallina ad una temperatura Tl, di avere una temperatura T2 inferiore a T1 alla quale, durante il raffreddamento del fuso, inizia a formarsi la fase cristallina, ed una temperatura T3 inferiore a T2 alla quale cessa di formarsi la fase cristallina.

La formatura di questi materiali, qualora si desideri che i prodotti ottenuti mantengano la trasparenza, avviene quindi raffreddando il materiale allo stato fuso tanto rapidamente da ridurre al massimo la formazione di cristalli, la cui presenza distrugge la trasparenza.

La formatura degli oggetti in materiale sintetico trasparente, come ad esempio le preforme avviene, secondo la tecnica nota, mediante un processo ad iniezione secondo il quale il materiale destinato a costituire l'oggetto desiderato, come ad esempio una preforma in polietilentelenftalato, viene portato allo stato fuso ed iniettato ad elevata pressione all'interno di uno stampo.

L'operazione di formatura di materie plastiche per iniezione presenta tuttavia una serie di difficoltà operative, ed inconvenienti che sorgono principalmente dalla necessità di impiegare il materiale allo stato fuso in uno stato plastico sufficientemente fluido, e di pomparlo ad alte velocità, senza che si rassodi durante il percorso, attraverso i piccoli ugelli di iniezione previsti negli stampi.

Il problema di ottenere l'oggetto stampato, come la preforma, perfettamente trasparente, evitando la cristallizzazione del materiale, rende necessario procedere al raffreddamento dello stesso sino al di sotto di una temperatura alla quale la velocità di cristalizzazione sia nulla, in modo tanto rapido da evitare che esso cristallizzi in modo sensibile.

Nei processi ad iniezione quindi il raffreddamento deve avvenire molto rapidamente a partire dalla temperatura di fusione sino almeno ad una temperatura alla quale cessa la formazione dei cristalli.

Il polietilentelenftalato, preso come esempio, risulta completamente amorfo allo stato fuso, cioè a temperature T1>270°C, ma raffreddandosi riacquista in tutto o in parte la fase cristallina, ed assume di conseguenza un aspetto opaco.

Per il polietilentelenftalato la temperatura T3 alla quale cessa la formazione di cristalli durante il raffreddamento è di circa 120°C.

Ciò rende necessario, ad operazione di iniezione conclusa, un raffreddamento molto rapido del prodotto ottenuto a partire da una temperatura T1 di circa 270°C sino al di sotto di una temperatura T3 pari a circa 120°C, raffreddamento che oltre a richiedere tempo implica anche un notevole dispendio di energia.

Il tempo necessario per abbattere la temperatura di circa 150°C (=T1-T3) nel caso in cui si usi il polietilentelenftalato è funzione dello spessore dell'oggetto, e generalmente è dell'ordine di 2 - 3 secondi, ed allunga sensibilmente il tempo del ciclo del processo. Lo scopo del presente brevetto è di rendere disponibile un processo di fabbricazione di oggetti trasparenti, come le preforme in polimeri semicristallini, particolarmente in polietilentelenftalato, il quale richieda tempi di esecuzione comparativamente più brevi del processo per iniezione e sia caratterizzato da minori costi.

Lo scopo viene conseguito secondo l'invenzione adottando per la fabbricazione di tali oggetti il noto processo a compressione nel rispetto di certe particolari condizioni di temperatura, prima durante e dopo la formatura.

Il processo per compressione prevede, come è noto, di porre una pastiglia di materiale allo stato plastico all'interno della cavità di uno stampo, nella quale viene poi fatto entrare un punzone che obbliga il materiale a risalire nella intercapedine tra punzone e cavità, assumendone la forma. Il processo a compressione per ottenere oggetti come le preforme non è sinora utilizzato industrialmente per la difficoltà di di evitare la cristallizzazione del materiale durante il raffreddamento onde ottenere oggetti perfettamente trasparenti.

Il materiale allo stato fuso non è infatti adatto ad essere impiegato nei processi a compressione, a causa delle difficoltà di dosaggio ed alimentazione allo stampo.

Il trovato consente di superare dette difficoltà grazie al fatto che il materiale semicristallino, come il polietilentelenftalato, viene dapprima portato alla temperatura li di fusione all'interno di un estrusore, in guisa da distruggere la matrice cristallina dello stesso. Nella parte finale dell'estrusione sono poi previsti, secondo il trovato, mezzi di raffreddamento atti a portare la temperatura del materiale in prossimità della temperatura T2 prossima alla temperatura alla quale inizia la cristallizzazione durante il raffreddamento, che per il polietilentelenftalato corrisponde ad una temperatura T2 di 210°C circa, essendosi rilevato che, durante il raffreddamento, al di sopra di questa temperatura T2 la velocità di cristallizzazione è sostanzialmente nulla.

In uscita dall'estrusore, col materiale alla suddetta temperatura T2 e quindi sufficientemente rassodato per restare congruente e tuttavia esente da cristalli, vengono tranciate delle pastiglie di materiale ognuna delle quali comprende esattamente la quantità di materiale necessaria a realizzare l'articolo desiderato, come ad esempio una preforma.

Il materiale viene subito immesso nella cavità dello stampo senza avere il tempo di raffreddarsi ulteriormente, e durante e dopo la formatura l'articolo, come la preforma, viene rapidamente raffreddato al di sotto di una temperatura T3 alla quale cessa praticamente la formazione di cristalli, vale a dire la velocità di formazione dei cristalli ritorna a valori prossimi allo zero.

Per il polietilentelenftalato tale temperatura T3 è, come detto, di circa 120°C.

Grazie al trovato il tempo della fase di formatura comprende un raffreddamento che nel caso di polietilentelenftalato è di soli 90°C (=T2-T3), anziché di 150°C (=Τ3-Τ3) come nella tecnica nota, e quindi è notevolmente inferiore.

Se si desidera utilizzare un normale estrusore privo di mezzi di raffreddamento, il trovato prevede che il materiale fuso, nel caso si impieghi polietilentelenftalato, sia rapidamente raffreddato da temperature superiori a 270°C a temperature di circa 220-230°C all'interno di un separato miscelatore statico dotato di una camicia esterna entro cui scorre un fluido che sottrae calore al materiale fuso. L'utilizzo di questa soluzione si è rivelato talvolta preferibile in quanto permette di avere un più efficace scambio termico ed una migliore omogeneizzazione del materiale che impiegando un normale estrusore.

I pregi e le caratteristiche funzionali e costruttive della invenzione saranno meglio evidenziati dalla sommaria descrizione che segue, data a titolo di esempio non limitativo.

La Fig.1 mostra uno schema generale dell'impianto.

La Fig.2 è un diagramma che evidenzia il processo di cristallizzazione dei materiali semicristallini come il polietilentelenf talato in funzione di temperature crescenti. La Fig.3 è un diagramma che evidenzia la velocità di cristallizzazione dei materiali semicristallini come il polietilentelenftalato a temperature decrescenti.

Dalle figure si rileva un alimentatore in continuo (1) di polietilentelenftalato in granuli alla tramoggia (2) di carico di un estrusore (3).

All'interno dell'estrusore il materiale raggiunge temperature superiori alla temperatura T1 di fusione, che per il polietilentelenftalato come detto è pari a 270°C.

Nella parte finale dell'estrusore dopo la pompa dosatrice (31) è connesso un miscelatore statico a scambio di calore (32) atto a raffreddare rapidamente il materiale ad una temperatura T2, che per il polietilentelenftalato è prossima a 210°C.

A questa temperatura T2 il materiale è ancora esente da cristalli ed esce dall'ugello (33) per essere immediatamente sezionato in pastiglie ed alimentato, da un sistema di tranciatura rotante (42), alla cavità (41) di un una macchina (4) per la formatura a compressione.

Durante e dopo la formatura la preforma viene rapidamente raffreddata ad una temperatura inferiore a T3, che per il polietilentelenftalato è di 120°C, al di sotto della quale la velocità di cristallizzazione si approssima allo zero, e quindi la preforma si presenta stabilmente allo stato amorfo, ed è perfettamente trasparente.

Successivamente la preforma viene estratta dallo stampo ed ulteriormente raffreddata sino a temperatura ambiente.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la fabbricazione di oggetti perfettamente trasparenti in polimeri semicristallini caratterizzato dal comprendere le seguenti operazioni: portare il materiale ad una temperatura superiore alla temperatura T1 di fusione del polimero; raffreddare il materiale ad una temperatura appena superiore alla temperatura T2 alla quale inizia la cristallizzazione durante il raffreddamento; tranciare il materiale in pastiglie mantenendo la temperatura appena superiore alla temperatura T2; immettere la pastiglia in uno stampo operante per compressione mantenendo detta temperatura appena superiore alla temperatura T2; raffreddare rapidamente l'oggetto ad una temperatura inferiore alla temperatura T3 alla quale cessa la cristallizzazione durante il raffreddamento.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il materiale viene portato a temperatura superiore a Ti all'interno di un estrusore.
3. 3 . Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il materiale viene raffreddato ad una temperatura appena inferiore a T2 all'interno dell'estrusore, in prossimità dell'uscita del materiale.
4. 4 . Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il materiale viene raffreddato a temperatura appena inferiore a T2 immediatamente all'uscita dell 'estrusore.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 4 caratterizzato per il fatto che il raffreddamento a temperatura appena inferiore a T2 è ottenuto in un miscelatore statico a scambio di calore,
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato per il fatto che il raffreddamento alla temperatura T3 avviene direttamente all'interno dello stampo prima della sformatura dell'oggetto .
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il polimero semicristallino è poiietilentelenitalato .
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che la temperatura Τ1 è 270°C.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che la temperatura T2 è 210°C.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che la temperatura T3 è 120°C.