ITRE20120032A1 - Processo e stampo per la formatura dietro compressione di oggetti di materiale termoplastico - Google Patents

Description

“ PROCESSO E STAMPO PER LA FORMATURA DIETRO

COMPRESSIONE DI OGGETTI DI MATERIALE TERMOPLASTICO “

La presente invenzione riguarda la formatura, dietro compressione, d’oggetti di materiale termoplastico di tipo compatto, ove con questo temine si intende un materiale termoplastico non spugnoso/espanso (quale ad esempio il polistirene espanso, il poliuretano espanso, ecc..), privo di cellule contenenti aria, avente densità maggiore di 0,9 Kg/dm<3>. Il materiale à ̈ sottoposto a compressione essendo allo stato liquido più o meno viscoso e la formatura avviene mediante uno stampo comprendente una matrice (parte femmina) avente una cavità di matrice ed almeno una parte maschio atta a chiudere la cavità in modo da definire una camera di formatura chiusa che determina la forma dell’oggetto.

Il processo più tradizionale e consolidato per la formatura di prodotti a base di materiale termoplastico compatto à ̈ lo stampaggio ad iniezione; à ̈ il metodo tecnologico tipico per la fabbricazione d’articoli in materiale termoplastico in cui materiale allo stato liquido viene immesso in una cavità dalla forma permanente (stampo), spinto da una forza di "iniezione".

Lo stampaggio ad iniezione prevede, in sintesi, un “gruppo di plastificazione ed iniezione†, in cui viene fuso il polimero, e uno stampo in cui il polimero fuso viene iniettato, avente una camera che dà forma al prodotto. La macchina utilizza come materia prima di base dei granuli plastici che vengono fatti passare all’interno di un cilindro per mezzo di una vite senza fine (coclea). Il processo di fusione all’interno del cilindro avviene per mezzo di calore indotto da resistenze elettriche e per frizione generata dal movimento della coclea al suo interno.

La temperatura di fusione (o di transizione vetrosa nel caso di materiali amorfi) dipende dal tipo di materiale che viene utilizzato; varia normalmente da 160°C per il polietilene a bassa densità (LDPE ) fino a 300°C per il policarbonato (PC ).

Una volta fuso, il materiale viene iniettato nella camera dello stampo attraverso l’azione della coclea. La pressione d’iniezione a cui viene sottoposta la cavità dello stampo, à ̈ di solito dell’ordine dei 300-600 Kg/cm2. La dimensione delle presse ed il loro consumo energetico sono fortemente condizionati dalla superficie del prodotto da stampare, e dalla pressione applicata durante la fase d’iniezione.

Lo stampo delimita al proprio interno una camera di formatura chiusa che determina la forma dell’oggetto da ottenere, consente il raffreddamento della plastica fusa in tempi rapidi ed effettua l’espulsione del prodotto solido finito, mediante opportuni mezzi meccanici detti estrattori.

La presente invenzione riguarda un processo, sviluppatosi più di recente, che prevede la formatura a compressione di prodotti di materiale termoplastico compatto, all’interno di stampi che comprendono una matrice avente una cavità di matrice atta a contenere una dose di materiale termoplastico in piccola pezzatura, e una parte maschio, che penetra entro la matrice diminuendo il volume della cavità, fino a chiudere la cavità in modo da definire una camera di formatura chiusa che determina la forma dell’oggetto.

Questo procedimento prevede:

- l’inserimento di una dose di materiale allo stato solido, trasformato in particelle relativamente piccole che lo rendono sufficientemente fluido da venire versato all’interno della cavità di stampo e sostanzialmente occuparne la parte inferiore, - la fornitura di calore alle parti dello stampo in modo da riscaldare e quindi rammollire la dose all’interno della cavità fino a fonderla più o meno completamente,

- e la penetrazione, più o meno contemporanea alla fornitura di calore, della parte maschio di stampo entro la cavità fino a chiuderla completamente e definire la camera di formatura. Un esempio di questa tecnologia à ̈ descritto nella pubblicazione di brevetto US2002/17742.

Un vantaggio di questo processo nei confronti dello stampaggio ad iniezione à ̈ nel risparmio energetico e nel minore valore di pressioni in gioco, che comporta attrezzature assai meno robuste e costose e consumi energetici ridotti.

Inoltre à ̈ possibile realizzare oggetti di dimensioni relativamente elevate. Ad esempio à ̈ praticamente possibile realizzare oggetti piani (pannelli) aventi superficie maggiore di 1 m quadrato; mentre non à ̈ conveniente realizzarli mediante stampaggio ad iniezione perché richiederebbe macchine di dimensioni estremamente elevate e costose e presenterebbe problemi di attuazione complessi e spesso insormontabili.

Gli stampi usati con questa tecnologia possiedono una parte maschio che comprende un bordo periferico provvisto di superficie verticale in grado di scorrere a contatto con la superficie laterale interna della bocca superiore, chiudendo la cavità di matrice. Nella Fig. 1, qui allegata, à ̈ mostrata una porzione ingrandita della figura 2 del documento anteriore US2002/17742. La matrice 2 comprende una cavità 3 aperta verso l’alto, atta a contenere una dose di materiale termoplastico in piccola pezzatura, avente una bocca superiore 6; la parte maschio 4 comprende una porzione centrale 5 atta a chiudere la cavità 3; in dettaglio, la porzione centrale 5 comprende una superficie verticale 5a, in grado di scorrere, per un certo tratto, a contatto con la superficie laterale interna 6a della bocca superiore in modo da chiudere la cavità 3. Questo accoppiamento tra le superfici verticali 5a e 6a serve a chiudere la cavità che racchiude il materiale allo stato fuso ed impedire quindi la fuoriuscita del materiale stesso, e permettere allo stesso tempo un movimento verticale reciproco tra parti maschio e femmina, fino alla chiusura completa dello stampo (con cui si definisce la camera di formatura. Tutti gli stampi noti operanti a compressione su un materiale liquido più o meno viscoso, possiedo questa caratteristica.

Un inconveniente connesso con il processo in oggetto, à ̈ nella difficoltà che si incontra nell’effettuare una evacuazione completa dell’aria presente nella cavità dello stampo. L’aria che non riesce ad uscire rimane inglobata nell’oggetto che si ottiene, compromettendone le caratteristiche meccaniche, e se rimangono presso la sua superficie esterna ne danneggiano l’aspetto esteriore.

Questo inconveniente à ̈ tanto più rilevante quanto maggiore à ̈ il volume della cavità di matrice.

Uno scopo dell’invenzione à ̈ di realizzare una efficace e sostanzialmente completa evacuazione dell’aria dalla cavità di matrice.

Detto ed altri scopi sono raggiunti dal trovato in oggetto così come si caratterizza nelle rivendicazioni.

Il processo secondo l'invenzione prevede, come già detto sopra, l’uso di materiale termoplastico di tipo compatto, ove con questo temine si intende un materiale termoplastico non spugnoso/espanso (quale ad esempio il polistirene espanso, il poliuretano espanso, ecc..), privo di cellule contenenti aria, avente densità maggiore di 0,9 Kg/dm<3>.

Il processo utilizza uno stampo dotato di una o più cavità di formatura al cui interno vengono depositati direttamente i granuli di materiale plastico, che preferibilmente vengono pre-riscaldati ad una temperatura di circa 100-120 gradi centigradi, che formano la dose di formatura.

I granuli possono essere di polimeri diversi tra loro; Ã ̈ possibile per esempio miscelare polietilene con poliammide o con polistirene.

È utile che all’interno della miscela vi sia una percentuale non inferiore al 50% di materiale a base di pioliolefine o polistireni che hanno temperature di fusione e rammollimento più basse degli altri termoplastici e che si caratterizzano per le loro capacità leganti (colloidali) allo stato fuso.

Esiste anche la possibilità di miscelare le poliolefine con materiali di origine diversa dalle plastiche quali carta, inerti minerali metalli in polvere, scarti di lavorazioni di cereali e legno, a condizione che la miscela ottenuta contenga almeno il 50% di polimeri a basso punto di fusione.

L’invenzione viene esposta in dettaglio nel seguito con l'aiuto delle allegate figure che ne illustrano una forma, a titolo d’esempio e non esclusiva, d’attuazione dei mezzi idonei a realizzare il processo.

La Fig. 1 Ã ̈ una porzione ingrandita dello stampo mostrato nella figura 2 del documento di tecnica nota US2002/17742.

La Fig. 1A Ã ̈ una porzione ingrandita di Fig. 1.

La Fig. 1B Ã ̈ una porzione ingrandita di Fig. 1A.

la Fig. 2 Ã ̈ una sezione secondo un piano verticale di uno stampo secondo l'invenzione, insieme a mezzi per il suo riscaldamento.

Nelle figure da 3A a 3C Ã ̈ mostrata in modo schematico lo stampo in tre successive fasi di formatura.

La Fig. 4 Ã ̈ un particolare ingrandito di Fig. 3C in una fase appena precedente la chiusura dello stampo.

La Fig. 5 à ̈ una vista generale prospettica ed in esploso dello stampo di Fig.2. Il processo prevede l’uso di uno stampo, indicato globalmente con M, che comprende una matrice 10 (parte femmina) avente una cavità di matrice 15, aperta sostanzialmente verso l’alto, atta a contenere una dose D di materiale termoplastico in piccola pezzatura, ed una parte maschio 20, mobile rispetto alla matrice 10, avente una porzione centrale 21 atta a chiudere la cavità 15 in modo che all’interno di questa, nello stampo M, resti definita una camera di formatura (F) chiusa, che determina la forma dell’oggetto.

La matrice 10 ha una bocca superiore 11, che definisce il bordo perimetrale superiore della cavità 15, con giacitura complessivamente orizzontale, avente una superficie superiore 11a, rivolta sostanzialmente verso l’alto, e una superficie laterale 11b, interna alla cavità di matrice 15, e formante un angolo, tipicamente un angolo retto, con la superficie superiore 11a.

La parte maschio possiede una porzione centrale 21 atta a chiudere la superficie della cavità 15 ed un bordo periferico 22, che circonda la porzione centrale 21, avente una superficie inferiore 22a, rivolta verso il basso, atta ad aderire alla superficie superiore 11a della bocca superiore 11, in modo da realizzare la chiusura (più o meno a tenuta) della camera di formatura, la quale chiusura viene attuata solamente mediante il contatto della superficie inferiore 22a lungo l’intera superficie superiore 11a, detto bordo periferico 22 essendo privo di una superficie verticale laterale in grado di scorrere a misura a contatto con la superficie laterale della bocca superiore chiudendo la cavità (15).

Nella forma di attuazione illustrata nelle figure da 2 a 4, la porzione centrale 21 e il bordo periferico 22 sono uniti insieme formando una lastra piana continua in cui non si distingue la fine dell’una e l’inizio dell’altro: la porzione centrale à ̈ la porzione che, una volta appoggiata la lastra sulla bocca 11, chiude la cavità 15, mentre il bordo 22 comprende la porzione che si appoggia sulla superficie 11a. In Fig. 4 à ̈ disegnata una linea immaginaria B che separa il bordo 22 dalla porzione centrale 21.

È importante osservare che, nella tecnica nota (figure 1 ed 1A), la parte maschio 4 possiede una superficie laterale verticale 5a la quale si accoppia con scorrimento, a misura, con la superficie laterale interna 6a della bocca superiore in modo da chiudere la cavità 3 e permettere un movimento verticale reciproco tra parti maschio e femmina, fino alla chiusura completa dello stampo.

Al contrario nello stampo secondo l’invenzione, la parte maschio 20 non presenta alcuna superficie laterale verticale che si accoppi con la superficie laterale interna 11b della bocca superiore 11.

Secondo una forma preferita, ma non esclusiva, di attuazione, la cavità di matrice 15 à ̈ delimitata da una parete laterale 12, il cui bordo superiore definisce la detta bocca superiore, e da una parete di base inferiore 13.

Inoltre, detta parete laterale 12 à ̈ ricavata in un corpo separato rispetto alla parete di base inferiore 13 ed à ̈ appoggiata su questa senza essere fissata solidalmente ad essa.

Secondo una forma preferita, ma non esclusiva, di attuazione la detta parete laterale 12 della matrice à ̈ circondata a distanza da una seconda parete laterale esterna 32 avente una superficie interna verticale 33. La parte maschio comprende una terza parete laterale 26, che circonda il bordo periferico 22, avente una superficie esterna verticale 27 atta ad accoppiarsi con detta superficie interna 33 della seconda parete 32, in modo da definire un accoppiamento prismatico che permette la traslazione guidata, in direzione verticale, della parte maschio 20 durante la fase di avvicinamento reciproco delle due parti di stampo nel processo di formatura.

La forma di attuazione dello stampo illustrata nelle figure 2-5, à ̈ geometricamente conformata in modo da formare oggetti piatti e rettangolari, ad esempio dei pannelli di plastica. La parte maschio 20 à ̈ essenzialmente formata da una lastra piana rettangolare e la cavità di matrice 15 ha una forma di parallelepipedo avente altezza limitata; una volta appoggiata la parte maschio 20 sulla bocca 11 della matrice, resta definita la camera di formatura F che determina un oggetto con forma di parallelepipedo relativamente sottile (pannello).

La parte maschio 20 definisce la porzione centrale 21, atta a chiudere la base superiore della cavità 15, ed il bordo 22, esterno alla porzione centrale, che si appoggia sulla bocca 11.

Sulla periferia del bordo 22 Ã ̈ prevista la terza parete laterale esterna 26 verticale, in particolare realizzata in corpo unico con la parte orizzontale 21 e 22, che forma un bordo periferico verticale, avente superficie esterna 27, verticale.

La matrice 10 comprende una parete laterale verticale 12, separabile dalla base inferiore 13, composta da quattro lati 12a che formano un recinto chiuso a pianta rettangolare. La parete 12 à ̈ alloggiata all’interno di un recipiente 30, completamente aperto sulla base superiore che delimita una cavità a forma di parallelepipedo. La parete 12 appoggia sulla base inferiore del recipiente 13 che definisce la parete di base 13 della matrice. Il recipiente 30 à ̈ delimitato lateralmente da una parete verticale composta da quattro lati 32a, a pianta rettangolare che definisce la detta seconda parete 32 laterale, posta esternamente e a distanza dalla parete laterale 12. Nella parte superiore della parete laterale 32 à ̈ ricavata la detta parete verticale 33 che si accoppia con scorrimento in direzione verticale con detta superficie esterna verticale 27.

Il perimetro, in pianta, della parete 32 à ̈ alquanto maggiore del perimetro della parete 12. Per rendere stabile la posizione in pianta della parete 12 in appoggio sulla base 13, all’interno della parete 32, alla parete 12 sono esternamente fissate delle alette 34 piane verticali, fissate perpendicolarmente di testa alla superficie esterna della parete 12, che si estendono verso l’esterno, alcune in direzione longitudinale ed altre in direzione verticale, la cui estremità esterna arriva a contatto con la superficie interna della parete 32. La parete 12, insieme con le alette 34 ad essa fissate, à ̈ separabile dal recipiente 30 ed una volta appoggiata sulla base 13 di questo, resta stabilmente incastrata al suo interno.

A titolo di esempio, in Fig. 2 à ̈ mostrato lo stampo M inserito all’interno di un forno di riscaldamento 50 che presenta un trasportatore lineare 51 a rulli (od altri mezzi) mediante il quale lo stampo M attraversa la camera del forno, e mezzi di riscaldamento 52 e 53, ad energia calorica radiante; i mezzi 52 sono disposti al di sopra e diretti in verso la parte maschio 20, mentre i mezzi 53 sono posti al di sotto della matrice 10 e diretti verso la parete inferiore 13 della matrice 10.

Allo stampo M sono associati mezzi di spinta 40, illustrati in modo schematico in Fig. 2, solidali sia alla parte maschio 20 che alla matrice 10, in grado di fornire una spinta capace di avvicinare reciprocamente la due parti di stampo 10 e 20, fino alla chiusura finale dello stampo. Ovviamente possono essere varie e diverse le forme di attuazione di detti mezzi di spinta 40.

Il processo in oggetto prevede l’inserimento di una dose di materiale termoplastico di tipo compatto ove con questo termine si intende un materiale non spugnoso/espanso, (quale à ̈ invece, ad esempio, il polistirene espanso, il poliuretano espanso, ecc..), avente densità maggiore di 0,9 Kg/dm3, allo stato solido ed in piccola pezzatura, entro la cavità 15 della matrice 10.

Preferibilmente, vengono usati i seguenti materiali:

temperatura di fusione (o di resina termoplastica compatta transizione vetrosa)

LDPE (polietilene a bassa densità) T=160-220

HDPE (polietilene ad alta densità) T=170-230

PP (polipropilene) T=190-270

PS (polistirene) non espanso T=190

PVC polivinilecloruro) T=210

PA (poliammide) T=280

POM (poliossimetilene) T=220

PET (polietilentereftalato) T=270

PBT (polibutilentereftalato) T=260

PC (policarbonato) T=300

ABS ((acrilonitrilebutadienestirene) T=230

Il processo si basa sull’uso di materiali compatti (che non danno cioà ̈ origine a strutture “ a celle†formate anche da aria) i quali cambiano di stato per effetto della fusione (in cui da granuli diventano materiale fuso liquido a viscosità più o meno elevata) e del raffreddamento successivo.

Preferibilmente, si utilizzano polimeri che vengono fusi e poi raffreddati, ma non modificano in modo significativo la loro densità originaria. La materia prima d’origine del processo si presenta in granuli simili al frumento; essi possono essere geometricamente dissimili tra loro ad esempio con forma cilindrica o sferica o in caso di materiali provenienti da riciclo avere una forma irregolare. Le dimensioni dei granuli non devono, invece, essere molto variabili tra loro perché il volume condiziona il tempo necessario alla loro fusione. Volumi molto diversi avrebbero tempi di fusione molto diversi. E’ possibile individuare un valore compreso tra 1 e 8 mm per ognuna delle tre dimensioni di un granulo.

La dimensioni dei granuli à ̈ preferibilmente minore di 0,1cm<3>.

La dose di materiale inserito ha un peso uguale al peso del prodotto che si vuole ottenere.

La dose viene inserita a temperatura ambiente oppure preriscaldata; in ogni modo, nell’inserimento, i granuli del materiale sono in forma solida, liberi e sciolti tra loro, in modo che la dose possa disporsi entro la cavità 15 in modo sciolto, per riempire la cavità 15, avendo un comportamento quasi fluido (Fig. 3A).

La dose, in forma sciolta, può essere depositata all’interno della cavità 15 con mezzi automatici o manuali noti.

Il processo prevede di fornire calore alle parti dello stampo, fino a produrre la fusione, almeno parziale della dose posta entro la cavità dello stampo.

La fornitura del calore allo stampo può iniziare prima dell’inserimento della dose nella cavità 15, oppure può iniziare dopo. Può anche cessare prima dell’inserimento della dose.

La dose, eventualmente preriscaldata, riceve calore dallo stampo, per conduzione e per convezione. Ovviamente si scaldano prima i granuli posti a contatto con le superfici interne dello stampo e quindi si riscaldano i granuli più vicini a questi , il riscaldamento procedendo dalla superficie dello stampo verso la parte interna della dose.

Il processo prevede di avvicinare tra loro le due parti 10 e 20 dello stampo, dietro l’azione di una spinta in grado di deformare la dose posta nella cavità 15, allo stato almeno parzialmente fuso, il quale movimento comporta la diminuzione della distanza tra la bocca superiore 11 e il bordo periferico 22 fino al contatto reciproco, in quest’ultima configurazione essendo chiusa la cavità 15 ed essendo definita la camera di formatura che conferisce la forma all’oggetto.

Infine, lo stampo M ed il materiale allo stato fuso che riempie la cavità di formatura F, vengono raffreddati e il prodotto formato viene estratto dallo stampo. Preferibilmente, la fase di avvicinamento reciproco delle due parti dello stampo inizia in un momento intermedio della fornitura di calore allo stampo, prima che tutti i granuli che formano la dose siano completamente uniti in modo indistinto nella massa di materiale termoplastico fuso. Questo avvicinamento aumenta il grado di compattazione e quindi le superfici di reciproco contatto tra i granuli e tra granuli e superficie interna dello stampo e quindi favorisce la trasmissione del calore diretto dallo stampo verso i granuli e tra i granuli più esterni verso i granuli più interni.

Si à ̈ osservato che grazie al processo in oggetto, à ̈ possibile ottenere una evacuazione efficace e praticamente completa dell’aria inizialmente presente entro la cavità, in particolare quella imprigionata tra i granuli della dose D.

Nella tecnica nota, ciò non à ̈ possibile: una spiegazione à ̈ che durante la fase finale della chiusura dello stampo, ossia quando la penetrazione della parte maschio 4 à ̈ prossima alla posizione finale di chiusura (si veda la Fig.1A, ove con linea a tratti 5b’ à ̈ indicata la finale della superficie inferiore 5b in posizione di chiusura), la massa di materiale termoplastico riempie ormai tutto il volume della cavità 3, anche per il fatto che una parte dell’aria originaria à ̈ ancora presente, in modo più o meno distribuito, all’interno della massa stessa; la compressione del materiale causata dalla penetrazione del maschio nella cavità di matrice spinge l’aria ad uscire lungo la stretta fessura di uscita creata dal (piccolo) gioco che esiste tra le superfici di reciproco accoppiamento 5a e 6a; tuttavia insieme all’aria viene spinto ad uscire anche il materiale termoplastico (soprattutto la parte più fluida di esso) il quale insinuandosi nella detta fessura di uscita, resta bloccato all’interno di essa e tende ad ostruirla. Questo comportamento à ̈ accentuato dal fatto che essendo molto stretta la fessura di uscita, la pressione nel materiale nella parte iniziale, a monte, di essa à ̈ corrispondentemente molto elevata, e quindi si ha una conseguente elevata propensione nel materiale a penetrare nelle fessura.

Il risultato di ciò à ̈ che la fessura di uscita viene facilmente otturata dal materiale termoplastico prima che la cavità di matrice abbia raggiunto il volume minimo con cui definisce la camera di formatura a stampo chiuso (la posizione à ̈ indicata con la linea a tratti 5b’) e la conseguenza à ̈ che l’aria presente originariamente nella cavità non viene evacuata in modo del tutto soddisfacente.

Questo comportamento viene migliorato in modo rilevante dalla presente invenzione per il fatto che, anche durante la fase finale di chiusura dello stampo, ossia quando l’avvicinamento della parte maschio 20 alla matrice 10 à ̈ prossima alla posizione finale di chiusura (si veda la Fig. 4), l’aria può uscire efficacemente dalla cavità 15 attraverso una fessura P relativamente ampia definita tra la superficie superiore 11a della bocca 11e della matrice e la superficie inferiore 22a del bordo periferico 22 della parte maschio. Questa fessura P à ̈ molto ampia perché corrisponde alla distanza che manca alla parte maschio per giungere in posizione finale di chiusura (indicata con la linea a tratti 22a’ in Fig.4).

L’ampiezza della fessura P varia e diminuisce man mano che la parte maschio penetra nella matrice, tuttavia solamente nella parte estrema finale della penetrazione, raggiunge, per un tempo brevissimo (quando la superficie 22a à ̈ a pochi decimi / centesimi di millimetro distante dalla posizione finale 22a’), gli stessi valori che possiede la fessura di uscita nel caso sopra illustrato della tecnica nota. Anche se una piccola parte di materiale può venire spinta attraverso la fessura P, questa non ottura comunque il passaggio dell’aria.

Il risultato di ciò à ̈ che la fessura di uscita P non viene otturata dal materiale termoplastico con la conseguenza che l’aria presente originariamente nella cavità viene evacuata in modo molto soddisfacente.

Secondo un aspetto preferito del processo, la fornitura di calore alla stampo avviene in modo differenziato rispetto alle varie parti dello stampo, in modo che la parete di base inferiore 13 e la porzione centrale 21 della parte maschio vengano riscaldate a temperatura maggiore rispetto alla parete laterale 12 della cavità 15. Questa differenziazione si ottiene vantaggiosamente mediante la forma preferita di attuazione dello stampo illustrata nelle figure 4 e 5.

Viene fornito calore mediante mezzi esterni allo stampo, ad esempio mediante mezzi di riscaldamento con radiazioni infrarosse 52, 53, oppure mezzi di riscaldamento a lampade elettriche, oppure mezzi di riscaldamento a combustione di gas, od altri mezzi, disposti in modo da agire direttamente da sopra sulla porzione centrale 21 della parte maschio, e da sotto, direttamente sulla parete di base inferiore 13.

La parete inferiore 13 e la porzione centrale 21 sono investite direttamente dal calore emesso dai mezzi di riscaldamento (52, 53), mentre la parete laterale 12 non à ̈ investita dal calore radiante. In particolare, la parete laterale 12 à ̈ coperta, rispetto all’irraggiamento di calore proveniente dai mezzi 52 posti al di sopra dello stampo, mediante il bordo periferico 22 della parte maschio, che si estende esternamente al di là della bocca superiore 11, ed à ̈ coperta, rispetto all’irraggiamento di calore proveniente dai mezzi 52 posti al di sotto dello stampo, mediante il bordo periferico della parete inferiore 13 della matrice, che si estende esternamente al di là della linea di appoggio su essa della parete laterale 12.

Alla parete laterale 12 perviene una quantità minore di calore perché si riscalda in modo indiretto per conduzione con il contatto con la parete inferiore 13 e per convezione con l’aria calda all’interno del forno 50; la temperatura che essa raggiunge resta pertanto sensibilmente più bassa rispetto alla temperatura raggiunta dalla porzione centrale 21, che à ̈ investita direttamente dall’energia calorica radiante dei mezzi 52 e 53.

Si à ̈ sperimentalmente riscontrato che questo aspetto favorisce l’evacuazione dell’aria fuori dallo stampo.

Una spiegazione à ̈ nell’osservazione che grazie alla differenza di temperatura tra elementi che compongono lo stampo si ha anche una situazione differenziata nel grado di fusione del materiale all’interno della cavità dello stampo durante la fase di avvicinamento delle due parti dello stampo: le zone poste direttamente o comunque più vicine alla superficie interna della porzione centrale 21 e della parete inferiore 13 si portano a temperature relativamente maggiori, tanto più elevate quanto maggiore à ̈ la prossimità con dette superfici interne; invece, la zona posta a contatto con la parete laterale 12 si porta a temperature relativamente minori; tanto minori quanto maggiore à ̈ la distanza dalla superficie interna della parete laterale 12.

Di conseguenza le parti di materiale poste in prossimità della parete laterale 12 mantengono uno stato più vicino allo stato solido iniziale, rispetto allo stato, più fluido delle altre zone della materia. Una schematizzazione di questa situazione à ̈ mostrata in Fig. 4: sono mostrate tre zone separate Z1, Z2 e Z3, separate tra loro da due linee L1 ed L2 (schematiche) che sostanzialmente congiungono la parte centrale della cavità ripiena di materiale con la sommità e rispettivamente con il fondo della parete laterale 12; la zona Z3 posta vicino alla parete 12 ha un grado di fusione minore rispetto alle altre due zone Z1 e Z2, e quindi all’interno di essa si trovano parti ancora non completamente fuse o comunque con grado di fusione minore, rispetto alle altre parti Z1 e Z2; pertanto l’aria presente nel materiale viene spinta ad uscire dallo stampo attraverso la zona Z3 che presenta (fintanto che non si à ̈ portata allo stato completamente liquido) una struttura più ricca di micropassaggi che favoriscono l’evacuazione dell’aria attraverso di essa fino alla sommità della parete 12 ed anche attraverso la estremità inferiore della parete 12, la quale essendo semplicemente appoggiata sulla parete inferiore 13, presenta una fessura in grado di permettere l’uscita dell’aria dalla cavità della matrice superiore. Durante la fase di avvicinamento reciproco delle due parti di stampo (figure 3B e 3C), i granuli del materiale termoplastico posti all’interno della cavità 15, vengono riscaldati dalle due parti di stampo e contemporaneamente vengono compressi all’interno della cavità 15; l’azione di compressione favorisce ed accelera la fusione dei granuli stessi.

Man mano i granuli diventano più liquidi, tendono a riempire i vuoti e ad aggregarsi tra loro formando una massa continua; quanto più i granuli fondono e si aggregano, tanto più l’aria presente inizialmente tra granulo e granulo o all’interno dei granuli stessi viene allontanata. All’inverso,quanto più i granuli sono solidi (come nella fase iniziale), tanto più sono presenti, nella massa del materiale, passaggi tra un granulo e l’altro che permettono all’aria di allontanarsi.

L’aria viene quindi allontanata dalle zone più liquide (Z1 e Z2), a fusione più avanzata, poste più vicino alla superficie interna della porzione centrale 21 le zone in cui la fusione à ̈ meno avanzata (Z3) e sono presenti ancora granuli non completamente fusi che formano passaggi per l’aria stessa.

La fusione dei granuli procede a partire dalle superfici interne degli elementi dello stampo, e soprattutto della porzione centrale 21 di parte maschio 20 e della parete inferiore 13, che sono quelle più calde, e si dirige verso la zona centrale. L’aria presente in queste zone viene allontanata attraverso le zone centrali e le zone laterali poste vicino alla parete laterale 12, che ha temperatura più bassa.

In prossimità della fase di chiusura dello stampo (si veda la Fig. 4), presso la parete laterale 12 à ̈ presente la zona Z3 in uno stadio di fusione meno avanzata che permette all’aria di passare ed uscire dalla cavità 15, fintanto che lo stampo à ̈ completamente chiuso.

Si ottiene quindi una evacuazione efficace e praticamente completa dell’aria dalla camera di formatura F dello stampo.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Processo per la formatura dietro compressione di oggetti in materiale termoplastico, caratterizzato dal fatto che comprende: - prevedere uno stampo comprendente: o una matrice (10) avente una cavità di matrice (15) atta a contenere una dose di materiale termoplastico in piccola pezzatura, o una parte maschio (20), mobile rispetto alla matrice (10), atta a chiudere la cavità in modo da definire una camera di formatura (F) chiusa che determina la forma dell’oggetto, o detta matrice (10) avendo una parete laterale (12) il cui bordo superiore definisce una bocca superiore (11)che delimita la cavità (15), avente una superficie superiore (11a) aperta sostanzialmente verso l’alto, e la parete laterale (12) definendo una superficie laterale (11b) interna alla cavità (15) di matrice e formante un angolo con la superficie superiore, o detta parte maschio (20) avendo una porzione centrale (21) atta a chiudere la superficie della cavità (15) ed un bordo periferico (22) atto ad aderire alla superficie superiore della bocca superiore (11), in modo da realizzare la chiusura della camera di formatura solamente mediante il contatto bordo periferico (22) lungo detta superficie superiore (11a) della bocca superiore (11), detto bordo periferico (22) essendo privo di una superficie verticale in grado di scorrere a misura a contatto con la superficie laterale (11b) della parete laterale (12) bocca superiore (11), - inserire una dose di materiale termoplastico non spugnoso/espanso compatto , avente densità maggiore di 0,9 Kg/dm<3>, allo stato solido ed in piccola pezzatura, entro la cavità (15) del componente femmina, la dose essendo uguale in peso al prodotto da formare nella camera di formatura (F) ed essendo maggiore in volume della stessa camera (F), - fornire calore alle parti dello stampo, fino a produrre la fusione, almeno parziale della dose posta entro la cavità dello stampo, - avvicinare tra loro le due parti (10, 20) dello stampo, dietro l’azione di una spinta in grado di deformare la dose allo stato almeno parzialmente fuso, detto movimento comportando la diminuzione della distanza tra la bocca superiore e il bordo periferico fino al contatto reciproco, - tenere sotto controllo il movimento di chiusura della parte maschio (20) mentre vengono parzialmente fuse le particelle di materiale, permettendo all’aria di fuoriuscire.
2. 2. Processo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fase di avvicinare tra loro le due parti dello stampo inizia in un momento intermedio della fornitura di calore allo stampo, prima che tutti i granuli che formano la dose siano completamente uniti in modo indistinto nella massa di materiale termoplastico fuso.
3. 3. Processo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che - la cavità di matrice à ̈ delimitata da una parete laterale (12), il cui bordo superiore definisce la detta bocca superiore (11), e da una parete di base inferiore (13) e - la fornitura di calore allo stampo avviene in modo differenziato rispetto alle varie parti dello stampo, in modo che la parete di base inferiore (13) e la porzione centrale (21) della parte maschio vengano portate a temperatura maggiore rispetto alla parete laterale (12).
4. 4. Apparecchiatura Stampo per attuare la formatura dietro compressione di oggetti in materiale termoplastico, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende uno stampo avente: o una matrice (210) avente una cavità (15) atta a contenere una dose di materiale termoplastico in piccola pezzatura, o una parte maschio (203), avente una porzione atta a chiudere la cavità in modo da definire una camera di formatura (F) chiusa che determina la forma dell’oggetto, o detta matrice (210) avendo una parete laterale (12) che presenta una bocca superiore (11) che delimita la cavità (15), avente una superficie superiore (11a) aperta sostanzialmente verso l’alto, la parete laterale (12) definendo e una superficie laterale (11b) interna alla camera di formatura e formante un angolo con la superficie superiore (11a), o detta parte maschio (320) avendo una porzione centrale (21) atta a chiudere la superficie della cavità (15) ed un bordo periferico (22) atto ad aderire alla superficie superiore (11a) della bocca superiore, in modo da realizzare la chiusura della camera di formatura solamente mediante il contatto del bordo periferico (22) lungo detta superficie superiore (11a), detto bordo periferico (22) essendo privo di una superficie verticale in grado di scorrere a contatto con la superficie laterale (11b) della parete laterale (12);bocca superiore chiudendo la cavità (15) - detta matrice ricevendo una dose di materiale termoplastico compatto , avente densità maggiore di 0,9 Kg/dm<3>, allo stato solido ed in piccola pezzatura, entro la cavità (15), la dose essendo uguale in peso al prodotto da formare nella camera di formatura (F) ed essendo maggiore in volume della stessa camera (F),. - mezzi di riscaldamento (52, 53) che forniscono calore alle parti dello stampo, fino a produrre la fusione, almeno parziale della dose posta entro la cavità dello stampo, - lo stampo essendo soggetto al controllo del movimento di chiusura della parte maschio (20) mentre vengono parzialmente fuse le particelle di materiale, permettendo all’aria di fuoriuscire.
5. 5. Stampo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la cavità di matrice (15) à ̈ delimitata da una parete laterale (12), il cui bordo superiore definisce la detta bocca superiore (11), e da una parete di base inferiore (13).
6. 6. Stampo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta parete laterale (12) à ̈ ricavata in un corpo separato rispetto alla parete di base inferiore (13) ed à ̈ appoggiata su questa senza essere fissata solidalmente ad essa.
7. 7. Stampo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la parete laterale (12) della matrice à ̈ circondata a distanza da una seconda parete laterale (32), esterna, avente una superficie interna verticale, e la parte maschio comprende una terza parete laterale (26), che circonda detto bordo periferico (22), avente una superficie esterna verticale (27) atta ad accoppiarsi con detta superficie interna (33) della seconda parete (32), in modo da definire un accoppiamento prismatico che permette la traslazione guidata, in direzione verticale, della parte maschio durante la fase di avvicinamento reciproco delle due parti di stampo nel processo di formatura.