ITUD20090091A1 - Elemento in materiale composito, attrezzatura e procedimento per la sua realizzazione - Google Patents

Description

Classe Internazionale:

Descrizione del trovato avente per titolo:

"ELEMENTO IN MATERIALE COMPOSITO, ATTREZZATURA E PROCEDIMENTO PER LA SUA REALIZZAZIONE"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un elemento in materiale composito a base plastica e materiale fibroso minerale, o vegetale. Il presente trovato si riferisce altresì all'attrezzatura ed al procedimento per ottenere tale elemento in forma tubolare, per conferire ad esso caratteristiche strutturali. In particolare, l'elemento in materiale composito secondo il presente trovato trova ampia, ma non esclusiva, applicazione nel settore dell'edilizia e/o dell'arredamento, quale elemento portante per infissi, telai, mensole, mobili od altri, e come elemento di isolamento per evitare eventuali ponti termici fra due superfici. Nel seguito della descrizione si farà specifico riferimento all'applicazione del presente trovato per la realizzazione di ante e telai per infissi, ma non si esclude che il presente trovato possa ugualmente essere applicato anche per realizzare intercapedini di pareti, rivestimenti od altri.

STATO DELLA TECNICA

È noto che nel settore delle costruzioni edili è molto sentita la necessità di isolare eventuali ponti termici fra due superfici, in particolare fra superfici esterne ed interne di una stessa costruzione.

È anche nota, in forma più generalizzata, l'esigenza di ridurre i costi relativi ai materiali, pur garantendo le stesse condizioni di resistenza meccanica e strutturale delle componenti.

In particolare, è noto prevedere elementi plastici o a base plastica, previsti come elementi di isolamento fra i componenti a diretto contatto con l'esterno e con l'interno della costruzione. Ad esempio, per la costruzione e la realizzazione degli infissi, è noto prevedere un telaio ed almeno un'anta incernierata al telaio.

Sia l'anta, sia il telaio comprendono, normalmente, un profilo esterno ed un profilo interno realizzati, a seconda delle esigenze applicative, in alluminio, legno, PVC od altri materiali, ed un profilo di isolamento, in materiale plastico, interposto fra i due.

Il profilo interno o, in alternativa, il profilo esterno, sono conformati per definire anche la struttura portante del telaio o dell'anta che costituiscono .

Tale conformazione è necessitata per il fatto che il profilo di isolamento, essendo prevalentemente in materiale plastico, non garantisce una sufficiente resistenza strutturale alle normali sollecitazioni a cui il telaio e l'anta sono sottoposti.

Nelle soluzioni in cui il profilo è realizzato completamente in PVC, è necessario prevedere un'armatura interna in materiale metallico.

In ogni caso, sia la necessità di conformare uno dei due elementi come elemento strutturale, sia la necessità di prevedere elementi di armatura, comporta un aumento dei costi di realizzazione degli infissi. Inoltre, si hanno infissi con un peso relativamente elevato, che grava principalmente sulle meccaniche di movimentazione. Ad oggi è noto realizzare i profili di isolamento per estrusione di materiale plastico.

È anche noto utilizzare materiali compositi termoplastici, in cui il materiale plastico viene rinforzato con materiale fibroso, minerale o vegetale.

Le attrezzature tradizionali di estrusione dei profili noti comprendono sostanzialmente una filiera ed un calibratore.

La filiera tradizionale porta il materiale plastico ad una temperatura di gelificazione e ne conforma la sezione trasversale attraverso specifici passaggi forzati.

Il calibratore tradizionale è posto a valle della filiera, permette un raffreddamento progressivo del materiale ed effettua sul materiale stesso un'azione di aspirazione centrifuga, o vuoto, per mantenerne la sezione definita dalla filiera.

Utilizzando questa tecnologia per l'estrusione di materiale composito, si ha però un'espansione dovuta principalmente alle differenti pressioni presenti all'interno ed all'esterno della filiera. Pertanto, con la tecnica nota, per tali materiali compositi termoplastici possono essere previste soltanto conformazioni con una sezione trasversale sostanzialmente appiattita e compatta.

Tale necessità di conformazione limita di molto le possibili realizzazioni di tali profili e le loro potenziali applicazioni funzionali.

Uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un elemento in materiale composito che possa essere di semplice ed economica realizzazione, e che garantisca un'efficace tenuta strutturale, un ottimale isolamento termico, ed una riduzione complessiva dei costi e del peso delle componenti che costituisce.

Altro scopo del presente trovato è quello di mettere a punto un'attrezzatura ed un procedimento per realizzare in modo semplice ed economico un elemento strutturale in materiale composito, e che garantisca un'efficace tenuta strutturale, un ottimale isolamento termico, ed una riduzione complessiva dei costi e del peso delle componenti che costituisce.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed altri scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti.

Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell'idea di soluzione principale.

Un elemento in materiale composito secondo il presente trovato comprende almeno una componente plastica ed una componente fibrosa, miscelate fra loro.

Secondo il presente trovato, l'elemento in materiale composito ha forma sostanzialmente tubolare per avere caratteristiche di resistenza strutturale almeno a flessione e torsione, e definisce almeno una camera interna longitudinale.

Inoltre, il materiale che lo compone ha un rapporto fra componente plastica e componente fibrosa compreso fra circa 4,5 e circa 1,5, ossia con una percentuale in peso di componente fibrosa compresa fra circa 18% e circa 40%.

La combinazione fra il rapporto delle componenti del materiale composito e la conformazione tubolare dell'elemento secondo il presente trovato è tale da rendere l'elemento secondo il trovato strutturale in una sua applicazione pratica.

In particolare, tale intervallo di rapporti di conformazione garantisce un efficace compromesso fra la duttilità e la lavorabilità propria delle materie plastiche, sì da permetterne l'estrusione in forma tubolare, e la resistenza strutturale del materiale fibroso, sì da garantire un'efficace resistenza meccanica e strutturale anche con sollecitazioni relativamente elevate.

Ad esempio, secondo alcune sperimentazioni della Richiedente, un materiale composito avente un rapporto fra componente plastica e componente fibrosa compreso fra circa 4 e circa 1,8, ossia con una percentuale in peso di componente fibrosa compresa fra circa 20% e circa 35%, può essere ottenuto in forma tubolare anche con una pluralità di camere interne.

Tale conformazione può conferire all'elemento secondo il presente trovato le seguenti caratteristiche:

- peso specifico compreso fra circa 1 e circa 1,5 g/cm<3>;

- coefficiente di conducibilità termica compreso fra circa 0,2 e circa 0,4 W/mK;

- resistenza alla trazione compresa fra circa 70 e circa 120 MPa; e

- modulo di resistenza elastica compreso fra circa 3000 e circa 6000 MPa.

Tali valori risultano sostanzialmente paragonabili, per quanto riguarda il peso specifico e il coefficiente di conducibilità, a quelli dei materiali plastici, mentre, per quanto riguarda la resistenza a trazione ed il modulo di resistenza elastica, tali valori sono sostanzialmente paragonabili a quelli di alcuni materiali metallici .

Pertanto, un elemento secondo il presente trovato può essere efficacemente applicato sia con funzione di elemento strutturale, sia con funzione di elemento isolante.

Una possibile applicazione vantaggiosa dell'elemento in materiale composito secondo il presente trovato si ha nella realizzazione di infissi .

Infatti, sfruttando le caratteristiche di bassa conducibilità termica, lavorabilità ed elevata resistenza a trazione, l'elemento secondo il presente trovato può essere conformato per fungere da componente strutturale sia per un'anta, sia per un telaio dell'infisso, prevedendo dentature e/o scanalature di aggancio laterale per profili di rivestimento interni ed esterni, in materiale metallico, legno, plastico od altri.

Inoltre, la possibilità di conformare l'elemento tubolare con una o più camere interne permette di variare la capacità di isolamento dell'elemento, nonché di permettere un alleggerimento della struttura .

Un ulteriore vantaggio di questa specifica applicazione risiede nel fatto che gli elementi che compongono la struttura dell'anta e/o del telaio sono fra loro termosaldabili, sì da definire una struttura unica chiusa e rigida, a beneficio della solidità dell'anta e/o del telaio.

Secondo il trovato l'attrezzatura ed il procedimento per realizzare l'elemento in materiale composito fin qui descritto prevedono almeno una stazione di trafilatura ed una stazione di calibrazione del materiale composito.

In particolare, la stazione di trafilatura comprende almeno un gruppo di trafilatura attraverso il quale il materiale viene indotto a passare in pressione, per assumere una sezione trasversale sostanzialmente definitiva, ed un impianto di raffreddamento direttamente collegato al gruppo di trafilatura, per raffreddare il materiale immediatamente in uscita dalla stazione di trafilatura.

Tale raffreddamento permette al materiale composito di mantenere la sua conformazione definita dal gruppo di trafilatura, prima di entrare nella stazione di calibrazione.

Pertanto, con il presente trovato, possono essere conferite al materiale composito anche conformazioni tubolari, in accordo con quanto detto per l'elemento in materiale composito secondo il presente trovato.

Secondo una variante, la stazione di calibrazione comprende un impianto di compressione, atto ad effettuare un'azione di compressione sul materiale sagomato in transito attraverso la stazione di calibrazione .

Tale soluzione di variante permette di contrastare la tendenza all'espansione che ha il materiale composito, dovuta alle differenti pressioni di esercizio previste fra la stazione di trafilatura e la stazione di calibrazione.

Secondo un'altra variante la stazione di trafilatura e la stazione di calibrazione sono direttamente collegate fra loro in sequenza, in modo che il materiale sagomato entri all'interno della stazione di calibrazione direttamente in uscita dal gruppo di trafilatura della stazione di trafilatura.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la fig. 1 illustra un elemento in materiale composito secondo il presente trovato in una possibile applicazione operativa;

- la fig. 2 illustra schematicamente un'attrezzatura secondo il presente trovato;

- la fig. 3 illustra schematicamente una sequenza di fasi secondo il presente trovato.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERENZIALE DI

REALIZZAZIONE

Con riferimento alle figure allegate, è illustrato nel suo complesso un elemento in materiale composito 10 realizzato con un'attrezzatura 110 e mediante un procedimento 210 secondo il presente trovato.

In particolare, l'elemento in materiale composito 10 in sé (fig. 1) ha forma sostanzialmente tubolare e comprende tre camere interne 11 sostanzialmente longitudinali, parallele fra loro, e separate da due nervature 12.

L'elemento in materiale composito 10 ha una sezione trasversale sostanzialmente quadrangolare con una porzione rientrante lungo la superficie inferiore.

La conformazione della sezione trasversale dell'elemento in materiale composito 10 definisce anche la forma e le dimensioni di ciascuna delle tre camere interne 11, le quali, nella fattispecie, sono fra loro differenti.

Il materiale composito che costituisce l'elemento 10 ha una componente plastica, ad esempio un polimero termoplastico quale il PA6, il PA66, il PC, il PETG od altri tecnopolimeri, ed una componente fibrosa di tipo minerale, ad esempio carbonio, vetro od altre, ovvero vegetali, ad esempio cellulosa od altre.

In particolare, il rapporto fra la componente plastica e quella fibrosa per la realizzazione dell'elemento in materiale composito 10 secondo il presente trovato è compreso fra circa 4,5 e circa 1,5, vantaggiosamente fra circa 4 e circa 1,8.

Tale rapporto fra le componenti conferisce all'elemento in materiale composito 10 un valore di peso specifico compreso fra circa 1,1 e circa 1,35 g/cm<3>, un coefficiente di conducibilità termica di circa 0,3 W/mK, un valore di resistenza alla trazione compreso fra circa 75 e circa 115 MPa, ed un modulo di elasticità alla flessione compreso fra circa 3500 e circa 5500 MPa.

Tali caratteristiche fisiche-strutturali, permettono una vantaggiosa applicazione dell'elemento in materiale composito 10 secondo il presente trovato, anche come elemento strutturale portante di un telaio 17 e di un'anta 19 di un infisso.

Nella applicazione esemplificativa e non limitativa rappresentata in fig. 1, l'elemento in materiale composito 10 comprende lateralmente rispettive coppie di denti longitudinali di ancoraggio 13.

I denti longitudinali di ancoraggio 13 definiscono gli elementi strutturali per il fissaggio all'elemento in materiale composito 10 di un profilo esterno 15 e di un profilo interno 16. L'assemblaggio del profilo esterno 15, dell'elemento in materiale composito 10 e del profilo interno 16 definiscono i relativi componenti del telaio 17 e dell'anta 19 dell 'infisso .

Nella fattispecie, la conformazione specifica dei denti longitudinali di ancoraggio 13 definisce due ulteriori camere interne 20 fra le superfici laterali dell'elemento in materiale composito 10 e le superfici interne del profilo esterno 15 e del profilo interno 16.

Nel telaio 17 e nell'anta 19 così realizzati, l'elemento in materiale composito 10 ha funzione sia strutturale, in quanto supporta i due profili 15 e 16, e definisce la struttura portante del telaio 17 o dell'anta 19, sia di isolamento termico, in quanto la sua posizione di montaggio fra i due profili 15 e 16, il suo coefficiente di conducibilità termica e le camere interne 11 e 20, permettono una interruzione ottimizzata del ponte termico che tende a formarsi fra i due profili 15 e 16.

L'elemento in materiale composito 10 viene realizzato utilizzando un'attrezzatura 110 secondo il presente trovato.

Con particolare riferimento allo schema di fig.

2, l'attrezzatura 110 comprende una stazione di trafilatura 21 ed una stazione di calibrazione 22, fra loro montate in sequenza.

In particolare, la stazione di trafilatura 21 comprende un gruppo di trattamento termico 23 del materiale composito, ed un gruppo di trafilatura 25 atto a sagomare il materiale composito secondo la conformazione trasversale prevista per l'elemento in materiale composito 10.

Sia il gruppo di trattamento termico 23, sia il gruppo di trafilatura 25 sono realizzati in acciaio inox ottenuto per sinterizzazione, in modo da sopportare le eventuali abrasioni dovute dai polimeri termoplastici rinforzati con materiale fibroso in vetro, previsti per la realizzazione dell'elemento in materiale composito 10.

Tipicamente, il gruppo di trattamento termico 23 è predisposto per riscaldare il materiale composito per portarlo da una temperatura di gelif icazione, sostanzialmente intorno a circa 300°C.

Inoltre, il gruppo di trattamento termico 23 esercita sul materiale composito gelificato una determinata pressione che ne comporta il passaggio forzato attraverso il gruppo di trafilatura 25.

Tale pressione può essere esercitata mediante una o più coclee, attuatori lineari od altro.

Il gruppo di trafilatura 25 comprende almeno un maschio di trafilatura 26 conformato opportunamente per definire le cavità interne 11. Il gruppo di filatura 25 definisce la conformazione trasversale di uscita del materiale composito dalla stazione di trafilatura 21.

Inoltre, la stazione di trafilatura 21 comprende un impianto di raffreddamento 27 operativamente associato al gruppo di trafilatura 25, in modo da abbassare la temperatura di esercizio almeno del maschio di trafilatura 26.

Tale soluzione permette di ridurre la temperatura del materiale composito in uscita dalla stazione di trafilatura 21, in modo che il materiale composito mantenga la conformazione trasversalmente conferita dai gruppi di trafilatura 25 e dal maschio di trafilatura 26, sostanzialmente senza cedimenti. Ad esempio, l'azione di raffreddamento del maschio di trafilatura 26 impartita dall'impianto di raffreddamento 27 determina un abbassamento della temperatura di circa 50° del materiale composito sagomato in uscita dal maschio di trafilatura 26 stesso.

Vantaggiosamente, fra il gruppo di trattamento termico 23 ed il gruppo di trafilatura 25 sono previsti opportuni elementi di guarnizione per mantenere termicamente isolati i due gruppi durante le fasi operative.

La stazione di trafilatura 21 e la stazione di calibrazione 22 sono fra loro direttamente collegate mediante un accoppiamento di forma fra un tratto sporgente del maschio di trafilatura 26 ed una coordinata cavità della stazione di calibrazione 22.

La stazione di calibrazione 22 comprende una pluralità di componenti 29, di tipo sostanzialmente noto e non illustrati in dettaglio, disposti in serie, i quali definiscono rispettive sezioni di passaggio del materiale composito sostanzialmente equivalenti alla sezione definita in uscita dal gruppo di trafilatura 25.

Tipicamente, ciascun componente 29 può avere lunghezza variabile a seconda delle esigenze di calibrazione .

Nella stazione di calibrazione 22 il materiale composito sagomato in uscita dal gruppo di trafilatura 25 viene progressivamente raffreddato per consolidare la sua conformazione esterna e definire così l'elemento in materiale composito 10. Tale raffreddamento può essere effettuato mediante opportune canalizzazoni, non illustrate, realizzate fra i componenti 29, per definire un circuito di raffreddamento.

I materiali compositi utilizzati secondo il presente trovato che fuoriescono dalla stazione di trafilatura 21 tendono ad avere un comportamento di espansione, per effetto della pressione che passa da circa 300 bar a 0 bar.

Questa espansione determina una formazione di spazi o cellule interne che farebbero perdere al profilo le sue caratteristiche meccaniche quando si raffredda.

Nella soluzione secondo il presente trovato, a ciascun componente 29 è operativamente associato un impianto di compressione 30, il quale permette di contrastare la tendenza ad espansione del materiale composito in uscita dalla stazione di trafilatura 21

I parametri di compressione adottati sono selettivamente regolabili, anche in modo automatico o semiautomatico, in funzione delle condizioni reali di lavorazione del materiale.

II procedimento 210 per realizzare l'elemento in materiale composito 10 secondo il presente trovato prevede sostanzialmente due macro-fasi operative, rispettivamente, di trafilatura 31 e di calibrazione 32, eseguite in sequenza fra loro.

In particolare, la fase di trafilatura 31 comprende una sottofase di trattamento termico 33, in cui il materiale composito viene portato in uno stato di gelificazione e viene sottoposto ad una determinata pressione per la trafilatura, ed una sottofase di trafilatura 35 in cui il materiale composito gelificato viene indotto a passare attraverso il gruppo di trafilatura 25 e il maschio di trafilatura 26, per definirne la conformazione della sezione trasversale.

Contemporaneamente alla sottofase di trafilatura 35 viene eseguita una sottofase di raffreddamento 36 almeno sul maschio di trafilatura 26, in modo da abbassare la temperatura del materiale in uscita, sì da stabilizzarne sostanzialmente la conformazione trasversale.

La fase di calibrazione 32 comprende, nella fattispecie, una sottofase di raffreddamento progressivo 37, in cui il materiale composito sagomato viene progressivamente raffreddato fino a definire l'elemento in materiale composito 10, ed una contemporanea sottofase di compressione 39, in cui durante il raffreddamento progressivo viene esercitata una compressione sul materiale composito in raffreddamento per contrastarne la tendenza all 'espansione .

E<1>chiaro comunque che all'elemento in materiale composito 10, l'attrezzatura 110 ed il procedimento 210, fin qui descritti possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, o di fasi senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato. Rientra ad esempio nell'ambito del presente trovato prevedere una diversa conformazione tubolare dell'elemento in materiale composito 10. Infatti, sfruttando la lavorabilità data dalla nuova composizione del materiale composito possono essere ottenute diverse forme di sezione trasversale, anche circolari o parzialmente arrotondate, prevedendo una o più camere interne 11, anche geometricamente diverse fra loro con le nervature 12 previste orizzontali, secanti, spezzate o diversamente disposte.

E<1>anche chiaro che, sebbene il trovato sia stato descritto con riferimento ad esempi specifici, un esperto del ramo potrà senz'altro realizzare molte altre forme equivalenti di elemento in materiale composito, attrezzatura e procedimento per la sua realizzazione, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell'ambito di protezione da esse definito.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Elemento in materiale composito comprendente almeno una componente plastica ed una componente fibrosa, miscelate fra loro, caratterizzato dal fatto che ha forma sostanzialmente tubolare per avere caratteristiche di resistenza strutturale almeno a flessione e torsione, e definisce almeno una camera interna longitudinale (11), e che la componente plastica e la componente fibrosa hanno un rapporto compreso fra circa 4,5 e circa 1,5.
2. 2. Elemento come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il materiale composito ha un rapporto fra componente plastica e componente fibrosa compreso fra circa 4 e circa 1,8.
3. 3. Elemento come nella rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la componente plastica è un polimero termoplastico scelto fra il PA6, il PA66, il PC ed il PETG.
4. 4. Elemento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende lateralmente rispettive coppie di denti longitudinali di ancoraggio (13).
5. 5. Elemento come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralità di camere interne (11) suddivise da relative nervature (12).
6. 6. Attrezzatura per realizzare un elemento in materiale composito comprendente almeno una stazione di trafilatura (21) ed una stazione di calibrazione (22) del materiale composito, caratterizzata dal fatto che detta stazione di trafilatura (21) comprende almeno un gruppo di trafilatura (25) attraverso il quale il materiale viene indotto a passare in pressione, per assumere una sezione trasversale sostanzialmente definitiva, ed un impianto di raffreddamento (27) direttamente collegato a detto gruppo di trafilatura (25), per raffreddare il materiale immediatamente in uscita da detta stazione di trafilatura (21).
7. 7. Attrezzatura come nella rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che la stazione di calibrazione (22) comprende un impianto di compressione (30), atto ad effettuare un'azione di compressione sul materiale sagomato in transito attraverso detta stazione di calibrazione (22).
8. 8. Attrezzatura come nella rivendicazione 6 o 7, caratterizzata dal fatto che detta stazione di trafilatura (21) e detta stazione di calibrazione (22) sono direttamente collegate fra loro in sequenza, in modo che il materiale sagomato entri all'interno della stazione di calibrazione (22) direttamente in uscita dal gruppo di trafilatura (25) della stazione di trafilatura (21).
9. 9. Procedimento per realizzare un elemento in materiale composito comprendente sostanzialmente due macro-fasi operative, rispettivamente, di trafilatura (31) e di calibrazione (32), eseguite in sequenza fra loro, caratterizzato dal fatto che la fase di trafilatura (31) comprende almeno una sottofase di trafilatura (35) in cui il materiale composito viene indotto a passare attraverso un gruppo di trafilatura (25), per definirne la conformazione della sezione trasversale, ed una contemporanea sottofase di raffreddamento (36) in cui viene abbassata la temperatura del materiale in uscita dal gruppo di trafilatura (25), sì da stabilizzarne sostanzialmente la conformazione trasversale .
10. 10. Procedimento come nella rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la fase di calibrazione (32) comprende almeno una sottofase di compressione (39), in viene esercitata una compressione sul materiale composito sagomato, per contrastarne la tendenza all'espansione.