ITUD960231A1 - Procedimento di vulcanizzazione di manufatti o profili in gomma e relativo dispositivo - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"PROCEDIMENTO DI VULCANIZZAZIONE DI MANUFATTI PROFILI IN GOMMA E RELATIVO DISPOSITIVO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Forma oggetto del presente trovato un procedimento di vulcanizzazione di manufatti o profili in gomma, nonché il dispositivo che concretizza tale procedimento, come espressi nelle rispettive rivendicazioni principali.

Il trovato si applica nella produzione di manufatti o profili in gomma di qualsivoglia composizione, quale gomma SBR, naturale, NBR, perossidica, spugna e di altro tipo, consentendo di ottenere notevoli vantaggi in termini quanto meno di tempi di esecuzione e di risparmio energetico.

Il trovato si applica sia nella vulcanizzazione di manufatti ottenuti per compressione che su profili continui ottenuti per iniezione e/o estrusione.

STATO DELLA TECNICA

La vulcanizzazione della gomma è un processo di trasformazione chimico-fisica mediante il quale l gomma naturale perde le proprie caratteristiche es senzialmente plastiche per acquisire quelle di un materiale essenzialmente elastico.

Durante tale trasformazione, i legami lineari presenti fra le molecole della gomma allo stato crudo assumono la configurazione di legami tridimensionali in seguito alla formazione di ponti tra le singole macromolecole nei loro punti reattivi. In altre parole, avviene una reticolazione delle molecole.

Tale processo di vulcanizzazione permette al manufatto in gomma di acquisire una stabilità dimensionale, nonché definite caratteristiche meccaniche, quali durezza, elasticità, resistenza a trazione ed allungamento a rottura.

Numerose e varie sono le tecniche adottate per concretizzare il processo di vulcanizzazione, tra cui le più importanti e conosciute sono la vulcanizzazione in pressa, la vulcanizzazione in aria, la vulcanizzazione in continuo.

La vulcanizzazione in aria e la vulcanizzazione in continuo sono applicabili tuttavia solo su manufatti o profili particolari, quali ad esempio gli estrusi attraverso una trafila, che hanno già acquisito la forma richiesta.

La vulcanizzazione in pressa si basa sul princip che una determinata quantità di mescola non vulca nizzata viene posta in uno stampo di metallo preri scaldato e su di essa viene esercitata una pressione, per cui la mescola diventa molle e riempie la cavità dello stampo.

Dopo un certo tempo essa diviene un corpo elastico, non più termoplastico, che può essere tolto dallo stampo ancora caldo.

La vulcanizzazione in pressa può essere realizzata sia in stampo aperto che in stampo chiuso, mediante iniezione o trasferimento della gomma.

Tale vulcanizzazione in pressa, ampiamente nota ed utilizzata, comporta tuttavia il problema che i piani di riscaldo dello stampo devono essere portati e mantenuti a temperature molto elevate, dell'ordine di 180÷200°C, utilizzando energia elettrica, vapore od altra fonte di calore.

Ciò in quanto la mescola deve necessariamente essere riscaldata per accelerare il processo di reticolazione che altrimenti avverrebbe in tempi lunghissimi .

Il riscaldamento dei piani dello stampo comporta così lunghi tempi di preparazione al processo, lunghi tempi di raffreddamento a fine ciclo, elevati consumi energetici e grosse potenze impiegate, anche a causa delle dispersioni in ambiente.

Un ulteriore inconveniente di questi procedimenti , sia nel caso di manufatti ottenuti per compressione in stampo che per iniezione od estrusione, deriva dal fatto che, venendo il calore trasferito al manufatto dall'esterno verso l'interno, vi è il rischio di scottature superficiali e di disuniformità e disomogeneità del prodotto finale.

Sono noti anche procedimenti di vulcanizzazione che utilizzano l'emissione di microonde applicate al manufatto da vulcanizzare.

Per adottare detta soluzione, vengono utilizzate o camere risonanti entro le quali viene collocato l'articolo da vulcanizzare, o sistemi a guida d'onda che determinano un'uscita localizzata in corrispondenza di un articolo normalmente in movimento su un trasportatore .

Nella prima soluzione, dette microonde, emesse da una opportuna sorgente, si diffondono all'interno della camera risonante rimbalzando sulle pareti; in questo modo, solo una parte di dette microonde colpisce l'articolo da vulcanizzare, ciò portando ad una notevole dispersione della potenza erogata e quindi ad un aumento dei tempi di vulcanizzazione.

Nella soluzione che prevede le guide d'onda, l' plicazione delle microonde risulta puntuale e quinci non uniformemente distribuita sul manufatto da vul canizzare; ciò porta a disomogeneità e disuniformità di trattamento e quindi ad un prodotto finale non qualitativamente soddisfacente.

L'utilizzo di guide d'onda comporta anche dei notevoli problemi tecnici ed operativi; se il sistema non è perfettamente dimensionato e tarato si possono determinare problemi di riflessione d'onda che possono portare al danneggiamento ed anche alla distruzione del generatore.

Inoltre, per sua natura, la potenza di generazione delle microonde si deve forzatamente dissipare, o sull’articolo da vulcanizzare od altrove, per cui è inevitabile un sovradimensionamento dei sistemi di generazione ed un rendimento piuttosto basso.

Per risolvere questi inconvenienti della tecnica nota con una soluzione semplice, economica, versatile ed efficace i proponenti hanno studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione principale.

Le rivendicazioni secondarie espongono varianti idea di soluzione principale

Lo scopo del trovato è quello di realizzare un processo di vulcanizzazione di manuffatti in gomma, secondo la tecnologia della vulcanizzazione in pressa, che elimini il problema del riscaldamento delle pareti dello stampo in cui viene inserita la mescola da vulcanizzare.

Secondo una variante, il processo di vulcanizzazione del trovato viene eseguito in aria su profili ottenuti per estrusione da una trafila.

Altro scopo del trovato è ottenere un processo di vulcanizzazione che riduca i tempi di esecuzione e che richieda una potenza estremamente limitata.

Secondo il trovato, la mescola o manufatto da vulcanizzare, una volta disposta all'interno dello stampo mantenuto a temperatura ambiente, viene sottoposta all'azione di un campo elettrico variabile a radiofrequenze .

L'azione di detto campo determina un riscaldamento prodotto direttamente sul materiale a partire dal suo interno, ciò evitando, la necessità di dover trasferire il calore dall'esterno.

Tale riscaldamento si realizza inoltre in tempi estremamente più brevi e·con potenze impiegate molto più contenute rispetto alla tecnica nota.

infatti, il riscaldamento va ad interessare soltanto le molecole polari della gomma, quelle che presentano cioè polarità elettricamente positive da un lato ed elettricamente negative dal lato opposto, e variano pertanto la loro posizione spaziale con la stessa frequenza del campo elettrico applicato.

Nel caso in cui vi sia una bassa, od anche nulla, polarità delle molecole del manufatto da vulcanizzare, esso può essere sottoposto ad una polarizzazione delle molecole, ad esempio mediante aggiunta di additivi polarizzanti.

L'apporto della gomma all'interno dello stampo chiuso può avvenire sia per iniezione che per trasferimento (transfer).

Il procedimento secondo il trovato evita anche i problemi di scadimento della qualità superficiale che derivano dal contatto fra una superficie riscaldata e le facce del manufatto da vulcanizzare. Poiché i piani dello stampo realizzati in acciaio sono trasparenti alle radiofrequenze e quindi il loro riscaldamento è ridotto al minimo, tale metodo risulta particolarmente efficace nel caso in cui siano presenti inserti metallici disposti internamente od esternamente al manufatto in gomma. In questo caso, i due piani dello stampo, collegati ad elettrodi di polarità opposta, devono necessariamente essere separati da un piano isolante interposto affinchè non fungano da conduttori e permettano la generazione del campo elettrico attraverso di essi e non attraverso le parti metalliche associate al manufatto in gomma.

Un ulteriore vantaggio del trovato è quello che deriva dalla possibilità di non prevedere in iniezione una camera di termoregolazione in quanto il manufatto in gomma non è riscaldato se non quando si trova all'interno dell'azione del campo elettrico variabile.

Il trovato si applica anche al caso di termoformatura ed estrusione di articoli che presentino molecole polari e quindi sottoponibili ad un processo di riscaldamento per radiofrequenza.

Nel caso di profilo estruso, il trovato prevede che la vulcanizzazione venga eseguita in aria facendo interagire il profilo estruso con gli elettrodi di generazione del campo elettrico a radiofrequenza; detti elettrodi possono, ad esempio, essere disposti da parti opposte rispetto al piano di trasporto o di appoggio di detto articolo, oppure lateralmente al profilo estruso transitante.

Il trovato permette anche di ottenere un risparmio in termini di potenza richiesta, ad esempio rispetto al caso di utilizzo di microonde; infatti, l'assorbimento si ha soltanto quando il campo elettrico va effettivamente ad interessare il manufatto od il profilo da vulcanizzare, ossia per il solo tempo in cui il manufatto od il profilo si trova tra gli elettrodi .

Ciò fa sì che tutta la potenza erogata si trasmetta direttamente al manufatto od al profilo e vi sia una dispersione minima.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Le figure allegate, fornite a titolo esemplificativo, non limitativo, illustrano due forme di realizzazione preferenziale del trovato.

Nella tavola abbiamo che:

- la fig. 1 illustra schematicamente un dispositivo idoneo a concretizzare il procedimento di vulcanizzazione in pressa secondo il trovato;

- la fig. 2 illustra schematlealmente un dispositivo idoneo a realizzare il procedimento di vulcanizzazione di un profilo estruso secondo il trovato.

DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Nella fig. 1, il dispositivo di vulcanizzazione 10 comprende una pressa meccanica 11 i cui piani, superiore ed inferiore, cooperano con le pareti, superiore 13a ed inferiore 13b, dello stampo 13 entro cui è contenuto il manufatto in gomma 14, nel caso di specie di sezione torica, da vulcanizzare.

Nel caso di specie, lo stampo 13 presenta ’uno strato isolante 15 intermedio, quale ad esempio il teflon, posto direttamente a contatto del manufatto in gomma 14.

Il dispositivo 10 comprende inoltre un generatore a radiofrequenza 16 costituito, nel caso di specie, da un triodo di potenza 17 atto a generare un campo elettrico variabile con frequenza elevata, almeno superiore a 1 Mhz, tra le due pareti 13a e 13b elettricamente isolate dello stampo 13. Lo strato isolante 15 può anche essere caricato, ad esempio con fibra di vetro, per aumentarne le caratteristiche meccaniche.

E' inoltre presente un impianto idraulico 19 associato alla pressa meccanica 11,- il quale mantiene chiuso ed in pressione lo stampo 13 per contrastare la spinta esercitata dalla gomma che si dilata termicamente a causa del riscaldamento a radiofrequenza ovvero a causa di gonfienti interni.

Detta pressa meccanica 11 comprende un pressore 22, azionato dall'impianto idraulico 19 mediante i connettori 23 ed isolato elettricamente dalla parete superiore 13a dello stampo 13 mediante uno strato 12.

Il campo elettrico variabile viene generato fra i due elettrodi elettricamente isolati, nel caso di specie costituiti dalla struttura della pressa meccanica 11 e dalla parete superiore 13a dello stampo 13.

Con tale soluzione, si è verificato sperimentalmente che la vulcanizzazione di un manufatto in gomma, quale quello indicato con 14 in figura, viene realizzata in tempi molto ridotti, dell'ordine di 3÷4 minuti, utilizzando una tensione di polarizzazione nell'intorno di 5-6000 V ed una frequenza compresa tra 25 e 30 Mhz, vantaggiosamente pari a circa 27 Mhz.

Si è riscontrato inoltre che in tali condizioni il manufatto in gomma 14 assume in un tempo brevissimo una temperatura di almeno 140°C, vantaggiosamente di circa 160÷170°C, mentre lo stampo 13 e lo strato isolante 15 in teflon rimangono sostanzialmente a temperatura ambiente.

Nel caso di fig. 1, la vulcanizzazione è del tipo a compressione; tuttavia, i risultati sono analoghi nel caso di vulcanizzazione del tipo ad iniezione e), più semplicemente ad estrusione, facendo passare tra due elettrodi un profilo estruso.

In tal caso, schematizzato in fig. 2, il profilo continuo 114 uscente dalla bocca 18 della trafila e disposto su un piano di trasporto od appoggio 20, viene sottoposto all'azione di due elettrodi 21, alimentati dal triodo di potenza 17, che generano il campo elettrico variabile a radiofrequenza.

Nel caso illustrato, gli elettrodi 21 sono disposti da parti opposte del piano di trasporto od appoggio 20, il quale è realizzato in materiale trasparente alle radiofrequenze e quindi' praticamente non si riscalda.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 - Procedimento di vulcanizzazione di manufatti o’ profili in gomma (14,114) ottenuti per compressione all'interno di uno stampo (13) ovvero per iniezione od estrusione da una trafila (18) associata ad un piano di trasporto o di appoggio (20) , caratterizzato dal fatto che il manufatto o profilo (14,114) da vulcanizzare viene sottoposto all'azione di un campo elettrico variabile di frequenza almeno superiore a 1 Mhz ed idoneo a portare la temperatura del manufatto o profilo (14,114) ad un valore almeno pari a 140°C mantenendo le pareti dello stampo (13) o la superficie del piano di trasporto od appoggio (20) sostanzialmente alla temperatura ambiente. 2 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la frequenza del campo elettrico è compresa tra circa 25 e circa 30 Mhz, vantaggiosamente 27 Mhz. 3 - Procedimento come alla rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la vulcanizzazione viene eseguita in stampo (13) chiuso e la gomma viene apportata mediante iniezione. 4 - Procedimento come alla rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la vulcanizzazione viene eseguita in stampo (13) chiuso e la gomma viene apportata mediante trasferimento (transfer). 5 - Procedimento come alla rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la vulcanizzazione viene eseguita in aria su un profilo estruso (114) associato ad un piano di trasporto od appoggio (20). 6 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le gomme utilizzate sono del tipo naturale, SBR, NBR, Perossidica, Spugna ed altre di tipo analogo. 7 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il manufatto o profilo (14,114) in gomma da vulcanizzare presenta al suo interno o al suo esterno inserti metallici. 8 - Procedimento di vulcanizzazione come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che è applicabile a materiali termoplastici od assimilabili presentanti molecole polari o polarizzabili. 9 - Dispositivo per la vulcanizzazione di manufatti o profili (14,114) in gomma ottenuti per compressione all'interno di uno stampo (13) ovvero per iniezione od estrusione da una trafila (18), caratterizzato dal fatto che comprende almeno un generatore a radiofrequenza (16), associato ad almeno una coppia di elettrodi, idoneo a generare un campo elettrico variabile a radiofrequenza agente sul manufatto o profilo (14,114), detto campo elettrico presentando una frequenza almeno superiore a l Mhz e tale da portare la temperatura del manufatto o profilo (14,114) in gomma disposto all'interno dello stampo (13) o transitante su un piano di trasporto od appoggio (20) almeno a 140°C. 10 - Dispositivo come alla rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che nel caso di vulcanizzazione ‘in pressa, le pareti dello stampo (13) sono collegate elettricamente al generatore a radiofrequenza (16). 11 - Dispositivo come alla rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che tra le pareti dello stampo (13) ed il manufatto in gomma (14) da vulcanizzare è presente almeno uno strato in materiale isolante (15) e trasparente alle radiofrequenze. 12 - Dispositivo come alla rivendicazione 10 o 11, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi di compressione meccanica (11) associati alle pareti dello stampo (13). 13 - Dispositivo come alla rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che nel caso di vulcanizzazione in aria su profili (114) ottenuti per estrusione da una trafila (18), comprende elettrodi (21) collegati al generatore di radiofrequenza (16) e disposti da parti opposte rispetto al detto profilo (114). 14 - Dispositivo come alla rivendicazione 9 o 13, caratterizzato dal fatto che il piano di appoggio o trasporto (20) è realizzato in materiale trasparente alle radiofrequenze. 15 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che adotta i contenuti di cui alla descrizione ed ai disegni. 16 - Dispositivo come ad una o l’altra delle rivendicazioni precedenti da 9 a 14, caratterizzato dal fatto che adotta i contenuti di cui alla descrizione ed ai disegni.