MX2011000524A - Proceso para producir articulos de plastico moldeados, con paredes reforzadas por la inyeccion de termoplasticos espumados. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un proceso híbrido para producir artículos de plástico moldeados reforzando sus paredes a través de la inyección de termoplástico espumado, incrementando el espesor de su pared en zonas previamente determinadas para mejorar sus características mecánicas. De conformidad con la invención el proceso híbrido contempla reforzar zonas previamente definidas de artículos de plástico formados mediante cualquiera de los procesos ya conocidos, tales como: inyección; extrusión; extrusión-soplado; inyección-soplado; termoformado; rotomoldeo o la combinación de los mismos, y la posterior inyección de un material termoplástico espumable para rellenar las zonas prediseñadas de refuerzo.

Description

PROCESO PARA PRODUCIR ARTICULOS DE PLASTICO MOLDEADOS , CON PAREDES REFORZADAS POR LA INYECCION DE TERMOPLASTICOS ESPUMADOS Campo de la Invención La presente invención está dirigida a los procesos de moldeo de la industria del plástico, y específicamente se refiere a un proceso híbrido que permite reforzar zonas predeterminadas de artículos de plástico a fin de incrementar su espesor de pared y por consiguiente sus características mecánicas .

Antecedentes de la Invención El proceso más difundido en la industria del plástico para fabricar artículos es el de moldeo "por inyección", dicho proceso data de los años 40 's y en la actualidad cuenta con una gran cantidad de variaciones, en función del tipo de productos que se desean manufacturar y de los materiales que se empleen. Por ende, encontramos que se ha diseñado maquinaria especializada para inyectar todo tipo de plásticos (termoplásticos y termofijos) , tanto rígidos como flexibles, para diversas aplicaciones y diversas formas geométricas, además con diferentes espesores de pared.

En todos los casos, los procesos de moldeo por "inyección" así como otros procesos de moldeo de plásticos, buscan satisfacer necesidades específicas con base en la aplicación del producto moldeado, al menor costo posible, desarrollando aplicaciones óptimas para cumplir con las especificaciones en tanto se reducen los costos y los tiempos - - de fabricación o moldeo.

En este sentido, el espesor de pared del producto plástico a fabricar representa uno de los factores más importantes a tomar en cuenta en los procesos de moldeo, ya que es evidente que un menor espesor de pared, implica un menor peso y por tanto un menor costo; y también, a menor espesor de pared es menor tiempo de fabricación por requerir un ciclo más corto y por tanto un menor costo de producción. Lo contrario también es cierto: un mayor espesor de paréd implica mayor peso, mayor costo; y también mayor tiempo de fabricación por requerir un ciclo más largo.

Los espesores de pared que tradicionalmente se utilizan en el proceso de moldeo por "inyección" varían entre 0.5 mm y 3.0 mm; encontrándose también aplicaciones especiales para "pared delgada" que son menores a 0.5 mm, para lo cual se requieren máquinas especialmente diseñadas. Por otro lado también hay aplicaciones con paredes superiores a 3.0 mm, pero en este caso se empiezan a presentar problemas graves de rechupes y deformaciones de la parte moldeada, siendo posible alcanzar normalmente hasta 4.0/5.0 mm.

Para partes moldeadas con espesores de pared superiores a los 5.0 mm se ha desarrollado un proceso llamado "inyección de espuma estructural" en el cual se inyecta el material plástico dentro del molde con un agente espumante o expansor que al reaccionar permite mantener una presión interna en el molde para evitar los rechupes y darle una estructura al material que impide las deformaciones del producto. Con este - - proceso se logran inyectar partes con espesores de 10 mm o más sin tener rechupes y deformaciones, sin embargo los tiempos de moldeo se alargan considerablemente ya que el tiempo de enfriamiento dentro del molde tiene que ser el suficiente para enfriar dicho espesor.

Los fabricantes de maquinaria para el proceso de "inyección de espuma estructural" han desarrollado máquinas que tienen varias estaciones de cierre para que, mientras se enfria un molde, se pueda ir inyectando otra parte, aumentando asi la productividad del proceso; pero existe el inconveniente que dichas máquinas son altamente costosas y se requieren varios moldes para poder realizar el proceso.

De tal forma que en la actualidad después de grandes desarrollos en la fabricación de maquinaria y equipo para inyectar plásticos, nos encontramos con dos procesos reconocidos y del dominio público: 1.- Inyección en alta presión, que es el proceso de inyección tradicional; donde se moldean partes con espesores de pared de hasta de 4.0/5.0 mm; 2.- Inyección en baja presión, también conocido como inyección de espuma estructural; donde se moldean partes con espesores de pared superiores a 6.0 mm.

Para tener clara la aplicabilidad y diferencia entre ambos procesos analizaremos un ejemplo sobre la fabricación de una paleta de pupitre escolar: - .

Ejemplo de comparación de procesos convencionales de inyección de alta y baja presión.

Una paleta de pupitre escolar tradicionalmente se fabrica de madera, pero con fines ilustrativos se realiza un ejercicio de producción de la paleta en material plástico, para lo cual se empleó el proceso de inyección en alta presión con un diseño para un espesor de pared de 3 mm y con suficientes nervaduras para soportar la fuerza con que se apoya la persona que pretende escribir sobre la paleta.

Si bien el diseño empleado fue adecuado, se presentaron los siguientes problemas: 1.- La rigidez de la paleta no fue suficiente para soportar el apoyo de la persona que pretendía escribir sobre ella, flexionándose donde no había apoyo inferior. 2.- Los bornes donde se atornilla la paleta al pupitre presentaron debilidad y fácil rotura. 3. - En la superficie de la paleta se marcaron pequeñas líneas (rechupes) exactamente en la parte contraria a donde se habían colocado los nervios y sobre todo donde se encontraban los bornes de fijación; dándole un aspecto al producto de baja calidad; 4. - En el proceso de inyección en alta presión, si la paleta se desmoldaba muy rápido se deformaba y perdía - - planicidad, por lo tanto el ciclo tenia que ser largo (90 seg. ) y al salir de la máquina tenia que meterse en una tina de agua fria y forzar su planicidad con un escantillón; 5.- Por todo lo anterior la paleta no satisfacía las necesidades del producto, era de baja calidad y muy costosa.

La solución propuesta a la problemática anterior fue cambiar de proceso de moldeo, de inyección en alta presión a un proceso por inyección en baja presión.

Se realizaron pruebas con este último proceso y se fabricó la paleta con el mismo espesor que la paleta de madera (10 mm) y gracias al proceso y a la espuma estructural: 1.- La rigidez de la paleta fue similar a la de madera, sin observarse flexiones a fuerzas apoyo normal; 2. - La paleta se atornillaba al pupitre igual que la de madera sin experimentar roturas. 3. - La superficie de la paleta era perfecta y no necesitaba pulirse ni barnizarse ya que salía lista de la máquina; al realizarse la inyección con bicomponente se logró un aspecto de alta calidad; 4. - Sin embargo, en este proceso de inyección en baja presión la paleta se desmoldaba con un ciclo más largo que el proceso anterior (180 seg.) pero la producción horaria fue - - mayor debido a que la máquina contaba con varias estaciones de enfriamiento, además al salir de la máquina la paleta estaba lista y no requería de ningún proceso secundario; 5.- Por lo tanto la paleta satisfacía las necesidades del producto, era de alta calidad y su costo era inferior.

A pesar de todo lo anterior la producción no pudo cambiarse de proceso ya que la máquina para inyectar la espuma estructural representaba una inversión muy alta y el volumen anual de las paletas requerido no era suficiente para amortizar dicha inversión.

Con el ejemplo anterior se observa la problemática que comúnmente se encuentra ante la necesidad de fabricar partes o productos de plástico con grandes espesores de pared, para aplicaciones en las que son sometidos constantemente a diferentes esfuerzos, y no sólo se presenta en los procesos de inyección, también encontramos este tipo de problemática en : - Proceso de extrusión; - Proceso de extrusión - soplado; - Proceso de inyección - soplado; - Procesos de termoformado; - Procesos de rotomoldeo; - Y otros más.

Se han efectuado diversos desarrollos para proporcionar procesos que permitan el moldeo de partes o productos con grandes espesores de pared, como por ejemplo la Solicitud de - - Patente Estadounidense No. 2007/0023945 Al, de Valentinsson, que describe un "proceso para la manufactura de un artículo hecho de material plástico" donde el artículo comprende un núcleo de espumado plástico con una densidad promedio del orden de 50-650 kg/m3 y una piel sólida o semisólida con una densidad promedio sobre los 700 kg/m3; el proceso es tal que en una primer etapa, se inyecta material fundido con un agente espumante en un molde cerrado, se permite la solidificación de dicho material para formar la piel y posteriormente se retrae una porción del molde para disminuir la presión y permitir la expansión del material en aquellas partes en que el molde se ha retraído; posteriormente se permite el enfriamiento y solidificación del material para finalmente remover el artículo del molde. Es claro que el proceso es intenso en tiempo de producción ya que se requiere el enfriamiento del material en la primera etapa de formación de la piel y después para el acabado, siendo el producto desprendido del molde una vez que se encuentra completamente frío y solidificado. El proceso además requiere de un molde con secciones móviles en aquellas partes del artículo en que se pretende ofrecer un espesor mayor. Por lo que las condiciones necesarias para aplicar lo reclamado en esta invención es que el método representa una clara desventaja debido a que los costos de operación resultan elevados y simultáneamente los tiempos para llevar a cabo este proceso son prolongados, lo cual se traduce en gastos excesivos.

Por otra parte la patente de los Estados Unidos 6,422,575 (Czaplicki et al, 2002), describe un método sumamente interesante de refuerzo de estructuras huecas, al - - insertar entre ellas una preforma expandible, cuyas paredes se prevé que se conformen a las del hueco a que se destina rellenar, y donde la preforma está compuesta por un núcleo expandible contenido en una piel que lo encapsula; la piel es adhesiva y generalmente seca al tacto a temperatura ambiente; al iniciar la expansión de la preforma insertada en el espacio a rellenar, la piel se expande coordinadamente con el núcleo, de manera que después de un tiempo la piel se adhiere a las paredes de las superficies que definen el hueco a rellenar. En este caso, el articulo hueco se ha producido previamente y el refuerzo con el material expandible se realiza en un momento posterior, por lo que el método ofrece ventajas con respecto a la alternativa previamente descrita. Una gran desventaja es que la preforma debe diseñarse específicamente para conformarse a las paredes interiores del hueco y que los materiales deben ser tales que la expansión sea coordinada entre la piel adhesiva y el núcleo de relleno. Es por ello que estas particularidades necesarias para aplicar el método reclamado en la invención anteriormente descrita, tienen como consecuencia que dicho método sea costoso y poco ventajoso en cuanto a tiempos de fabricación.

Las solicitudes de patente de los Estados Unidos 2003/0184121 y 2003/0209921 del mismo inventor de la patente citada en el párrafo inmediato anterior, proponen un sistema-y un método para reforzar un miembro estructural que incluya por lo menos un soporte hueco con una corteza exterior y una parte interior o cámara o compartimiento y cubren con mayor detalle aplicaciones del concepto de la preforma expandible, proponiendo que el material expandible del núcleo puede ser - - un material polimérico bombeable, un material expandible por efecto del calor o de un material autoendurecible, y que el compartimiento o cámara (la preforma) puede ser de un material polimérico tal como nylon que puede ser sólido, moldeado por soplado, flexible o expandible, de acuerdo a la naturaleza del miembro estructural a ser reforzado.

Algunas modificaciones al concepto general de Czaplicki son por ejemplo, las descritas en la solicitud de patente de los Estados Unidos 2003/0137162 (Kropfeld, 2003) en donde se propone utilizar un miembro reforzante espumante expansible para reforzar un miembro estructural hueco el cual incluye un material de refuerzo expandible a base de resina unido a un soporte que mantiene al miembro de refuerzo en el lugar adecuado hasta la expansión térmica. Esto tiene aplicaciones por ejemplo en el campo automotriz, con un material de refuerzo tal como espuma de poliuretano (plástico termofijó) al insertarlo en una porción del miembro estructural un inserto con tabiques de represa, que en combinación con las paredes del elemento a reforzar crean una región de contención para el material de refuerzo, asi, el material de refuerzo no endurecido se inyecta en dicha región y ahí se endurece. La ventaja de esta alternativa con respecto a la de Czaplicki es que no se requiere una preforma que se adapte a la región a reforzar en el elemento estructural, sin embargo, la inserción de los tabiques de represa es un punto cuestionable .

Técnicamente el campo de aplicación de todas las patentes anteriormente descritas se reduce a casos muy - - específicos los cuales requieren distintas condiciones determinadas para su adecuada aplicabilidad, más aún, representan gastos elevados en cuanto al material necesario para su producción sin mencionar que requieren tiempos de fabricación elevados.

Una alternativa interesante al problema del refuerzo de piezas moldeadas es la ofrecida en la patente de los Estados Unidos 6,093,358 (Schiewe et al, 2000) que describe un método para la formación de un producto expandible destinado al relleno de espacios en artículos previamente formados que incluyan una estructura de soporte de plástico formada con al menos una abertura y un material expandible; el método consiste en preparar la estructura de soporte de material plástico que se recubre posteriormente de un material plástico expandible; el soporte puede ser moldeado a manera de una red con una pluralidad de aberturas para que el espumado se adhiera adecuadamente. El material expandible es hule convencional que se expande mediante calor para llenar un espacio. En esta invención al igual que las invenciones anteriormente citadas, se emplean tiempos de producción largos y los costos son elevados para la producción de este tipo de producto.

Fitzgerald propone en la solicitud de los Estados Unidos 2002/0074827, el empleo de un refuerzo de espuma expandible sujeto a un portador que lo mantiene en una posición deseada; el material expandible se selecciona de manera que su temperatura de expansión sea similar a la lograda en alguna etapa del proceso de fabricación de la - - pieza a reforzar (por ejemplo, la temperatura de horneado de la pintura en una pieza automotriz) , y el material comprende una pluralidad de aletas o costillas separadas entre si, de manera que el aire caliente fluya a su través promoviendo la expansión; las costillas se pueden configurar para adoptar la forma seccional de la cavidad en el miembro estructural a reforzar, permitiendo que el miembro de refuerzo pueda insertarse en pequeñas cavidades incluso de forma irregular. Esta invención demuestra una aplicación diferente a lo descrito en la presente invención, ya que esta dirigido solo a la industria automotriz y uno de los problemas técnicos que se observa es que se debe tener una temperatura de horneado para la pintura del material el cual contiene una serie de aletas o costillas que implica un mayor cantidad de material y tiempo de enfriado, es decir también representa un gasto mayor y tiempo elevado de producción.

Una modalidad de este concepto la presenta Barz en la patente de los Estados Unidos 6,619,727, en donde el refuerzo propuesto es un material expandible, una resina epóxica (plástico termofijo) que en este caso, se dispone en un miembro de esqueleto, que ofrece una pluralidad de huecos, de manera tal que una vez que se inserta el esqueleto en el miembro estructural (marco) a reforzar, el material expandible se endurece cuando el conjunto pasa por una etapa del proceso de ensamble especifica. Con esto se logra un refuerzo con una distribución de carga sobre el marco del vehículo sin la adición de peso excesivo. Una variante para el reforzamiento de postes huecos en el campo automotriz lo ofrece la patente de los Estados Unidos 6,378,933 (Schoen et - - al, 2002), en la que se describe el empleo de un núcleo tridimensional que se sitúa al centro del poste hueco y posteriormente se rodea de una espuma rígida, logrando mayor estabilidad de los marcos, igualmente sin un incremento apreciable de peso. Técnicamente, no se resuelve el problema de los tiempos de producción y costos elevados, ya que este tipo de material expandible debe tener un miembro de esqueleto con una pluralidad de huecos los cuales necesitan un tiempo mayor de espera para que el material espumable que se inyecta llegue a cubrir todos los espacios de esos huecos.

En el caso de dos superficies no coplanares que forman un elemento estructural, como se menciona en la patente de los Estados Unidos 6,406,078 (Wycech, 2002), la inserción de una espuma estructural expandible puede cumplir varias funciones entre las que destacan: reforzamiento del miembro estructural al incrementar el espesor de las paredes y servir como material de relleno entre las dos paredes que, cuando la espuma entre ellas se endurece, sirve como elemento de adhesión uniendo estrechamente las superficies y reforzando así el miembro estructural. La función específica de este tipo de material espumable es que se utiliza como agente adhesivo y no como elemento de relleno con fines de reforzamiento del artículo plástico.

Esta última función de adhesión entre piezas se describe de manera más completa en la patente de los Estados Unidos 6,103,348 (Scharrenberg et al, 2000) en la que se emplea un material plástico de moldeo para ocupar los espacios entre diversas piezas separadas unas de otras, - - incluso de materiales diferentes, para unirlas entre si á curarse y formar un solo articulo, Con la materia reclamad en esta patente es necesario tomar más tiempo para esperar que el material espumable cumpla su objetivo de adhesivo.

El concepto general de emplear espumados plásticos como material de relleno y refuerzo, también se aplica en piezas de mayores dimensiones, por ejemplo como se describe en la patente de los Estados Unidos 7,168,590 (Jones et al, 2007) para formar una tapa para caja de herramientas, o en la patente 6,295,787 (Lee, 2001) para formar una estructura aislada para refrigerador, donde del mismo modo, la espuma (plástico termofijo) llena completamente el espacio intermedio formando un cuerpo de aislamiento consistente. El objetivo principal de esta patente es ser parte integral del articulo plástico y no como un elemento que incremente la resistencia del producto por si mismo.

En cuanto a la naturaleza del material expandible, ya se han comentado algunas alternativas en los propios documentos referidos, pero se encuentran también patentes específicamente dirigidas a dichos compuestos, como es la patente de los Estados Unidos 6,423,755 (Alien et al, 2002) que describe espumas rígidas de poliuretano (plástico termofijo) o la patente 6,451,231 (Harrison et al, 2002) en que la espuma de alto rendimiento utilizada se emplea para rellenar y rigidizar partes previamente moldeadas. El método de endurecimiento comprende elaborar la espuma estructural y agregarle ingredientes que aumenten su fuerza, reduzcan sü peso y su costo.

- - La Patente No. US 6,619,727 (Barz et al., 2003) presenta un sistema de refuerzo para la estructura de un automóvil con una parte del armazón en la cual se dispone una espuma epoxidica reforzante (plástico termofijo) , cuando el sistema se sujeta a la estructura, la espuma se expande y se endurece durante la operación de ensamble automotriz, uniendo el sistema de reforzamiento a la estructura, este sistema provee mejor distribución de carga sobre la estructura del vehículo sin agregar peso excesivo. En ningún momento se explica el proceso de inyección de la espuma.

En el documento de patente US 5046434 (Breezer et al.) se describe una tarima a la cual se le introduce un material termoplástico igual al empleado en la tarima producida para reforzarla y darle completa capacidad de reciclaje. En dicha patente se describe el uso de una parte termoformada a la que antes de desmoldarse y en caliente se sobrepone una preforma, la cual debió precalentarse anteriormente y sobre de estas dos partes sobrepuestas se prensa una tercera parte termoformada; como todas las partes están calientes, se pretende realizar una fusión entre las tres partes y de esa forma engrosar el espesor de pared y mejorar las características mecánicas de la zona. La complejidad y limitante de esta invención es moldear la preforma, la cual por su naturaleza tendrá grandes limitantes en forma y después precalentarla al momento justo en que se requiere sobreponer en la primera parte que esta siendo desmoldada.

Como conclusión, varias de las patentes antes - - mencionadas refuerzan partes moldeadas de plástico pero con materiales espumados termofijos; los cuales además de ser más costosos, no tienen la versatilidad de los termoplásticos que se proponen en la presente invención. Además ninguna de las patentes mencionadas tiene por objeto brindar un proceso que mejore los costos de fabricación, mejorando las características mecánicas que es el objetivo de la presente invención .

Sumario de la Invención La presente invención tiene por objeto proporcionar un proceso para la elaboración de productos de plástico con grandes espesores de pared, de bajo costo, en un tiempo de producción menor al del proceso actual de espuma estructural. El proceso de la presente invención permitirá llevar a cabo la producción de partes o productos plásticos reforzados en su estructura con el fin de que sus características mecánicas tales como: la resistencia al impacto, resistencia a la flexión, resistencia a cargas, se mejoren considerablemente, sus tiempos de producción se reduzcan y simultáneamente sus costos de producción disminuyan.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso híbrido que incluya la inyección de termoplásticos espumados dentro de zonas específicas de partes o productos, que son moldeados en procesos convencionales de transformación de plástico, como son el de inyección de plásticos tradicional, el de extrusión, el de extrusión soplado, el de inyección soplado, el de termoformado, el de rotomoldeo y otros más.

- - Es un objetivo más de la presente invención proveer de un proceso híbrido para fabricar partes o productos plásticos reforzados donde se requiera de una inversión menor a la que se requiere en los procesos convencionales, al combinar dos procesos comunes para dar más ventajas técnicas y económicas Estos y otros objetivos son alcanzados por el proceso descrito en la presente invención que esta referida a uh proceso híbrido que incluye la fabricación de partes o productos plásticos y la inyección de termoplásticos espumados dentro de zonas específicas de estas partes o productos .

El proceso híbrido de la presente invención se basa en la fabricación de un producto plástico mediante un proceso del tipo tradicional de inyección, o de extrusión, o de extrusión soplado, o de inyección soplado, o de termoformado, o de rotomoldeo o de cualquier otro convencional o de mezcla de varios de estos mismos, seguido de la inyección de un material termoplástico que adicionado con un agente espumante o expandente, se inyecta dentro de zonas diseñadas específicamente para tal fin, de un producto plástico.

La inyección del material termoplástico adicionado con el agente espumante se realiza con una máquina del tipo de inyección a baja presión, dentro de al menos una cavidad de un producto plástico moldeado con anterioridad el cual sirve de "molde" o contenedor para el termoplástico espumado, de tal forma que las paredes del producto plástico premoldeado, que regularmente no sobrepasan los 5.0 mm son reforzados con espesores de 6.0 mm a 12.0 mm más de espesor de pared; pudiéndose lograr espesores de pared superiores a los 20.0 mm sin tener el problema del tiempo de enfriamiento muy alto (ciclo largo) , ya que después de inyectar el termoplástico espumado la pieza puede ser extraída de la máquina rápidamente y terminar la expansión del termoplástico espumado así como su enfriamiento fuera de la máquina.

Es una condición necesaria, que el producto plástico premoldeado forme al menos una cavidad cerrada con las paredes del mismo, cavidad que será rellenada por el termoplástico espumado; para lo cual se requiere del diseño de un orificio o una zona susceptible de perforación, por donde se inyecte dicho termoplástico espumado. Dependiendo del proceso utilizado para fabricar el producto premoldeado, será necesario que esté formado por dos o más partes qué permitan obtener dicha cavidad cerrada; en algunos casos, como en los procesos de soplado y rotomoldeo, posiblemente sea suficiente una sola pieza que forme dicha cavidad cerrada .

En caso que el producto plástico premoldeado que se desea reforzar con un espesor de pared mayor donde no pueda realizarse dicho refuerzo mediante una cavidad cerrada, será necesario diseñar medios de cierre de la cavidad que será inyectada con el termoplástico espumado ya que de no hacerlo así este material realizará una expansión fuera de la parte y no se logrará el objetivo buscado.

- - Por otro lado cuando sea necesario que el producto plástico premoldeado esté formado por dos o más partes, el material plástico espumado, además de reforzar el espesor de pared, servirá como medio de anclaje de las diferentes partes que conforman el producto.

Por lo tanto, con la presente invención se pretende obtener productos de plástico moldeados reforzando sus paredes a través de la inyección de termoplástico espumado sin tener un tiempo de ciclo muy largo dentro de las máquinas de moldeo. Una ventaja adicional de este proceso es que se pueden obtener productos como los producidos en los procesos de baja presión con bicomponente sin necesidad de adquirir o una máquina especial, que por lo general es muy costosa, e incluso sin la necesidad de los altos volúmenes que se requieren para realizar dichas inversiones.

Estas condiciones y otros objetivos podrán ser claros a la luz de la descripción que sigue y los dibujos acompañantes .

Breve Descripción de las Figuras de la Invención Las figuras 1? a 1C, muestran esquemáticamente y a modo de ejemplo la producción de una primera sección de un artículo plástico mediante un proceso convencional de moldeo por inyección para la formación de un artículo de acuerdo con el proceso híbrido de la presente invención.

- - Las figuras ID a 1F, muestran esquemáticamente y a modo de ejemplo la producción de una segunda sección de un artículo plástico mediante un proceso convencional de moldeo por inyección para la formación de un artículo de acuerdo con el proceso híbrido de la presente invención.

La figura 1G muestra la inyección de un material termoplástico espumable de acuerdo con el proceso híbrido de la presente invención, dentro del producto plástico formado por las secciones de las figuras anteriores La figura 1H muestra el artículo plástico producido mediante el proceso híbrido de moldeo por inyección de la presente invención.

La figura 2A muestra esquemáticamente otro ejemplo de producción de un artículo plástico mediante un proceso convencional de moldeo por extrusión.

La figura 2B muestra un artículo producido mediante el proceso' convencional de moldeo por extrusión de la figura 2A.

La figura 2C muestra la etapa de inyección de material termoplástico espumable al interior del artículo de la figura 2B, según el proceso híbrido de la presente invención.

La figura 2D muestra el producto final obtenido acuerdo con el proceso híbrido de la presente invención.

La figura 3, muestra esquemáticamente un proceso - - convencional de moldeo por extrusión de lámina para la producción de un articulo plástico Las figuras 4A a 4C, muestran un ejemplo de termoformado de un articulo plástico a partir de una lámina obtenida con el proceso de la figura 3.

La figura 4D muestra la etapa de inyección de material termoplástico espumable al interior del articulo de la figura 4C, según el proceso híbrido de la presente invención.

La figura 4E muestra el producto final obtenido mediante termoformado de lámina de acuerdo con el proceso híbrido de la presente invención.

La figura 5A muestra esquemáticamente un ejemplo de producción de un articulo plástico, mediante un proceso convencional por extrusión-soplado.

La figura 5B muestra un articulo obtenido mediante el proceso convencional por extrusión-soplado de la figura 5A.

La figura 5C muestra la etapa de inyección de material termoplástico espumable al interior del artículo de la figura 5B, según el proceso híbrido de la presente invención.

La figura 5D muestra el producto final obtenido mediante extrusión-soplado de acuerdo con el proceso híbrido de la presente invención.

- - Descripción Detallada de la Invención La presente invención se refiere a un proceso híbrido para producir artículos de plástico moldeados, que incluye el empleo de uno o una combinación de los procesos de moldeo convencionales, los cuales se reforzarán adicionalmente sus paredes con ayuda de la inyección de un material termoplástico espumado en zonas diseñadas para tal fin.

Algunos de los procesos convencionales que son susceptibles de emplearse de acuerdo con la presente invención incluyen los de: inyección, ilustrado esquemáticamente en las Figuras 1A a 1F, extrusión de perfiles, ilustrado esquemáticamente en la Figura 2A extrusión de lámina en combinación con termoformado, ilustrado esquemáticamente en las Figuras 3 y 4A a 4C, extrusión-soplado, ilustrado esquemáticamente en las Figuras 5A a 5B; - inyección-soplado (no ilustrado) - rotomoldeo (no ilustrado) y otro más.

En la presente invención, la combinación de los procesos tradicionales para moldear plásticos (termoplásticos o termofijos) con un proceso de inyección de espuma plástica estructural de materiales termoplásticos, da como resultado un proceso híbrido que puede ser utilizado preferentemente en la manufactura de partes plásticas de grandes espesores donde - - el reforzamiento de zonas específicas mejora sus características mecánicas.

Si bien se ha indicado en párrafos previos que el proceso de la presente invención se inicia con la producción de un artículo plástico, por medio de los procesos convencionales tales como inyección, extrusión, extrusión-soplado, inyección-soplado, termoformado, rotomoldeo, u otros o combinaciones de los mismos, es necesario establecer que dicho artículo requiere ser diseñado de tal manera que se generen en su interior cavidades a ser rellenadas con material espumable, con el propósito de engrosar sus paredes, o reforzar zonas específicas, así como presentar un orificio para el inyectado del material espumable, o en su caso, destinar una zona en alguna de las paredes, para ser-perforada y permitir la inyección del material espumable.

Cada uno de los procesos arriba citados permiten producir artículos de plástico con características especiales tales como por ejemplo el grueso de las paredes del producto plástico premoldeado, pudiendo tener un grueso entre 0.5 y 5.0 mm o con paredes más delgadas menores a 0.5 mm, o dependiendo de las característica general del producto se diseñan diversas formas y modelos deseados para el producto final.

En la presente invención es una condición necesaria que en el producto plástico premoldeado se forme al menos una cavidad cerrada con las paredes del mismo, dicha cavidad será rellenada por el termoplástico espumado; y para ello se - - requiere la presencia de al menos un orificio o zona por donde se introduzca dicho termoplástico espumado. La presencia de uno o más orificios o zonas para inyección (referidas en adelante como "puertos de inyección") del material plástico espumable de refuerzo dependerá de la configuración propia del artículo, así como del proceso utilizado en el premoldeo, pero en todos los casos será necesario al menos un orificio o zona de inyección, y la formación de al menos una cavidad cerrada; en algunos casos como los procesos de soplado o rotomoldeo, posiblemente sea suficiente con una sola pieza que forme dicha cavidad cerrada.

La siguiente etapa es Inyectar a través de dichos puertos de inyección en las zonas o huecos de relleno el material termoplástico espumable en una cantidad suficiente para reíleñar completamente dicha zona o hueco de relleno.

La inyección del material termoplástico adicionado con el agente espumante se realiza con una máquina del tipo de inyección a baja presión, inyectando el material termoplástico en la cavidad a través del puerto de inyección del artículo, la cual sirve de "molde" para el termoplástico espumado.

Una vez que la etapa de inyección ha finalizado, la siguiente etapa del proceso de la presente invención termina cuando se deja enfriar y expandir al material plástico espumable en la zona de estiba o almacenaje.

- - Con el proceso de la presente invención se obtiene finalmente un articulo de plástico con características especiales previamente diseñadas, tales como el espesor de las paredes delgadas que pueden ser de entre los 0.5- 5.0 mm, lográndose obtener paredes reforzadas con espesores de desde 6.0 mm y hasta 12.0 mm más de espesor de pared; pudiéndose lograr incluso espesores de pared superiores a los 20.0 mm sin tener el problema del tiempo de enfriamiento muy alto (ciclo largo) , ya que después de inyectar el termoplástico espumado la pieza puede ser extraída de la máquina rápidamente y terminar la expansión del termoplástico espumado y de su enfriamiento fuera de la máquina.

En caso que el producto plástico premoldeado que se desea reforzar con un espesor de pared mayor y que no pueda realizarse con una cavidad cerrada, será necesario diseñar medios que cierren la cavidad que será inyectada con el termoplástico espumado ya que de no hacerlo así este material realizará una expansión fuera de la parte y no se logrará el objetivo buscado, que es el de producir una parte plástica con un espesor de pared superior y con un ciclo de moldeo bajo.

Más aún, cuando sea necesario que el producto plástico premoldeado esté formado por dos o más partes, el material plástico espumado, además de reforzar el espesor de pared, podría servir como anclaje a las diferentes partes que conforman el producto.

Por lo anterior, el espesor de pared del producto - - plástico a fabricar representa uno de los factores más importantes a tomar en cuenta en los procesos de moldeo, ya que a menor espesor de pared, menor peso, menor costo; y menor tiempo de fabricación (ciclo más corto) , menor costo y viceversa, a mayor espesor de pared, mayor peso, mayor costo; y también, a mayor espesor de pared, mayor tiempo de fabricación (ciclo más largo), mayor costo.

A manera ilustrativa, se presenta a continuación una descripción de las modalidades ilustradas en las figuras acompañantes, en donde se emplean procesos convencionales de moldeo de plástico para generar la preforma, la cual es sometida posteriormente a la etapa de inyección de termoplástico para lograr el engrosamiento de paredes y/o el refuerzo de zonas específicamente seleccionadas y diseñadas para tal fin.

En una primera modalidad, y con referencia a las figuras 1A a 1H, se ilustra el proceso híbrido de la invención, en donde el artículo plástico se forma inicialmente mediante un proceso convencional de moldeo por inyección .

Las figuras 1A a 1C muestran un primer molde (110) convencional de dos piezas (110a) y (110b) que al ensamblarse genera una cavidad (120) donde se inyecta material plástico fundido a través del canal (130) por el empleo de un equipo de inyección (140), como se muestra en la figura IB, a fin de producir una primera sección de un artículo (150) - - Las figuras ID a 1F muestran un segundo molde (160) convencional de dos piezas (160a) y (160b) que al ensamblarse generan una cavidad (170) donde se inyecta material plástico fundido a través del canal (180) por el empleo de un equipo de inyección (140) , como se muestra en la figura 1E, a fin de producir una segunda sección de un articulo (190) La figura 1G muestra esquemáticamente la etapa de inyección del termoplástico fundido mediante un equipo de inyección (10) en el hueco (152) formado al acoplar las secciones (150) y (190) moldeadas de acuerdo a las figuras 1A a 1F recién descritas, que se sujetan por medio de una prensa (20) . La inyección de termoplástico se hace a través del puerto de inyección (30) mostrado en la ilustración como un orificio. Una vez inyectado el termoplástico con espumante (40), éste se expande hasta ocupar el hueco (152) para dar como resultado el producto mostrado en la figura 1H en el cual el termoplástico con espumante (40) además de rellenar el hueco entre las secciones (150) y (190), sirve para engrosarlas y reforzarlas, asi como para mantenerlas unidas entre si, confiriéndole estabilidad y firmeza al producto final (191) .

En una segunda modalidad, y con referencia a las figuras 2A a 2D, se ilustra el proceso híbrido de la invención, en donde el artículo plástico se forma inicialmente mediante un proceso convencional de moldeo por extrusión.

En la figura 2A se representa esquemáticamente un - - equipo convencional de moldeo por extrusión (200) por medio del cual se puede obtener un perfil (210) tal como el ilustrado en la figura 2B, en donde se aprecia que se forma una cámara hueca (220) .

La inyección de termoplástico en el interior del perfil (210) se hace a través del puerto de inyección (30) mostrado en la ilustración como un orificio. Una vez inyectado el termoplástico con espumante (240), éste se expande hasta ocupar el hueco (220) para dar como resultado el producto mostrado en la figura 2D en el cual el termoplástico con espumante (240) además de rellenar el hueco entre las paredes del perfil (210), sirve para engrosarlas y reforzarlas.

En una tercera modalidad, y con referencia a las figuras 3 y 4A a 4E, se ilustra el proceso híbrido de la invención, en donde inicialmente se forma una lámina plástica mediante un proceso convencional de moldeo por extrusión de lámina (300) , para posteriormente emplear dicha lámina en la formación de un artículo por termoformado (figuras 4A a 4E) .

En las figuras 4A a 4C se representa esquemáticamente un proceso convencional de moldeo por termoformado en donde una lámina (410) obtenida mediante el proceso (300) se alimenta a un molde (400) por medio del cual se puede obtener una sección (420) con la forma del molde (400), y donde dicha sección (420) se unirá a otra sección (una lámina) (410') para formar el producto, tal como se ilustra en la figura 4C, en donde se aprecia que se forma una cámara hueca (430) .

- - La inyección de termoplástico con espumante en el interior del hueco (430) se hace a través del puerto de inyección (30) mostrado en la ilustración como un orificio. Una vez inyectado el termoplástico (440), éste se expande hasta ocupar el hueco (430) para dar como resultado el producto mostrado en la figura 4E en el cual el termoplástico (440) además de rellenar el hueco entre las secciones del producto (410') y (420), sirve para engrosarlas y reforzarlas .

En una cuarta modalidad, y con referencia a las figuras 5A a 5D, se ilustra el proceso híbrido de la invención, en donde inicialmente se forma una preforma plástica (510) esencialmente hueca (512) mediante un proceso convencional de moldeo por extrusión-soplado (500) .

La inyección de termoplástico en el interior del hueco (512) se hace a través del puerto de inyección (30) mostrado en la ilustración como un orificio. Una vez inyectado el termoplástico con espumante (540), éste se expande hasta ocupar el hueco (512) para dar como resultado el producto mostrado en la figura 5D en el cual el termoplástico (540) además de rellenar el hueco (512), sirve para engrosar y reforzar al producto.

El proceso híbrido de la invención comprende las siguientes etapas: 1.- Diseño del artículo de plástico, en donde el diseño debe considerar que el artículo o producto debe - - contar con al menos una cavidad o zona hueca a ser rellenada con el material termoplástico de refuerzo, la cavidad siendo definida por las propias paredes del articulo, por paredes interiores diseñadas a tal fin p medios para la retención del espumado que se inyectará; y donde el articulo o producto debe contar con al menos un puerto de inyección, siendo éste ya sea un orificio que reciba la boquilla del equipo de inyección del material termoplástico espumable, o una pared susceptible de ser perforada por la boquilla de inyección del termoplástico espumable; 2. - Premoldeo, para formar el articulo de plástico diseñado en la etapa anterior, mediante un proceso convencional de moldeo; 3. - Inyección de un material termoplástico con un agente expandente o espumante, mediante un equipo de inyección a baja presión a través de dicho al menos un puerto o zona de inyección en dicha al menos una cavidad o zona hueca previamente diseñada; 4. - Expansión: retirar el producto o articulo plástico de la máquina de inyección a baja presión y permitir la expansión del material termoplástico, espumado y 5.- Enfriamiento del producto elaborado, en la zona de estiba o almacenaje.

- - Será evidente para los expertos en la materia que el proceso de la invención puede efectuarse con diversas modificaciones o variaciones y es aplicable para un sinnúmero de productos que requieren aumentar sus espesores de pared, manteniendo reducidos los costos y tiempos de producción y pueden emplear los principios de la invención aquí descrita sin apartarse del espíritu y alcance de la misma, por lo cual deberá entenderse que lo aqui descrito e ilustrado es meramente ilustrativo de la invención mas no limitativo de la misma.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES Un proceso para producir artículos moldeados de plástico con paredes engrosadas y reforzadas, dicho proceso siendo un proceso híbrido que combina técnicas convencionales de moldeo de plásticos, caracterizado porque comprende los pasos de: a) Diseñar un artículo de plástico, con al menos una cavidad o zona hueca a ser rellenada con el material termoplástico de refuerzo y donde el artículo o producto debe contar con al menos un puerto de inyección; b) Premoldear el artículo de plástico diseñado en la etapa anterior, mediante un proceso convencional de moldeo; c) Inyectar un material termoplástico con un agente expandente o espumante, mediante un equipo de inyección a baja presión a través de dicho al menos un puerto o zona de inyección en dicha al menos una cavidad o zona hueca previamente moldeada; d) Retirar el producto o artículo plástico de la máquina de inyección a baja presión permitiendo la expansión del material termoplástico, espumado y e) Llevándose a cabo el enfriamiento del producto elaborado en la zona de estiba o almacenaje. Proceso según la reivindicación 1 caracterizado porque en el paso de diseñar el artículo o pieza moldeada al menos una cavidad o zona hueca se diseña para estar dispuesta en el artículo o pieza moldeada en una ubicación tal que proporciona mayor firmeza o resistencia al uso del mismo. Proceso según la reivindicación 2 caracterizado porque la cavidad o zona hueca es definida por las propias paredes del artículo Proceso según la reivindicación 2 caracterizado porque la cavidad o zona hueca debe ser cerrada para evitar la salida del termoplástico espumado que se inyectará. Proceso según la reivindicación 1 caracterizado porqué en el paso de premoldear el artículo de plástico se obtienen artículos con características especiales tales como la geometría y el espesor de las paredes del producto . Proceso según la reivindicación 5, caracterizado porque el grueso de las paredes del producto plástico premoldeado es entre 0.5 y 5.0 mm. Proceso según la reivindicación 5, caracterizado porque el grueso de las paredes del producto plástico premoldeado es menor a 0.5 mm. Proceso según la reivindicación 1 caracterizado porque el proceso convencional para el moldeo del artículo de plástico se selecciona del grupo que comprende: inyección; extrusión; extrusión-soplado; inyección-soplado, termoformado, rotomoldeo o una combinación de cualesquiera de éstos. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque en el paso de inyectar el material termoplástico espumado se inyecta a través de dicho al menos un puerto o zona de inyección en dicha al menos una cavidad o zona hueca previamente moldeada. Proceso según la reivindicación 9, caracterizado porque el puerto de inyección es un orificio que recibe la boquilla del equipo de inyección del material termoplástico espumable. Proceso según la reivindicación 9, caracterizado porque el puerto de inyección es una zona con una pared susceptible de ser perforada por la boquilla de inyección del termoplástico espumable. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque con el material termoplástico espumado inyectado se obtienen espesores de paredes de relleno de entre 6.0 mm a 12.0 mm más de espesor de pared. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el espesor de la pared del articulo de plástico después de inyectar el termoplástico espumado puede ser incluso superior a los 20.0 mm . Proceso según la reivindicación 1 caracterizado porque los pasos de expansión y enfriamiento del termoplástico espumado relleno del producto, se llevan a cabo fuera de la máquina de inyección de baja presión, en la zona de estiba o almacenaje. Proceso según la reivindicación 1 caracterizado porque el material termoplástico espumado sirve como anclaje de las diversas secciones que conforman el producto. RESUMEN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un proceso híbrido para producir artículos de plástico moldeados reforzando sus paredes a través de la inyección de termoplástico espumado, incrementando el espesor de su pared en zonas previamente determinadas para mejorar sus características mecánicas. De conformidad con la invención el proceso híbrido contempla reforzar zonas previamente definidas de artículos de plástico formados mediante cualquiera de los procesos ya conocidos, tales como: inyección; extrusión; extrusión-soplado; inyección-soplado; termoformado; rotomoldeo o la combinación de los mismos, y la posterior inyección de un material termoplástico espumable para rellenar las zonas prediseñadas de refuerzo.