ITBS20120058A1 - Processo integrato di stampaggio mediante coiniezione di materiali termoplastici e iniezione di gas per la produzione di parti complesse multistrato alleggerite con elevate proprieta' strutturali ed estetiche - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione avente per TITOLO:

PROCESSO INTEGRATO DI STAMPAGGIO MEDIANTE COINIEZIONE DI MATERIALI TERMOPLASTICI E INIEZIONE DI GAS PER LA PRODUZIONE DI PARTI COMPLESSE MULTISTRATO ALLEGGERITE CON ELEVATE PROPRIETÀ’ STRUTTURALI ED ESTETICHE

2.3 DESCRIZIONE

2.3.1 CAMPO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione riguarda il processo di stampaggio a iniezione di materiali termoplastici e le relative parti stampate, le quali devono presentare proprietà estetiche e funzionali strutturali ed alleggerite al fine di risparmiare il materiale di cui sono costituite a parità di prestazioni. Più specificamente, la presente invenzione prevede per quanto riguarda il processo un ciclo integrato di stampaggio costituito dalle fasi di coiniezione del materiale estetico esterno e del materiale interno di rinforzo con o senza espandente e di iniezione di gas per realizzare il compattamento e lo svuotamento interno della parte, e l'impiego di materiali vergini provenienti da fonti rinnovabili (biopolimeri) e/o non rinnovabili, materiali di recupero e riciclo, eventualmente caricati o rinforzati con fibre naturali e/o sintetiche, contenenti coloranti, fludifìcanti e/o espandenti, e, per quanto riguarda la finitura estetica della parte, la possibilità di integrare nel processo la decorazione nello stampo (in mold decoration), la etichettatura nello stampo (in mold labelling), il costampaggio bicolore o multicolore, lo sovrastampaggio con altro materiale morbido o rigido, il ricoprimento superficiale (coating) e anche il sovrastampaggio di inserti metallici e non metallici per incrementare ulteriormente le proprietà strutturali della parte con il medesimo processo di stampaggio.

2.3.2 DESCRIZIONE DELLO STATO DELL’ARTE

Le parti stampate a iniezione sono utilizzate estensivamente in numerosi prodotti e in diversi settori e costituiscono sia componenti di prodotti montati sia prodotti monolitici. In particolare nei settori dell’anredamento, dell'autoveicolo e dei prodotti per l'impiego domestico etc. dove siano richieste proprietà funzionali strutturali, ergonomiche ed estetiche, che derivano dal progetto della parte e dalla pianificazione ed esecuzione del processo di stampaggio a iniezione. In particolare le parti devono presentare geometria con deformazioni e ritiri molto contenuti, elevata finitura superficiale, resistenza strutturale, e leggerezza relativa che allo stato dell’arte viene ottenuta mediante il contenimento degli spessori e la realizzazione di cavità interne mediante lo svuotamento delle parti massicce. In particolare tale svuotamento allo stato dell’arte viene eseguito mediante il cosiddetto processo di stampaggio con iniezione di gas (gas injection molding) o con processi di stampaggio assistiti dal gas (gas assisted molding), il quale opera dopo che e stato iniettato il polimero prima che questo si solidifichi. I processi di stampaggio a iniezione allo stato dell’arte prevedono lo stampaggio a iniezione di un solo materiale polimerico e la realizzazione dello svuotamento mediante iniezione di gas, con realizzazioni diverse come ad esempio nel brevetto US 5,098,637 dove viene prevista la fuoriuscita da un apposito condotto e la raccolta in una cavità ausiliaria (spill-over cavity) del polimero eccedente iniettato prima della iniezione del gas, il brevetto US 7,255,818 B2, dove non viene espulso il polimero in quanto opportunamente dosato e la compattazione del polimero viene eseguita prima dell’iniezione del gas; il brevetto WO 201 1/002563 A1 dove il polimero eccedente e il gas vengono espulsi attraverso un condotto di fuoriuscita opposto al condotto di ingresso del gas e al punto di iniezione del polimero; i brevetti US 6,251 ,326 B1 e US 6,368,093 B1 che prevedono la coiniezione di due polimeri che formano un semplice pannello destinato ad essere ritagliato sul contorno, con gli spessori maggiori svuotati con iniezione di gas, pannello destinato a essere finito mediante montaggio con altre parti di copertura e finitura; il brevetto US 7,229,578 B2 in cui la iniezione del polimero viene eseguita mediante sovra stampaggio di un laminato sottile preformato di aspetto estetico elevato sulla faccia destinata ad essere in vista con un polimero che viene schiumato in fase di iniezione e svuotato mediante iniezione di gas attraverso il medesimo ugello di iniezione del polimero. Le soluzioni allo stato dell’arte presentano limitazioni dovute a: iniezione di un solo polimero, oppure iniezione di due polimeri nel caso di parte piana e relativamente semplice quale un pannello, iniezione di gas per realizzare la cavità con fuoriuscita del polimero da un apposito condotto, sovra stampaggio di un laminato sottile preformato. La presente invenzione consente di superare tali limitazioni mediante un processo integrato di stampaggio con coiniezione di materiali termoplastici assistita da sistema di iniezione di gas pressurizzato in uno o più punti per la produzione di parti complesse multistrato alleggerite con svuotamento e/o espansione del materiale interno, caratterizzate da forma complessa, struttura multistrato, elevate proprietà strutturali ed estetiche.

2.3.3 DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

La presente invenzione consente di superare le limitazioni dei processi di stampaggio a iniezione allo stato deH'arte mediante un processo integrato di stampaggio con coiniezione di materiali termoplastici assistita da sistema di iniezione di gas pressurizzato in uno o più punti per la produzione di parti complesse multistrato alleggerite con svuotamento e/o espansione del materiale interno, caratterizzate da forma complessa e monolitica, struttura multistrato, elevate proprietà strutturali ed estetiche.

Nel seguito la descrizione della invenzione fa riferimento alle figure seguenti:

Fig. 1 Diagramma di Flusso del processo di stampaggio mediante coiniezione e inieizione di gas e agenti espandenti.

Fig. 2 Sezione esemplificativa di una porzione di parte complessa monolitica costituita da due polimeri coiniettati alleggerita con agente espandente e svuotata con iniezione di gas con superfìcie esterna compattata e con elevata finitura estetica.

Più specificamente, la presente invenzione prevede, per quanto riguarda il processo, un ciclo Integrato di stampaggio costituito dalle seguenti fasi (Fig. 1): (inizio del ciclo): a) chiusura dello stampo opportunamente riscaldato in zone localizzate; b) prima iniezione del materiale estetico esterno; c) iniezione del materiale interno di rinforzo con o senza agente espandente; d) seconda iniezione del materiale estetico esterno; e) compattamento e svuotamento interno della parte mediante iniezione di gas in uno o più punti contemporaneamente o in tempi diversi e a medesima o a diversa pressione; f) raffreddamento della parte; g) depressurizzazione del gas; h) apertura dello stampo; i) estrazione del pezzo stampato (fine del ciclo). La parte stampata (Fig. 2), che può presentare forma di elevata complessità, risulta multistrato, con aspetto esteriore di elevata qualità e finitura estetica, alleggerita dalla cavità interna e dalla struttura a celle chiuse generate dall'agente espandente. Si deve osservare che la presente invenzione consente di ottenere una parte che esternamente risulta completamente finita in virtù della prima e della seconda iniezione del materiale estetico esterno, e che risulta parimenti strutturalmente di elevata resistenza in virtù della disposizione stratificata dei componenti polimerici proprio perché assume una struttura biomimetica simile a quella delle ossa cave che come noto presentano una struttura ottimizzata dal punto di vista della resistenza strutturale per sollecitazioni torsionali e flessionali.

Inoltre, per quanto riguarda i materiali termoplastici, la presente invenzione prevede l'impiego di una pluralità di materiali, quali materiali vergini provenienti da fonti rinnovabili (biopolimeri) e/o non rinnovabili, materiali di recupero e riciclo, eventualmente caricati o rinforzati con fibre naturali e/o sintetiche, contenenti coloranti, agenti fludificanti e/o agenti espandenti. Infine, per quanto riguarda la finitura estetica della parte, la presente invenzione prevede la possibilità di integrare nel processo secondo le necessità anche altre fasi rispettivamente: decorazione nello stampo (in mold decoration), etichettatura nello stampo (in mold labelling), costampaggio bicolore o multicolore, sovrastam paggio con altro materiale morbido o rigido, ricoprimento superficiale (coating); per quanto riguarda le proprietà strutturali, la presente invenzione prevede anche il sovrastampaggio di inserti metallici e non metallici per incrementare ulteriormente le proprietà strutturali della parte con il medesimo processo di stampaggio a iniezione di materiali termoplastici.

2.3.4 DESCRIZIONE DELLA REALIZZAZIONE PREFERITA

La realizzazione preferita della presente invenzione, puramente indicativa e non limitativa della pratica realizzazione della invenzione, che consente di superare le limitazioni dei processi di stampaggio a iniezione allo stato dell'arte mediante un processo integrato di stampaggio con coiniezione di materiali termoplastici assistita da sistema di iniezione di gas pressurizzato in uno o più punti per la produzione di parti complesse multistrato alleggerite con svuotamento e/o espansione del materiale interno, caratterizzate da forma complessa e monolitica, struttura multistrato, elevate proprietà strutturali ed estetiche prevede, per quanto riguarda il processo, un ciclo integrato di stampaggio costituito dalle seguenti fasi (Fig. 1): (inizio del ciclo): a) chiusura dello stampo opportunamente riscaldato in zone localizzate 1 ; b) prima iniezione del materiale estetico esterno 2; c) iniezione del materiale interno di rinforzo con o senza agente espandente 3; d) seconda iniezione del materiale estetico esterno 4; e) compattamento e svuotamento interno della parte mediante iniezione di gas in uno o più punti contemporaneamente o in tempi diversi e a medesima o a diversa pressione 5; f) raffreddamento della parte 6; g) depressurizzazione del gas 7; h) apertura delio stampo 8; i) estrazione del pezzo stampato 9 (fine del ciclo).

La parte stampata 5 (Fig. 2), che può presentare forma di elevata complessità, risulta multistrato (2, 3), con aspetto esteriore di elevata qualità e finitura estetica 2, alleggerita dalia cavità interna 4, realizzata mediante la iniezione di gas in pressione dall’ugello 7, attraverso il quale avviene anche la depressurizzazione del gas, e dalla struttura a celle chiuse 3, generate dall’agente espandente. Si deve osservare che la presente invenzione consente di ottenere una parte 5 che esternamente risulta completamente finita in virtù della prima e della seconda iniezione del materiale estetico esterno attraverso il ponto di iniezione 6, e che risulta parimenti strutturalmente di elevata resistenza in virtù della disposizione stratificata dei componenti polimerici proprio perché assume una struttura biomimetica simile a quella delle ossa cave che come noto presentano una struttura ottimizzata dal punto di vista della resistenza strutturale per sollecitazioni torsionali e flessionali.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1 ) Processo integrato di stampaggio con coiniezione di materiali termoplastici assistita da sistema di iniezione di gas pressurizzato in uno o più punti per la produzione di parti complesse multistrato alleggerite con svuotamento e/o espansione del materiale interno, caratterizzate da forma complessa e monolitica, struttura multistrato, elevate proprietà strutturali ed estetiche caratterizzato, per quanto riguarda il processo, da un ciclo integrato di stampaggio costituito dalie fasi di a) chiusura dello stampo opportunamente riscaldato in zone localizzate; b) prima iniezione del materiale estetico esterno; c) iniezione del materiale interno di rinforzo con o senza agente espandente; d) seconda iniezione del materiale estetico esterno; e) compattamento e svuotamento interno della parte mediante iniezione di gas in uno o più punti contemporaneamente o in tempi diversi e a medesima o a diversa pressione; f) raffreddamento della parte; g) depressurizzazione del gas; h) apertura dello stampo; i) estrazione del pezzo stampato. La parte stampata con tale processo integrato può presentare elevata complessità, risulta multistrato, con aspetto esteriore di elevata qualità e finitura estetica, alleggerita dalla cavità interna e dalla struttura a celle chiuse, generate dall'agente espandente, esternamente risulta completamente finita in virtù della prima e della seconda iniezione del materiale estetico esterno, e risulta parimenti strutturalmente di elevata resistenza in virtù della disposizione stratificata dei componenti polimerici proprio perché assume una struttura biomimetica simile a quella delle ossa cave che come noto presentano una struttura ottimizzata dal punto di vista della resistenza strutturale per sollecitazioni torsionali e flessionali.
2. 2) Processo secondo la rivendicazione 1 che, per quanto riguarda i materiali termoplastici, prevede l'impiego di materiali vergini provenienti da fonti rinnovabili (biopolimeri).
3. 3) Processo secondo la rivendicazione 1 che, per quanto riguarda i materiali termoplastici, prevede l'impiego di materiali vergini provenienti da fonti non rinnovabili.
4. 4) Processo secondo la rivendicazione 1 che, per quanto riguarda i materiali termoplastici, prevede l’impiego di materiali di recupero e riciclo.
5. 5) Processo secondo le rivendicazioni 1 , 2, 3, 4, che prevede l'impiego di materiali eventualmente caricati o rinforzati con fibre naturali e/o sintetiche, contenenti coloranti, agenti ffludifficanti e/o agenti esDandenti.
6. 6) Processo secondo le rivendicazioni 1 , 2, 3, 4, e 5, che, per quanto riguarda la finitura estetica della parte, prevede la possibilità di integrare nel processo secondo le necessità anche altre fasi rispettivamente: decorazione nello stampo (in mold decoration), etichettatura nello stampo (in mold labellìng), costampaggio bicolore o multicolore, sovrastampaggio con altro materiale morbido o rigido, ricoprimento superficiale (coating).
7. 7) Processo secondo le rivendicazioni 1 , 2, 3, 4, 5 e 6, che, per quanto riguarda le proprietà strutturali della parte, prevede anche il sovrastampaggio di inserti metallici e non metallici per incrementare ulteriormente le proprietà strutturali della parte.