ITTO940358A1 - Procedimento per la produzione di un corpo tubolare di materiale composito - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Procedimento per la produzione di un corpo tubolare di materiale composito"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un procedimento per la produzione di un corpo tubolare di materiale composito, impiegabile per fabbricare organi strutturali di vario genere, ad esempio utilizzabili dall'industria automobilistica per produrre parti di veicoli che richiedono particolari caratteristiche di resistenza meccanica associate ad un peso contenuto.

Sono noti procedimenti che consentono di ottenere semilavorati di forma tubolare realizzati in modo continuo a partire da un corpo tubolare costituito da fibre resistenti tessute o non tessute. Tale corpo tubolare è generato con continuità da un dispositivo erogatore ed è direttamente alimentato ad un'apparecchiatura nella quale esso è imbevuto con una matrice di resina plastica. Successivamente il semilavorato così ottenuto è sezionato in tronchi della dimensione desiderata, i quali sono sottoposti ad un processo di idroformatura all'interno di uno stampo cavo, durante il quale ha luogo la polimerizzazione della resina. Un tale procedimento ed il corpo tubolare ottenibile a seguito della sua attuazione formano oggetto di una domanda di brevetto depositata in Italia con il n. T092A000678 a nome della stessa Richiedente.

Tuttavia, tali procedimenti noti presentano degli inconvenienti in quanto richiedono impianti complessi e costosi per poter essere attuati ed inoltre non consentono di ottenere direttamente corpi tubolari di materiale composito la cui parete presenti spessori differenti in zone predeterminate in funzione dell'entità dei carichi che tali zone dovranno sopportare nell'impiego,permettendo invece unicamente l'ottenimento di corpi tubolari la cui parete presenta uno spessore uniforme in tutte le sue sezioni.

Lo scopo principale della presente invenzione è quello di permettere di ottenere un procedimento semplificato per la produzione di un corpo tubolare di materiale composito, che consenta nel contempo di modificare a piacere gli spessori di zone predeterminate della parete del corpo tubolare durante la sua fabbricazione, in funzione dei carichi che agiranno su tali zone durante l'impiego.

Tale scopo viene raggiunto grazie al fatto che il p'rocedimento secondo l'invenzione comprende le seguenti operazioni:

predisporre un foglio di materiale composito includente fibre resistenti imbevute di una resina plastica termoindurente non polimerizzata,

predisporre un organo conformatore cilindrico atto a definire sostanzialmente la dimensione interna di un corpo tubolare preliminare,

formare detto corpo tubolare preliminare avvolgendo il foglio di materiale composito su detto organo conformatore determinando almeno una zona di sovrapposizione, in modo tale che la parete del corpo preliminare ottenuto a seguito dell'avvolgimento di detto foglio presenti almeno una porzione comprendente un numero di strati differente rispetto a quello di porzioni adiacenti,

separare il corpo tubolare preliminare dall'organo conformatore, e

sottoporre il corpo tubolare preliminare ad un processo di formatura e polimerizzazione simultanee internamente ad uno stampo cavo mediante alimentazione di un fluido in pressione all’interno del corpo tubolare preliminare.

Grazie a tale procedimento è quindi possibile ottenere già durante la fabbricazione del corpo tubolare spessori differenziati della sua parete in funzione dei carichi locali che il corpo tubolare dovrà sopportare. In tale modo è possibile determinare una notevole ottimizzazione della struttura del corpo a tutto vantaggio del risparmio di materiale e con una conseguente riduzione del costo globale del prodotto finito. Inoltre, l'attuazione del procedimento non richiede l'impiego di apparecchiature complesse e costose.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

la figura 1 è una vista prospettica schematica di un foglio di materiale composito e di un organo conformatore cilindrico ad esso adiacente,

la figura 2 è una vista simile alla figura 1 durante una fase di avvolgimento del foglio di materiale composito sull'organo conformatore,

la figura 3 è una vista prospettica del corpo tubolare preliminare ottenibile con il procedimento secondo l'invenzione,

la figura 4 è una vista ampliata in elevazione sezionata di un particolare della figura 3 indicato con la freccia IV,

la figura 5 è una vista sezionata trasversale del corpo tubolare in corrispondenza della linea V-V della figura 3, e

la figura 6 è una vista ampliata di un particolare della figura 5 indicato con la freccia VI.

Con riferimento alle figure, con 1 è indicato in generale un foglio di materiale composito utilizzabile nel procedimento secondo l’invenzione.

Il foglio 1 include uno strato 3 di fibre resistenti tessute o non tessute, ad esempio fibre di vetro, carbonio o aramidiche. Le fibre dello strato 3 sono imbevute con una resina termoindurente, ad esempio una resina PUR, epossidica, poliestere o viniliestere in modo tale che lo strato 3 costituisce un mat di SMC (Sheet Moulding Compound) di tipo commercialmente noto.

Allo strato 3 può essere applicato uno strato di rinforzo 5, anch'esso costituito da fibre, ad esempio di vetro o carbonio, sotto forma di un tessuto o di un tessuto non-tessuto.

Inoltre, può essere associato al foglio 1 un foglio ausiliario 7 di materiale con funzione di barriera nei confronti di fluidi, ad esempio un foglio di polipropilene, di spessore preferibilmente variabile tra 0,1 e 0,3 mm. Lo scopo del foglio 7 sarà reso più chiaro nel seguito della descrizione.

Un organo conformatore cilindrico 9, ad esempio un mandrino metallico, avente un asse generale A, è utilizzato per avvolgere il foglio 1 in modo da formare un corpo tubolare preliminare la.

Nel caso in cui viene utilizzato il foglio 7, esso sarà preferibilmente realizzato in forma di guaina tubolare avente dimensioni prossime alle dimensioni della superficie esterna dell'organo cilindrico 9. In tale modo il foglio tubolare 7 è atto ad essere è inserito sull'organo 9 in modo da circondarlo, prima di avvolgere su di esso il foglio 1, così da formare una guaina interna destinata a separare il corpo la dall'organo 9. Un'analoga guaina (non illustrata nelle figure) potrà essere riportata esternamente al corpo la al termine dell'operazione di avvolgimento del foglio 1 sull'organo 9.

L'organo conformatore 9 è preferibilmente conformato in modo che il perimetro esterno di una sua sezione trasversale sia circa minore del 10-20% del perimetro interno della corrispondente sezione del corpo la. Tale differenza di sezioni può essere ottenuta in particolare avvolgendo il foglio 1 sull'organo 9 in modo lasco. In questo modo, al termine dell’operazione di avvolgimento del foglio 1 sull'organo 9, esso potrà essere sfilato agevolmente.

Le dimensioni del foglio 1 sono determinate a priori in modo tale che a seguito del suo avvolgimento intorno all'organo 9 sia possibile ottenere almeno una zona nella quale sue porzioni risultano sovrapposte, così che la parete del corpo tubolare preliminare la presenti spessori differenti nella direzione radiale rispetto all'asse A dell'organo 9.

In tale modo, le porzioni di parete costituite da più strati sovrapposti del foglio 1, destinate nell'impiego del corpo a sopportare carichi esterni più elevati, risulteranno più resistenti, mentre le porzioni di parete costituite da meno strati, che nell'impiego dovranno sopportare carichi ridotti, permetteranno di risparmiare il materiale che si sarebbe invece utilizzato realizzando la parete del corpo tubolare con spessore uniforme.

Utilizzando uno strato 3 di forma rettangolare, come quello illustrato nelle figure 1 e 2, avvolto sull'organo 9 con l'asse A parallelo ad uno dei suoi lati, il diverso numero di strati di avvolgimento del foglio 1 darà luogo a porzioni della parete del corpo tubolare la provviste di spessore differenziato lungo la direzione longitudinale del corpo la.

Utilizzando uno strato di rinforzo 5 come quello illustrato nelle figure, anch'esso di forma rettangolare ed estendentesi per un tratto dell'asse A perpendicolarmente ad esso, lungo una fascia dello strato 3, si otterrà a seguito dell'avvolgimento del foglio 1 sull'organo 9 una porzione rinforzata di forma cilindrica coassiale con l'organo 9, incorporata nella parete del corpo tubolare la.

Naturalmente, risulterà evidente al tecnico del settore, che modificando convenientemente la forma dello strato 3, così come la forma ed il posizionamento dello strato,di rinforzo 5 rispetto allo strato 3, è possibile ottenere un numero indeterminato di combinazioni che permettono di localizzare in zone predeterminate del corpo tubolare preliminare la porzioni di parete provviste di maggiore o minore spessore così da permettere di modificare a piacere la resistenza meccanica locale della parete del corpo la.

Quando il corpo preliminare la è stato ottenuto ed è stato separato dall'organo 9, esso è inserito internamente ad uno stampo cavo (non illustrato nelle figure) atto a definire la forma esterna finale del corpo di materiale composito, nel quale il corpo preliminare la è sottoposto ad un processo di formatura e polimerizzazione simultanee alimentando al suo interno un fluido in pressione.

Per i particolari di esecuzione di tale processo di formatura e polimerizzazione si rimanda alla sopra citata domanda di brevetto italiana T092A000678. In particolare, si intende qui specificare che il fluido in pressione utilizzato potrà essere un liquido, ad esempio riscaldato, oppure un gas caldo o una schiuma che durante una fase di espansione all'interno del corpo la determina una reazione esotermica. Il foglio 7 con funzione di barriera sarà particolarmente utile nel caso in cui si utilizzi un gas, in quanto permetterà di rendere la parete interna del corpo la impermeabile a tale gas, consentendo quindi che il corpo tubolare sia compresso in modo ottimale contro le pareti dello stampo cavo.

Naturalmente, potrà essere utilizzato uno stampo di tipo riscaldato, eventualmente provvisto di dispositivi atti a generare una depressione in corrispondenza delle sue pareti cave, in modo da far aderire perfettamente ad esse il corpo tubolare la durante l'operazione di formatura e polimerizzazione.

Nel caso più generale la forma dello stampo cavo sarà differente da quella sostanzialmente circolare del corpo preliminare la ottenuto, ma il perimetro del corpo tubolare finale non varierà apprezzabilmente nelle sue sezioni trasversali rispetto a quello del corpo preliminare la.

Durante il processo di formatura e polimerizzazione il corpo preliminare la è sottoposto ad esempio ad una pressione variabile fra 20 e 50 bar.

La temperatura dello stampo, nel caso in cui esso sia riscaldato, varierà fra circa 130 e 170°C così da garantire una prima polimerizzazione della resina termoindurente.

Lo stampo potrà essere mantenuto nella configurazione chiusa, per permettere l'esecuzione dell’operazione di formatura e polimerizzazione ad esempio per un tempo variabile fra 90 e 150 secondi.

Quando l'operazione di formatura e polimerizzazione è terminata lo stampo è aperto per estrarre il corpo di materiale composito finale che avrà raggiunto una prepolimerizzazione pari sostanzialmente a circa il 95% della polimerizzazione totale.

Si riporta nel seguito un esempio che meglio illustra i materiali che si possono impiegare con il procedimento secondo l'invenzione e le caratteristiche che il corpo di materiale composito ottenuto con essi può presentare.

Si può utilizzare un mat di SMC con uno spessore di 0,8 mm con fibre di rinforzo di vetro del tipo E con carica al 30%.

Sul mat è sovrapposto un foglio di polipropilene avente uno spessore di 0,1 mm.

Proprietà meccaniche e fisiche dell’SMC polimerizzato :

seguente composizione:

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la produzione di un corpo tubolare di materiale composito, caratterizzato dal fatto che comprende le seguenti operazioni: 'predisporre un foglio di materiale composito (1) includente fibre resistenti imbevute di una resina plastica termoindurente non polimerizzata, predisporre un organo conformatore cilindrico (9) atto a definire sostanzialmente la dimensione interna di un corpo tubolare preliminare (la), formare detto corpo tubolare preliminare (la) avvolgendo il foglio di materiale composito (1) su detto organo conformatore (9) determinando almeno una zona di sovrapposizione, in modo tale che la parete del corpo preliminare (la) ottenuto a seguito dell'avvolgimento di detto foglio (1) presenti almeno una porzione comprendente un numero di strati differente rispetto a quello di porzioni adiacenti, separare il corpo tubolare preliminare (la) dall'organo conformatore (9), e sottoporre il corpo tubolare preliminare (la) ad un processo di formatura e polimerizzazione simultanee internamente ad uno stampo cavo mediante alimentazione di un fluido in pressione all'interno del corpo tubolare preliminare.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'avvolgimento del foglio di materiale composito (1) su detto organo conformatore (9) determina una differente sovrapposizione del foglio (1) fra porzioni della parete del corpo preliminare (la) che si estendono longitudinalmente rispetto ad un suo asse generale (A).
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che l'organo conformatore (9) ha dimensione esterna minore della dimensione interna del corpo preliminare (la) e dal fatto che il foglio di materiale composito (1) è avvolto su di esso in modo lasco.
4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, caratterizzato dal fatto che fra il foglio di materiale composito (1) e l'organo conformatore (9) è disposto un foglio ausiliario (7) avente funzione di barriera nei confronti del fluido in pressione alimentato all'interno del corpo preliminare (la) durante il processo di formatura e polimerizzazione .
5. 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 4, caratterizzato dal fatto che in corrispondenza di almeno una porzione del foglio di materiale composito (1) è applicato uno strato di rinforzo (5), in modo tale da definire nella parete del corpo preliminare (la), a seguito dell'avvolgimento di detto foglio (1) sull'elemento conformatore, almeno una porzione provvista di resistenza maggiore rispetto a parti restanti della parete del corpo preliminare (la).
6. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto strato di rinforzo (5) permette di ottenere una porzione cilindrica rinforzata della parete del corpo tubolare (la).
7. 7. Corpo tubolare realizzato per mezzo del procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 6.