ITTO950636A1 - Procedimento ed apparecchiatura per la produzione di parti strutturali di materiale plastico. - Google Patents

Abstract

Procedimento e pressa verticale per la produzione di parti strutturali di materiale plastico, formate da almeno due elementi stampati collegati tra loro in modo permanente lungo rispettive superfici combacianti ed in cui il collegamento permanente dei due elementi è ottenuto mediante accoppiamento di chiusura dei rispettivi semistampi (1, 2) di formatura con interposizione di un giunto collante termoinduribile sulle superfici combacianti di almeno uno dei due elementi ed indurimento termico del giunto collante, a semistampi chiusi, tramite applicazione di un campo di alte frequenze estendentesi tra i bordi dei due semistampi (1, 2) che supportano le superfici combacianti dei due elementi, oppure termofusione a semistampi chiusi del materiale plastico costituente almeno uno dei due elementi, mediante generazione di ultrasuoni e mediante calore generato da mezzi riscaldanti lungo i bordi dei semistampi (1, 2).(fig. 6).

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: "Procedimento ed apparecchiatura per la produzione di parti strutturali di materiale plastico"

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento e ad un’apparecchiatura per la produzione di parti strutturali di materiale plastico, formati da almeno due elementi stampati, collegati tra loro in modo permanente lungo rispettive superfici combacianti ed in cui il collegamento permanente dei due elementi è ottenuto mediante accoppiamento di chiusura dei rispettivi semistainpi di formatura, fino a portare a contatto tra loro le superfici combacianti e saldatura di tali superfici.

Un procedimento del tipo sopra citato è descritto in EP-A-0336 906. Il procedimento è attuato con l’impiego di una pressa verticale avente un primo ed un secondo semistampo ed un punzone mobile interposto tra i semistampi, dotato di una superficie superiore e di una superficie inferiore di formatura che cooperano con il primo ed il secondo semistampo per definire le cavità di formatura dei due elementi formanti la parte strutturale; il punzone è traslabile esternamente ai due semistampi per consentire la corsa verticale di almeno uno dei due semistampi fino a portare a contatto le superfici combacianti dei due elementi di formatura.

La saldatura permanente dei due elementi è ottenuta mediante interposizione di un giunto collante sulle superfici combacianti dei due elementi, mantenendo la pressa in posizione chiusa per un tempo sufficiente a provocare l'adesione reciproca dei due elementi .

Lo scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento ed un'apparecchiatura perfezionati, in cui lo stadio finale di saldatura dei due elementi possa essere effettuato con maggiore rapidità, evitando tempi morti di attesa e migliorando nel contempo le caratteristiche di resistenza meccanica della saldatura.

In vista di tale scopo, costituisce un oggetto dell’invenzione un procedimento del tipo sopra citato, caratterizzato dal fatto che l’operazione di saldatura finale dei due elementi è effettuata mediante una delle seguenti operazioni:

a) interposizione di un giunto collante sulle superficl combacianti di almeno uno dei due elementi ed indurimento termico del giunto collante, a semistampi chiusi, tramite applicazione di un campo di alte frequenze estendentesi tra i bordi dei due semistampi che supportano le superfici combacienti dei due elementi;

b) termofusione a semistampi chiusi del materiale plastico costituente almeno uno dei due elementi, mediante generazione di ultrasuoni lungo i bordi di almeno uno dei due semistampi che supportano le superfici combacianti dei due elementi; e

c) termofusione a semistampi chiusi del materiale plastico costituente almeno dei due elementi, mediante apporto di calore generato da mezzi riscaldanti allocati nei bordi di almeno uno dei due semistampi che supportano le superfici combacianti dei due elementi.

L’apparecchiatura per l’attuazione del procedimento è costituita da una pressa verticale del tipo sopra citato, caratterizzata dal fatto che comprende, in associazione ai bordi di almeno uno dei due semistampi che supportano le superfici combacianti dei due elementi di formatura, mezzi per il collegamento permanente dei due elementi scelti tra:

a') un dispositivo generatore di alte frequenze ad elettrodi, atto a generare un campo di alte frequenze tra i bordi dei due semistampi;

b*) mezzi generatori di ultrasuoni incorporati lungo i bordi di almeno uno dei due semistampi che supportano le superfici combacienti dei due elementi; e ;c’) mezzi riscaldanti incorporati lungo i bordi di almeno uno dei due semistampi che supportano le superfici combacienti dei due elementi. ;Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti nel corso della descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo, effettuata con riferimento ai disegni annessi, in cui: ;le figg.1-5 sono viste schematiche in sequenza delle fasi operative del procedimento, ;la fig.6 è una vista parzialmente sezionata di due semistampi, predisposti per l'attuazione del procedimento secondo la variante a), ;la fig.7 è una vista dall’alto di un semistampo, del tipo illustrato nella fig.6, predisposto per l'attuazione del procedimento secondo la variante a) , ;la fig.8 è una vista parzialmente sezionata di due semistampi, predisposti per l'attuazione del procedimento secondo la variante b), ;la fig.9 è una vista dall’alto di una porzione di un semistampo del tipo illustrato nella fig.8, la fig.10 è una vista parzialmente sezionata di due semistampi predisposti per l’attuazione del procedimento secondo la variante c), e ;la fig.ll è una vista dall'alto di una porzione di un semistampo del tipo illustrato nella fig.10. ;Con riferimento inizialmente alle figg.1-5, il procedimento secondo l'invenzione è attuato in una pressa verticale comprendente un semistampo superiore 1 ed un semistampo inferiore 2, almeno uno dei quali è mobile verticalmente relativamente all’altro; tra i due semistampi 1, 2 è interposto un punzone mobile 3 che presenta una superficie superiore 4 ed una superficie inferiore 4’ di formatura che cooperano rispettivamente con i semistampi superiore 1 ed inferiore 2 per definire cavità di formatura dei due elementi costituenti la parte strutturale. Tali elementi sono indicati schematicamente, nella configurazione non conformata con 5 e 6, nella fig. ;1. ;Il procedimento può essere attuato con l’impiego di materiali plastici, sia termoplastici, sia termoindurenti. L’operazione di stampaggio può avvenire a seconda del materiale di base per iniettocompressione o compressione diretta. ;Tenuto conto delle caratteristiche strutturali delle parti da produrre, preferibilmente come materiale plastico si utilizza materiale GMT (Glass Mat Thermoplastic ); come materiali termoindurenti è preferibile l'impiego di poliesteri termoindurenti, rinforzati con fibre quali BMC, SMC. Si intende tuttavia che il procedimento non è limitato ai materiali sopra citati. ;Nella seconda fase operativa (fig.2), i due semistampi 1, 2 sono chiusi e posti in pressione per lo stampaggio dei due elementi 5 e 6. Nella terza fase operativa (fig.3), si effettua l’apertura della pressa e l’estrazione al suo esterno del punzone 3. In questa fase, i due elementi 5 e 6 conformati sono mantenuti aderenti alle superfici dei rispettivi semistampi 1, 2. ;Nella quarta fase operativa (fig.4), la pressa viene chiusa, portando a contatto le superfici combad anti dei due elementi 5 e 6, supportati dai rispettivi semistampi 1, 2; in questo stadio, si effettua la saldatura dei due elementi lungo le rispettive superfici combacianti. Nello stadio finale (fig.5), si procede all'apertura dello stampo per l'estrazione della parte strutturale P desiderata, formata dal collegamento dei due elementi conformati 5 e 6. ;Quando i due elementi o semigusci formanti la parte strutturale sono di materiale plastico termoindurente o almeno uno di essi è di materiale plastico termoindurente, il fissaggio permanente dei due elementi è ottenuto mediante interposizione di un giunto collante, costituito da un adesivo polimerizzabile con alte frequenze (HF). Gli adesivi utilizzabili per questo scopo sono noti nella tecnica; ad esempio, potranno essere utilizzati adesivi poliuretanici bi-componenti . ;L'adesivo viene distribuito a semistampi aperti su almeno una delle superfici combacianti dei due elementi 5 e 6 formanti la parte strutturale. ;Secondo la variante a) ed a'), ai due semistampi 1, 2 è associato un generatore di alte frequenze formato da elettrodi superiori 7 (elettrodi emettitori) che si estendono longitudinalmente in scanalature 8 ricavate lungo i bordi perimetrali del semistampo 1 che supportano le superfici dell’elemento 5 combacianti con l'elemento 6 e da elettrodi inferiori 9 (elettrodi ricevitori) che si estendono longitudinalmente in corrispondenti scanalature 10, ricavate lungo i bordi perimetrali del semistampo 2. Gli elettrodi emettitori sono collegati in parallelo tra loro e così pure gli elettrodi ricevitori. Le potenze installate possono variare entro un ampio campo, ma per le applicazioni nell'ambito dell’invenzione sono preferibilmente comprese tra 7 e 12 KW, con una frequenza di 27,2 MHz. ;Secondo le varianti b) e c) del procedimento, il collegamento permanente dei due elementi 5 e 6 è ottenuto mediante termofuslone del materiale plastico termoplastico costituente le superfici combacianti di almeno uno dei due elementi 5 e 6. ;Secondo la variante b) di procedimento e b') di apparecchiatura , la termofusione è ottenuta mediante ultrasuoni generati da generatori modulari 12 con accordo automatico della frequenza disposti in incavi 13, ricavati lungo i bordi perimetrali di almeno uno dei due semistampi 1, 2. E’ stato riscontrato che con l'impiego di generatori modulari affacciati ad aree discrete delle superfici combacianti dei due elementi è possibile ottenere la fusione completa delle superfici di contatto e, a seguito del raffreddamento, una salda adesione dei due elementi 5 e 6 tra loro. I tempi di chiusura dei due semistampi 1, 2, durante i quali sono operativi i generatori di ultrasuoni, sono dell'ordine di alcuni secondi; si possono utilizzare frequenze tipicamente da 30 a 40 KHz , con potenze preferibilmente da 300 a 2400 Watt per singolo generatore. ;Secondo la variante c) di procedimento e di c') di apparecchiatura, la termofusione è ottenuta mediante mezzi riscaldanti, tipicamente resistenze corazzate 14, che si estendono longitudinalmente lungo i hordi perimetrali di almeno uno dei due semistampi 1, 2, i quali bordi supportano le superfici combacienti dei due elementi 5 e 6. In questo caso, i tempi di riscaldamento a semistampi chiusi sono dell’ordine da 10 a 30 secondi con potenze installate dell'ordine di circa 15 KW. ;Il procedimento e l'apparecchiatura sopra descritti sono particolarmente idonei per la produzione di parti strutturali a struttura scatolare utilizzate nel settore automobilistico, quali ad esempio il supporto per radiatore, il pannello di supporto dei gruppi ottici, la traversa sottofanale posteriore, il supporto schienale del sedile posteriore. ;Esempio 1 ;Il procedimento secondo l’invenzione è stato utilizzato per la produzione di un supporto per radiatore per un autoveicolo formato da due semigusci di poliestere termoplastico tra loro collegati lungo superfici aventi un'area totale di 650x350 mm. Come materiale è stato specificatamente utilizzato un GMT commercializzato con la denominazione AZMET C 2035-701 della GE Plastics. Lo stampaggio è stato effettuato per compressione diretta. Le caratterist iche del materiale erano le seguenti: ;resistenza a trazione a rottura: 100 MPa modulo di trazione: 7000 MPa ;resistenza a flessione a rottura: 190 MPa modulo di flessione: 8000 MPa ;prova Charpy senza intaglio: 110 KJ/m1 prova urto a velocità costante: 11 J ;peso specifico: 1,59 ;contenuto di fibra di vetro: 35% ;ritiro nello stampo: 0,3-0,4%. ;lina volta rimosso il punzone centrale 3 nella pressa verticale, l’unione per fusione lungo il bordo perimetrale di due elementi è stato ottenuta mediante generazione di ultrasuoni con l'impiego di generatori modulari della società Herfurth; il semistampo superiore 1 comprendeva quindici teste di generazione di ultrasuoni da 40 KHz a 1350'Watt. Il tempo di chiusura dello stampo, nel corso del quale i generatori di ultrasuoni sono stati mantenuti operativi per provocare la termofusione, è stato di 3 secondi. ;Esempio 2 ;La prova sopra riportata è stata ripetuta impiegando una pressa verticale, in cui resistenze elettriche con potenza installata di 15 KV erano allocate lungo il bordo perimetrale del semistampo superiore 1, con tempi di chiusura della pressa verticale di 20 secondi. ;Esemplo 3 ;Un supporto per radiatore è stato prodotto mediante collegamento di due semigusci realizzati con materiale diverso. Il semìguscio superiore era stato prodotto in materiale GMT, come descritto nell'esempio 1 e stampato per compressione diretta. Il semiguscio inferiore era realizzato in SMC, stampato per compressione diretta. In questo caso, il collegamento permanente è stato ottenuto con 1'impiego di una colla polimerizzabile mediante alte frequenze. E’ stato utilizzato un materiale SMC a due componenti e basso ritiro caricato con vetro (15% in peso) comprendente i seguenti componenti: ;resine poliestere: 27,8% in peso ;additivo termoplastico: 9,3% in peso ;catalizzatore (perbenzoato terziario butile): 9,3% in peso ;agente di distacco (stearato di Zn): 1,5% in peso ;polvere di polietilene: 2,0% in peso carica (carbonato di calcio): 55,6% in peso pigmento in pasta: 3% in peso ;agente di inspessimento (MgO): 0,4% in peso. Le proprietà meccaniche della provetta del SMC utilizzato erano le seguenti: ;resistenza a flessione: 130 MPa ;modulo di flessione: 10 GPa ;resistenza a trazione: 60 MPa ;modulo di trazione: 12 GPa ;resistenza a compressione: 110 MPa allungamento a rottura per trazione: 0,3% resistenza all’urto IZOD (con intaglio): 42 J/m di intaglio x 10 ;durezza Rockwell: H 50. ;La colla utilizzata era un adesivo poliuretanico bi-componente denominato TOPFIX XPU 4952 A/B della società Ceca Italiana S.p.A., avente le seguenti caratteristiche : ;Base (A) Induritore (B) aspetto liquido viscoso liquido viscoso colore beige chiaro beige viscosità LVT a ;23°C (46 giri/min) 50000 mPas 40000 mPas densità >-1,67 >-1,83 punto di infiam. >100eC >100°C rapporto di miscelazione ;in peso 100 108 in volume 100 1000 Caratteristiche della miscela ;tempo di presa su 100 cm<2 >a 23°C 5 a 7 min su 100 CHI* a 35°C 3 min colatura in cordolo tixotropico < o - a 4 mm.

L'indurimento della colla è stato ottenuto mediante applicazione di alte frequenze emesse da un generatore con potenza installata di 7 KW formato da emettitori e ricevitori ad estensione longitudinale allocati nei bordi dei semistampi 1, 2. La polimerizzazione della colla è stata ottenuta con tempi di chiusura della pressa verticale di 5 secondi.

I supporti per radiatore ottenuti secondo gli esempi sopra riportati presentavano le caratteristiche di resistenza meccanica richieste per l’applicazione .

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la produzione di parti strutturali di materiale plastico, formate da almeno due elementi stampati collegati tra loro in modo permanente lungo rispettive superfici combacianti ed in cui il collegamento permanente dei due elementi è ottenuto mediante accoppiamento di chiusura dei rispettivi semistampi (1, 2) di formatura fino a portare a contatto tra loro le superfici combacianti e saldatura tra loro di tali superfici, caratterizzato dal fatto che l’operazione di saldatura permanente è effettuata mediante una delle seguenti operazioni: a) interposizione di un giunto collante termoinduribile sulle superfici combacianti di almeno uno dei due elementi ed indurimento termico del giunto collante, a semistampi chiusi, tramite applicazione di un campo di alte frequenze estendentesi tra i bordi dei due semistampi (1, 2) che supportano le superfici combacianti dei due elementi; b) termofusione a semistampi chiusi del materiale plastico costituente almeno uno dei due elementi, mediante generazione di ultrasuoni lungo i bordi di almeno uno dei due semistampi (1, 2) che supportano le superfici combacianti dei due elementi; e c) termofusione a semistampi chiusi del materiale plastico costituente almeno dei due elementi, mediante apporto di calore generato da mezzi riscaldanti allocati nei bordi di almeno uno dei due semistampi (1, 2) che supportano le superfici combacianti dei due elementi.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, variante a), in cui almeno uno dei due elementi è costituito da poliestere insaturo rinforzato con fibre ed in cui il giunto collante è costituito da una resina poliuretanica bi-componente .
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, varianti b) e c), in cui il materiale costituente i due elementi è un poliestere termoplastico rinforzato con vetro.
4. 4. Pressa verticale per la produzione di parti strutturali di materiale plastico formate da almeno due elementi stampati (5, 6) collegati tra loro in modo permanente lungo rispettive superfici combacianti, comprendente: almeno un primo ed un secondo semistampo (1, 2), almeno uno dei quali è mobile verticalmente relativamente all'altro, un punzone (3) interposto tra i due semistampi, avente una superficie superiore (4) ed una superficie inferiore (4') di formatura, cooperanti rispettivamente con il primo ed il secondo semistampo (1, 2) per definire cavità di formatura di detti elementi , in cui detto punzone (3) è traslabile esternamente ai due semistampi (1, 2) per consentire la corsa verticale di almeno uno dei due semistampi (1, 2) fino a portare a contatto le superfici combacianti dei due elementi di formatura, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi per il collegamento permanente dei due elementi a semistampi chiusi, detti mezzi di collegamento essendo scelti tra: a’ ) un dispositivo generatore di alte frequenze (7, 9) ad elettrodi emettitori e ricevitori associati ai bordi due semistampi {1, 2) che supportano le superfici combacianti di detti elementi, atto a generare un campo di alte frequenze tra i bordi dei due semistampi (1, 2); b‘) mezzi generatori di ultrasuoni (12) incorporati lungo i bordi di almeno uno dei due semistampi (1, 2) che supportano le superfici combacianti del due elementi; e c’) mezzi riscaldanti (14) incorporati lungo i bordi di almeno uno dei due semistampi (1, 2) che supportano le superfici combacianti dei due elementi.
5. 5. Pressa verticale secondo la rivendicazione 4, variante a), in cui il dispositivo generatore di alte frequenze presenta una potenza da 7 a 12 KW con frequenza di 27 MHz.
6. 6. Pressa verticale secondo la rivendicazione 4, variante b), in cui i mezzi generatori di ultrasuoni sono costituiti da dispositivi modulari disposti in aree discrete dei bordi di almeno uno dei due semistampi (1, 2), detti generatori modulari operando con frequenze da 20 a 400 KHz con potenza da 300 a 2400 Watt.