WO2002055281A1 - Procedimiento de enfriamiento y contrapresion para la fabricacion de piezas de plastico por inyeccion - Google Patents

Procedimiento de enfriamiento y contrapresion para la fabricacion de piezas de plastico por inyeccion Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a cooling and backpressure process for the manufacture of plastic parts by injection, in which it is important to offer a good appearance on one of its faces, the visible or visible face, which may or may not be occupied by a decorative coating, which can be a plastic film, plastic foam, fabric ... etc.
  • a coating is applied inside the cavity to decorate and / or insulate the component.
  • the cooling of the mold is carried out during a certain time, being this cooling time which directly affects the productivity of the mold, and as a consequence to the final cost of the piece to be constituted.
  • US-A-3,345,687 is known as a method in which low pressure air is injected into the mold cavity through a composite material, simultaneously with the injection of the material plastic inside the mold cavity or immediately after injection while the thermoplastic material is hot.
  • An object of the invention is a cooling and backpressure process for the realization of injection plastic parts that manages to provide adequate back pressure that results in a high quality surface aspect of the parts, whether or not they are coated.
  • Another object of the invention is a cooling and back pressure process for the production of plastic parts by injection, according to which the cooling and solidification time is substantially reduced, shortening the total cycle time, resulting in more economical units to produce
  • Another object of the invention is a process that avoids any type of plugging and warping of the pieces to be made.
  • Another object of the invention is a process that practically does not alter the characteristics of the coatings of the pieces, preventing their degradation.
  • the areas of porous material are connected to a device that allows the supply of a fluid, being obviously the porous material permeable to the passage of the fluid in question and the fluid being used as a gas under pressure.
  • the invention claims the use of cold gas to achieve the aforementioned objectives, this gas being within a temperature range between -196 ° C and 50 ° C, and with a pressure between 5 and 500 bars.
  • the gas under these conditions of temperature and pressure is injected into the closed mold and through the porous material, preferably from the exposed face of the material when it is a material with a coating.
  • the cold gas is introduced into the mold closed by the unseen face when it is an uncoated material.
  • the injection of the plastic material is generally carried out through the fixed part of the mold, except in cases in which it is carried out by the edge of the piece.
  • the gas inlet with the conditions of pressure and temperature mentioned above, provides the circulation of the same through the inside of the cavity, being evacuated to the outside through suitable means, such as for example adjustable valves ... etc ..
  • the exposed face of the plastic part, coated or not, will correspond to the side of the moving part of the mold.
  • the circulation of cold gas inside the mold is regulated and maintained thanks to a suitable gasket arranged around the mold cavity once the latter is closed and with one or several escape routes that allow the evacuation of the gas while maintaining the pressure
  • the stages of the manufacturing cycle of the uncoated parts would be the following: -Closure of the mold.
  • the gas is also injected into the mold at a temperature between -196 ° C and 50 ° C and at a pressure between 5 and 500 bars.
  • the gas injection phase can be regulated in several stages with different pressures, temperatures and durations.
  • the gas is housed through a porous material arranged in the mobile part of the mold. -Cooling time.
  • - Figure I a is a schematic view that represents the mode of action according to the invention in the case of uncoated pieces.
  • - Figure 3 a represents an extension of the content of fig. 2 a .
  • the fixed part (1) of the mold shows the injection system of the plastic material (8) and the ejection system (9) of the piece already made.
  • the porous zones (3) of the movable part (2) of the mold are located either separately, as they are reflected, or constituting a unique porous zone in said movable portion. Eventually, the porous areas can also be placed in the mobile part of the mold, as we will see below. From fig. I a , we highlight the fixed part (1) of the mold with the entrance (8) for the plastic material and the areas of porous material (3) in the gas inlet (4) and the cavity (10) to receive the plastic material .
  • the uncoated piece (A) to be made is shown in this scheme, its visible face corresponding to the bottom of the cavity (10 ') made in the movable part (2) of the mold.
  • the movable part (2) of the mold is the one that in this case includes the zones (3) of porous material, with the gas inlet (4) and the cavity (10 ').
  • the coated part (B) to be manufactured will be composed of the plastic base (C) and the lining (5) which is on the bottom side of the cavity (10 ') of the movable part (2) of the mold.
  • the gas used for cooling and consequent improvement of the quality of the visible faces of the pieces is generally inert, although sometimes chemically active gases could be used that would allow the modification of the chemical structure of the surface of the piece to be manufactured without prejudice to its quality, for example lowering the level of crystallinity of the material or raising its level of transparency.
  • the gas can incorporate additives, with which other modifications are achieved in the final product.
  • the porous material for the passage of the gas can completely or partially cover the surface of the piece to be obtained, whether it is coated or uncoated.
  • the exhaust zones for the evacuation of the gas can be several, for example the natural exit when a mold without joint is used; grooves made in the molds; open areas in the seal when said seal is used; waterproof seal combined with orifices controlled by valves inside the mold ... etc., and even combinations of these alternatives.
  • the gas can be accommodated through the porous material at the beginning of the plastic material injection stage, at an intermediate stage during the injection or once said injection is finished.
  • the evacuation of the circulating gas can be carried out by several systems.
  • valves In the event that the system incorporates gaskets, they can incorporate valves to ensure gas evacuation; they can also have split zones in their own structure through which the escape is made, or they can be a combination of both embodiments, valves and discontinuous zones.

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Abstract

Un procedimiento de enfriamiento para la fabricación de piezas de plástico por inyección que utiliza un gas a presión que se aloja en la cavidad proporcionada por los dos moldes (1, 2) durante al menos la fase de enfriamiento. El gas en frío, y su aplicación alcanza a piezas revestidas y no revestidas.

Description

"Procedimiento de enfriamiento y contrapresión para la fabricación de piezas de plástico por inyección"
La invención se refiere a un procedimiento de enfriamiento y contrapresión para la fabricación de piezas de plástico por inyección, en las cuales es importante el hecho de ofrecer un buen aspecto por una de sus caras, la cara visible ó vista, la cual puede o no ir ocupada por un revestimiento decorativo, el cual puede ser un film plástico, espuma de plástico, tejido ... etc.
Uno de los procesos más comúnmente utilizados para la obtención de este tipo de piezas de plástico, revestidas o no revestidas, es la inyección convencional de plástico y dentro de ella las variantes que permiten bajar la presión de inyección, la inyección secuencial y los procesos de inyección- compresión.
Estos procesos constan de las siguientes fases:
-Colocación del revestimiento dentro del molde, cuando se trate de una pieza revestida.
-Cierre del molde, total o parcial (éste último en el proceso de inyección-compresión) .
-Inyección del material dentro de la cavidad del molde.
-Cierre total del molde (solamente en el caso de inyección- compresión).
-Compactación.
-Enfriamiento, a base de circulación de fluidos dentro de los circuitos de enfriamiento del molde u otros sistemas de refrigeración.
-Apertura del molde. -Expulsión de la pieza.
Tal y como anteriormente se ha señalado, en algunos procesos, y especialmente para piezas de la industria de automoción, se aplica dentro de la cavidad un revestimiento para decorar y/o aislar el componente.
Durante la fase de llenado del molde y si se aplica un revestimiento dentro de la cavidad, el aspecto de este revestimiento se deteriora a causa de la alta temperatura del material cuando es inyectado y de las elevadas presiones que se generan dentro de la cavidad.
Cuando la pieza no es revestida y con el fin de copiar perfectamente la mitad del molde correspondiente a la cara vista de la pieza y además de ello compensar la contracción del material, se hace necesaria, una vez terminado el llenado de la cavidad del molde, aplicar una presión llamada de compactación.
Con posterioridad a esta fase se lleva a cabo el enfriamiento del molde durante un tiempo determinado, siendo éste tiempo de enfriamiento el que afecta directamente a la productividad del molde, y como consecuencia al coste final de la pieza a constituir.
Dentro del campo de la inyección, se conoce por la US-A- 3.345.687 un método en el que se inyecta aire a baja presión en el interior de la cavidad del molde a través de un material composite, simultáneamente con la inyección del material plástico dentro de la cavidad del molde ó inmediatamente después de la inyección mientras el material termoplástico está caliente.
Con la aplicación de esta técnica, no se consigue efectuar una contrapresión adecuada sobre las piezas a fabricar, de manera que, en el caso de piezas revestidas, no se protege adecuadamente el revestimiento y en el caso de piezas no revestidas, no se evitan rechupes y alabeos indeseados.
Asimismo, se ha encontrado insuficiente en la práctica, debido a la relativa lentitud del proceso de enfriamiento que se traduce en un costo por pieza fabricada que es de cierta consideración.
De igual forma, con dicha técnica, no se logra una buena calidad superficial de los acabados de las piezas, tanto si éstas están o no revestidas, habiéndose encontrado que en el caso de las piezas revestidas el revestimiento se ve alterado sustancialmente en relación con su aspecto inicial que es el deseable.
Es un objeto de la invención un proceso de enfriamiento y contrapresión para la realización dé piezas de plástico por inyección que consigue proporcionar una adecuada contrapresión que se traduce en un aspecto superficial de elevada calidad de las piezas, tanto si están revestidas como si no.
Es otro objeto de la invención un proceso de enfriamiento y contrapresión para la realización de piezas de plástico por inyección, según el cual se consiguen reducir sustancialmente el tiempo de enfriamiento y solidificación, acortando el tiempo total del ciclo, lo que resulta en unidades más económicas de producir.
Es otro objeto de la invención un proceso que evita cualquier tipo de rechupes y alabeos en las piezas a realizar.
Es otro objeto de la invención un proceso que no altera prácticamente las características de los revestimientos de las piezas, evitando su degradación.
Para alcanzar estos objetivos, se parte de la técnica tradicional consistente en la utilización de un molde constituido por dos partes, móvil y fija, una de las cuales en la zona de su superficie que está en contacto con la pieza, está realizada al menos parcialmente con material poroso.
Las zonas de material poroso están conectadas a un equipo que permite el suministro de un fluido, siendo, obviamente, el material poroso permeable al paso del fluido en cuestión y siendo el fluido utilizado un gas a presión.
Dentro de este contexto, la invención reivindica la utilización de gas frío para la consecución de los objetivos antes referidos, estando este gas comprendido dentro de un rango de temperaturas de entre -196° C y 50° C, y con una presión de entre 5 y 500 bares.
El gas en esas condiciones de temperatura y presión, se inyecta en el molde cerrado y a través del material poroso, preferentemente por la cara vista del material cuando éste se trate de un material dotado de revestimiento.
Asimismo y preferentemente, el gas frío se introduce en el molde cerrado por la cara no vista cuando se trate de material no revestido.
La inyección del material plástico se efectúa generalmente a través de la parte fija del molde, salvo en los casos en los que se lleva a cabo por el borde de la pieza.
La entrada del gas con las condiciones de presión y temperatura antes citadas, proporciona la circulación del mismo por el interior de la cavidad, siendo evacuado al exterior a través de medios adecuados, tales como por ejemplo válvulas regulables ... etc..
La cara vista de la pieza plástica, revestida o no, se corresponderá con el lado de la parte móvil del molde.
En algún caso, la circulación de gas frío en el interior del molde es regulada y mantenida merced a una junta adecuada dispuesta alrededor de la cavidad del molde una vez cerrado éste último y con una o varias vías de escape que permitan la evacuación del gas manteniendo la presión
De acuerdo con la invención, las etapas del ciclo de fabricación de las piezas no revestidas serían las siguientes: -Cierre del molde.
-Inyección del material plástico a su temperatura de proceso de entre 180° C hasta 320° C, a través de la parte fija del molde.
-Inyección del gas dentro del molde, a través de un material poroso dispuesto en la parte fija del molde, a una temperatura de entre -196° C y 50° C y a una presión de entre 5 y 500 bares durante un tiempo determinado. En esta fase de inyección de gas puede existir una regulación en varias etapas, con diferentes presiones, temperaturas y duraciones. Asimismo, puede existir una circulación de gas, el cual es controlado mediante orificios de evacuación, tal y como se ha señalado con anterioridad.
-Tiempo de enfriamiento.
-Apertura del molde.
-Expulsión de la pieza.
Para las piezas revestidas el ciclo de fabricación es el siguiente:
-Colocación del revestimiento dentro de la parte móvil del molde, el cual puede estar fijado con agujas ó pinzas, por ejemplo.
-Cierre del molde.
-Inyección del material plástico a la temperatura de proceso, entre 180° C a 320° C, a través de la parte fija del molde.
-A la vez, solapado, ó después de la inyección de plástico, se inyecta también el gas dentro del molde a una temperatura de entre -196° C y 50° C y a una presión de entre 5 y 500 bares. Al igual que en el caso de piezas no revestidas, la fase de inyección de gas puede ser regulada en varias etapas con distintas presiones, temperaturas y duraciones. El gas se aloja a través de un material poroso dispuesto en la parte móvil del molde. -Tiempo de enfriamiento.
-Apertura del molde.
-Expulsión de la pieza.
En las hojas de planos que se acompañan, se muestran formas de actuación de la invención, representándose como sigue:
-La Figura Ia, es una vista esquemática que representa el modo de actuar según la invención cuando se trate de piezas no revestidas.
-La Figura 2a, es otro esquema similar referido a la forma de actuación para piezas revestidas.
-La Figura 3a, representa una ampliación del contenido de la fig. 2a.
Con respecto a esta fig. 3a, destacamos que se muestran la parte fija (1) del molde y la parte móvil (2) del mismo. En ésta última apreciamos las zonas porosas (3) distribuidas a las que se hace llegar el gas procedente de una conducción general (4).
La parte fija (1) del molde muestra el sistema de inyección del material plástico (8) y el sistema de expulsión (9) de la pieza ya realizada.
En la cavidad advertimos el material inyectado (6), el revestimiento de que se trate (5) y la junta perimetral (7) alrededor de esta cavidad, la que puede estar dotada de escapes para la evacuación del gas.
Las zonas porosas (3) de la parte móvil (2) del molde se sitúan bien separadamente, tal y como se reflejan, o bien constituyendo una zona porosa única en dicha porción móvil. Eventualmente, las zonas porosas pueden situarse también en la parte móvil del molde, según veremos a continuación. De la fig. Ia, resaltamos la parte fija (1) del molde con la entrada (8) para el material plástico y las zonas de material poroso (3) en la entrada de gas (4) y la cavidad (10) para recepcionar el material plástico.
La pieza (A) no revestida a realizar es mostrada en éste esquema, correspondiéndose su cara visible con el fondo de la cavidad (10') practicada en la parte móvil (2) del molde.
Según la fig. 2a, destacamos la parte fija (1) del molde con la cavidad (10) y la entrada (8) para el material plástico. La parte móvil (2) del molde es la que en este caso comporta las zonas (3) de material poroso, con la entrada de gas (4) y la cavidad (10').
La pieza revestida (B) a fabricar, estará compuesta de la base plástica (C) y del revestimiento (5) el cual queda del lado del fondo de la cavidad (10') de la parte móvil (2) del molde.
El gas empleado para el enfriamiento y consecuente mejora de la calidad de las caras visibles de las piezas es generalmente inerte, aunque en ocasiones podrían utilizarse gases químicamente activos que posibilitarían la modificación de la estructura química de la superficie de la pieza a fabricar sin perjuicio de su calidad, por ejemplo bajando el nivel de cristalinidad del material o elevando su nivel de transparencia.
Eventualmente, el gas puede incorporar aditivos, con los que se logran otras modificaciones en el producto final.
El material poroso para el paso del gas puede recubrir total o parcialmente la superficie de la pieza a obtener, bien sea ésta revestida o no revestida.
Las zonas de escape para la evacuación del gas pueden ser varias, por ejemplo la salida natural cuando se emplee un molde sin junta; acanaladuras practicadas en los moldes; zonas abiertas en la junta de estanqueidad cuando se utilice dicha junta; junta estanca combinada con orificios controlados por válvulas dentro del molde ... etc., e incluso combinaciones de éstas alternativas.
El gas puede alojarse a través del material poroso al inicio de la etapa de inyección de material plástico, en una etapa intermedia durante la inyección ó bien una vez terminada dicha inyección.
La evacuación del gas circulante, anteriormente referida, puede llevarse a cabo por varios sistemas.
Por ejemplo, a través del propio sistema de cierre del molde el que generalmente no es totalmente estanco, permitiendo la dicha evacuación.
Asimismo, la realización de canales ó perforaciones en el propio molde puede facilitar el escape del gas de manera adecuada.
En el supuesto de que el sistema incorpore juntas, éstas pueden incorporar válvulas para procurar la evacuación del gas; pueden también presentar zonas partidas en su propia estructura a través de las cuales se efectúe el escape, ó pueden ser una combinación de ambas formas de realización, válvulas y zonas discontinuas.

Claims

REIVINDICACIONES
Ia.- Procedimiento de enfriamiento y contrapresión para la fabricación de piezas de plástico por inyección, utilizando una cavidad (10, 10') proporcionada entre una parte fija (1) de un molde y una parte móvil (2) del mismo, en cuya cavidad se inyecta material plástico una vez cerrada dicha cavidad, disponiendo una entrada auxiliar (4) de gas circulante al interior de la citada cavidad a través de un material poroso (3) dispuesto en los moldes que se caracteriza en que el gas a introducir en la cavidad (10, 10') lo hace a baja temperatura, entre -196°C, y 50°C, circulando por dicha cavidad durante al menos la fase de enfriamiento del material plástico y sobre una de las caras del material, en que el gas a introducir y circular por la cavidad está a una presión de entre 5 y 100 bares.
2a.- Procedimiento de enfriamiento y contrapresión para la fabricación de piezas de plástico por inyección, según la Ia reivindicación, caracterizado en que cuando la pieza a obtener sea una pieza recubierta con un revestimiento, el gas se introduce y circula en la cavidad del molde por la cara donde se encuentra el revestimiento a través del material poroso (3) dispuesto en la parte móvil (2) del molde.
3a.- Procedimiento de enfriamiento y contrapresión para la fabricación de piezas de plástico por inyección, según la Ia reivindicación, caracterizado en que cuando la pieza a obtener es una pieza no revestida, el gas se aloja y circula en la cavidad por la cara opuesta a la cara vista de la misma a través del material poroso (3) dispuesto en la parte fija (1) del molde.
4a.- Procedimiento de enfriamiento y contrapresión para la fabricación de piezas de plástico por inyección, según la Ia reivindicación, caracterizada en que el gas se aloja y circula en el interior de la cavidad desde el comienzo de la inyección del material plástico.
5a.- Procedimiento de enfriamiento y contrapresión para la fabricación de piezas de plástico por inyección, según la Ia reivindicación, caracterizado en que el gas se aloja y circula en el interior de la cavidad durante la inyección de plástico, después del inicio de la misma.
6a.- Procedimiento de enfriamiento y contrapresión para la fabricación de piezas de plástico por inyección, según la Ia reivindicación, caracterizado en que el material poroso (3) recubre al menos parcialmente la superficie de la pieza a fabricar.
7a.- Procedimiento de enfriamiento y contrapresión para la fabricación de piezas de plástico por inyección, según las Ia, 2a y 3a reivindicaciones, caracterizado en que se dispone una junta (7) alrededor de la cavidad del molde.
8a.- Procedimiento de enfriamiento y contrapresión para la fabricación de piezas de plástico por inyección, según las Ia, 2a y 3a reivindicaciones, caracterizado en que en la fase de inyección de gas, ésta se puede regular en varias etapas con distintas temperaturas, presiones y duraciones.
9a.- Procedimiento de enfriamiento y contrapresión para la fabricación de piezas de plástico por inyección, según la Ia reivindicación, caracterizado en que el gas es un gas inerte.
10a.- Procedimiento de enfriamiento y contrapresión para la fabricación de piezas de plástico por inyección, según la Ia reivindicación, caracterizado en que el gas es un gas activo.
11a.- Procedimiento de enfriamiento y contrapresión para la fabricación de piezas de plástico por inyección, según las 9a y 10' a reivindicaciones, caracterizado en que el gas puede incorporar aditivos.
12a.- Procedimiento de enfriamiento y contrapresión para la fabricación de piezas de plástico por inyección, según la Ia reivindicación, caracterizado en que se controla el gas circulante por medio de sistemas que facilitan su evacuación.
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