ADESIONE ANCORA MIGLIORE - INMOULD-PLASMA
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stampaggio
InMould-Plasma
Adesione
ancora migliore
Plastix
76 settembre 2020
ANCHE PER COMBINAZIONI IMPOSSIBILI Nello stampaggio a iniezione, i trattamenti al
La tecnologia InMould-Plasma si oppure l’erogazione della (PMMA) e policarbonato (PC). plasma vengono normalmente eseguiti in una
è rivelata ideale nella produzione guarnizione in poliuretano I TPU si caratterizzano per la fase separata. Il nuovo processo si basa su
industriale di parti stampate mediante la tecnologia FIPFG. buona resistenza ai graffi e agli
a iniezione con combinazioni È inoltre possibile utilizzare oli, nonché per la bassa viscosità una tecnologia convenzionale in cui il plasma
di materiali rigido/morbido come materiali di base polimeri del fuso, che conferisce una viene applicato a pressione atmosferica, ma
altrimenti incompatibili. meno costosi. I case study più elevata fluidità e quindi una l’attivazione della superficie avviene diretta-
La scelta di produrre il presentati nell’articolo si basano maggiore precisione in fase
mente all’interno dello stampo come parte in-
manufatto in uno stampo a sull’abbinamento tra TPU e di stampaggio. Tutti questi
iniezione bicomponente con PP, ma il processo permette vantaggi aprono la strada a tegrante dello stampaggio multicomponente.
attivazione al plasma integrata di migliorare la resistenza del numerose aree di applicazione Questo semplifica il processo di produzione
in ciclo neutro si traduce in legame adesivo di molte altre per il trattamento InMould-
rendendolo inoltre più efficiente.
un vantaggio sul fronte dei combinazioni: ad esempio, gli Plasma, che spaziano dal
costi rispetto al tradizionale elastomeri termoplastici come rivestimento dei montanti A e B
processo che prevede l’impiego il copolimero stirene a blocchi negli interni degli autoveicoli alle Nuove proprietà per le superfici
di due presse a iniezione e una (TPS) su polibutilentereftalato guarnizioni per alloggiamenti, Il plasma si genera quando si fornisce energia
fase di assemblaggio finale, (PBT), polimetilmetacrilato fino alle suole per calzature.
a un gas. A un certo punto gli atomi iniziano
a rilasciare gli elettroni e il gas si ionizza (figu-
ra 1) acquisendo nuove proprietà come ad
esempio la conduttività elettrica. Per questo
La tecnologia di trattamento al motivo il plasma viene considerato il quarto
plasma nello stampo riduce il stato della materia.
Il plasma viene generato in continuo a pres-
tempo ciclo nello stampaggio sione atmosferica all’interno del plasma-jet.
di manufatti bicomponente Il gas di processo, solitamente un flusso di
favorendo la perfetta adesione aria compressa filtrato, attraversa una zona
di materiali incompatibili di scarica dove viene appunto colpito da una
scarica elettrica ad alta tensione che lo tra-
sforma in plasma. Il plasma in uscita dall’u-
di Elmar Moritzer*, Frederik Mühlhoff*,
Birte Böhnke** ed Erhard Krampe**
gello del plasma-jet viene concentrato in un
*
Kunststofftechnik Paderborn (KTP) fascio. La tecnologia Openair-Plasma di Pla-
dell’Università di Paderborn (Germania) smatreat si basa su questo principio (figura 2).
**Plasmatreat, Steinhagen (Germania)
In un processo al plasma a pressione atmo-
L
sferica convenzionale, l’ugello assicura l’at-
a crescente richiesta di nuove fun- tivazione uniforme della superficie del sub-
zionalità e di processi di produzione strato mantenendo una distanza costante da
più efficienti ha spostato l’attenzione essa. Appena il plasma entra in contatto con
verso le tecnologie multicomponen- una superficie in materiale plastico, la funzio-
te. Non tutti i materiali plastici, però, nalizza perché le molecole e gli ioni eccitati
si prestano alle combinazioni desiderate. Il del plasma possiedono energia sufficiente a
trattamento InMould-Plasma®, perfettamen- spezzare i legami tra gli atomi delle catene
te integrabile nei processi di stampaggio a polimeriche. Questi legami sono spesso del
iniezione, apre la strada a combinazioni di tipo carbonio-carbonio o carbonio-idrogeno.
materiali completamente inedite, miglioran-
do al contempo l’efficienza di produzione. Protezione contro
La tecnologia è stata sviluppata nel quadro di l’ossigeno atmosferico
un progetto di ricerca comune tra Plasmatreat I radicali che si generano reagiscono con le
e l’Istituto KTP (Kunststofftechnik Paderborn) molecole e gli ioni eccitati del plasma, oppure
dell’Università di Paderborn e finanziato dal con le molecole presenti nell’aria, incremen-
Fondo europeo di sviluppo regionale (FESR). tando l’energia superficiale e la polarità delle
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settembre 2020 77
1 Meccanismo
di generazione
stampaggio del plasma
2 Componenti di un
generatore Openair-Plasma
Solido Liquido Gas Plasma
Energia Energia Energia
Alimentatore Alimentazione
Temperatura Temperatura Temperatura
ad alta tensione gas (aria, azoto)
Molecole Molecole Ioni Elettroni Frammenti molecolari
eccitate liberi (alta energia)
Elettrodo
Zona
di scarica Ugello al plasma
del plasma a pressione atmosferica
Componenti Superficie
Estrazione reattivi in plastica Canale
Testa dell’ugello
Substrato Plasma in uscita
superfici trattate migliorandone la bagnabi- venga attivata in maniera uniforme. Durante i 3 Schema della tecnologia InMould-Plasma.
Il processo ha luogo all’interno
lità. Nel corso del trattamento a pressione test è stato verificato che è possibile utilizzare
dell’impronta di uno stampo chiuso
atmosferica, il contatto tra il plasma e l’aria canali con oltre 850 mm di lunghezza senza
dà luogo a reazioni di ricombinazione che por- problemi di affidabilità.
tano a una riduzione del numero di molecole troppo debole. Il processo può essere ottimiz-
eccitate nel plasma e quindi a una perdita di Le potenzialità di applicazione zato mediante il trattamento InMould-Plasma
energia, e di conseguenza a un decadimento Al fine di comprenderne l’applicabilità nei pro- e sostituendo il poliuretano espanso con po-
relativamente rapido del plasma. cessi industriali, i partner del progetto hanno liuretano termoplastico (TPU). Ne risultano un
Il processo InMould-Plasma si avvale di un sperimentato la tecnologia InMould-Plasma tempo di ciclo più breve e l’eliminazione del
nuovo plasma-jet sviluppato da Plasmatreat sul modulo inferiore di un’asciugatrice. Il com- robot per l’erogazione della guarnizionatura
flangiato direttamente sullo stampo. Una vol- ponente è dotato di una guarnizione integra- e di altre attrezzature ausiliarie.
ta chiuso lo stampo, all’interno dell’impronta ta che deve resistere a condizioni costanti di
viene lasciato uno spazio sufficiente per ef- temperatura (40 °C) e umidità relativa (100%), Bicomponente ad alta resistenza
fettuare il trattamento superficiale (figura 3). soggetta a sollecitazioni meccaniche e so- Allo scopo di verificare se il processo In-
Prima di avviare il processo, il canale del pla- stituibile in caso di interventi di riparazione. Mould-Plasma è in grado di creare un lega-
sma viene riempito per qualche secondo con Nel processo tradizionale, la guarnizione in me effettivamente resistente nel tempo tra la
azoto puro alimentato attraverso un’apposita poliuretano espanso (PU) viene erogata di- guarnizione in TPU sovrastampata e la base
bocchetta al fine sia di assicurare lo scambio rettamente sul pezzo in polipropilene (PP) at- in PP, l’Istituto KPT ha condotto test di spel-
completo del gas, sia di prevenire la ricombi- traverso la tecnologia FIPFG (formed-in-place latura su provini in materiale rigido/morbido, in
nazione con l’ossigeno atmosferico. Una volta foam gasket). particolare PP caricato con il 40% in peso di
introdotto l’azoto si accende l’ugello per il pe- Al fine di formare un legame solido tra il poliu- talco (PP-T40) e TPU (Hostacom HBC 386L
riodo di tempo prestabilito per il trattamento. retano e il polipropilene apolare, è necessario grey di LyondellBasell e Desmopan di Cove-
L’azoto viene risospinto nel canale ed estratto attivare la superficie mediante un trattamento stro). I campioni sono stati realizzati con uno
attraverso la bocchetta di uscita. Ciò assicu- al plasma a pressione atmosferica, senza il stampo a iniezione modulare bicomponente
ra che il plasma percorra il canale in tutta la quale il legame tra la base in polipropilene e la a tre stazioni dotato di plasma-jet integrato
sua lunghezza e che la superficie in plastica guarnizione in espanso morbido risulterebbe Plasmatreat (figura 4).
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78 settembre 2020
4 Stampo per il
sovrastampaggio Sulla prima stazione del piano portastampo
bicomponente con ugello
al plasma adattato scorrevole si effettua lo stampaggio di un
per la produzione di tre pannello quadrato che rimane sul lato dello
provini in materiale stampo dove è inserito l’ugello. La seconda
rigido/morbido da sottoporre
stazione (stazione di trattamento al plasma)
a test di spellatura
viene posizionata davanti al pannello stam-
Lato di chiusura Lato ugello
pato, quindi si procede all’attivazione della
Ugello superficie guidando il plasma nello spazio
al plasma libero all’interno dello stampo attraverso un
percorso tortuoso che simula gli 850 millimetri
di lunghezza del canale di attivazione. Infine,
dopo la riapertura dello stampo, sulla terza
stazione, il componente morbido viene sovra-
stampato sulla superficie del pannello trattata
al plasma. La geometria dei tre provini così
prodotti in un’unica stampata è conforme alle
linee guida VDI 2019 per il test di resistenza
2° componente Uscita 1° componente alla spellatura.
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stampaggio
5 Il test di spellatura su un
provino in TPU Desmopan 6064A
stampato su PP Purell HP 570M
ha dato ottimi risultati. Si noti la
totale rottura coesiva del TPU
Legame PP-TPU ad alta resistenza resistenza alla spellatura massima di 16 N/mm.
L’attivazione viene eseguita con un plasma-jet Nella figura 5 è illustrato l’ottimo risultato
modello PFW30-LT alimentato da un genera- (100% di rottura coesiva dell’elastomero) del
tore di plasma FG 5005 dotato di trasforma- test di spellatura su un provino in TPU Desmo-
tore HTR12, entrambi di Plasmatreat. Ulteriori pan 6064A stampato su PP Purell HP 570M.
studi sono stati effettuati con un generatore
FG 5005S gestito da una centralina di con- Carico mirato all’applicazione
trollo del plasma (PCU). La durata del trat- La resistenza del legame tra i materiali dei pro-
tamento è pari a un secondo. Per il test di vini sottoposti al trattamento InMould-Plasma
spellatura a norma VDI 2019 è stata utilizzata è stata valutata anche con test di invecchia-
una macchina di prova universale fornita da mento. I campioni sono stati sottoposti a pro-
ZwickRoell (Ulm, Germania). Il componente in ve di condizionamento alternato in conformi-
TPU sovrastampato su quello rigido in PP-T40 tà con le norme ISO 6270-2 (esposizione a
è stato asportato con un’angolazione di 90 vapore d’acqua in camera climatica chiusa).
gradi rispetto al piano di giunzione dei due Ciascun ciclo del test aveva una durata di
componenti, ottenendo un valore massimo di 24 ore, suddiviso in una fase di carico di 8
resistenza alla spellatura di 42 N/mm. Si tratta ore e una fase di riposo di 16 ore. Nella fase
di un risultato considerevole, visto che PP e tra questi materiali è difficile da ottenere anche di carico nella camera climatica a tenuta di
TPU non aderiscono minimamente l’uno all’al- a causa della carica di talco presente nel PP. vapore la temperatura è stata mantenuta a
tro e che senza il trattamento InMould-Plasma Con un’altra combinazione PP-TPU (Moplen 40 °C con un’umidità relativa del 100%. Nella
avrebbero avuto una resistenza alla spellatura HP500N di LyondellBasell ed Elastollan E 1185 fase di riposo la temperatura è stata portata a
pari a 0 N/mm. Un legame ad alta resistenza A10 di BASF) è stata invece raggiunta una 23 °C con un’umidità relativa del 50%. Dopo
5 5
Resistenza alla spellatura, Ws (N/mm)
Resistenza alla spellatura, Ws (N/mm)
4 4
3 3
2 2
Riferimento
Riferimento 28 giorni eRF = 0%
1 7 giorni eRF = 0% 1 28 giorni eRF = 0,8%
14 giorni eRF = 0% 28 giorni eRF = 1,3%
28 giorni eRF = 0% 28 giorni eRF = 2%
0 0
0 25 50 75 100 125 150 0 25 50 75 100 125 150
Percorso di spellatura, s (mm) Percorso di spellatura, s (mm)
6 Resistenza alla spellatura in assenza 7 Resistenza alla spellatura a diversi gradi di deformazione della fibra
di sollecitazioni meccaniche per cicli esterna (eRF) dopo 28 giorni di condizionamento. Le sollecitazioni meccaniche
di condizionamento di 7, 14 e 28 giorni non riducono significativamente la resistenza alla spellatura
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80 settembre 2020
3° stazione
8 Stampo per la produzione del
coperchio di un alloggiamento
con il processo InMould-Plasma.
L’attivazione al plasma avviene
in corrispondenza dell’area
evidenziata in rosso
precisione l’effetto dell’invecchiamento pro- spellatura dovuta al carico di flessione o al
1° stazione
vocato dai cicli di condizionamento, i provini condizionamento. I risultati permettono quindi
sono stati ulteriormente esposti alle condizioni di sostenere che lo stampaggio a iniezione
ambientali standard. Per determinare le pos- bicomponente di una guarnizione in TPU
sibili interazioni tra le sollecitazioni termiche e sovrastampata direttamente su un substrato
Area di attivazione 2° stazione meccaniche è stato utilizzato anche il metodo in PP può considerarsi una valida alternativa
della lamina curvata a norma ISO 22088-2, a un processo con trattamento separato di
Ugello al plasma procedura che prevede il fissaggio dei provini attivazione al plasma a pressione atmosferica
a delle sagome con raggi di curvatura diversi. seguito dall’applicazione del sistema PU reat-
tivo. Le potenzialità di questa tecnologia sono
7, 14 e 28 cicli di condizionamento, è stata Il legame resta intatto state illustrate a K2019 di Düsseldorf utiliz-
misurata la resistenza alla spellatura dei pro- Al termine del test non si è rilevato alcun zando uno stampo montato su tavola rotante
vini e quindi confrontata con i risultati di un segno di deterioramento del legame TPU- a tre stazioni, dove una guarnizione in TPU
campione di riferimento non sottoposto a test PPT40 (figure 6 e 7) né si è osservata alcuna veniva sovrastampata su un alloggiamento in
di invecchiamento. Allo scopo di valutare con riduzione significativa della resistenza alla PP in un processo a ciclo neutro (figura 8). ■
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