ITTO940022A1

ITTO940022A1 - Composizione per stampaggio e prodotti.

Info

Publication number: ITTO940022A1
Application number: IT94TO000022A
Authority: IT
Inventors: Ghazi Khattab; Jeffrey M Stupar
Original assignee: Illinois Tool Works
Priority date: 1993-01-21
Filing date: 1994-01-18
Publication date: 1995-07-18
Also published as: IT1268600B1; ITTO940022A0; ES2088357A1

Abstract

Una composizione stampabile comprende una poliolefina e metasilicato di calcio per permettere lo stampaggio a iniezione della composizione composita in modo da produrre articoli stampati generalmente rigidi che incorporano integralmente porzioni flessibili. Preferibilmente, la composizione per stampaggio contiene pure un componente ritardante la fiamma, per impiego elettrico dei prodotti stampati.

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce a composizioni per stampaggio e ad articoli stampati, e più in particolare , a composizioni stampabili a iniezione per articoli stampati che richiedono una struttura generalmente rigida pur prevedendo porzioni integralmente flessibili dell'articolo stampato.

Le morsettiere elettricamente isolanti, per esempio per accoppiatori di impianti elettrici, richiedono tipicamente un frequente accesso ai terminali dei fili e perciò le morsettiere devono essere aperte. Le proprietà isolanti di materie plastiche stampabili sono materiali desiderabili per morsettiere e sarebbe desiderabile stampare e iniezione tali morsettiere in modo da incorporare una cerniera integrale in una morsettiera in un pezzo unico che si apre e si chiuda per permettere l'accesso alle estremità dei fili ancorati. Tuttavia, la resistenza richiesta di una struttura generalmente rigida per la morsettiera integrale produce generalmente una fragilità lnsoddisfacente in una cerniera integrale. Questo inconveniente viene eliminato stampando composizioni secondo la presente invenzione.

Secondo l'invenzione, una composizione stampabile comprende una poliolefina e metasilicato di calcio che permette lo stampaggio a iniezione della composizione composita in modo da produrre articoli stampati generalmente rigidi che incorporano integralmente delle porzioni flessibili. Preferibilmente, la composizione di stampaggio comprende pure un componente ritardante la fiamma, per l'impiego elettrico dei prodotti stampati.

La figura 1 è una vista in prospettiva generalmente schematica di una morsettiera o accoppiatore per fili elettrici avente due porzioni principali che sono collegate da una porzione di "cerniera attiva", che è stampata secondo la presente invenzione; e

la figura 2 è una vista terminale delle porzioni principali della morsettiera illustrata nella figura 1, in cui le porzioni principali sono unite ripiegando la cerniera integrale.

Riferendosi alle figure 1 e 2, una forma di realizzazione di un articolo stampato secondo la presente invenzione e indicato nel suo complesso con il numero di riferimento 10,comprende semiporzioni del terminale 12 e 14 che sono collegate da porzioni di ponte integrali a "cerniera attiva" 16 e 18. Nella vista terminale rappresentata nella figura 2, i semiterminali 12 e 14 sono uniti in modo che la porzione di cerniera integrale 18 è stata ripiegata su sé stessa di circa 180° rispetto alla configurazione stampata originariamente illustrata nella figura 1. Dispositivi di fissaggio 20 e 22 possono essere provvisti per trattenere la configurazione ripiegata e unita della figura 2, e le porzioni di cerniera integrale 16 e 18 conservano una flessibilità sufficiente in modo che la rimozione dei dispositivi di fissaggio 20 e 22 .permetta lo spiegamento dei semiterminali 12 e 14, per esempio, in modo periodico per permettere l'accesso ai terminali elettrici (non illsutrati) che vi sono montati.

Allo scopo di stampare articoli generalmente rigidi comprendenti una porzione di cerniera integrale, come illustrato in modo rappresentativo nelle figure 1 e 2 , particolarmente per lo stampaggio a iniezione, una composizione stampabile secondo l'invenzione comprende una poliolefine e metasilicato di calcio, in modo che l'articolo stampato generalmente rigido comprenda una porzione flessibile che può servire come una "cerniera attiva".

Il componente metasilicato di calcio, formula molecolare CaSiOO, della composizione per stampaggio composita è un polimorfo avente una forma di particelle aciculare o ad ago che impartisce un rinforzo in modo da rendere possibile un articolo stampato generalmente rigido pur conservando pure flessibilità di una porzione di "cerniera attiva" stampata integralmente che non si frattura con la ripetuta piegatura o flessione,nonostante l'integrità strutturale generalmente rigida delle porzioni di morsettiera incernierata dell'articolo. Il metasilicato di calcio può essere incorporato nella composizione di stampaggio ad una concentrazione di 50% in peso o superiore, tuttavia, quando l'articolo stampato incorpora una cerniera stampata integralmente, la concentrazione in metasilicato di calcio è nell'intervallo da approssimativamente 5 a 30% in peso,in modo dà assicurare una suffidente flessibilità della porzione di "cerniera attiva". A differenza di particelle di materiali, quali carbonato di calcio che non sono allungate, la forma ad ago delle particelle di metasilicato di calcio ha preferibilmente un rapporto lunghezza/ diametro di approssimativamente 5:1 e può essere di 20:1 o superiore. Inoltre, a differenza delle fibre inerti di amianto, il metasilicato di calcio non è pericoloso per la salute e serve pure come depuratore per i gas acidi corrosivi generati dal composto ritardante la fiamma addizionale preferito formulato nelle composizioni per stampaggio.

In particolare quando vengono stampati prodotti in poliolefina resistenti alla fiamma, quali morsettiere per fili elettrici, la composizione comprende un agente ritardante la fiamma, comprendente agenti ritardanti la fiamma organici alogenati, quali il bis-(2,3-dibromopropiletere) di tetrabromobisfenolo A, il tetrabromobisfenolo A-bis-(2-idrossietiletere), il tetrabromobisfenolo-A-bis-(alliletere), l'esabromocielodeeano, l'ossido di decabromodifenile, l'ossido di ottabromodifenile, l'ossido di pentabromodifenile, il 2,4,6-tribromofenolo, l'ossido di poli-dibromofenilene, il bis-(tribromofenossi)-etano, anidride tetrabromoftalica o il tetrabromoftalato-diolo. Un ritardante la fiamma particolarmente adatto è il bis-(2,3-dibromopropiletere) di tetrabromobisfenolo A che è ottenibile commercialmente, per esempio da Great Lakes Chemical Corporation con la designazione commerciale PE-68.

Il ritardante la fiamma alogenato può essere combinato con un agente ritardante la fiamma sinergico o aggiuntivo allo scopo di aumentare l'efficacia del ritardante la fiamma organico alogenato. L'agente sinergico può essere un ossido metallico, quale ossido di antimonio o un sale, quale antimonato di sodio. Il rapporto tra ritardante la fiamma organico alogenato e agente sinergico può essere in un intervallo da circa 2:1 a cir ca 3:1.

Quando la composizione per stampaggio comprende un componente ritardante la fiamma alogenato, la composizione contiene pure preferibilmente un componente stabilizzante al calore dell'alogeno, quale un depuratore per tutto l'alogeno liberato a temperatura elevata, particolarmente durante le operazioni di stampaggio a iniezione. Uno stabilizzante al calore dell'alogeno preferito è 1'idrossicarbonato di magnesio-alluminio commercialmente ottenibile, per esempio da Kyowa Chemical Industry con il nome commerciale di DHT 4A-2. Lo stabilizzante al calore dell'alogeno è opportunamente nell'intervallo da approssimativamente 0,1 a 0,5% in peso.

Poliolefine adatte per le composizioni per stampaggio secondo l’invenzione comprendono, per esempio, polipropilene, polietielene essendo preferito il polipropilene a causa del maggiore punto di fusione e resistenza alla deformazione sotto carico e a temperatura elevata. Tanto il polipropilene quanto il polietilene, come anche loro copolimeri, possono provvedere prodotti rigidi stampati a iniezione quali morsettiere comprendenti una "cerniera attiva" in cui il metasilicato di calcio conserva una flessibilità sufficiente della cerniera come una contrapposizione alla rigidità globale intrinseca della struttura stampata .

Il polipropilene opportunamente impiegato nell'invenzione può essere iso- o sindiotattico con un indice di fluidità nell'intervallo da circa 5 a 15 dg/min ["secondo la prova ASTM D1238 (L)]/, preferibimlente da circa 6 a 12 dg/min.; una densità nell'intervallo da circa 0,88 a 0,92 g/cc (secondo la prova ASTM D792), preferibilmente di circa 0,90 g/cc; uno snervamento a trazione di almeno circa 3000 psi (210 kg/cm ) [2"/minuto (50 mm/min)_7 (secondo la prova ASTM D-638-68), preferibilmente da circa 4000 a circa 5000 psi (280-350 kg/cm ); un allungamento a snervamento nell'intervallo da circa 5 a circa 500% /2"/min. (50 mm/min.)]/ (secondo la prova ASTM D638-68); e una resistenza all'urto Izod con intaglio nell'intervallo da circa 0,5 a circa 2,0 piedi libbra/ pollice /0,275-1,1 Kgm/cm a 73°F (22,8°C)7 (secondo la prova ASTM D-256) preferibilmente circa 0,8 piedi libbra/pollice (0,44 Kgm/cm).Unpolipro.-1 pilene adatto per l’impiego nell'invenzione è ottenibile commercialmente, per esempio, da Huntsman Chemical Company, quale il tipo indicato con 5610.

La composizione per stampaggio comprende inoltre vantaggiosamente un antiossidante convenzionale, per esempio, un fenolo a impedimento sterico, quale

4-idrossibenzenp ropanoato

ottenibile commercialmente da Ciba Geigy, come Irganox 1010. L'antiossidante riduce la tendenza della poliolefina ad ossidarsi durante lo stampaggio a temperature elevate.

Particolarmente nello stampaggio delle composizioni di polipropilene composite secondo l'invenzione, agenti interni di distacco dallo stampo permettono cicli di stampaggio a iniezione ed espulsione dei pezzi rapidi. Agenti interni preferiti di distacco dallo stampo comprendono, per esempio, polidimetilsilossano in un veicolo di polietilene per compatibilità di formulazione, che è ottenibile commercialmente da BASF Australia, Ltd. con il nome commerciale di Resex nel tipo S20-E. Altri agenti interni di distacco dallo stampo comprendono miscele di copolimeri di poliolefine reticolate e di esteri fosfato organici con acidi grassi modificati, per esempio il Mold Wiz INT33P/A ottenibile commercialmente da Axel Plastics Research Laboratories, Ine.

Quando i prodotti stampati secondo l'invenzione vengono utilizzati in particolare per il sopporto di conduttori di rame o di lega di rame, quali morsettiere, la composizione per stampaggio secondo l'invenzione contiene facoltativamente un agente convenzionale anticorrosione del rame, per esempio, quale ottenibile commercialmente da Farimount Chemical Co., con il nome commerciale Mixxim CD-12, come si vede nelle formulazioni fornite nelle seguenti tabelle.

Riferendosi nuovamente al componente metasilicato di calcio della composizione per stampaggio composita secondo 1'invenzione, il metasilicato di calcio può essere opportunamente incorporato in forma di minerale wollastonite che è ottenibile commercialmente, per esempio, da NYCO di Willsboro, New York, fornito con il nome commerciale di NYAD e WOLLASTOKUP . Il minerale wollastonite può essere setacciato in modo da provvedere un tipo avente un rapporto preferito lunghezza/diametro di approssimativamente 5:1, che è ottenibile da NYCO con la designazione del tipo di prodotto WOLLASTOKUP 400, e una wollastonite adatta con un elevato rapporto lunghezza/diametro è ottenibile da NYCO con la designazione commerciale NYAD G che ha un rapporto lunghezza/diametro medio di approssimativamente 20:1.

La formulazione seguente di una composizione per stampaggio composita secondo la presente invenzione comprende proporzioni rappresentative di componenti per prodotti per stampaggio comprendenti una cerniera integrale, per esempio la morsettiera per fili elettrici illustrata- nelle figure 1 e 2,

Esempi

Le tabelle II e III forniscono formulazioni per composizioni rappresentative per stampaggio secondo l’invenzione quali particolarmente impiegate per lo stampaggio di morsettiere per fili elettrici quali illustratfc nelle figure l e 2; essenzialmente, le due formulazioni differiscono nel maggiore carico di metasilicato di calcio ad un valore di 20 per cento in peso nella formulazione della tabella III.

Gli esempi seguenti sono rappresentativi di formulazione di composizioni per stampaggio secondo la presente invenzione, come pure dello stampaggio a iniezione delle composizioni per fabbricare una morsettiera per fili elettrici quale illustrata nelle figure 1 e 2. Le morsettiere stampate superano tutte le prove descritte.

Formulazione dei componenti nella tabella I

Il polipropilene vergine (componente A) e il concentrato di colore (componente B) vengono mescolati in barile per 30 minuti. I componenti C (PE68), D (ossido di antimonio) e E (Wollastukup 400) vengono pesati a meno di un decimo di libbra e posti in un barile di fibra. Separatamente, i componenti F (DHT 4A-2), G (Irganox 1010), H (Mixxin CD-12) e I (Axel INT-33P/A) vengono pesati a meno di un decimo di grammo e mescolati in un sacco gonfiato, a mano, per circa 2 minuti. Questi componenti vengono quindi introdotti nel barile di fibre contenente i componenti C, D e E e mescolati in barile per 45 minuti.

Lavorazione

I componenti A e B vengono alimentati con miscela povera nella gola di alimentazione di un estrusore da 3 (88,9 mm) da un alimentatore Acrison. I rimanenti componenti, tutti in polvere, vengono alimentati in miscela povera da un alimentatore laterale a due viti K-Tron nella gola di alimentazione dell'estrusore. La produzione dell'estrusore è approssimativamente 80 libbre/ora (363 kg/ora). L'estrusore viene sfiatato e viene mantenuta una pressione di approssimativamente 203 mm di Hg durante la prova nel la zona di decompressione. Si utilizza una vite a due stadi con punta di miscelazione. Per la produzione delle pastiglie viene impiegata una matrice EDI a 11 fori.

Stampaggio

Morsettiere vengono stampate su una pressa da 75 tonnellate e nelle seguenti condizioni di stampaggio a iniezione:

Zona 1, °F (°C) 312 (156) Zona 2, °F (°C) 319 (159) Ugello, °F (°C) 332 (167) Tempo di ciclo totale, secondi 12 Temporizzatore di iniezione, secondi 2 Tempo di iniezione secondaria, secondi 6 Pressione di iniezione, PSI (MPa) 1400 (9,6) Pressione di iniezione secondaria,

PSI (MPa) 800 (5,5) Velocità della vite 8 Velocità di iniezione Completa Dimensione della iniezione, pollici

(mm) 4,5 (114,3) Temperatura dello stampo °F (°C) 58 (14)

Prove

UL 94 V-O. La prova viene eseguita secondo le specifiche UL 94 V-0 su un foglio di 0,020" (0 ,5 mm) e di 0,040" ( 1 ,0 mm) della composizione per stampaggio. Onesti spessori vengono scelti per rappresentare le sezioni più sottile e più spessa della morsettiera. Entrambe le dimensioni per i due requisiti di condizionamento superano la prova di infiammabilità UL 94 V-O.

Filo a incandescenza. La prova del filo a incandescenza viene effettuata secondo la specifica DIN IEC695-1. Le prove vengono eseguite a 850°C su campioni delle morsettiere. Il tempo di applicazione del filo incadenscente è di 30 secondi con una forza di un newton applicata sui campioni. Tutti i provini dei terminali superano la prova.

Prova dielettrica. La prova dielettrica viene eseguita secondo UNE 20-356-89. Una tensione di 3750 volt, 60 Hz, viene aplicata per un minuto tra (a) l’area terminale e la vite di bloccaggio più vicina e (b) l'area terminale e la barra bloccata sul foro del cavo, come indicato negli schemi seguenti. Tutti 1 campioni di morsettiere superano la prova senza perforazione.

Prova di coppia. La prova di coppia viene eseguita con viti ST diametro 3,5 mm x lunghezrr za 22 mm (DIN 7981). Le viti vengono impegnate ad un valore di coppia di 0,96 Nm nelle morsettie re. L’applicazione della coppia alle viti viene ripetuta dieci volte. Tutti i campioni sottoposti conservano il valore di coppia di 0,96 Nm al decimo impegno e superano la prova.

Intaccatura con sfera. La prova di intaccatura con sfera viene descritta come segue: "Una sfera del diametro di 5 mm viene compressa a 20 newton per un'ora contro il campione a 75°C. La sfera viene quindi rimossa e il campione viene raffreddato entro 10 secondi alla temperatura ambiente mediante immersione in acqua fredda". I campioni superano se il diametro della impressione provocata dalla sfera non supera 2 mm. Tutti i campioni di morsettiera provati sono risultati al di sotto di 2 mm,con una media di 1,33 mm.

Prova di flessibilità. La cerniera della morsettiera viene flessa dieci volte per provare la flessibilità nella zona della cerniera. Per tutti i campioni provati, non si riscontra alcun danno nella zona della cerniera.

Prova a trazione con cavo. Un cavo di 8,5 mm viene bloccato nella morsettiera. Si applica un peso di 10 kg sul cavo ad intervalli di 1 secondo per 25 volte. Il movimento del cavo è inferiore a 2 mm, quindi, tutti i campioni superano la prova.

La composizione formulata secondo la tabella III in cui la quantità di metasilicato di calcio viene aumentata a 20% in peso, viene formulata, stampata e provata secondo la precedente descrizione riferendosi alla formulazione nella tabella I, e la seguente tabella IV fornisce le proprietà comparative delle due formulazioni specifiche.e delle mosettiere stampate da ogni formulazione.

Sebbene siano state qui descritte particolari forme di realizzazione della presente invenzione, è evidente alle persone esperte nella tecnica che varianti e modifiche sotto vari aspetti possono essere apportati senza scostarsi dallo scopo generale dell'invenzione. Inoltre, il metasilicato di calcio può essere formulato con successo in resine di nylon stampabili per iniezione, il che porta a morsettiere stampate con cerniere integrali sufficientemente flessibili. Conseguentemente, lo scopo dell'invenzione non è limitato da alcuna particolare forma di realizzazione, ma è definito dalle rivendicazioni allegate e da loro equivalenti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. - Composizione per stampaggio avente una formulazione comprendente: poliolefina e componente di metasilicato di calcio.
2. - Composizione per stampaggio secondo la rivendicazione 1, in cui detto metasilicato di calcio ha una concentrazione in un intervallo da approssimativamente 5 a 30 % in peso in base al peso totale della composizione per stampaggio.
3. - Composizione per stampaggio secondo la rivendicazione 1, in cui detto metasilicato di calcio è costituito da un componente wollastonite.
4. Composizione per stampaggio secondo la rivendicazione 3, in cui detto componente di wollastonite ha una concentrazione in un intervallo da approssimativamente 5 a 303⁄4 in peso in base al peso totale della composizione per stampaggio.
5. - Composizione per stampaggio secondo la rivendicazione l, in cui detta poliolefina comprende polipropilene.
6. - Composizione per stampaggio secondo la rivendicazione 5, in cui detto metasilicato di calcio ha una concentrazione in un intervallo da approssimativamente 5 a 30% in peso.
7. - Composizione secondo la rivendicazione 6, in cui detto metasilicato di calcio ha una concentrazione in un intervallo da approssimativamente 10 a 20 % in peso.
8. - Composizione per stampaggio secondo la rivendicazione 6, in cui detto metasilicato di calcio ha una concentrazione di approssimativamente 10% in peso.
9. - Composizione per stampaggio secondo la rivendicazione 6, in cui detto metasilicato di calcio ha una concentrazione di approssimativamente 20% in peso.
10. - Composizione per stampaggio secondo la rivendicazione 1, in cui detta poliolefina comprende polietilene.
11. - Composizione per stampaggio secondo la rivendicazione 10, in cui detto metasilicato di calcio ha una concentrazione in un intervallo da approssimativamente 5 a 30% in peso.
12. - Composizione per stampaggio secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre un componente ritardante la fiamma.
13. - Articolo stampato dalla composizione secondo la rivendicazione 1, in cui detto articolo comprende una struttura a cerniera stampata integralmente.
14. - Articolo stampato avente una composizione comprendente poliolefina e metasilicato di calcio.
15. - Articolo secondo la rivendicazione 14, comprendente una struttura a cerniera stampata integralmente.
16. - Articolo secondo la rivendicazione 15, in cui detta struttura a cerniera è in grado di essere ripiegata in modo flessibile di 180°.
17. - Articolo secondo la rivendicazione 10, in cui detta cerniera integrale sopporta almeno dieci piegature a 180°.
18. - Articolo secondo la rivendicazione 15, in cui detta composizione comprende polipropilene ad una concentrazione in un intervallo da approssimativamente 40 a 60% in peso e metasilicato di calcio ad una concentrazione entro l’intervallo da approssimativamente 5 a 3096 in peso.
19. - Composizione per stampaggio avente una formulazione comprendente i seguenti componenti: Componente Descrizione A Poi iolefina B Colorante c Ritardante la fiamma alogenato D Ritardante la fiamma addizionale E Metasilicato di calcio F Stabilizzante al calore per alogeno G Agente antiossidante H Agente anticorrosione del rame I Agente interno di distacco dallo stampo
20. Composizione per stampaggio secondo la rivendicazione 19, in cui detta poliolefina comprende polipropilene. 21. - Composizione per stampaggio secondo la rivendicazione 20, in cui detto polipropilene ha una concentrazione in un intervallo da approssimativamente 40 a 60% in peso in base al peso totale della composizione per stampaggio. 22. - Composizione per stampaggio secondo la rivendicazione 21, in cui detto metasilicato di calcio ha una concentrazione in un intervallo da approssimativamente 5 a 30% in peso. 23. - Composizione per stampaggio secondo la rivendicazione 22, in cui detto metasilicato di calcio ha un rapporto lunghezza/diametro in un intervallo da approssimativaemnte 5:1 a 20:1. 24. - Composizione per stampaggio secondo la rivendicazione 19, in cui detti componenti della formulazione hanno le proporzioni seguenti: