Método de fabricación de componentes poliméricos metalizados en molde.

Método de formación de un componente moldeado en forma de red (34) con una capa metálica sobre una superficieexterna del mismo,

el método incluyendo las etapas de:

provisión de una resina polimérica (10), dicha resina polimérica (10) con un estado fundido utilizable que existe entreuna primera temperatura y una segunda temperatura superior a dicha primera temperatura;

provisión de un metal granuloso (12) con una temperatura de fusión que es mayor que dicha primera temperatura ymenor que dicha segunda temperatura;

calentamiento de dicha resina polimérica (10) a una temperatura que es mayor que dicha primera temperatura y menorque dicha temperatura de fusión de dicho metal granuloso (12), así causando que dicha resina polimérica (10) se funda;

dispersión uniforme de dicho metal granuloso (12) en toda dicha resina polimérica fundida (10) para formar unacomposición;

calentamiento adicional de dicha composición a una temperatura que es mayor que dicha temperatura de fusión dedicho metal granuloso (12), así causando que dicho metal granuloso (12) se convierta en metal fundido (12);inyección de dicha composición bajo presión en una cavidad de molde (20), teniendo paredes de cavidad (22), dondedicha presión causa que dicho metal fundido (12) se separe de dicha resina polimérica (10), dicho metal (12) migrandohacia dichas paredes de cavidad (22) y dicha resina polimérica (10) migrando hacia el interior (24) de dicha cavidad(20);

y enfriamiento de dicha composición para formar un componente (34) con una capa metálica que rodea un núcleopolimérico,

donde dichas etapas de

calentamiento de dicha resina polimérica (10),

dispersión uniforme de dicho metal granuloso (12),

calentamiento adicional de dicha composición, e

inyección de dicha composición

se realizan a medida que dicha resina polimérica (10) y dicho metal granuloso (12) pasan a través de un cilindro demoldeo por inyección (18) entre un extremo de entrada y un extremo de salida, la temperatura de dicho cilindro (18)gradualmente aumentando desde dicha primera temperatura en dicho extremo de entrada hasta una temperatura quees mayor que la temperatura de fusión de dicho metal (12) en dicho extremo de salida, y donde dicho cilindro de moldeopor inyección (18) incluye una válvula unidireccional próxima a dicho extremo de salida, dicho metal granuloso (12)permaneciendo en un estado sólido hasta que dicha composición pasa a través de dicha válvula unidireccional.

Método de fabricación de componentes poliméricos metalizados en molde Antecedentes de la invención [0001] La presente invención se refiere a un método de formación de una pieza polimérica moldeada que incluye una capa metálica sobre su superficie exterior mientras la pieza permanece en el molde.

En la industria de fabricación de componentes, es altamente deseable formar componentes usando el menor número de pasos, así aumentando la velocidad y eficiencia mientras se reduce el coste al que tales piezas pueden ser producidas. Dados estos objetivos; un proceso de fabricación popular para la formación de componentes es moldeo en forma de red. En el proceso de moldeo de forma de red, una materia prima fundida se coloca en una cavidad de molde de manera que cuando el componente es quitado del molde está en su forma de red y no se requiere más tratamiento para completarlo. Debido a la simplicidad del proceso, el moldeo en forma de red se usa conjuntamente con una amplia variedad de materiales de base incluyendo resinas poliméricas y varios metales.

Mientras el proceso de moldeo en forma de red funciona bien para un rango amplio de componentes fabricados, la dificultad con el uso de un proceso de moldeo en forma de red, particularmente con materiales poliméricos, es que frecuentemente otros pasos se requieren para impartir varias otras propiedades deseables a la pieza después de que el paso de moldeo es completado. Por ejemplo, piezas que se utilizan en dispositivos electrónicos frecuentemente deben proporcionar funcionalidad adicional tal como transferir calor en el dispositivo, proteger contra los efectos de interferencia electromagnética (EMI) , reflectar energía radiante lejos de componentes sensibles en el dispositivo y/o reflectar salida de luz tal como una de una lámpara o un diodo de emisión de luz (LED) . Por consiguiente, en la técnica anterior, cuando una superficie reflectante fue deseada, la pieza frecuentemente era formada usando otro método de fabricación tal como rotación o mecanización de componentes metálicos o proporcionando un recubrimiento metalizado sobre la superficie deseada de una pieza a base de polímero así requiriendo etapas de tratamiento adicional más allá del proceso de moldeo en forma de red. En cualquier caso, el coste de fabricación de la pieza aumenta dramáticamente.

El método preferido de metalización de un componente polimérico después de que haya sido moldeado en forma de red tiene diferentes inconvenientes. Principalmente, como se ha declarado arriba, la metalización aumenta dramáticamente el coste y tiempo requerido para producir la pieza. Generalmente, la metalización requiere que la pieza, una vez quitada del molde, sea preparada usando un baño químico, posteriormente chapada usando deposición con vapor o metalización al vacío y luego finalmente revestida de forma transparente para proteger la capa fina de metal que fue depositada sobre la pieza. Estas etapas adicionales introducen una gran cantidad de manipulación adicional de la pieza antes de que logre su estado acabado y suponen casi una duplicación del coste asociado a la fabricación de la pieza. Además, aunque el coste de la pieza aumenta dramáticamente, el recubrimiento es altamente susceptible al desgaste, peladura, desconchado y arañado, todo ello llevando a un fallo prematuro del componente.

US 2003/0183987 A1 divulga un método para la fabricación de una pieza resinosa moldeada con un metal distribuido en una superficie de la misma. El método comprende las etapas de: amasado de un metal de bajo punto de fusión y una resina con una temperatura de curado inferior que un punto de solidificación del metal de bajo punto de fusión en un estado fundido y moldeado por inyección de la resultante mezcla amasada en un molde cuya temperatura es establecida a una temperatura igual o más baja que el punto de solidificación del metal de bajo punto de fusión y superior a la temperatura de curado de la resina.

JP 06264104 divulga un método para la producción de productos moldeados por inyección de un material compuesto que son ligeros en peso y son buenos en características eléctricas, tal como conductividad eléctrica.

Haberstroh et al. (Haberstroh, E.; Hölzel, M.; Koch, M.; Krampe, E., Neuer Funktionswerkstoff für den Automobilbau, Kunststoffe 94 (2004) 3, S. 106-109) revelan un método para la fabricación de un material compuesto que incluye las etapas de: fusión de una resina polimérica, adición de fibras de cobre y un metal de bajo punto de fusión, fusión del metal de bajo punto de fusión causando así que dicho metal de bajo punto de fusión se pegue a las fibras de cobre y moldeo por inyección de la composición formada.

Alternativamente, en la técnica anterior cuando una pieza requerida mejora térmicamente las propiedades conductoras, la resina polimérica de base fue típicamente cargada con productos de relleno conductores altamente térmicos para mejorar la conductibilidad térmica de la pieza acabada. Tales productos de relleno típicamente incluyen negro de carbón, fibras de carbono, polvos cerámicos y/o escamas metálicas. Mientras la conductibilidad térmica del polímero se mejora por la adición de tales productos de relleno, el coste de estos productos de relleno conductores es típicamente bastante alto y las cargas de relleno que son típicamente requeridas para lograr las propiedades deseadas de conductividad térmica y eléctrica también resultaron en un impacto dramático en la flexibilidad y resistencia de la resina polimérica de base. Además, debido a la diferencia en densidad entre los materiales de relleno y el componente de resina polimérica, la pieza moldeada incluye típicamente una región rica en resina en sus superficies externas con una concentración de los materiales de relleno hacia el centro del componente. Esto es particularmente problemático cuando se intenta aumentar la conductividad eléctrica de la pieza porque el flujo eléctrico tiende a recorrer las superficies de los objetos, precisamente en la región de la pieza que tiene la concentración más baja de material de relleno. Por consiguiente, es difícil producir una pieza que tenga una conductividad eléctrica relativamente alta usando unos polímeros de relleno moldeados en forma de red.

Hay una necesidad de un proceso de metalización en molde de componentes poliméricos que preserve todos los aspectos deseables del proceso de moldeo en forma de red y elimine las etapas adicionales que están generalmente asociadas a la metalización.

Breve resumen de la invención [0010] A este respecto, la presente invención proporciona un método nuevo de formación de un componente moldeado en forma de red que incluye un recubrimiento o capa metalizado formado íntegramente en la superficie externa de la misma. En la formación del componente, los materiales fundidos, incluyendo al menos un polímero de base y un metal fundido se inyectan en una cavidad de molde bajo presión, como será descrito abajo de forma más completa, en un modo que resulta en la migración del metal a la superficie externa de la pieza y hacia las paredes interiores de la cavidad del molde. El resultado de este proceso es que cuando la pieza se enfría y se quita de la cavidad de moldeo, se forma una pieza moldeada en forma de red que tiene núcleo polimérico con una capa metálica en las superficies exteriores de la misma.

Generalmente, una aleación de metales y una resina polimérica se seleccionan de modo que se unen cuidadosamente con respecto a sus puntos de fusión relativos y para asegurar que el polímero y el metal no sean mezclables. Es particularmente importante dentro del campo de la presente invención que el punto de fusión de la aleación metálica sea confeccionado para caer hacia el extremo superior del intervalo de moldeo deseado de la resina polimérica de base y sobre la temperatura en la que la resina es típicamente compuesta. Además, es también importante que el punto de fusión de la aleación caiga a una temperatura que no será alcanzada en el cilindro extrusor de la máquina de moldeo hasta que el compuesto polimérico (incluyendo la aleación metálica) pase el anillo de control en el cilindro extrusor. Dado que la aleación metálica tiene viscosidad muy baja en su estado fundido, mantener la aleación metálica en un estado sólido hasta que pase el anillo de control previene la posibilidad de que el metal fundido fluya hacia atrás a través del cilindro después del tornillo de extrusión.

Después de que flujo de material pase el anillo de control en el cilindro extrusor, el flujo de material alcanza una temperatura donde tanto el polímero como la aleación metálica están en un estado fundido y son posteriormente inyectados en la cavidad de molde. Como... [Seguir leyendo]

1. Método de formación de un componente moldeado en forma de red (34) con una capa metálica sobre una superficie externa del mismo, el método incluyendo las etapas de: provisión de una resina polimérica (10) , dicha resina polimérica (10) con un estado fundido utilizable que existe entre una primera temperatura y una segunda temperatura superior a dicha primera temperatura; provisión de un metal granuloso (12) con una temperatura de fusión que es mayor que dicha primera temperatura y menor que dicha segunda temperatura; calentamiento de dicha resina polimérica (10) a una temperatura que es mayor que dicha primera temperatura y menor que dicha temperatura de fusión de dicho metal granuloso (12) , así causando que dicha resina polimérica (10) se funda; dispersión uniforme de dicho metal granuloso (12) en toda dicha resina polimérica fundida (10) para formar una composición; calentamiento adicional de dicha composición a una temperatura que es mayor que dicha temperatura de fusión de dicho metal granuloso (12) , así causando que dicho metal granuloso (12) se convierta en metal fundido (12) ; inyección de dicha composición bajo presión en una cavidad de molde (20) , teniendo paredes de cavidad (22) , donde dicha presión causa que dicho metal fundido (12) se separe de dicha resina polimérica (10) , dicho metal (12) migrando hacia dichas paredes de cavidad (22) y dicha resina polimérica (10) migrando hacia el interior (24) de dicha cavidad (20) ; y enfriamiento de dicha composición para formar un componente (34) con una capa metálica que rodea un núcleo polimérico, donde dichas etapas de calentamiento de dicha resina polimérica (10) , dispersión uniforme de dicho metal granuloso (12) , calentamiento adicional de dicha composición, e inyección de dicha composición se realizan a medida que dicha resina polimérica (10) y dicho metal granuloso (12) pasan a través de un cilindro de moldeo por inyección (18) entre un extremo de entrada y un extremo de salida, la temperatura de dicho cilindro (18) gradualmente aumentando desde dicha primera temperatura en dicho extremo de entrada hasta una temperatura que es mayor que la temperatura de fusión de dicho metal (12) en dicho extremo de salida, y donde dicho cilindro de moldeo por inyección (18) incluye una válvula unidireccional próxima a dicho extremo de salida, dicho metal granuloso (12) permaneciendo en un estado sólido hasta que dicha composición pasa a través de dicha válvula unidireccional.

2. Método según la reivindicación 1, donde la viscosidad de dicho metal fundido (12) es inferior a la viscosidad de dicha resina polimérica fundida (10) .

3. Método según la reivindicación 1, donde dicho metal granuloso (12) es una aleación de metales seleccionados del grupo que consiste en zinc, estaño y antimonio.

4. Método según la reivindicación 3, donde dicha resina polimérica (10) es acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) y dicho metal granuloso (12) es una aleación que incluye aproximadamente 95% de estaño y aproximadamente 5% de antimonio.

5. Método según la reivindicación 3, donde dicha resina polimérica (10) es sulfuro de polifenileno (PPS) y dicho metal granuloso (12) es una aleación que incluye aproximadamente 60% de estaño y aproximadamente 40% de antimonio.