KR100554781B1 - 섬유강화수지의가스주입성형방법및성형품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법 및 성형품에 관한 것이고, 구체적으로는 강성 및 강도가 우수하고, 유리 섬유 등을 포함한 섬유 강화 수지 성형품의 경량화 및 그 표면상태의 향상을 도모한 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법 및 이 가스 주입 성형방법에 의해 수득되는 성형품에 관한 것이다.

Description

섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법 및 성형품{METHOD OF CAS-INJECTION MOLDING OF FIBER REINFORCED RESIN AND THE MOLDED ARTICLE PREPARED THEREFROM}
본 발명은 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법 및 성형품에 관한 것이고, 구체적으로는 강성 및 강도가 우수하고, 유리 섬유 등을 포함한 섬유 강화 수지 성형품의 경량화 및 그 표면상태의 향상을 도모한 섬유 강화 수지의 가스주입 성형방법 및 이 가스주입 성형방법에 의해 수득되는 성형품에 관한 것이다.
종래부터, 유리 섬유 등의 섬유를 함유시키는 것에 의해 강화된 섬유 강화 수지 성형품이 알려져 있다. 이 섬유 강화 수지 성형품은 인장강도, 강성 및 내열성 등의 기계적 특성이 우수하기 때문에, 인파네코어, 범퍼-빔(bumper-beam), 도어스텝(doorstep), 루프 래크(roof rack), 리어 쿼터패널(rear quarterpanel) 및 에어 클리너 케이스(air cleaner case) 등의 자동차 부품 및 외벽용 패널, 간사절벽(間仕切壁)용 패널 및 케이블 쓰루(cable through) 등의 건축·토목용 부재 등으로서 광범위하게 사용되고 있다.
이와 같은 섬유 강화 수지 성형품을 제조하는데 있어서, 금형 내부로 섬유를 포함한 용융수지를 사출하는 사출성형 방법을 이용할 수 있다. 이 사출성형 방법에 의하면, 복잡한 형상의 것이라도 성형할 수 있는 데다가, 소정의 성형 싸이클을 연속하여 반복하는 것이 가능하므로, 동일 형상의 것을 대량 생산할 수 있다는 장점이 있다.
사출성형에 의해 성형된 섬유 강화 수지 성형품은, 강도 및 강성을 향상시키기 위하여 섬유량을 늘리면 성형품의 중량이 증대하는 경향이 있기 때문에, 중량 경감을 위하여 원재료에 발포제를 혼입시켜 성형품으로 될 수지를 발포시키면서 성형을 행하는 발포 사출성형 방법이 제안되었다(일본 특허 공개공보 제 95-247679 호 등).
이 발포 사출성형 방법에서는, 경량화를 달성하기 위하여 상당한 양의 발포제를 사용하여도 발포 배율을 충분히 얻는 것은 용이하지 않다.
게다가, 발포 배율이 충분히 얻어진다고 하여도, 성형품의 외관이 발포에 의해 손상되는 데다가, 보강용 섬유를 함유하고 있는데도 불구하고 내부에 큰 중공부가 형성되므로, 강도, 강성 및 내충격성 등의 기계적 특성이 충분히 확보될 수 없는 경우가 있다.
따라서, 강도, 강성 및 내충격성 등의 기계적 특성 또는 외관 품질을 유지하면서 경량화를 도모하기 위하여, 하기 (1) 및 (2)에 나타낸 방법이 이미 제안되었다.
(1) 비교적 길이가 긴 장섬유를 함유한 섬유 강화 수지 펠렛(pellet)을 사용하여, 함유된 섬유에 의해 스프링 백(spring back) 현상을 발생시키고, 이 스프링 백 현상에 의해 성형중의 수지를 팽창시켜 경량 성형품을 얻는 팽창 성형 방법.
(2) 상기 (1)에서의 섬유 강화 펠렛에 발포제를 혼입시켜, 이 발포제에 의해 수지의 팽창을 촉진시키고, 또한 성형품의 경량화를 도모하는 팽창 성형 방법.
이들 방법에 의하면, 기계적 특성을 해치지 않고서 성형품의 경량화를 충분히 달성할 수 있기 때문에, 섬유 강화 수지 성형품의 경량화를 도모하기에 유효하다고 할 수 있다.
따라서, 상술한 (1), (2) 성형방법에는 각각 하기 a) 및 b)와 같은 문제가 있다.
a) 성형에 사용되는 사출성형기 및 금형으로서는, 보강용 섬유의 파단을 최대한 방지하기 위하여, 노즐, 스프루(sprue), 러너(runner) 및 게이트 등의 용융수지의 유로 내경이 통상보다 넓고 커진 특수한 것이 필요한 데다가, 성형품의 형상도 보강용 섬유가 파단되지 않는 형성에 한정되고, 금형 설계상에 큰 제약이 있다는 문제가 있다.
또한, 경량화를 위하여 팽창 배율을 크게 하면 팽창 후 용융수지의 내부에 포함되는 공극이 증대되어 열전도율이 작아진다.
따라서, 성형된 용융수지를 냉각하는데 있어서, 용융수지의 내부 냉각이 표면보다 상당히 늦어지기 때문에 용융수지 전체를 냉각하는데 시간이 걸리고, 스프링 백 현상에 의해 팽창시켜도 수지 표면의 온도가 낮아져 전체가 열수축해버려, 성형품의 표면에 싱크 마크(sink mark)가 발생하기 쉽다는 문제도 있다.
b) 성형시에 발포제에 의해 발생한 가스가 용융수지의 표면과 금형의 성형면의 사이에 들어가 실버 마크(silver mark)를 발생시키는 일이 있는 데다가, 전술한 가스가 금형의 외부로 배출되면 냄새를 발생시킨다는 문제가 있다.
또한, 발포제에 의해 발생한 가스의 잔류 압력에 의해 사출장치의 노즐을 금형으로부터 떼어 놓을 때 노즐로부터 용융수지가 아래로 떨어져 드로잉(drawing) 현상이 일어나기 쉽다는 문제가 있다.
게다가, 상기 a)와 유사하게, 용융수지의 내부에 공극 또는 기포가 생기기 때문에 용융수지 전체를 냉각하는데 시간이 걸리고, 스프링 백 현상에 의해 팽창시켜도 열수축에 의해 성형품의 표면에 싱크 마크가 발생하기 쉽다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 어떤 성형품 형상에서나 강도, 강성 및 내열성 등의 기계적 특성이 우수한 성형품의 경량화를 달성하고, 싱크 마크 등의 외관상의 문제가 없으며, 우수한 외관 품질을 얻을 수 있는 섬유 강화 수지의 가스주입 성형방법 및 성형품을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 1 발명은 길이가 2 내지 100mm의 범위로 된 보강용 섬유를 포함하는 섬유함유 열가소성 수지 펠렛을 적어도 포함하고, 상기 보강용 섬유가 당해 원재료 전체의 5 내지 70중량%로 된 원재료를 사용하여, 내부의 캐비티에 대하여 진퇴가능하게 된 이동형을 구비한 금형에 상기 원재료를 가소화한 용융수지를 사출함과 동시에 상기 용융수지의 내부로 가스를 주입함으로써 성형품의 성형을 행하는 섬유 강화 수지의 가스주입 성형방법에 있어서, 상기 금형의 캐비티내로의 상기 용융수지의 사출을 개시한 후에 상기 캐비티가 성형품에 맞는 용적으로 되는 위치로 상기 이동형을 후퇴시키는 이동형 후퇴 동작, 및 상기 캐비티에 충전된 상기 용융수지의 내부로 가스를 주입하는 가스주입 동작이 수행됨을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 소정의 길이의 보강용 섬유를 소정량 사용하는데, 용융수지중에 포함되는 보강용 수지가 통상의 금형 또는 사출장치를 사용하여도, 파단되기 어려운 길이이고, 또한 스프링 백 현상을 발생시키기에 충분한 길이와 양이다. 이 스프링 백 현상의 진행에 따라, 용융수지내에 작은 기포가 형성되고, 이것이 연속된 형태의 공극으로 성장하여 3차원 망상의 수지 구조를 형성시킬 수 있다. 그 후 이러한 구조의 수지 구조 또는 공극을 유지한 채로 용융수지를 냉각함으로써, 성형품의 경량화를 충분히 도모하는 것이 가능하게 됨과 동시에 고강도의 성형품을 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 금형의 캐비티내로의 상기 용융수지의 사출을 개시한 후에, 상기 캐비티가 성형품에 따른 용적으로 되는 위치로 상기 이동형을 후퇴시키는 이동형 후퇴 동작 및 상기 캐비티에 충전된 상기 용융수지의 내부로 가스를 주입하는 가스주입 동작을 행한다. 이 가스주입 동작은 용융수지의 냉각을 촉진할 뿐만 아니라, 상기와 같은 보강용 섬유의 스프링 백 현상에 의한 3차원 망상의 수지 구조 또는 공극의 형성을 보강하는 것도 된다.
즉, 보강용 섬유의 배합량이 비교적 적고 스프링 백 힘이 약한 경우, 수지내에 연속적인 작은 기포 또는 공극이 형성되었어도, 그 후 이동형의 후퇴에 의해 수지내에 공극이 불균일하게 치우쳐 형성되거나, 성형품의 표면에 싱크 마크가 생기거나, 또는 금형으로부터 용융수지가 박리되어, 목적하는 형태의 성형품이 얻어지지 않는다. 한편, 보강용 섬유의 스프링 백 현상에 의해 형성된 연속적인 작은 기포로 이루어진 공극으로 가스를 주입하면, 공극내에서 균일하게 가스가 충만되고, 균일한 내압에 의해 공극이 확장되므로, 용융수지가 이동형의 후퇴 동작에 의해 성형품의 용적으로까지 확실히 팽창하여 수지내에 균일한 3차원 망상의 수지 구조 또는 공극이 형성되는 것이다.
또한 이 경우, 상기 금형의 캐비티내로의 상기 용융수지의 사출을 개시한 후에 행하는 가스주입 동작은 상기 이동형을 후퇴시키는 이동형 후퇴 동작에 수반하는 보강용 섬유의 스프링 백 현상에 의해 형성되는 작은 기포가 연속된 공극에까지 성장한 후에, 특히 상기 이동형을 후퇴시키면서 수행하는 것이 바람직하다. 용융수지내에 연속된 기포 또는 공극은 형성되기 전에 가스를 주입하면, 가스가 기포 전체에 골고루 퍼지지 않고, 일부 기포만이 확장하여, 성형품내에 공극이 불균일하게 치우쳐 형성되어 충분한 강도의 성형품이 얻어지지 않는다.
한편, 보강용 섬유를 충분히 배합하여 스프링 백 힘이 강해져, 그것만으로 수지내에 균일한 3차원 망상의 수지 구조 또는 공극을 형성할 수 있는 경우에는, 용융수지의 내부로의 가스주입 동작을 보강용 섬유의 스프링 백 현상에 의해 연속된 공극이 형성된 후에 수행할 수도 있지만, 상기 캐비티가 성형품에 맞는 용적으로 되는 위치까지 상기 이동형이 후퇴한 후에 주입하는 것이 특히 바람직하다.
이동형의 후퇴 동작을 완료한 후에 가스의 주입을 개시하면, 용융수지 전체에 걸쳐 가스가 진행하고, 용융수지의 일부분에만 가스가 모이는 일이 없게 되는 데다가, 비교적 저압의 가스로 용융수지의 팽창을 보완하는 것이 가능하게 되고, 저압 가스를 주입하면, 용융수지의 표면과 금형의 성형면의 사이에 가스가 새지 않아, 실버 마크 등의 문제의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 늦어도 금형내의 용융수지가 냉각·경화되기 전에 용융수지의 내부로 가스를 주입하면, 융용수지는 가스의 압력에 의해 내부로부터 금형의 형성면을 향해 눌려, 표면이 금형의 형성면에 밀착된 상태를 유지한 채로 냉각·경화된다. 따라서, 용융수지가 열수축하여도 용융수지 내부에 발생한 무수한 공극의 치수가 다소 크게 될 뿐이고, 표면에 싱크 마크 등의 문제가 생기는 일이 없다.
또한, 주입한 가스의 압력에 의해 금형의 성형면으로의 수지의 눌림이 지속되기 때문에, 냉각이 촉진되고 냉각시간이 대폭 단축된다.
게다가, 용융수지의 내부로 가스를 주입하는데 있어서, 용융수지 내부로 주입된 가스의 압력을 일정하게 유지하면서 동시에 가스 압력이 높아진 경우에 일부를 용융수지의 내부로부터 외부로 배출하도록 하면, 배출되는 가스에 의해 용융수지의 내부가 냉각되고, 용융수지의 냉각시간이 단축되고, 성형 싸이클 주기가 짧아져, 성형품의 양산성이 향상된다.
또한, 상기 용융수지의 사출개시로부터 상기 이동형의 후퇴 개시까지의 사이에 상기 캐비티에 충전된 상기 용융수지를 압축하기 위하여 상기 이동형의 전진 동작이 수행되는 것이 바람직하다. 금형내의 용융수지를 팽창시키기 전에 당해 용융수지를 압축하여 금형의 성형면에 누르면, 당해 용융수지의 표면이 냉각되고 당해 용융수지의 표면에 금형의 성형면을 따른 스킨(skin)층이 형성되어, 외관 품질이 우수한 성형품이 얻어지게 된다.
본 발명에 사용하는 상기 원재료는 전체 길이가 2 내지 100mm의 범위이면서 동시에 상기 전체 길이와 같은 길이의 보강용 섬유가 서로 평행하게 배열된 상태로 되어 전체의 20 내지 80중량%로 함유된 상기 섬유 함유 열가소성 수지 펠렛을 적어도 포함하고, 상기 보강용 섬유가 당해 원재료 전체의 5 내지 70중량%로 된 원재료인 것이 바람직하다.
즉, 상기 섬유 함유 열가소성 수지 펠렛을 단독으로 사용하거나 또는 여기에 다른 수지 펠렛을 혼합하여 사용할 수 있다.
여기서, 보강용 섬유의 길이가 2mm 미만일 경우는, 가스를 주입하여도 용융수지의 팽창을 보완할 수 없는 경우가 있는 반면, 길이가 100mm를 초과하면 사출성형시에 브리지(bridge)를 일으키거나, 가소화 불량의 원인이 되거나 하므로, 성형이 곤란하게 되는 경우가 있다.
또한, 보강용 섬유가 서로 평행하게 배열된 상태로 되어 전체의 20 내지 80중량%로 함유된 펠렛을 사용하면, 사출장치의 스크루(screw)에 의해 가소화·혼련을 행하여도 섬유의 파단이 일어나기 어렵게 된다.
또한, 보강용 섬유의 함유율이 전체의 5중량%에 달하지 않으면, 스프링 백 현상에 의한 팽창을 기대할 수 없는 데다가, 가스주입에 의해 큰 중공부가 용융수지내에 발생할 우려가 있어, 성형품의 경량화 및 섬유에 의한 강화가 도모되지 않게 되는 경우가 있다.
한편, 보강용 섬유의 함유율이 70중량%를 초과하면, 가스를 주입하기 위한 용용수지의 양이 너무 적게 되어, 용융수지의 내부로 가스를 주입하는 것이 곤란해지고, 용융수지의 표면과 금형의 성형면의 사이에 가스가 누출되어 실버 마크 등의 문제가 발생할 우려가 있어, 외관 품질이 손상되는 경우가 있다.
본 발명에서, 상기 원재료에서는 당해 원재료 100중량부에 대하여 3중량부 이하의 발포제를 포함시킬 수 있다.
발포제를 함유시키면, 스프링 백 현상에서 섬유의 복원력이 부족한 경우에 있어서도, 발포제의 발포력이 섬유의 복원력을 보완하기 때문에, 가스주입이 없어도 이동형이 후퇴하는 것에 따라 성형품에 맞는 용적으로까지 용융수지가 확실히 팽창하게 된다.
더욱이, 발포제의 함유량이 3중량부를 초과하면, 실버 마크가 생기는 경우가 있어, 외관 품질상 문제가 생길 우려가 있는 데다가, 성형품의 내부에 큰 중공부가 발생하여 강도 및 강성이 현저히 저하하는 경우가 있다.
이러한 이유로, 발포제의 함유는 스프링 백 현상의 보완을 위한 것이므로, 그 함유량은 필요 최저한으로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 가스로서 온도가 15℃ 이하, 바람직하게는 0℃ 이하의 냉각용 가스를 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가스의 압력은 게이지 압력으로 0.1 내지 200㎏/cm2, 특히 0.1 내지 20㎏/cm2의 범위로 설정되는 것이 바람직하다.
즉, 주입하는 가스의 압력치는 성형품의 크기, 형상 및 팽창배율, 용융수지의 유동성, 점도 및 섬유 함유량, 및 금형의 게이트(gate) 형상 등에 따라 설정되는 것이다.
일반적으로는, 가스의 압력을 더 저압으로 하면, 수지 내부에 큰 중공부가 발생할 가능성이 적어져, 더 확실하게 강도를 확보할 수 있는 데다가, 용융수지의 표면과 금형의 성형면의 사이로 가스가 누설되기 어렵게 되어, 실버 마크 등의 문제가 발생할 가능성이 더 작아진다.
비교적 저압에서의 가스 주입이 가능한 이유는, 섬유의 스프링 백 현상을 이용하기 위해, 서로 연속하는 다수의 공극이 성형품의 내부에 확보되기 때문이다. 한편, 발포제만으로는 단독 기포밖에 형성할 수 없으므로, 소정량의 가스를 주입하려면 독립 기포를 팽창시킬 필요가 있으므로 스프링 백 현상을 이용하는 경우와 같이 저압 가스의 주입은 곤란하다.
더욱이, 가스의 압력이 200㎏/cm2를 초과해 버리면, 용융수지의 표면과 금형 성형면의 사이에 가스가 누설되거나 큰 중공부가 생기거나 하는 경우가 많아, 실버 마크 등의 외관상의 문제 및 큰 중공부에 의한 강도 저하 등의 기능상의 문제가 발생할 가능성이 현저히 높아진다.
또한, 성형품의 냉각과정에 있어서 가스를 유통 배출시켜 용융수지를 단시간에 냉각하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 가스는 상기 용융수지를 가소화하여 사출하는 사출장치의 노즐의 내부에 설치된 가스 노즐 또는 상기 금형의 내부에 설치된 노즐, 러너 및 캐비티중 어느 것에 개구되는 가스 핀으로부터 용융수지의 내부로 주입될 수 있다.
이들 중에서도, 금형에 설치된 가스 핀, 특히 캐비티에 개구된 가스 핀으로부터 주입하는 것이 바람직하다.
가스 핀의 형상으로서는 외통부, 이 외통부에 삽입된 중자부 및 이들 외통부와 중자부의 사이에 형성된 가스 유로를 구비하고, 또한 외통부의 단부가 중자부의 선단보다도 가스 출구쪽으로 돌출한 것이 바람직하다.
섬유를 포함하고 있는 섬유 강화 수지 성형품은 그 표면층의 강도가 통상의 수지 성형품보다 높아지는데, 이러한 가스 핀을 사용하면 원료 또는 성형 조건에 상관없이, 표면층을 돌파하여 섬유 강화 수지의 내부로 충분한 가스 주입이 행해져 싱크 마크 등의 발생을 확실히 억제할 수 있다.
즉, 금형의 성형면에 접촉하는 용융수지(성형품)의 최표면층은 내부의 용융수지보다 냉각되기 쉽다. 따라서, 중자부(92)의 선단부(92A)가 외통부(91)로부터 돌출되어 있는 가스 핀을 사용하면, 가스 압력이 낮은 경우 가스는 성형품의 최표면층을 돌파하지 못하고 용융수지의 외부를 향해 달아나서, 당해 용융수지와 금형의 성형면의 사이에 들어가는 경우가 있어, 가스를 용융수지의 내부로 도입할 수 없는 경우가 있다. 또한, 저압 가스가 용융수지의 최표면층을 돌파하여 가스 도입구를 형성한 경우라도, 그 가스 도입구는 가스 핀(90)의 가스 유로(93)보다 단면적이 작게 형성되는 경향이 있으므로, 필요량의 가스를 용융수지의 내부로 도입할 수 없는 경우가 있다.
이러한 문제를 해소하는 방법으로서, 가스의 압력을 높게 하여 충분한 양의 가스를 용융수지의 내부에 주입하는 방법을 사용하면, 고압 가스에 의해 성형품의 내부에 큰 중공부가 형성되어 성형품의 강도가 저하된다는 문제가 생긴다.
한편, 상기와 같은 형상의 가스 핀을 사용하면, 가스 핀의 외통부의 단부가 중자부의 선단보다 가스 출구쪽으로 돌출되어 있으므로, 가스 유로의 가스 출구로부터 나온 가스는 중자부의 선단 및 외통부에 둘러싸인 선단 공간에 일단 집합하여 충만된다. 이로써, 선단 공간에서의 가스 압력이 상승하고, 이 압력이 용융수지(성형품)의 최표면층을 돌파하는 정도의 압력이 되면, 가스는 선단 공간으로부터 용융수지의 내부를 향해 압출되고, 용융수지의 최표면층을 돌파하여 가스 유로보다 단면적이 큰 가스 도입구, 즉 외통부의 가스 출구쪽의 개구와 거의 같은 단면 형상의 가스 도입구를 형성하여, 이 가스 도입구를 통하여 용융수지의 내부로 가스가 주입된다.
이와 같이, 가스 유로에 도입되는 가스의 압력이 낮아도 선단 공간에서 가스 압력을 높일 수 있기 때문에, 용융수지의 최표면층을 돌파하여 가스를 용융수지의 내부로 확실히 도입할 수 있는 데다가, 가스 유로보다 단면적이 큰 가스 도입구를 형성할 수 있으므로, 충분한 양의 가스를 용융수지의 내부로 도입할 수 있다. 따라서, 주입한 가스에 의해 용융수지를 금형의 성형면에 누른 상태로 냉각할 수 있으므로, 성형품의 표면층에 스킨층을 형성할 수 있어 싱크 마크 등의 외관상의 문제를 확실히 방지할 수 있다.
또한, 선단 공간에 집합한 가스는 그 압력이 용융수지가 최표면층을 돌파하는 정도까지 상승하면, 바로 용융수지의 최표면층을 향해 압출되기 때문에, 가스가 필요 이상으로 고압이 되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 용융수지의 내부로 도입될 때의 가스 압력을 최표면층을 돌파하기에 필요한 최저 압력으로 만들 수 있기 때문에, 가스에 의해 성형품의 내부에 큰 중공부가 형성되는 것을 회피할 수 있으므로 우수한 강도를 확보할 수 있다.
그리고, 보강용 섬유를 포함한 용융수지를 사용하여 성형하기 때문에 성형품에 양호한 기계적 특성을 부여할 수 있는 데다가, 용융수지의 사출을 개시한 후에 캐비티 확대 공정과 가스 주입 공정을 수행하기 때문에 가스를 주입하는 것으로 스프링 백 현상에 의한 섬유 함유 수지의 팽창을 보완할 수 있으므로, 용융수지를 확실히 팽창시킬 수 있다. 따라서, 성형품의 경량화를 달성함과 동시에 단위중량당 역학 특성이 우수한 성형품을 얻을 수 있다.
또한, 중자부의 가스 출구쪽의 선단은 첨두부일 수도 있는데, 가스 유로로부터 나온 가스가 용융수지를 누르면, 선단 공간에서 가스는 용융수지와 중자부의 선단의 거리가 일정하게 된다고 추측되기 때문에, 중자부의 선단을 첨두부로 하면 가스에 의해 눌리는 용융수지의 표면이 첨두부에 대응한 경사면이 되어, 그 꼭대기에 가스가 집중되기 쉽게 가스를 충분히 주입할 수 없을 우려가 있다.
따라서, 중자부의 가스 출구쪽의 선단은 그 축방향과 거의 직교하는 평면으로 되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 용융수지의 내부로 충분한 양의 가스를 확실히 주입할 수 있기 때문에, 싱크 마크 등의 발생을 한층 확실히 방지할 수 있는 데다가, 중자부의 형상을 단순화할 수 있기 때문에, 제조를 용이화할 수 있다. 이것은 가스에 의해 강압하는 용융수지의 표면이 평면이 되어, 가스를 선단 공간에 균일하게 충만시킬 수 있기 때문이라고 추측된다.
그리고, 외통부는 원통형으로 형성되고, 중자부는 외통부에 삽입된 중자부 본체와 이 중자부 본체의 가스 입구쪽의 기단에 설치되고, 또한 외통부의 가스 입구쪽의 개구를 덮는 계지부를 보유함으로써 거의 T자형으로 형성되고, 가스 유로의 가스 입구는 상기 계지부에 형성된 슬릿에 의해 구성될 수도 있다.
이와 같이, 계지부를 보유하여 중자부를 거의 T자형으로 형성함으로써, 가스를 계지부의 슬릿으로부터 가스 유로에 도입하여 유통시켰을 때에, 이 가스의 유동에 의해 계지부는 외통부의 가스 입구쪽의 개구단에 눌려지므로, 가스의 유통에 의해 중자부가 외통부로부터 빠지는 것을 확실히 방지할 수 있다.
이상에 있어서, 중자부 선단으로부터 외통부 단부의 돌출 길이를 0.1mm 내지 3mm로 하는 것이 바람직하다.
이 돌출 길이가 0.1mm보다 짧으면, 선단 공간을 충분히 확보할 수 없으므로 필요량의 가스를 수지 내부로 주입할 수 없는 경우가 있고, 3mm보다 길면 성형품의 가스 핀으로부터의 이형성(離型性)이 저하하는 일이 있다.
여기서, 금형에 설치된 가스 핀은 1개일 수도 있지만, 용융수지 전체에 균일하게 가스를 주입하기 위해서는 복수의 가스 핀을 금형에 설치하여 용융수지에 2군데 이상으로부터 가스를 주입하는 것이 바람직하다.
또한, 양호한 외관의 성형품을 얻기 위하여, 금형에서의 가스 핀의 위치는 성형품의 의장면(意匠面)에 대응한 성형면과는 반대쪽의 성형면인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 용융수지의 내부로 상기 가스 이외에 액상 냉매를 또한 주입할 수 있다. 주입된 액상 냉매는 통상 기화하여 금형 밖으로 방출된다.
용융수지의 내부에 가스와 함께 액상 냉매를 공급하면, 액상 냉매의 열용량이 가스에 비하여 크므로 소량으로도 용융수지 내부의 열을 다량으로 빼앗게 되고, 또한 용융수지 내부에서 액상 냉매가 기화함으로써 이 기화열로 인해 용융수지의 냉각이 가속된다.
또한, 액상 냉매는 가스에 의해 확실히 용융수지의 내부로 보내지고, 이 용융수지 내부에서 기화한 후에는 금형 밖으로 방출되기 때문에, 열이 용융수지 내부에 축적되지 않고, 확실히 성형품이 냉각된다. 게다가, 캐비티내의 용융수지는 가스의 압력에 의해 내부로부터 금형의 성형면을 향해 눌려, 표면이 금형의 성형면에 밀착한 상태를 유지한 채로 냉각·경화되기 때문에, 표면에 싱크 마크 등의 문제가 생기지 않는다. 또한, 주입한 가스의 압력에 의해, 금형의 성형면으로의 수지의 누르는 압력이 지속되기 때문에 냉각이 촉진되어, 이 점때문에도 냉각시간이 대폭 단축된다.
액상 냉매를 사용한 냉각은, 표피재에 의해 수지가 단열되어 금형에서의 냉각이 뒤따르지 않고 냉각시간이 통상의 2배 이상 필요하게 되는, 표피재를 성형품에 일체 성형하는 경우에 있어서 특히 유효하다.
또한, 가스와 함께 액상 냉매를 성형품의 내부 공극에 공급하는데 있어서, 우선 상기 가스만을 상기 성형품의 공극으로 공급하고, 그 후 상기 가스와 함께 상기 액상 냉매를 상기 성형품에 공급하는 구성이 될 수도 있다.
이 구성에서는, 가스주입에 의해 스프링 백 현상에 의한 용융수지의 팽창이 보완되어 용융수지의 내부에 균일하게 공극이 형성되고, 이 균일한 내부 공극에 액상 냉매가 가스에 의해 확실히 보내져 채워지기 때문에, 용융수지의 열을 가스가 기화함으로써 충분히 빼앗을 수 있어 성형품의 균일 냉각이 촉진된다.
또한 본 발명에서 상기 금형에는 성형품의 표면을 피복하기 위한 표피면재를 성형 전에 미리 장착시킬 수 있다.
이와 같이, 미리 성형 전에 표피면재가 장착된 금형을 사용하면, 표면이 표피면재로 피복된 적층 성형품을 얻을 수 있게 된다.
여기서, 표피면재로서는 직포 또는 부직포 등의 포, 열가소성 수지면재, 열가소성 수지의 발포면재 및 모양 등이 인쇄된 필름 등의 단층면재, 및 열가소성 엘라스토머 또는 염화 비닐 수지 등의 표피재에 열가소성 수지 또는 열가소성 수지의 발포체 등으로 전체 이지재(裏地材)를 배접한 다층 면재를 채용할 수 있다.
또한, 수지 펠렛의 주원료가 되는 열가소성 수지로서는, 특히 제한은 없지만, 예를 들면 폴리프로필렌, 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체, 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌계 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아세탈계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리방향족 에테르계 또는 티오에테르계 수지, 폴리방향족 에스테르계 수지, 폴리설폰계 수지 및 아크릴레이트계 수지 등을 채용할 수 있다.
여기서, 상기 열가소성 수지는 단독으로 사용할 수도 있지만, 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
이러한 열가소성 수지 중에서 폴리프로필렌, 프로필렌과 다른 올레핀의 블록 공중합체, 랜덤 공중합체 또는 이들의 혼합물 등의 폴리프로필렌계 수지가 바람직하고, 특히 불포화 카복실산 또는 그 유도체로 변성된 산변성 폴리올레핀계 수지를 함유하는 폴리프로필렌계 수지가 적합하다.
또한, 수지 펠렛에 함유되는 보강섬유로서는 하기 (1) 내지 (4)를 채용할 수 있고, 특히 유리 섬유를 채용하는 것이 바람직하다:
(1) 세라믹 섬유: 붕소 섬유, 탄화규소 섬유, 알루미나 섬유, 질화규소 섬유, 지르코니아 섬유
(2) 무기 섬유: 유리 섬유, 탄소 섬유.
(3) 금속 섬유: 구리 섬유, 황동 섬유, 강철 섬유, 스테인레스 섬유, 알루미늄 섬유, 알루미늄 합금 섬유
(4) 유기 섬유: 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 아라미드 섬유, 케블라(상품명) 섬유, 폴리아릴레이트 섬유.
여기서, 수지 펠렛에 함유되는 유리 섬유로서는 E-유리 또는 S-유리의 유리 섬유로서, 그 평균 섬유직경이 25㎛ 이하인 것, 바람직하게는 3 내지 20㎛의 범위인 것을 채용할 수 있다.
유리 섬유의 직경이 3㎛ 미만이면, 펠렛 제조시에 유리 섬유가 수지에 융합하지 않고, 수지에 함침하는 것이 곤란하게 되는 반면, 20㎛를 초과하면 용융혼련시에 절단, 결손이 일어나기 쉽게 된다.
이들 열가소성 수지 및 유리 섬유를 사용하여 인발성형법 등에 의해 펠렛을 제조하는데 있어서, 유리 섬유는 커플링제로 표면처리한 후, 수속제(收束劑)에 의해 10 내지 10000개, 바람직하게는 150 내지 5000개의 범위로 묶어 두는 것이 바람직하다.
커플링제로서는 소위 실란계 커플링제, 티탄계 커플링제로서 종래부터 임의의 것중에서 적절히 선택할 수 있다.
예를 들면, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란 등의 아미노실란 또는 에폭시실란을 채용할 수 있다. 특히, 상기 아미노계 실란 화합물을 채용하는 것이 바람직하다.
이러한 커플링제를 사용하여 유리 섬유의 표면처리를 행하는데 있어서, 전술한 커플링제를 유기 용매에 섞은 유기 용매액 또는 혼탁액을 소위 사이징제로서 유리 섬유에 도포하는 사이징 처리외에 건식혼합 및 분사법 등을 채용할 수 있다.
또한, 표면처리를 수행하는데 있어서, 전술한 커플링제와 함께 유리용 필름형성 물질을 병용할 수 있다. 이 필름형성 물질로서는, 예를 들면 폴리에스테르계, 우레탄계, 에폭시계, 아크릴계, 아세트산비닐계 및 이소시아네이트계 등의 중합체를 채용할 수 있다.
수속제로서는, 예를 들면 우레탄계, 올레핀계, 아크릴계, 부타디엔계 및 에폭시계 등을 채용할 수 있고, 이들 중에서 우레탄계 및 올레핀계가 바람직하다.
이들 중에서, 우레탄계 수속제는 통상 디이소시아네이트 화합물과 다가 알콜의 중부가 반응에 의해 얻어지는 폴리이소시아네이트 50중량% 이상의 비율로 함유하는 것이면, 오일변성형, 습기경화형 및 블록형 등의 1액형 및 촉매경화형 및 폴리올경화형 등의 2액형중 어느 것이나 채용할 수 있다.
한편, 올레핀계 수속제로서는 불포화 카복실산 또는 그 유도체에 의해 변성된 변성 폴리올레핀계 수지를 채용할 수 있다.
상술한 바와 같은 수속제로 수속한 유리 섬유에 열가소성 수지를 부착·함침시킴으로써, 유리 섬유를 함유하는 수지 펠렛이 제조된다.
유리 섬유에 열가소성 수지를 부착·함침시키는 방법으로서는, 예를 들면 용기 등에 넣은 용융수지의 가운데로 섬유다발을 통과시켜 섬유에 수지를 함침시키는 방법, 코팅(coating)용 다이(die)에 섬유다발을 통과시켜 함침시키는 방법, 또는 다이에서 섬유 주위에 부착된 용융수지를 눌러펴서 섬유다발에 함침시키는 방법 등을 채용할 수 있다.
여기서, 섬유다발과 수지를 잘 융합시키는, 즉 습윤성을 향상시키기 위해서 내부 둘레에 요철부가 설치된 다이의 내부로 장력이 가해진 섬유다발을 통과시켜 뽑아냄으로써 용융수지를 섬유다발에 함침시킨 후, 추가로 이 섬유다발을 가압 롤러로 프레스(press)하는 공정이 조립된 인발성형법도 채용할 수 있다.
유리 섬유와 용융수지가 서로 잘 융합하는, 습윤성이 좋은 것이면, 용융수지가 유리 섬유에 용이하게 합침되어 펠렛의 제조가 용이하게 되기 때문에, 전술한 수속제로 섬유를 수속하는 공정은 생략할 수 있는 경우가 있다.
여기서, 서로 잘 융합시키는 방법으로서는 수지에 극성을 부여하거나, 유리 섬유의 표면에 커플링제와 반응하는 작용기를 그라프트하거나 하는 방법이 유효하다.
이상과 같은 방법으로, 수지가 함침된 긴 섬유다발(스트랜드 등)을 섬유의 종방향을 따라 절단하여 가면, 펠렛의 전 길이와 같은 길이의 긴 섬유를 포함한 수지 펠렛을 얻을 수 있다.
이때, 수지 펠렛으로서는 섬유다발이 스트랜드로 되어, 그 단면 형상이 거의 원형으로 된 수지 함유 긴 섬유다발을 절단한 것에 한정되지 않고, 섬유를 평평하게 배열함으로써 시이트(sheet)상, 테이프(tape)상 또는 밴드(band)상으로 된 수지 함유 긴 섬유다발을 소정의 길이로 절단한 것일 수도 있다.
본 발명의 성형방법에 있어서는, 전술한 바와 같이 원재료 100중량부에 대하여 3중량부 이하, 구체적으로는 0.01 내지 3중량부의 발포제를 포함시킬 수 있다.
여기서, 발포제의 종류는 열에 의해 분해되어 가스를 발생시키는 것이면 한정되지 않는다.
예를 들면, 옥살산 유도체, 아조 화합물, 하이드라진 유도체, 세미카바지드, 아지드 화합물, 니트로소 화합물, 트리아졸, 요소 및 그 관련 화합물, 아질산염, 수소화물, 탄산염 및 중탄산염 등을 채용할 수 있다.
더 구체적으로 예시하면, 아조디카본아미드(ADCA), 벤젠설포하이드라지드, N,N-디니트로펜타메틸렌테트라민, 테레프탈아지드 등을 채용할 수 있다.
또한, 필요에 따라 안정제, 대전방지제, 내후제, 착색제, 단섬유, 활석 등의 충전제를 가할 수도 있다.
본 발명의 제 2 발명은 상기 제 1 발명에 의해 성형한 성형품이다.
즉, 길이가 2 내지 100mm의 범위로 된 보강용 섬유를 포함하는 섬유 함유 열가소성 수지 펠렛을 적어도 포함하고, 상기 보강용 섬유가 당해 원재료 전체의 5 내지 70중량%로 된 원재료를 사용하고, 내부의 캐비티에 대하여 진퇴가능하게 된 이동형을 구비한 금형에 상기 원재료를 가소화한 용융수지를 사출함과 동시에, 상기 용융수지의 내부에 가스를 주입함으로써 성형된 섬유 강화 수지의 성형품으로서, 상기 금형의 캐비티내로의 상기 용융수지의 사출을 개시한 후에 상기 캐비티가 성형품에 맞는 용적으로 되는 위치로 상기 이동형을 후퇴시키는 이동형 후퇴 동작과, 상기 캐비티에 충전된 상기 용융수지의 내부로 가스를 주입하는 가스주입 동작을 수행하여 성형됨을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 제 2 발명에서는 그 내부에 무수한 공극이 생기기 때문에, 중량이 가볍게 되고, 자동차 등의 운송기계의 부품으로서 이용하면 그 기계적 효율 등을 향상시키는 것이 가능하게 되고, 케이블 쓰루 등의 건축 토목 부재로서 이용하면 그 경량성때문에 설치작업 등이 용이하게 수행되게 된다.
이상에 있어서, 당해 성형품중에 포함되는 보강용 섬유의 평균 섬유길이가 2mm 이상이고, 또한 10mm 이하인 것이 바람직하다.
이와 같이, 보강용 섬유의 평균 섬유길이가 2mm 이상으로 되어 있으면, 필요 최저한의 강도가 확보됨과 동시에, 충분한 경량화가 달성되고, 또한 외관 품질이 우수한 성형품이라고 볼 수 있고, 각종 용도에의 이용이 가능하게 된다.
한편, 보강용 섬유의 평균 섬유길이가 10mm를 초과하면, 성형품에 설치된 리브(rib) 또는 세부에 보강용 섬유가 들어가기 어렵게 되고, 보강용 섬유가 부족하게 되어, 강도가 떨어지는 부분이 형성되는 경우가 있다.
이하에, 본 발명의 실시의 각 형태를 도면에 기초하여 설명하겠다.
도 1에서는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관계되는 사출성형기(1)가 도시되어 있다. 이 사출성형기(1)는 고정형(10A) 및 이동형(10B)으로 분할되는 동시에, 이들 고정형(10A)과 이동형(10B)의 사이에 캐비티(10C)가 형성된 금형(10)의 내부에 용융수지를 사출함으로써 성형품의 성형을 수행하는 것이다.
사출성형기(1)에는 금형(10)내로 용융수지를 사출하는 사출장치(1A), 고정형(10A)이 고정된 고정 다이 판(3), 이동형(10B)이 설치됨과 동시에 고정 다이 판(3)에 대하여 이동가능하게 된 이동 다이 판(4), 이 이동 다이 판(4)을 고정 다이 판(3)을 향해 전진시키기 위한 형체장치(5) 및 이동 다이 판(4)에 설치됨과 동시에 이동형(10B)을 고정형(10A)에 대하여 진퇴시키는 금형이동장치(20)가 구비되어 있다.
사출장치(1A)는 사출 실린더(11)의 내부에 공급된 수지 펠렛을, 도시하지 않은 스크루에 의해 혼련하면서 가소화하고, 수지 펠렛을 가소화한 용융수지를 선단에 설치된 노즐(12)로부터 사출하는 것이다.
금형(10A)에는 용융수지의 내부에 가스를 주입하기 위한 가스 핀(13,13A)이 설치되어 있다. 이 가스 핀(13,13A)은 통상 성형품의 이면을 성형하는 성형면에 개구되어 있다. 가스 핀(13,13A)에는 금형(10)에 충전된 용융수지의 내부에 가스를 주입하기 위해, 도시하지 않은 가스주입장치가 접속되어 있다.
또한, 금형(10)에 충전된 용융수지의 내부에 가스를 주입하는데 있어서, 용융수지 내부의 가스의 압력을 일정하게 유지하기 위해, 용융수지 내부의 가스 압력이 높아진 경우에, 가스 핀(13A)은 가스의 일부를 용융수지의 내부로부터 금형(10)의 외부로 배출하는 배출로가 될 수 있다.
또한, 금형(10)에는 배출로(가스 핀(13A))를 개폐하고, 용융수지 내부의 가스 압력을 소정의 압력으로 제어하는 압력조정 밸브(도시 생략)가 설치되어 있다.
이들 가스 핀(13A) 및 압력조정 밸브에 의해 주입된 가스는 금형(10) 안을 유통하여, 금형(10) 밖으로 배출가능하게 되어 있고, 성형품의 냉각속도가 대폭 향상하게 되어 있다.
이동 다이 판(4)은 형체용의 유압 실린더 장치(6)가 고정된 고정판(7)과 고정 다이 판(3)의 사이에 걸쳐진 다이 바(bar)(8)를 따라 자유자재로 접히게 설치된 것이다.
형체장치(5)는 유압 실린더 장치(6)의 피스톤 로드(6A)가 연결된 토글기구(toggle mechanism)(9)를 가져, 유압 실린더 장치(6)의 누르는 압력을 토글기구(9)에 의해 증력하여 이동 다이 판(4)을 전진시키고, 이에 의해 금형(10)의 형체를 수행하는 것이다.
여기서, 이동 다이 판(4)과 고정 다이 판(3)의 사이에는 형체 압수(closing pressure pad) 블록(3A,3B)이 설치되어 있다. 고정 다이 판(3)쪽에 설치된 형체 압수 블록(3A)은 이동 다이 판(4)을 전진시켰을 때, 당해 이동 다이 판(4)쪽에 설치된 형체 압수 블록(3B)과 접하고, 토글기구(9)의 고압 형체력을 받는 것이 된다. 이 형체 압수 블록(3A,3B)에 의해 다이 판 (3)과 (4) 사이의 평행도가 확보되도록 되어 있다.
금형이동장치(20)는 이동 다이 판(4)에 장치된 고정 기판(21)과 이 고정 기판(21)에 대하여 진퇴하는 이동 기판(22)을 갖는 것이다.
여기서, 이동 기판(22)은 앞면에 이동형(10B)이 장치된 것으로, 고정 기판(21)에 직접 설치된 가이드 바(guide bar)(23)를 따라 자유자재로 접히게 설치됨과 동시에 이동 기판(22)과의 사이에 걸쳐진 인장 스프링(24)에 의해 이동 기판(22)쪽을 향해 항상 부세(付勢)되어 있다.
이들 고정 기판(21)과 이동 기판(22)의 사이에는 한쌍의 경사부재(31,32)가 설치되어 있다.
이들 경사부재(31,32)는 이동형(10B)의 전진방향에 대하여 경사진 경사면(31A,32A)을 각각 갖는 것이다. 이들 경사면(31A,32A)을 서로 면접촉시킨 상태로 경사부재(31,32)가 이동형(10B)의 전진방향을 따라 배열되어 있다.
경사부재(31)는 고정 기판(21)의 표면을 이동형(10B)의 전진방향과는 직교하는 방향으로 자유자재로 이동하게 설치되어, 고정 기판(21)에 고정된 유압 실린더 장치(34)의 피스톤 로드(34A)의 선단에 연결되어 있다. 유압 실린더 장치(34)에 의해 경사부재(31)가 경사부재(32)를 향해 이동되도록 되어 있다.
한편, 경사부재(32)는 이동 기판(22)에 고정되어 있다.
여기에서, 경사부재(31)는 이동가능하게 되어 있는 것이므로, 경사부재(31) 및 경사부재(32)는 한 쪽이 다른 쪽에 대하여 상대적으로 이동가능하게 되어 있다.
이러한 금형이동장치(20)는 경사부재(31)를 경사부재(32)에 대하여 진퇴시킴으로써 경사부재(31)를 경사부재(32)에 대하여 진퇴시키는 것이고, 또한 고정형(10A)에 대하여 이동형(20B)이 임의의 거리를 갖는 위치까지 이동형(10B)을 이동시켜, 그 위치에 이동형(10B)을 일시적으로 고정하는 것이 가능하게 되어 있다.
금형이동장치(20)에 유압을 공급하기 위해, 유압 단위장치(30)가 설치되고, 또한 이 유압 단위장치(30)를 제어하고, 금형이동장치(20)에 원하는 동작을 행하게 하기 위해 제어장치(33)가 설치되어 있다.
이 제어장치(33)는 디지탈 시퀀서(digital sequencer) 등의 시퀀스 제어 회로를 갖는 것으로, 이동형(10B)을 고정형(10A)에 대하여 단계적으로 이동시키거나, 소정의 위치에 일시 정지시킨 후에 이동시키는 등의 임의의 상이한 동작을 연속적으로 행하도록 설정하는 것이 가능하게 되어 있다.
다음에, 본 발명의 실시형태의 성형 순서에 대하여 설명하겠다.
우선, 사출성형기(1)에 금형(10)을 장착함과 동시에, 사출장치(1A)의 사출 실린더(11)내에 수지 펠렛을 공급한 후, 사출성형기(1)를 기동시키고, 사출 실린더(11)내의 수지 펠렛의 가소화 및 혼련을 개시한다.
여기서, 채용되는 수지 펠렛은 폴리프로필렌을 주원료로 한, 전체 길이가 2 내지 10mm의 범위로 된 것이다. 이 수지 펠렛에는 그 전체 길이와 동일한 길이의 보강용 유리 섬유가 서로 평행하게 배열된 상태로 되어 20 내지 80중량%로 함유되고, 당해 수지 펠렛과 보강용 유리 섬유를 포함하지 않는 다른 펠렛을 혼합한 혼합물의 경우에는 전체의 5 내지 70중량%, 바람직하게는 5 내지 60중량%의 범위로 함유되어 있다.
또한, 사출 실린더(11)내에서는 수지 펠렛의 가소화 및 혼련을 충분히 행함으로써, 용융수지내의 무수한 유리 섬유를 균일하게 분포시키고, 또한 서로 충분히 연결된 상태로 되어, 스프링 백 현상이 발생하기 쉬운 상태로 된다.
그리고, 형체장치(5)를 작동시키고, 이동 다이 판(4)을 고정 다이 판(3)을 향해 이동시키고, 고정 다이 판(3)쪽의 형체 압수 블록(3A)에 이동 다이 판(4)쪽의 형체 압수 블록(3B)을 접하게 한다.
이어서, 금형이동장치(20)를 작동시키고, 도 2a에 나타낸 것과 같이, 금형(10)의 캐비티(10C)가 성형품에 맞는 용적보다 축소되는 위치(S)에 이동형(10B)을 이동시키고, 당해 캐비티(10C)의 두께 치수를 (t1)로 한다.
이때, 위치(S)는 당해 위치(S)에 정지한 이동형(10B)이 형성하는 캐비티의 두께(t1)와 성형품에 맞는 용적을 확보한 캐비티의 두께(t2)의 관계에 있어서, (t2/t1)이 1.2 내지 6.0의 범위로 되도록 설정할 수 있다.
이 상태로, 사출장치(1A)로부터 금형(10)에 용융수지를 사출하여, 성형품에 맞는 용적보다 축소된 캐비티에 충만시키고, 사출압력에서 용융수지가 금형(10)의 성형면을 향해 눌려 밀착되어 있는 상태로 되고, 여기서 용융수지의 사출을 완료한다.
용융수지의 사출 완료 직전이나 직후 또는 사출 완료로부터 소정 시간이 경과하면, 금형이동장치(20)를 작동시키고, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 금형(10)의 캐비티가 성형품에 맞는 용적으로 되는 위치(T)까지 이동형(10B)을 후퇴시키고, 당해 캐비티(10C)의 두께 치수를 (t2)로 한다.
이에 따라, 사출 완료로부터 이동형(10B)이 위치(T)에 도달할 때까지의 사이에 용융수지의 표면을 냉각하고, 용융수지(성형품)의 표면에 스킨층이 형성된다.
사출 완료 후에 이동형(10B)을 후퇴시키는 경우에는, 금형 온도에 따라 다소 상이하지만, 사출 완료로부터 이동형(10B)의 후퇴 개시까지의 시간을 0 내지 10초의 범위로 설정할 수 있다.
또한, 이동형(10B)의 후퇴속도(Vr)는 0.05 내지 100mm/초의 범위, 바람직하게는 0.05 내지 50mm/초의 범위로 설정할 수 있다.
이동형(10B)을 후퇴시키면, 스프링 백 현상에 의해 용융수지내에서 쭈그러진 유리 섬유의 탄성적인 복원력으로 용융수지가 팽창하고, 용융수지의 내부에 무수한 공극이 발생하고, 원재료보다 용적이 크게 경량화된 성형품이 형성된다.
그리고, 이동형(10B)이 위치(T)에 도달함과 동시에, 가스 핀(13)으로부터 가스를 용융수지의 내부에 주입한다. 이 시점에서 가스 주입을 행함으로써, 금형(10)내의 용융수지가 완전히 냉각·경화하기 전에 용융수지의 내부에 가스가 주입된다.
용융수지의 내부에 주입된 가스는 용융수지의 내부에 발생한 무수한 각 공극에 분산되어 도입되고, 용융수지의 내부에 큰 중공부를 발생시키지 않는다.
또한, 가스의 압력에 의해 용융수지는 그 내부로부터 금형(10)의 성형면을 향해 눌려 표면이 금형의 성형면에 밀착한 상태를 유지한 채로 냉각·경화되고, 냉각·경화 후 열수축하여도 용융수지 내부에 발생한 무수한 공극의 각 치수가 다소 크게 될 뿐이고, 표면에 싱크 마크 등의 문제가 생기지 않는다.
여기서, 용융수지의 내부에 가스를 주입하는데 있어서, 용융수지 내부에 주입된 가스의 압력은 0.1 내지 20㎏/cm2의 범위로 설정되고, 또한 전술한 압력조정 밸브에 의해 유지되는 압력치보다 높은 압력치로 설정되어 있다.
이에 따라 용융수지의 내부의 가스는 그 압력이 압력조정 밸브에 의해 소정의 값으로 유지되고, 또한 그 일부가 용융수지의 내부로부터 금형(10)의 외부로 배출된다. 이 가스 배출에 의해 용융수지의 내부가 냉각되기 때문에, 용융수지의 냉각시간이 단축된다.
이때, 온도가 15℃ 이하, 특히 0℃ 이하의 냉각용 가스를 사용하면 냉각효율이 더 향상된다.
성형품을 충분히 억제하는데 필요한 소정의 시간이 경과하면, 형체장치(5)를 작동시켜 이동 다이 판(4)을 후퇴시켜 금형(10)을 연다. 그리고, 금형(10)의 내부로부터 성형품을 꺼내고 성형을 완료한다. 이후, 필요에 따라 이상과 같은 성형작업을 반복한다.
전술한 바와 같은 본 발명의 실시형태에 의하면, 다음과 같은 효과가 수득된다.
즉, 용융수지 안에 포함되는 보강용 섬유의 길이를 2 내지 100mm의 범위로 함과 동시에, 보강용 섬유의 함유량을 수지 전체의 5 내지 70중량%의 범위로 하고, 또한, 섬유 함유 열가소성 수지 펠렛에 포함되어 있는 상태에서는 보강용 섬유가 서로 평행하게 배열되어 있기 때문에, 금형(10) 또는 사출장치(1A)가 통상의 것이어도 혼련시 및 사출시에 있어서 보강용 섬유가 파단되기 어렵게 된다.
따라서, 스프링 백 현상을 발생시키기에 충분한 길이가 유지되고, 또한 스프링 백 현상 발생에 충분한 양의 보강용 섬유가 포함되어 있기 때문에, 이동형(10B)의 후퇴에 의해 용융수지가 충분히 팽창하게 되어, 충분히 경량화된 성형품을 얻을 수 있다.
또한, 가스주입에 의해 스프링 백 현상에 의한 용융수지의 팽창이 보완되기 때문에, 소정의 치수까지 팽창하기에는 포함되는 보강용 섬유의 양이 약간 적은 경우라도, 금형(10)내에 사출된 용융수지는 이동형(10B)의 후퇴 동작에 의해 성형품의 용적에까지 확실히 팽창하게 되어 소기의 경량화를 확실히 달성할 수 있다.
또한, 보강용 섬유의 길이를 2mm 이상으로 하였기 때문에, 가스의 주입에 의해 용융수지의 팽창이 확실히 보완되게 되고, 보강용 섬유의 길이를 100mm 이하로 하였기 때문에 사출성형시에 브리지 또는 가소불량이 일어나지 않고, 성형에 있어서 문제 또는 지장이 하등 생기는 일이 없게 되고, 성형 동작을 원활이 행할 수 있다.
또한, 보강용 섬유의 함유율을 5중량% 이상으로 하였기 때문에, 가스주입에 의해 큰 중공부가 용융수지내에 발생하는 일이 없고, 성형품의 경량화 및 섬유에 의한 강화를 모두 도모할 수 있는 데다가, 보강용 섬유의 함유율을 70중량% 이하로 하였기 때문에, 용융수지의 내부에 가스가 확실히 주입되고, 용융수지의 표면과 금형의 성형면의 사이에서 가스가 새는 일이 없고, 실버 마크 등의 문제 발생을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 늦어도 금형(10) 안의 용융수지가 냉각·경화하기 전에 용융수지의 내부에 가스를 주입하도록 하고, 주입한 가스의 압력으로 용융수지를 내부로부터 금형(10)의 성형면을 향하여 누르고, 용융수지의 표면을 금형(10)의 성형면에 밀착한 상태를 유지한 채로 용융수지의 냉각·경화를 행하도록 하였기 때문에, 용융수지가 열수축하여도 용융수지 내부에 발생한 무수한 공극의 치수가 다소 크게 될 뿐이고, 표면에 싱크 마크 등의 문제가 생기는 일이 없고, 성형품의 표면을 매끈하게 만들 수 있고, 외관 품질이 우수한 성형품을 얻을 수 있다.
게다가, 용융수지의 내부에 가스를 주입하는데 있어서, 용융수지 내부에 주입된 가스의 압력을 일정하게 유지함과 동시에, 주입된 가스(바람직하게는 냉각용 가스)의 일부를 용융수지의 내부로부터 금형(10)의 외부로 배출하도록 하였기 때문에, 배출되는 가스에 의해 용융수지의 내부가 냉각되고, 용융수지의 냉각시간이 단축되고, 성형에서의 싸이클 주기가 단축되고, 성형품의 양산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 캐비티(10C)가 성형품에 맞는 용적으로 되는 위치까지 이동형(10B)을 후퇴시킨 후에, 캐비티(10C)에 공급된 용융수지의 내부에 가스를 주입하고, 팽창한 후의 용융수지에 대하여 가스의 주입을 행하도록 하였기 때문에, 가스를 주입하는데 있어서 가스의 압력을 낮추는 것이 가능하게 되고, 또한 저압 가스이어도 용융수지의 내부 전체에 걸쳐 가스가 진행하도록 되고, 용융수지의 일부분에만 가스가 모이는 일이 없게 된다.
따라서, 용융수지의 내부로 주입하는 가스압력의 저압화가 가능하게 되고, 또한 용융수지의 내부 전체에 가스가 퍼지므로, 용융수지의 내부에 주입된 가스가 더 저압으로 되어, 용융수지의 표면과 금형(10)의 성형면의 사이에 가스가 새는 일이 없고, 실버 마크 등의 문제의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 금형(10)의 캐비티(10C)가 성형품에 맞는 용적보다 축소되는 위치(S)에 이동형(10B)을 이동시킨 상태에서, 금형(10)의 내부에 용융수지를 사출하고, 사출압력에서 용융수지가 금형(10)의 성형면을 향해 눌려 밀착된 상태로 된 후, 이동형(10B)을 후퇴시키고, 사출 완료로부터 이동형(10B)이 위치(T)에 도달할 때까지의 사이에 용융수지의 표면을 냉각하고, 용융수지(성형품)의 표면에 스킨층이 형성되도록 하였기 때문에, 용융수지의 표면의 스킨층이 금형(10)의 성형면을 따른 것이 되고, 이 점 때문에도 외관 품질이 우수한 성형품을 얻을 수 있다.
또한, 성형품에 대하여 강성 또는 강도 등의 기계적 특성의 향상 및 경량화 모두를 달성할 수 있기 때문에, 당해 성형품을 자동차 등의 운송기계의 부품으로서 이용하면, 그 기계적 효율 등을 향상시킬 수 있고, 또한 케이블 쓰루 등의 건축 토목 부재로서 사용하면 그 경량성 때문에 설치작업 등을 용이하게 행하게 할 수 있다.
도 3에는 본 발명의 제 2 실시형태에 관계되는 성형 순서가 나타나 있다. 본 발명의 제 2 실시형태에서는 상기 제 1 실시형태에 있어서 성형품에 맞는 용적보다 축소된 캐비티내에 용융수지를 충만시키고, 사출압력에서 용융수지를 금형의 성형면에 밀착시킨 것을 이동형(10B)의 전진에 의해 용융수지에 압축력을 가함으로써 용융수지를 금형의 성형면에 밀착시키도록 한 것이다.
이하에, 본 발명의 제 2 실시형태의 성형 순서를 구체적으로 설명하겠다. 본 발명의 제 2 실시형태의 성형 순서는 상기 제 1 실시형태와 동일한 사출성형기(1)를 채용하는 것이므로, 사출성형기(1)의 설명은 생략한다.
우선, 사출성형기(1)에 금형(10)을 장착함과 동시에 사출장치(1A)의 사출 실린더(11)내에 수지 펠렛을 공급한 후, 사출성형기(1)를 기동시키고, 사출 실린더(11)내의 수지 펠렛의 가소화 및 혼련을 개시한다.
여기서, 채용되는 수지 펠렛은 상기 제 1 실시형태와 동일하게, 폴리프로필렌을 주원료로 한, 전체 길이가 2 내지 100mm의 범위로 된 것으로, 그 전체 길이와 같은 길이의 보강용 유리 섬유를 서로 평행하게 배열시킨 상태로 20 내지 80중량% 함유되고, 당해 수지 펠렛 및 보강용 유리 섬유를 포함하지 않는 다른 펠렛을 혼합한 혼합물의 경우에는 전체의 5 내지 70중량%, 바람직하게는 5 내지 60중량%의 범위로 함유되어 있다.
또한, 사출 실린더(11)내에서는 수지 펠렛의 가소화 및 혼련을 충분히 행함으로써, 용융수지내의 무수한 유리 섬유를 균일하게 분포시키고, 또한 서로 충분히 연결된 상태로 만들어, 스프링 백 현상이 발생하기 쉬운 상태로 만든다.
그리고, 형체장치(5)를 작동시키고, 이동 다이 판(4)을 고정 다이 판(3)을 향해 이동시키고, 고정 다이 판(3)쪽의 형체 압수 블록(3A)에 이동 다이 판(4)쪽의 형체 압수 블록(3B)을 접하게 한다.
이어서, 금형이동장치(20)를 작동시키고, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 금형(10)의 캐비티(10C)가 그 내부로 사출되는 용융수지의 전 사출량에 상당하는 용적보다 확대되는 위치(U)에 이동형(10B)을 이동시키고, 당해 캐비티(10C)의 두께 치수를 (t3)으로 한다.
이 상태로, 사출장치(1A)로부터 금형(10)내에 용융수지를 사출하고, 용융수지의 전 사출량이 캐비티(10C)내로 사출되면 용융수지의 사출을 완료한다.
용융수지의 사출 완료 전이나, 직후 또는 사출 완료로부터 소정의 시간이 경과하면, 금형이동장치(20)를 작동시키고, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 금형(10)의 캐비티(10C)가 성형품에 맞는 용적보다 축소되는 위치(V)까지 이동형(10B)을 전진시키고, 당해 캐비티(10C)의 두께 치수를 (t4)로 한다.
이 이동형(10B)의 전진에 의해 캐비티(10C)내의 용융수지를 압축하고, 용융수지에 가해지는 압축력에 의해 당해 용융수지를 금형(10)의 성형면을 향하여 눌러 충전 밀착시킨다. 이에 의해 용융수지의 표면에 스킨층이 형성된다.
이동형(10B)이 위치(V)에 도달하면, 바로 금형(10)의 캐비티(10C)가 성형품에 맞는 용적으로 되는 위치(W)까지 이동형(10B)을 후퇴시키고, 당해 캐비티(10C)의 두께 치수를 (t5)로 한다.
여기서, 이동형(10B)이 위치(W)에 도달할 때까지의 사이에, 용융수지의 표면은 냉각되고, 용융수지의 표면의 스킨층이 확보된다.
또한, 이동형(10B)의 후퇴속도(Vr)는 0.05 내지 100mm/초의 범위, 바람직하게는 0.05 내지 50mm/초의 범위로 설정할 수 있다.
이동형(10B)을 후퇴시키면 스프링 백 현상이 촉진되고, 용융수지내에서 쭈그러진 유리 섬유의 탄성적인 복원력에 의해 용융수지가 팽창하고, 용융수지의 내부에 무수한 공극이 발생하고, 원재료보다 용적이 크게 경량화된 성형품이 성형된다.
그리고, 이동형(10B)이 위치(W)에 도달함과 동시에, 가스 핀(13)으로부터 가스를 용융수지의 내부에 주입한다. 이 시점에서 가스주입을 행함으로써, 금형(10)내의 용융수지가 완전히 냉각·경화하기 전에 용융수지의 내부에 가스가 주입된다.
용융수지의 내부에 주입된 가스는 용융수지의 내부에 발생한 무수한 각 공극에 분산되어 도입되고, 용융수지의 내부에 큰 중공부를 발생시키지 않는다.
또한, 가스의 압력에 의해 용융수지는 그 내부로부터 금형(10)의 성형면을 향해 눌려 표면이 금형(10)의 성형면에 밀착된 상태를 유지한 채로 냉각·경화되고, 냉각·경화 후 열수축되어도 용융수지 내부에 발생한 무수한 공극의 각 치수가 다소 크게 될 뿐이고, 표면에 싱크 마크 등의 문제가 생기지 않는다.
여기서, 용융수지의 내부에 가스를 주입하는데 있어서, 용융수지 내부에 주입된 가스의 압력은 0.1 내지 20㎏/cm2의 범위로 설정되고, 또한 전술한 압력조정 밸브에 의해 유지되는 압력치보다 높은 압력치로 설정되어 있다.
이에 의해 용융수지의 내부의 가스는 그 압력이 압력조정 밸브에 의해 소정의 값으로 유지되고, 또한 그 일부가 용융수지의 내부로부터 금형(10)의 외부로 배출된다. 이 가스 배출에 의해 용융수지의 내부가 냉각되기 때문에 용융수지의 냉각시간이 단축된다.
성형품을 충분히 냉각하는데 필요한 소정의 시간이 경과하면, 형체장치(5)를 작동시켜 이동 다이 판(4)을 후퇴시켜 금형(10)을 연다. 그리고, 금형(10)의 내부로부터 성형품을 꺼내고 성형을 완료한다. 이후, 필요에 따라 이상과 같은 성형작업을 반복한다.
이러한 본 발명의 실시형태에 있어서도, 상기 제 1 실시형태와 동일한 작용, 효과를 얻을 수 있는 다른 이동형(10B)의 이동에 의해 용융수지를 압축함과 동시에 캐비티 전체에 충만시키기 때문에, 사출압에서는 캐비티 전체에 용융수지를 충만시킬 수 없는 얇은 성형품이어도 성형할 수 있는 데다가, 발포제가 수지의 팽창을 돕기 때문에, 중량과의 관계에서 팽창에 필요한 양의 유리 섬유를 함유시킬 수 없는 경우에서도 원하는 팽창율을 달성할 수 있다는 효과를 부가할 수 있다.
도 4에는 본 발명의 제 3 실시형태에 관계되는 성형 순서가 나타나 있다. 본 발명의 제 3 실시형태에서는 상기 제 1, 2 실시형태에 있어서 원재료로서 사용한 수지의 겉이 노출된 성형품을 얻기 위한 성형 순서를, 그 표면을 피복하는 표피면재가 일체화된 적층 성형품을 수득하기 위한 성형 순서로 한 것이다.
이하에, 본 발명의 제 3 실시형태의 성형 순서를 구체적으로 설명하겠다. 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서도 상기 제 1, 2 실시형태와 동일한 사출성형기(1)를 채용한 것이므로 사출성형기(1)의 설명은 생략한다.
우선, 사출성형기(1)에 금형(10)을 장착하고, 장착한 금형(10)의 이동형(10B)에 도 4a와 같게 표피면재(14)를 장착하고, 사출장치(1A)의 사출 실린더(11)내에 수지 펠렛을 공급한 후, 사출성형기(1)를 기동하고, 사출 실린더(11)내의 수지 펠렛의 가소화 및 혼련을 개시한다. 이 혼련에 의해 용융수지내의 무수한 유리 섬유를 균일하게 분포시키고, 또한 서로 충분히 연결된 상태로 만들어 스프링 백 현상이 발생하기 쉬운 상태로 만든다.
여기서, 이동형(10B)에 표피면재(14)를 장착하는데 있어서, 미리 이동형(10B)에는 표피면재(14)를 장착하기 위한 핀 또는 진공흡인구 등의 장착 수단을 설치해 놓으면 표피면재(14)의 장착의 자동화가 가능하게 된다.
표피면재(14)의 장착은 이동형(10B) 뿐 아니라, 고정형(10A)쪽에서 행할 수도 있다.
또한, 채용된 수지 펠렛은 상기 제 1, 2 실시형태와 동일하다.
또한, 표피면재(14)로서는 직포 또는 부직포 등의 포, 열가소성 수지면재, 열가소성 수지의 발포면재 및 막 모양 등이 인쇄된 필름 등의 단층면재, 및 열가소성 엘라스토머 또는 염화비닐수지 등의 표피재에, 열가소성 수지 또는 열가소성 수지의 발포체 등으로부터 이지재를 배접한 다층면재를 채용할 수 있다.
그리고, 형체장치(5)를 작동시키고, 이동 다이 판(4)을 고정 다이 판(3)을 향해 이동시키고, 고정 다이 판(3)쪽의 형체 압수 블록(3A)에 이동 다이 판(4)쪽의 형체 압수 블록(3B)을 접하게 한다.
이어서, 금형이동장치(20)를 작동시키고, 금형(10)의 캐비티(10C)가 그 내부에 사출되는 용융수지의 전 사출량에 상당하는 용적보다 확대되는 위치(X)까지 이동형(10B)을 이동시키고, 금형(10)의 캐비티(10C)의 두께 치수를 (t6)으로 한다(도 4a 참조).
이 상태로, 사출장치(1A)로부터 금형(10)내에 용융수지를 사출하고, 용융수지의 전 사출량이 캐비티(10C)내로 사출되면 용융수지의 사출을 완료한다.
용융수지의 사출 완료 전이나, 직후 또는 사출 완료로부터 소정의 시간이 경과하면, 금형이동장치(20)를 작동시키고, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 금형(10)의 캐비티(10C)가 성형품에 맞는 용적보다 축소되는 위치(Y)까지 이동형(10B)을 전진시키고, 당해 캐비티(10C)의 두께 치수를 (t7)로 한다.
이 이동형(10B)의 전진에 의해 캐비티(10C)내의 용융수지를 압축하고, 용융수지에 가해지는 압축력에 의해 충만시키고, 당해 용융수지를 표피면재(14)를 향해 눌러, 이에 의해 용융수지를 표피면재(14)에 부착시킨다.
이동형(10B)이 위치(Y)에 도달하면, 바로 금형(10)의 캐비티(10C)가 성형품에 맞는 용적으로 되는 위치(Z)까지 이동형(10B)을 후퇴시키고, 당해 캐비티(10C)의 두께 치수를 (t8)로 한다.
여기서, 이동형(10B)의 후퇴속도(Vr)는 0.05 내지 100mm/초의 범위, 바람직하게는 0.05 내지 50mm/초의 범위로 설정할 수 있다.
이동형(10B)을 후퇴시키면, 스프링 백 현상에 의해 용융수지내에서 쭈그러진 유리 섬유의 탄성적인 복원력에 의해 용융수지가 팽창하고, 용융수지의 내부에 무수한 공극이 발생하여 원재료보다 용적이 크게 경량화된 성형품이 형성된다.
그리고, 이동형(10B)이 위치(Z)에 도달함과 동시에, 가스 핀(13)으로부터 가스를 용융수지의 내부에 주입한다. 이 시점에서 가스주입을 행함으로써 금형(10)내의 용융수지가 완전히 냉각·경화하기 전에 용융수지의 내부에 가스가 주입된다.
용융수지의 내부에 주입된 가스는 용융수지의 내부에 발생한 무수한 각 공극에 분산되어 도입되고, 용융수지의 내부에 큰 중공부를 발생시키지 않는다.
또한, 가스의 압력에 의해 용융수지는 그 내부로부터 금형(10)의 성형면을 향해 눌려 표피면재(14)가 금형(10)의 성형면에 밀착한 상태를 유지한 채로 용융수지가 냉각·경화된다. 따라서, 냉각·경화에 의해 용융수지가 열수축하여도 용융수지 내부에 발생한 무수한 공극의 각 치수가 다소 커질 뿐이고, 표면에 싱크 마크 등의 문제가 생기지 않는다.
여기서, 용융수지 내부에 주입되는 가스의 압력은 0.1 내지 20㎏/cm2의 범위로 설정되고, 또한 전술한 압력조정 밸브에 의해 유지되는 압력치보다 높은 압력치로 설정되고, 이에 의해 가스가 외부로 배출되고, 용융수지의 내부가 냉각되기 때문에, 용융수지의 냉각시간이 단축된다.
성형품을 충분히 냉각하는데 필요한 소정의 시간이 경과하면, 형체장치(5)를 작동시켜 이동 다이 판(4)을 후퇴시켜 금형(10)을 연다. 그리고, 금형(10)의 내부로부터 성형품을 꺼내고 성형을 완료한다. 이후, 필요에 따라 이상과 같은 성형작업을 반복한다.
이러한 본 실시형태에 있어서도, 상기 제 1, 2 실시형태와 동일한 작용, 효과를 얻을 수 있는 다른 1회의 성형으로 표면을 피복하는 표피면재가 일체화된 적층 성형품을 얻을 수 있다는 효과를 부가할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제 4 실시형태에 기초하여 본 발명에서 바람직하게 사용할 수 있는 가스 핀의 효과에 대하여 설명하겠다.
도 5에는 본 발명의 제 4 실시형태에 관계되는 사출성형기(101)가 도시되어 있다. 이 사출성형기(101)는 용융수지를 사출장치(102)의 노즐(102A)로부터 금형(110)의 내부로 사출하여 성형을 행하는 것이다.
사출장치(102)는 도시하지 않은 사출 실린더의 내부에 공급된 수지 펠렛을 스크루(도시 생략)에 의해 혼련하면서 가소화하고, 이 가소화한 용융수지를 선탄의 노즐(102A)로부터 사출하는 것이다.
본 실시형태의 사출성형기(101)는 사출장치(102)쪽에 고정된 고정반(103), 이 고정반(103)의 사출장치(102)와는 반대쪽에 고정된 고정판(107), 이들 고정반(103)과 고정판(107)의 사이에 설치되고 고정반(103)에 대하여 근접·이격가능하게 된 가동반(104) 및 이 가동반(104)을 고정반(103)에 대하여 이동시키기 위한 형체장치(105)를 구비하고 있다.
대향 배치된 고정반(103)과 고정판(107)의 사이에는 다이 바(108)가 걸쳐있고, 이 다이 바(108)를 따라 가동반(104)이 자유자재로 접히게 설치되어 있다.
형체장치(105)는 가동반(104)과 고정판(107)의 사이에 설치된 토글기구(109) 및 고정판(107)으로 꺼내진 형체용의 유압 실린더 장치(106)를 가져 구성되어 있다. 토글기구(109)에는 유압 실린더 장치(106)의 피스톤 로드(106A)가 연결되고, 유압 실린더 장치(106)의 누르는 압력을 토글기구(109)에 의해 증력하여 가동반(104)을 구동시키고, 이에 의해 금형(110)의 폐쇄 및 형체를 행하도록 되어 있다.
또한, 고정반(103)과 가동반(104)의 사이에는 형체 압수 블록(103A, 103B)이 형체·형개(mold opening) 방향을 따라 설치되어 있다. 가동판(104)쪽에 설치된 형체 압수 블록(103B)은 가동반(104)을 고정반(103)에 대하여 전진시켰을 때에 고정반(103)쪽에 설치된 형체 압수 블록(103A)과 접하여, 토글기구(109)의 고압 형체력을 받도록 되어 있다. 이들 형체 압수 블록(103A,103B)에 의해 고정반(103) 및 가동반(104)의 평행도가 확보되어 있다.
금형(110)은 고정반(103)쪽으로 꺼내진 고정 금형(111), 가동반(104)쪽으로 꺼내진 가동 금형(112) 및 가동 금형(112)의 일부분으로서 설치된 이동형(113)을 구비한 것이다.
이동형(113)은 가동 금형(112)의 중앙부분에 고정 금형(111)쪽에 개구하여 설치된 오목부(112A)에 끼워 넣어지고, 금형(110)의 캐비티(110A)에 대하여 진퇴가능하게 되어 있다. 이 이동형(113)은 오목부(112A)내에 설치된 금형이동장치(140)에 의해 캐비티(110A)에 대하여 접히고 진퇴하도록 되어 있다.
이 금형이동장치(140)는 이동형(113)의 이동 방향에 대하여 경사진 경사면(141A,142A)을 각각 갖는 한쌍의 경사부재(141,142)를 구비하고 있다. 이들 경사부재(141,142)는 서로 경사면(141A,142A)을 서로 접한 상태로 이동형(113)의 이동 방향으로 병설되어 있다.
이중, 경사부재(141)에는 유압 실린더 장치(143)가 접속되고, 이동형(113)의 이동 방향에 대하여 직교하는 방향으로 구동되도록 되어 있다. 이 경사부재(141)의 이동은 공기압식의 구동장치 또는 전동식의 구동장치에 의해 행하도록 될 수도 있다.
이 경사부재(141)의 경사면(141A)의 양단부에는 당해 경사부재(141)의 경사부재(142)쪽으로 돌출하는 입상부(141B)가 설치되고, 이들 한쌍의 입상부(141B) 사이에 경사부재(142)의 경사면(142A)쪽의 단부가 끼워져 있다.
각 입상부(141B)의 안쪽면에는 각각 홈(141C)이 형성되어, 경사부재(142)이 경사면(142A)쪽의 단부에는 이들 홈(141C)과 꼭 맞는 돌조(突條)(142B)가 설치되어 있다.
이러한 금형이동장치(140)에서는 유압 실린더 장치(143)의 피스톤 로드(143A)를 전진시키면, 경사부재(141)가 경사부재(142)를 누르고, 이동형(113)이 캐비티(110A)에 대하여 전진하고, 한편 피스톤 로드(143A)를 후퇴시키면 경사부재(141)가 경사부재(142)를 끌어모아 이동형(113)이 후퇴하도록 되어 있다.
유압 실린더 장치(143)에는 유압을 공급하기 위한 유압 단위장치(144)가 접속되고, 이 유압 단위장치(144)에는 공급하는 유압을 제어하여 금형이동장치(140)에 원하는 동작을 행하게 하기 위한 제어장치(145)가 접속되어 있다. 이 제어장치(145)는 디지탈 시퀀서 등의 시퀀스 제어 회로를 갖는 것으로, 이동형(113)을 캐비티(110A)에 대하여 단계적으로 전진 후퇴시키고, 원하는 위치에 일시 정지시킨 후에 후퇴시키는 등, 임의의 상이한 동작을 연속적으로 행하게 하도록 설정하는 것이 가능하게 되어 있다.
한편, 고정 금형(111)의 중앙 부분에는 스프루(111A)가 형성되어 있다. 이 스풀(111A)에는 고정판(103)을 관통하여 사출장치(102)의 노즐(102A)이 접속되고, 노즐(102A)로부터 스프루(111A)를 통하여 용융수지를 캐비티(110A)로 사출하도록 되어 있다.
또한, 고정 금형(111)에는 캐비티(110A)에 충전된 용융수지의 내부에 가스를 충전시키기 위한 가스 핀(120)이 2개 매설되어 있다. 이들 가스 핀(120)은 캐비티(110A)에 가스를 도입하기 위한 가스 주입로(150)를 구성하는 것으로, 그 위치는 금형(110)의 성형면에서 성형품의 표면(의장면)과는 반대쪽의 이면에 대응한 부분으로 되어 있다.
가스 핀(120)은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 고정 금형(111)의 성형면으로부터 약간 돌출하도록 설치되어 있다. 구체적으로는, 가스 핀(120)의 전체 길이를 30 내지 50mm 정도로 한 경우, 가스 핀(120)의 성형면으로부터의 돌출 길이는 2mm 정도이다.
이 가스 핀(120)에는 고정 금형(111)에 나선으로 들어간 가스 탭(gas tap)(153)이 접속되고, 이 가스 탭(153)에는 고정 금형(111)의 외부에 설치된 가스주입장치(도시 생략)로 연장된 가스 도입로(154)가 접속되어 있다. 이에 따라 이 가스 주입 장치로부터 공급되는 가스를 가스 도입로(154) 및 가스 탭(153)을 사이에 두고 가스 핀(120)으로부터 캐비티(110A)에 도입할 수 있도록 되어 있다.
가스 핀(120)은 원통형의 외통부(121), 이 외통부(121)에 삽입된 중자부(122), 이들 외통부(121)와 중자부(122)의 사이에 형성되어 당해 가스 핀(120)의 축방향을 따라 가스를 유통할 수 있게 된 가스 유로(123)를 구비하고 있다.
외통부(121)는 가스 입구(123A)쪽(가스 탭(153)쪽)의 단부에 고리형의 날밑(131)을 구비하여, 이 날밑(131)에 의해 고정 금형(111)으로부터 탈락하지 않도록 되어 있다.
중자부(122)는, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 외통부(121)에 거의 바싹 연결된 상태로 삽입된 거의 원주형의 중자부 본체(132) 및 이 중자부 본체(132)의 가스 입구(123A)쪽의 단부에 설치된 계지부(133)를 가져 거의 T자형으로 형성되어 있다.
이 계지부(133)는 외통부(121)의 가스 입구(123A)쪽의 개구(121A)를 덮는 원반형으로 형성되고, 외통부(121)의 날밑(131)에 나사 등의 지착(止着)수단(도시 생략)에 의해 고정되어 있다. 계지부(133)의 주위에는 가스의 누설을 방지하기 위한 밀봉재(124)가 설치되어 있다.
중자부 본체(132)의 주면(周面)에는 절삭가공 등에 의해 이 축심과 평행한 평면부(134,135)가 동일 간격으로 형성되고, 이들 평면부(134,135)에 의해 중자부(122)와 외통부(121)의 사이에는 평면부(134,135) 및 외통부(121)의 내주면에 의해 둘러싸인 4개의 가스 유로(123)가 형성되어 있다.
각 평면부(134,135)는 가스 입구(123A)쪽의 입구쪽 평면부(134) 및 가스 출구(123A)쪽의 출구쪽 평면부(135)로 이루어지고, 출구쪽 평면부(135)는 입구쪽 평면부(134)보다 폭이 좁다. 다시 말하면, 중자부 본체(132)의 출구쪽 평면부(135)를 통하는 직경 치수는 입구쪽 평면부(134)를 통하는 직경 치수보다 커지도록 형성되어 있다. 이에 의해 가스 유로(123)의 가스 출구(123B)쪽 부분은 가스 입구(123A)쪽 부분보다 좁게 되어 있다.
이러한 가스 유로(123)의 각 가스 입구(123A)는 계지부(133)에 형성된 슬릿(133A)에 의해 구성되어 있다.
또한, 중자부 전체(132)의 가스 출구(123B)쪽 선단은 그 축방향과 거의 직교하는 평면상의 선단면(132B)으로 되어 있다.
외통부(121)의 단부는 이 선단면(132B)보다 가스 출구(123B)쪽으로 돌출하고, 이에 따라 가스 핀(120)의 선단에는 외통부(121)의 단부 및 선단면(132B)에 둘러싸인 선단공간(120A)이 형성되어 있다.
중자부(122)의 선단면(132B)으로부터 외통부(121)의 단부의 돌출 길이는, 예를 들면 0.1mm 내지 3mm이다.
다음에, 본 발명의 제 4 실시형태의 성형 순서에 대하여 설명하겠다.
본 실시형태에서는 보강용 섬유를 포함한 섬유 함유 수지를 사용하여, 수지를 팽창시켜 성형을 행한다.
즉, 원재료로서 보강용 섬유를 함유하는 섬유 함유 열가소성 수지 펠렛을 함유한 것, 다시 말하면 섬유 함유 열가소성 수지 펠렛 단독 또는 이들에 다른 수지 펠렛을 혼합한 것을 사용하여, 이에 따라 금형(110)내로 사출하는 용융수지에 팽창성을 부여한다. 원재료에는 용융수지의 팽창을 보완하기 위한 발포제를 첨가할 수도 있다.
전술한 수지 펠렛에 함유되는 보강 섬유로서는, 암면(rock wool) 및 붕소 섬유 등의 세라믹 섬유, 유리 섬유 및 탄소 섬유 등의 무기 섬유, 알루미늄 섬유 및 구리 섬유 등의 금속 섬유, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유, 아라미드 섬유, 폴리아릴레이트 섬유 등의 유기 섬유중 어느 것이나 채용할 수 있지만, 특히 유리 섬유를 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 수지 펠렛의 주제가 되는 열가소성 수지로서는, 특히 제한은 없지만, 예를 들면 폴리프로필렌, 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체, 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌계 수지, ABS 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아세탈계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리방향족 에테르계 또는 티오에테르계 수지, 폴리방향족 에스테르계 수지, 폴리설폰계 수지 및 아크릴레이트계 수지 등을 채용할 수 있다.
또한, 이들 수지에 활석 등의 충전재 및 각종 첨가제를 함유시킨 것 등, 사출성형가능한 각종 고분자 재료를 채용할 수 있다.
여기서, 상기 가소성 수지는 단독으로 사용할 수 있지만, 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
이러한 열가소성 수지 중, 폴리프로필렌, 프로필렌과 다른 올레핀의 블록 공중합체, 랜덤 공중합체 또는 이들의 혼합물 등의 폴리프로필렌계 수지가 바람직하고, 특히 불포화 카복실산 또는 그의 유도체에 의해 변성된 산 변성 폴리올레핀계 수지를 함유하는 폴리프로필렌계 수지가 적합하다.
원재료의 섬유 함유 수지로서는, 길이가 2 내지 100mm인 보강용 섬유를 5 내지 70중량%로 함유하는 것을 사용한다. 바람직하게는, 전체 길이가 2 내지 100mm인 범위로 됨과 동시에 그 전체 길이와 같은 길이의 섬유가 서로 평행하게 배열된 상태인 경우의 수지 함침 인발 성형법에 의해 얻어진 펠렛이다. 이 섬유 함유 수지 펠렛으로서는, 예를 들면 이데미쓰 세키유 가가쿠 가부시키가이샤가 제조한 모스토론 L(상품명)을 채용할 수 있다.
이러한 원재료를 사용하여, 사출 압축 성형법에 의해 성형을 행하는 경우, 우선 수지 펠렛을 사출장치(102)에 공급함과 동시에, 사출성형기(101)를 기동시키고, 수지 펠렛의 가소화 및 혼련을 행하여 용융시킨다. 이에 따라 용융수지내의 보강용 섬유가 균일화됨과 동시에 서로 충분히 연결되게 되어, 스프링 백 현상이 발생하기 쉬운 상태가 된다.
그리고, 형체장치(105)를 작동시키고, 가동반(104)을 고정반(103)을 향해 이동시켜 금형(110)을 폐쇄한다. 또한, 금형이동장치(140)를 작동시키고, 도 9a에 나타낸 바와 같이, 금형(110)의 캐비티(110A)의 두께가 (t11)로 되는 위치(U2)로 이동형(113)을 이동시켜 정지시킨다.
여기서, 캐비티(110A)의 두께(t11)는 사출되는 수지량분의 두께와 금형(110) 내부의 용융수지를 압축하는 압축 스트록(stroke)분의 두께를 더한 두께로 설정한다. 이 압축 스트록은 수지 사출시의 압력을 낮추어 수지 충전시의 보강용 섬유의 절손을 감소시키기 위해 0.1 내지 50mm로 하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 1 내지 10mm이다. 압축 스트록을 1 내지 10mm의 범위로 되게 함으로써, 보강용 섬유의 절손을 한층 감소시킬 수 있는 데다가, 플로우 마크(flow mark) 등에 의한 외관 불량의 발생을 방지할 수 있다.
이 상태로, 사출장치(102)의 노즐(102A)로부터 용융수지를 캐비티(110A)로 사출한다.
용융수지의 사출개시 후, 적당한 때에, 예를 들면 사출완료 직전 또는 사출완료와 동시에, 금형이동장치(140)를 작동시켜 이동형(113)을 전진시키고, 도 9b에 나타낸 바와 같이, 캐비티(110A)의 두께가 (t12)로 되는 위치(V)까지 이동형(113)을 전진시켜 정지시킨다. 여기서, 캐비티(110A)의 두께(t12)는 캐비티(110A)가 사출되는 수지량 정도의 용적으로 되는 두께로 설정한다.
이 이동형(113)의 전진에 의해 캐비티(110A)로 사출된 용융수지를 압축하고, 용융수지를 캐비티(110A)에 충만시킴과 동시에 그 압축력으로 용융수지를 금형(110)의 성형면에 밀착시킨다. 그러면, 금형(110)의 성형면에 밀착된 용융수지의 최표면층은 내부보다 빨리 냉각되어 고화하게 된다.
용융수지의 최표면층이 소정의 두께로 고화하면, 금형이동장치(140)를 작옹시키고, 도 9c에 나타낸 바와 같이, 캐비티(110A)의 두께가 (t13)으로 되는 위치(W)까지 이동형(113)을 후퇴시켜 정지시킨다.
여기서, 캐비티(110A)의 두께(t13)는 캐비티(110A)가 성형품의 용적으로 되는 두께로 설정한다.
또한, 이동형(113)의 후퇴속도는 성형조건 및 수지의 종류 등에 따라 적절히 설정하면 바람직하고, 예를 들면 0.05 내지 100mm/초이고, 용융수지에 성형면을 확실히 전사하기 위해서는 0.05 내지 50mm/초로 되는 것이 바람직하다.
이와 같이 이동형(113)을 후퇴시켜 캐비티(110A)를 확대하면, 스프링 백 현상에 의해 용융수지내에서 쭈그러진 보강용 섬유의 탄성적인 복원력에 의해 용융수지가 팽창한다.
그리고, 이동형(113)이 위치(W2)에 도달한 후, 가스주입장치(도시 생략)를 작동시켜, 가스 주입로(150)를 통하여 가스 핀(120)으로부터 캐비티(110A)의 용융수지로 가스를 주입한다.
이때의 가스 압력은, 예를 들면 0.01 내지 20MPa의 범위로 한다. 특히, 가스의 압력을 비교적 저압인 0.01 내지 1MPa의 범위로 함으로써, 성형품 내부에서 큰 중공부의 발생 및 용융수지 외부로의 가스 누설에 의한 외관 불량 등의 발생을 보다 확실히 방지할 수 있는 데다가, 고압 가스 설비가 필요하지 않기 때문에 설비 비용을 낮출 수 있다.
가스 주입 장치로부터 공급된 가스는 가스 도입로(154) 및 가스 탭(153)을 통하여, 가스 핀(120)의 중자부(122)의 슬릿(133A), 다시 말하면 가스 입구(123A)로부터 가스 유로(123)로 도입되고, 가스 출구(123B)로부터 선단 공간(120A)으로 유출하여, 선단 공간(120A)에 일단 집합하여 충만된다. 이에 따라, 선단 공간(120A)에 있어서 가스의 압력이 상승하고, 이 압력이 용융수지의 고화한 최표면층을 돌파할 수 있는 정도의 압력이 되면, 가스는 바로 선단 공간(120A)으로부터 용융수지의 내부, 다시 말하면 최표면층을 향해 압출된다. 압출된 가스는 용융수지의 최표면층을 돌파하여, 외통부(121)의 가스 출구(123A)쪽의 개구와 거의 같은 크기, 다시 말하면 가스 유로(123)보다 단면적이 큰 가스 도입구를 형성하고, 이 가스 도입구를 통하여 용융수지의 내부로 가스가 주입된다.
이와 같이 하여, 용융수지의 내부에 가스가 주입되면, 용융수지는 그 내부로부터 금형(110)의 성형면으로 눌려, 용융수지에는 금형(110)의 성형면이 한층 강하게 전사되어 스킨층이 형성된다.
용융수지에 소정량의 가스를 주입하면, 그대로의 상태로 용융수지를 소정 시간 냉각하여 고화시킨 후, 형체장치(105)를 작동시키고, 가동반(104)을 후퇴시켜 금형(110)을 열고, 금형(110)의 내부로부터 사용한 원재료의 양보다 용적이 크게 성형된 성형품을 꺼낸다.
이하, 필요에 따라 이상과 같은 성형 작업을 반복한다.
한편, 사출성형법에 의해 성형품을 제조하는 경우, 전술한 사출압축법에 의한 성형 순서에 있어서, 이동형(113)을 전진시켜 용융수지를 압축하는 공정을 생략한다. 즉, 이동형(113)을 위치(V)(도 9b 참조)에 정지시킨 상태로, 용융수지를 사출하여 캐비티(110A)에 충만시키는 것 이외는 전술한 사출압축 성형법과 동일하게 행한다.
이러한 본 실시형태에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 가스 핀(120)의 외통부(121)의 단부가 중자부(122)의 선단보다 가스 출구(123B)쪽으로 돌출하여 있으므로, 가스 유로(123)에 도입되는 가스의 압력이 낮아도 선단 공간(120A)에서 가스 압력을 높일 수 있기 때문에, 용융수지의 최표면층을 돌파하여 가스를 용융수지의 내부로 확실히 도입할 수 있는 데다가, 가스 유로(123)보다 단면적이 큰 가스 도입구를 형성할 수 있으므로, 충분한 양의 가스를 용융수지 내부로 도입할 수 있다. 따라서, 주입한 가스에 의해 용융수지를 금형(110)의 성형면에 누른 상태로 냉각할 수 있으므로, 성형품의 표면층에 금형(110)의 성형면을 따라 스킨층을 형성할 수 있고, 싱크 마크 등의 외관상 문제를 확실히 방지할 수 있다.
또한, 선단 공간(120A)에 집합한 가스는 그 압력이 용융수지의 최표면층을 돌파할 수 있는 정도로 상승하면 바로 용융수지의 최표면층을 향해 압출되기 때문에, 가스가 필요 이상으로 고압이 되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 용융수지의 내부에 도입될 때의 가스 압력을 용융수지의 최표면층을 돌파하는데 필요한 최저 압력으로 만들 수 있기 때문에, 가스에 의해 성형품의 내부에 큰 중공부가 형성되는 것을 회피할 수 있으므로 우수한 강도를 확보할 수 있다.
또한, 중자부(122)의 가스 출구(123B)쪽의 선단을 그 축방향과 거의 직교하는 평면상의 선단면(132B)으로 했기 때문에, 중자부(122)의 형상을 단순화할 수 있으므로, 간단히 가공·제조할 수 있고, 또한 용융수지의 내부에 충분한 양의 가스를 확실히 주입할 수 있기 때문에 싱크 마크 등의 발생을 한층 확실히 방지할 수 있다.
그리고, 중자부(122)는 외통부(121)의 개구(121A)를 덮는 계지부(133)를 가져 거의 T자형으로 형성되어 있기 때문에, 가스를 계지부(133)의 슬릿(133A)으로부터 가스 유로(123)에 도입하여 유통시켰을 때에 계지부(133)는 가스에 의해 외통부(121)의 날밑(131)에 눌려지므로, 가스의 유통에 의해 중자부(22)가 외통부(21)로부터 압출되는 것을 확실히 방지할 수 있다.
또한, 중자부 선단으로부터 외통부(121) 단부의 돌출 길이를 0.1mm 내지 3mm의 범위로 함으로써 선단 공간(120A)을 충분히 확보할 수 있으므로, 가스를 수지 내부로 충분히 주입할 수 있는 데다가, 성형품의 가스 핀(120)으로부터의 이형성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 보강용 섬유를 포함한 용융수지를 사용하여 성형을 행하기 때문에, 성형품에 양호한 기계적 특성을 부여할 수 있는 데다가, 용융수지의 사출을 개시한 후에 캐비티 확대 공정과 가스 주입 공정을 행하기 때문에, 가스를 주입함으로써 스프링 백 현상에 의한 섬유 함유 수지의 팽창을 보완할 수 있으므로, 용융수지를 확실히 팽창시킬 수 있다. 따라서, 성형품의 경량화를 달성할 수 있으면서 단위중량 당 역학특성이 우수한 성형품이 얻어진다.
또한, 캐비티(110A)로의 용융수지의 충전이 완료한 후에 용융수지를 팽창시키는 캐비티 확대 공정을 행하기 때문에, 용융수지를 팽창시키기 전에 용융수지의표면을 냉각하여 금형(110)의 성형면을 따라 스킨층을 형성할 수 있으므로 외관 품질이 우수한 성형품이 얻어진다.
본 발명은 상기 제 4 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 다른 구성 등을 포함하고, 이하에 나타낸 바와 같은 변형 등도 본 발명에 포함된다.
즉, 이상에 기술한 제 4 실시형태에서는 이동형(113)의 후퇴, 즉 캐비티(110A)의 확대공정이 완료하고나서 용융수지에 가스를 주입하였지만, 이동형(113)을 후퇴시키면서 기체를 주입할 수도 있다.
상기 제 4 실시형태에서는 가스 핀(120)의 중자부(122)의 선단을 평면상의 선단면(132B)으로 하였지만, 중자부의 선단의 형상은 특히 한정되지 않고, 예를 들면 도 10에 나타낸 바와 같이, 가스 핀(112)의 중자부(122)의 선단은 첨두부(232B)일 수도 있다. 이에 의하면 종래의 가스 핀과 동일하게 하여 가스 핀(120)을 간단히 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 4 실시형태의 가스 핀(120)에서는 가스 유로(123)를 4개 형성하였지만, 가스 유로의 수는 특히 한정되지 않는다. 게다가, 가스를 효율적으로 주입하기 위해서는 가스 유로를 복수로 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 4 실시형태에서는 금형이동장치(140)는 금형(110)에 내장되어 있지만, 가동 금형(112)의 오목부(112A)를 관통구로 하고, 이 관통구에 이동형을 접힐 수 있도록 배치하여, 이 이동형과 가동반의 사이에 금형이동장치를 설치할 수도 있다.
그리고, 상기 제 4 실시형태에서는 사출압축 성형법 및 사출 성형법에 의해 성형을 행하는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 사출 프레스 성형법에 의해 성형할 수도 있다.
또한, 본 발명의 성형에 사용하는 성형기는 상기 제 4 실시형태에서 사용한 구조의 사출성형기에 한정되지 않고, 캐비티를 확대할 수 있는 금형을 구비하여, 이 금형이 외통부의 단부가 중자부의 선단보다 가스 출구쪽으로 돌출한 가스 핀을 설치한 것이면, 구체적인 성형기의 종류 또는 구조는 실시에 있어서 적당히 선택할 수도 있다.
다음에 본 발명의 제 5 실시형태에 기초하여, 본 발명에서 용융수지의 내부에 가스와 함께 액상 냉매를 주입하는 효과에 대하여 설명하겠다. 여기서, 각 실시형태 중 동일 구성요소는 동일 부호를 붙혀 설명을 생략 또는 간략하게 한다.
도 11에는 본 실시형태에 사용하는 사출성형기(201)가 도시되어 있다.
사출성형기(201)는 전술한 사출성형기(101)의 가스주입관에 액상 냉매의 주입장치를 부가한 것이기 때문에, 그밖의 부위는 사출성형기(101)와 동일한 구성이므로 그 설명은 생략한다.
도 11에 있어서, 가스주입장치(250)의 가스주입관(251)에는 성형품의 공극으로 액상 냉매를 공급하는 냉매공급장치(255)가 접속되어 있다.
이 냉매공급장치(255)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 액상 냉매가 저장되는 냉매저장탱크(256), 이 냉매저장탱크(256)로부터 공급되는 액체 냉매를 가스주입관(251)으로 보내기 위한 냉매공급배관(257)을 구비하고, 액상 냉매가 가스주입관(251)으로부터 보내지는 가스에 의해 흡인되는 구성으로 되어 있다.
다시 말하면, 가스주입관(251)은 냉매공급장치(255)와 접속되는 부분에서, 상류쪽에 위치하는 내관(251B) 및 하류쪽에서 내관(251B)을 덮도록 동심상에 위치하는 외관(251C)을 구비하여, 이 외관(151C)의 내부에 냉매공급배관(257)이 개구된다. 내관(251B)은 끝이 가는 모양으로 형성되어 있고, 외관(251C)의 단부는 내관(251B)과의 사이에서 폐색되어 있으므로, 내관(251B)으로부터 불게 되는 고속의 가스에 의해 내관(251B)과 외관(251C) 사이의 공간에 부압이 생겨, 냉매 공급 배관(257)의 액상 냉매는 외관(251C)내에 흡인됨과 동시에 가스와 함께 하류쪽으로 보내진다.
냉매공급장치(255)의 냉매공급배관(257)에는 가스주입관(251)으로의 액상 냉매의 공급을 허용 또는 저지하는 밸브(258)가 설치되어 있다.
여기서, 본 실시형태에서 사용되는 액상 냉매는 물, 염화칼슘 액, 염화마그네슘 액, 1가 알콜, 2가 알콜, 3가 알콜 등으로, 상온에서 액체이면 그 종류는 한정되지 않지만, 금속의 부식, 사용온도에 있어서 냉매의 상태 등을 고려한 경우에는 물, 액화 탄산가스, 1가 알콜, 2가 알콜이 바람직하다.
다음에, 제 5 실시형태의 성형 순서를 도 13 및 도 14에 기초하여 설명하겠다.
우선, 사출성형기(201)에 금형(210)을 장착함과 동시에 사출장치(201A)의 사출 실린더(211)내에 수지 펠렛을 공급한 후 사출성형기(201)를 기동시키고, 사출 실린더(211)내의 수지 펠렛의 가소화 및 혼련을 개시한다.
여기서, 채용할 수 있는 수지 펠렛은 폴리프로필렌을 주원료로 한, 전체 길이가 2 내지 100mm의 범위로 된 것이다. 이 수지 펠렛에는, 그 전체 길이와 동일한 길이의 보강용 유리 섬유가 서로 평행하게 배열된 상태로 되어 20 내지 80중량%로 포함되고, 당해 수지 펠렛과, 보강용 유리 섬유를 포함하지 않는 다른 펠렛을 혼합한 혼합물의 경우에는, 전체의 5 내지 70중량%, 바람직하게는 5 내지 60중량%의 범위로 함유되어 있다.
또한, 사출 실린더(211)내에서는 수지 펠렛의 가소화 및 혼련을 충분히 행함으로써 용융수지내의 무수한 유리 섬유를 균일하게 분산시키고, 또한 서로 충분히 연결된 상태로 만들어, 스프링 백 현상이 발생하기 쉬운 상태로 만든다.
그리고, 형체장치(205)를 작동시키고, 가동반(204)을 고정반(203)을 향해 이동시키고, 고정반(203)쪽의 형체 압수 블록(203A)에 가동반(204)쪽의 형체 압수 블록(203B)을 접하게 한다.
이어서, 금형이동장치(240)를 작동시키고, 도 13a에 나타낸 바와 같이, 금형(210)의 캐비티(210A)가 성형품에 맞는 용적보다 축소되는 위치(S)에 이동형(213)을 이동시키고, 당해 캐비티(210A)의 두께 치수를 (t21)로 한다.
이때, 위치(S)는 당해 위치(S)에 정지한 이동형(213)이 형성하는 캐비티의 두께(t21)와, 성형품에 맞는 용적을 확보한 캐비티 두께(t22)의 관계에 있어서, (t22/t21)이 11.2 내지 16.0의 범위가 되도록 설정할 수 있다.
이 상태로, 사출장치(201A)로부터 금형(210)에 용융수지를 사출하여, 성형품에 맞는 용적보다 축소된 캐비티에 충만시키고, 사출압력에서 용융수지가 금형(210)의 성형면을 향해 눌려 밀착된 상태로 되고, 여기서 용융수지의 사출을 완료한다.
용융수지의 사출완료 직전이나, 직후 또는 사출완료로부터 소정의 시간이 경과하면, 금형이동장치(240)를 작동시키고, 도 13b에 나타낸 바와 같이, 금형(210)의 캐비티가 성형품에 맞는 용적으로 되는 위치(T2)까지 이동형(213)을 후퇴시키고, 당해 캐비티(210A)의 두께 치수를 (t22)로 한다.
이에 따라 사출완료부터 이동형(213)이 위치(T2)에 도달할 때까지의 사이에, 용융수지의 표면을 냉각하고, 용융수지(성형품)의 표면에 스킨층이 형성된다.
사출완료 후에 이동형(13)을 후퇴시키는 경우에는 금형 온도에 따라 다소 상이하지만, 사출완료부터 이동형(213)의 후퇴 개시까지의 시간을 0 내지 10초의 범위로 설정할 수 있다.
또한, 이동형(213)의 후퇴속도(Vr)는 0.05 내지 100mm/초의 범위, 바람직하게는 0.05 내지 50mm/초의 범위로 설정할 수 있다.
이동형(213)을 후퇴시키면, 스프링 백 현상에 의해 용융수지내에서 쭈그러진 유리 섬유의 탄성적인 복원력에 의해 용융수지가 팽창하고, 용융수지의 내부에 무수한 공극이 발생하고, 원재료보다 용적이 크게 경량화된 성형품이 형성된다.
그리고, 이동형(213)이 위치(T2)에 도달함과 동시에 가스주입장치(250)를 작동시켜 가스를 가스 핀(220)으로부터 용융수지의 내부에 주입한다. 이 시점에서 가스주입을 행함으로써, 금형(210)내의 용융수지가 완전히 냉각·경화하기 전에 용융수지의 내부에 가스가 주입된다.
즉, 도 14a에 나타낸 바와 같이(도 11도 참조), 개방 밸브(251)를 폐색한 상태로 가스 밸브(252)를 개방 조작하면, 가스는 도시하지 않은 가스 공급원으로부터 가스주입관(251) 및 가스 핀(220)을 통해 성형품으로 될 용융수지의 내부에 발생한 무수한 각 공극에 분산되어 도입되어, 용융수지의 내부에 큰 중공부를 발생시키지 않는다.
가스주입장치(250)로부터 공급된 가스는 가스 도입로(154) 및 가스 탭(153)을 통해 가스 핀(220)의 중자부(222)의 슬릿(133A), 다시 말하면 가스 입구(123)로부터 가스 유로(123)에 도입되고, 가스 출구(123B)로부터 선단 공간(120A)으로 유출되어, 선단 공간(120A)에 일단 집합하여 충만된다. 이에 따라 선단 공간(120A)에 있어서 가스의 압력이 상승하고, 이 압력이 용융수지의 최표면층을 돌파할 수 있는 정도의 압력이 되면, 가스는 바로 선단 공간(120A)으로부터 용융수지의 내부, 다시 말하면 최표면층을 향해 압출된다. 압출된 가스는 용융수지의 최표면층을 돌파하여, 외통부(11)의 가스 출구(123A)쪽의 개구와 거의 동일한 크기, 다시 말하면 가스 유로(123)보다 단면적이 큰 가스 도입구를 형성하고, 이 가스 도입구를 통하여 용융수지의 내부로 가스가 주입된다.
이와 같이 하여, 용융수지의 내부에 가스가 주입되면, 용융수지는 그 내부로부터 금형(210)의 성형면으로 눌려 용융수지에는 금형(210)의 성형면이 한층 강하게 전사되어 스킨층이 형성된다.
그 후, 도 14b에 나타낸 바와 같이, 개방 밸브(251A)를 개방 조작하고, 가스주입관(251)을 개방한다. 또한, 도 14c에 나타낸 바와 같이, 밸브(258)를 개방 조작하여 냉매공급장치(255)의 냉매저장탱크(256)로부터 냉매공급배관(257)을 통해 액상 냉매를 가스주입관(251)으로 보내고, 이 액상 냉매는 가스와 함께 성형품으로 될 용융수지의 내부 공극으로 송입된다. 그러면, 성형품의 내부 공극으로 보내진 액상 냉매는 성형품 내부의 축적된 열을 빼앗는 동시에 증기화함으로써 성형품의 축적된 열을 추가로 빼앗게 된다. 또한, 도 14d에 나타낸 바와 같이, 밸브(258)를 폐색 조작한다. 성형품의 내부에서 발생한 증기는 상기 가스와 함께 개방 밸브(251A)를 통해 대기로 방출된다.
이에 따라 성형품으로 될 용융수지는 냉각 고화되지만, 그 후 형체장치(205)를 작동시키고, 가동반(4)을 후퇴시켜 금형(210)을 열고, 금형(210)의 내부로부터 사용한 원재로의 양보다 용적이 크게 성형된 성형품을 꺼낸다.
이하, 필요에 따라 이상과 같은 성형 작업을 반복한다.
전술한 바와 같은 제 5 실시형태에 의하면 다음과 같은 효과가 얻어진다.
즉, 섬유 함유 열가소성 수지 원재료를 사용하여, 내부의 캐비티(210A)에 대하여 진퇴가능하게 된 이동형(213)을 구비한 금형(210)에 원재료를 가소화한 용융수지를 사출함과 동시에 사출 후에 캐비티(210A)를 확대함으로써, 성형품의 성형을 행함에 있어서 캐비티(210A)에 형성된 성형품의 공극으로 액상 냉매를 공급하고나서 성형품의 내부의 공극에 공급된 액상 냉매는 가스에 비하여 열용량이 크므로, 소량으로도 성형품의 내부의 열을 빼앗게 되고, 또한 성형품의 내부에서 액상 냉매가 기화함으로써 이 기화열에 의해 성형품이 신속히 냉각된다.
또한, 금형(210)의 캐비티(210A)가 성형품에 맞는 용적보다 축소된 위치(S2)에 이동형(213)을 이동한 상태로, 금형(210)의 내부에 용융수지를 사출하여 캐비티(210A)에 충만되고, 사출압력에서 용융수지가 금형(210)의 성형면을 행해 눌려 밀착된 상태로 된 후, 이동형(213)을 후퇴시켜 캐비티(210A)를 확대시키고, 사출완료부터 이동형(213)이 위치(T2)에 도달하기까지의 사이에 용융수지의 표면을 냉각하고, 용융수지(성형품)의 표면에 스킨층이 형성되도록 하였기 때문에 용융수지의 표면의 스킨층이 금형(210)의 성형면을 따른 것으로 되고, 이로 인해 외관 품질이 우수한 성형품을 얻을 수 있다.
또한, 액상 냉매는 성형품의 공극으로의 공급이 가스와 함께 행해지고, 또한 기화되어 금형(210) 밖으로 방출되는 구성이므로, 액상 냉매는 가스에 의해 확실히 성형품의 내부 공극으로 보내지게 되고, 이 내부 공극에서 기화된 후에는 금형(210) 밖으로, 다시 말하면 성형품으로부터 방출되기 때문에, 열이 성형품내에 축적되는 일이 없고, 확실히 성형품이 냉각된다.
또한, 가스주입에 의해 스프링 백 현상에 의한 용융수지의 팽창이 보완되기 때문에, 소정의 치수까지 팽창하기에는 함유되는 보강용 섬유의 양이 약간 적은 경우에도, 금형(210)내에 사출된 용융수지는 이동형(213)의 후퇴 동작에 의해 성형품의 용적에까지 확실히 팽창하게 되어 소기의 경량화를 확실히 달성할 수 있다.
또한, 늦어도 금형(210)내의 용융수지가 냉각·경화하기 전에, 용융수지의 내부에 가스를 주입하도록 하고, 주입된 기체의 압력에서 용융수지를 내부로부터 금형(210)의 성형면을 향해 눌러, 용융수지의 표면을 금형(210)의 성형면에 밀착한 상태를 유지한 채로 용융수지의 냉각·경화를 행하도록 하였기 때문에, 표면에 싱크 마크 등의 문제가 생기는 일이 없고, 성형품의 표면을 매끈하게 할 수 있어, 외관 품질이 우수한 성형물을 얻을 수 있다.
또한, 용융수지 중에 포함되는 보강용 섬유의 길이를 2 내지 100mm의 범위로 함과 동시에, 보강용 섬유의 함유량을 수지 전체의 5 내지 70중량%의 범위로 하고, 또한 섬유 함유 열가소성 수지 펠렛에 포함되어 있는 상태에서는 보강용 섬유를 서로 평행하게 배열하고 있기 때문에, 금형(210) 또는 사출장치(201A)가 통상의 것이어도 혼련시 및 사출시에 있어서 보강용 섬유가 파단되기 어렵게 된다.
따라서, 스프링 백 현상을 발생시키기에 충분한 길이가 유지되고, 또한 스프링 백 현상 발생에 충분한 양의 보강용 섬유가 포함되어 있는 것이므로, 이동형(213)의 후퇴에 의해 용융수지가 충분히 팽창하도록 되어, 충분히 경량화된 성형품을 얻을 수 있다.
또한, 보강용 섬유의 길이를 2mm 이상으로 하였기 때문에 가스의 주입에 의해 용융수지의 팽창이 확실히 보완되도록 되고, 보강용 섬유의 길이를 100mm 이하로 하였기 때문에 사출성형시에 브리지 또는 가소불량이 일어나지 않고, 성형에 있어서 문제 또는 지장이 하등 생기는 일이 없게 되어, 성형동작을 원활히 행할 수 있다.
또한, 보강용 섬유의 함유율을 5중량% 이상으로 하였기 때문에, 가스주입에 의해 큰 중공부가 용융수지내에 발생하는 일이 없고, 성형품의 경량화 및 섬유에 의한 강화를 둘다 도모할 수 있는 데다가, 보강용 섬유의 함유율을 70중량% 이하로 하였기 때문에 성형성이 우수하게 성형품에 표면층이 형성될 수 있고, 용융수지의 표면과 금형의 성형면의 사이에 가스가 새는 일이 없고, 실버 마크 등의 문제의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 캐비티(210A)가 성형품에 맞는 용적으로 되는 위치까지 이동형(210C)을 후퇴시킨 후에, 캐비티(210A)에 공급된 용융수지의 내부에 가스를 주입하고, 팽창한 후의 용융수지에 대하여 가스의 주입을 행하도록 하였기 때문에, 가스를 주입하는데 있어서 가스의 압력을 낮게 하는 것이 가능하게 되고, 또한 저압 가스에서도 용융수지의 내부 전체에 걸쳐 가스가 진행하게 되어, 용융수지의 일부분에만 가스가 잔류하는 일이 없게 된다.
따라서, 용융수지의 내부로 주입하는 가스의 압력을 저압화하는 것이 가능하게 되는 데다가, 용융수지의 내부 전체에 가스가 퍼지므로, 용융수지의 표면과 금형(210)의 성형면의 사이에 가스가 새는 일이 없고, 실버 마크 등의 문제의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 성형품에 대하여 강성 및 강도 등의 기계적 특성의 향상 및 경량화를 둘다 달성할 수 있으므로, 당해 성형품을 자동차 등의 운송기계의 부품으로서 이용하면 그 기계적 효율 등을 향상시킬 수 있고, 케이블 쓰루 등의 건축 토목 부재로서 이용하면 그 경량성때문에 설치작업 등을 용이하게 행하도록 할 수 있다.
또한, 섬유 함유 수지의 경량화 성형장치는, 섬유 함유 열가소성 수지 원료를 가소화하여 용융수지를 사출하는 사출장치(1), 이 사출장치(201)에서 사출된 용융수지가 수납되는 캐비티(210A)가 성형되어 이 캐비티(210A)에 대하여 진퇴가능하게 된 이동형(213)을 구비한 금형(210), 캐비티(210A)내의 성형품의 공극으로 가스를 주입하는 가스주입장치(250), 성형품의 공극으로 액상 냉매를 공급하는 냉매공급 장치(255)를 구비하고, 냉매공급장치(255)를 가스주입장치(250)와 접속시킴과 동시에, 액상 냉매가 가스에 흡인되는 구성으로 되고, 또한 냉매공급장치(255)의 가스주입장치(250)로의 액상 냉매의 공급을 허용 또는 저지하는 밸브(258)를 설계하였기 때문에, 이 밸브(258)의 조작에 의해 성형품의 공극에 가스만 또는 가스 및 액상 냉매를 간단한 구성으로 확실히 공급할 수 있다.
본 실시태양에 있어서도, 제 4 실시태양과 동일한 가스 핀을 사용하고 있으므로 전술한 바와 같은 효과가 얻어진다.
다음에, 본 발명의 제 6 실시형태를 도 15에 기초하여 설명하겠다. 제 6 실시형태는 제 5 실시형태와 성형품의 성형 순서가 상위한 것으로, 장치의 구조는 제 5 실시형태와 동일하다.
도 15에는 제 6 실시형태에 관계되는 성형 순서가 나타나 있다. 제 6 실시형태에서는 상기 제 5 실시형태에 있어서 성형품에 맞는 용적보다 축소된 캐비티내에 용융수지를 충만시키고, 사출압력으로 용융수지를 금형의 성형면에 밀착시킨 것을 이동형(213)의 전진에 의해 용융수지에 압축력을 가함으로써 용융수지를 금형의 성형면에 밀착시키도록 한 것이다.
이하에, 제 6 실시형태의 성형 순서를 구체적으로 설명하겠다. 제 6 실시형태의 성형 순서는 상기 제 5 실시형태와 동일한 사출성형기(201)를 채용하는 것이므로 사출성형기(201)의 설명은 생략한다.
우선, 수지 펠렛을 사출장치(202)에 공급함과 동시에 사출성형기(201)를 기동시키고, 수지 펠렛의 가소화 및 혼련을 행하여 용융시킨다. 이에 따라 용융수지내의 보강용 섬유가 균일화됨과 동시에 서로 충분히 연결되게 되어, 스프링 백 현상이 발생하기 쉬운 상태가 된다. 그리고, 형체장치(205)를 작동시키고, 가동반(204)을 고정반(203)을 향해 이동시켜 금형(210)을 폐쇄한다.
이 상태에 있어서, 도 15a에 나타낸 바와 같이, 금형이동장치(240)를 작동시키고, 금형(210)의 캐비티(210A)의 두께가 (t23)으로 되는 위치(U2)에 이동형(213)을 이동시켜 정지시킨다.
여기서, 캐비티(210A)의 두께(t23)는 사출되는 수지량분의 두께와 금형(210) 내부의 용융수지를 압축하는 압축 스트록(stroke)분의 두께를 합한 두께로 설정한다. 이 압축 스트록은 수지 사출시의 압력을 낮추어 수지 충전시의 보강용 섬유의 절손을 감소시키기 위하여 0.1 내지 50mm로 하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 1 내지 10mm이다. 압축 스트록을 1 내지 10mm의 범위로 함으로써, 보강용 섬유의 절손을 한층 감소시킬 수 있는 데다가, 플로우 마크 등에 의한 외관 불량의 발생을 방지할 수 있다.
이 상태에서, 사출장치(202)의 노즐(202A)로부터 용융수지를 캐비티(210A)로 사출한다.
용융수지의 사출 개시 후, 적당한 때에, 예를 들면 사출완료 직전 또는 사출완료와 동시에, 금형이동장치(240)를 작동시켜 이동형(213)을 전진시키고, 도 15b에 나타낸 바와 같이, 캐비티(210A)의 두께가 (t24)로 되는 위치(V2)까지 이동형(213)을 전진시켜 정지시킨다. 여기서, 캐비티(210A)의 두께(t24)는 캐비티(210A)가 사출되는 수지량 정도의 용적으로 되는 두께로 설정한다.
이 이동형(21)의 전진에 의해 캐비티(210A)에 사출된 용융수지를 압축하고, 용융수지를 캐비티(210A)에 충만시킴과 동시에, 그 압축력으로 용융수지를 금형(210)의 성형면에 밀착시킨다. 그러면, 금형(210)의 성형면에 밀착된 용융수지의 최표면층은 내부보다 빨리 냉각되게 된다.
용융수지의 최표면층이 어느 정도 냉각되면, 금형이동장치(240)를 작동시키고, 도 15c에 나타낸 바와 같이, 캐비티(210A)의 두께가 (t25)로 되는 위치(W2)까지 이동형(213)을 후퇴시켜 정지시킨다.
여기서, 캐비티(210A)의 두께(t25)는 캐비티(210A)가 성형품의 용적으로 되는 두께로 설정한다.
또한, 이동형(213)의 후퇴속도는 성형조건 및 수지의 종류 등에 따라 적절히 설정하면 바람직하고, 예를 들면 0.05 내지 100mm/초이고, 용융수지에 성형면을 확실히 전사하기 위해서는 0.05 내지 50mm/초로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 이동형(213)을 후퇴시켜 캐비티(210A)를 확대하면, 스프링 백 현상에 의해 용융수지내에서 쭈그러진 보강용 섬유의 탄성적인 복원력에 의해 용융수지가 팽창한다.
그리고, 이동형(213)이 위치(W)에 도달한 후, 제 5 실시형태와 동일한 순서로 가스주입장치(250)를 작동시켜, 가스 핀(220)으로부터 캐비티(210A)의 용융수지에 가스 및 액상 냉매를 주입한다.
이때의 가스 압력은, 예를 들면 0.01 내지 20MPa의 범위로 한다. 특히, 가스의 압력을 비교적 저압인 0.01 내지 1MPa의 범위로 함으로써 성형품 내부에 있어서 큰 중공부의 발생 및 용융수지 외부로의 가스의 누설에 의한 외관 불량 등의 발생을 더 확실히 방지할 수 있는 데다가, 고압 가스 설비가 필요하게 되기 때문에 설비 비용을 감소시킬 수 있다.
따라서, 제 6 실시형태에 의하면 제 5 실시형태와 동일한 작용 효과를 나타내는 것 외에, 이동형(213)의 이동에 의해 용융수지를 압축함과 동시에 캐비티(210A) 전체에 충만시키기 때문에, 사출압에서는 캐비티 전체에 용융수지를 충만시킬 수 없는 얇은 성형품이어도 성형할 수 있는 데다가, 주입 가스가 수지의 팽창을 돕기 때문에 중량과의 관계에서 팽창에 필요한 양의 유리 섬유를 함유시킬 수 없는 경우에서도 바라는 팽창율을 달성할 수 있다는 효과를 부가할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제 7 실시형태에 대하여 도 16에 기초하여 설명하겠다. 제 7 실시형태는 제 6 실시형태에 비하여 성형품의 성형시에 표피재를 일체화한 점이 다른 것이므로, 다른 구성은 제 6 실시형태와 동일하다.
도 16에는 제 7 실시형태에 관계되는 성형 순서가 도시되어 있다.
이하에 제 7 실시형태의 성형 순서를 구체적으로 설명하겠다. 본 제 7 실시형태에 있어서도 상기 제 5, 6 실시형태와 동일한 사출성형기(201)를 채용한다. 단, 캐비티(211C)를 구성하는 고정 금형(211)과 가동 금형(212)의 이동형(213)의 폭방향 치수는 동일하다.
우선, 사출성형기(201)에 금형(210)을 장착하고, 장착한 금형(210)의 이동형(213)에, 도 16a에 나타낸 바와 같이 표피재(214)를 장착하고, 사출장치(21A)의 사출 실린더(211)내에 수지 펠렛을 공급한 후 사출성형기(201)를 기동시키고, 사출 실린더(211)내의 수지 펠렛의 가소화 및 혼련을 개시한다. 이 혼련에 의해 용융수지내의 무수한 유리 섬유를 균일하게 분포시키고, 또한 서로 충분히 연결된 상태로 만들어 스프링 백 현상이 발생하기 쉬운 상태로 만든다.
여기서, 이동형(213)에 표피재(214)를 장착하는데 있어서, 미리 이동형(213)에는 표피재(214)를 장착하기 위한 핀 또는 진공흡인구 등의 장착 수단을 설치해 두면 표피재(214) 장착의 자동화가 가능하게 된다.
표피재(214)의 장착은 이동형(213) 뿐 아니라 고정형(210A)쪽에 행할 수 있다.
또한, 표피재(214)로서는 직포 또는 부직포 등의 포, 열가소성 수지면재, 열가소성 수지의 발포면재 및 막 모양 등이 인쇄된 필름 등의 단층면재 및 열가소성 엘라스토머 또는 염화비닐수지 등의 표피재에, 열가소성 수지 또는 열가소성 수지의 발포체 등으로부터 이지재를 배접한 다층면재를 채용할 수 있다.
그리고, 형체장치(205)를 작동시키고, 가동반(204)을 고정반(203)을 향해 이동시키고, 고정반(203)쪽의 형체 압수 블록(203A)에 이동반(4)쪽의 형체 압수 블록(203B)을 접하게 한다.
이어서, 금형이동장치(240)를 작동시키고, 금형(210)의 캐비티(210A)가 그 내부에 사출되는 용융수지의 전 사출량에 상당하는 용적보다 확대되는 위치(X2)까지 이동형(213)을 이동시키고, 금형(210)의 캐비티(210A)의 두께 치수를 (t26)으로 한다(도 16a 참조).
이 상태로, 사출장치(201)로부터 금형(210)내로 용융수지를 사출하고, 용융수지의 전 사출량이 캐비티(210A)내로 사출되면서 용융수지의 사출을 완료한다.
용융수지의 사출완료 전이나 직후 또는 사출완료로부터 소정의 시간이 경과하면, 금형이동장치(240)를 작동시키고, 도 16b에 타나낸 바와 같이, 금형(210)의 캐비티(210A)가 성형품에 맞는 용적보다 축소되는 위치(Y2)까지 이동형(213)을 전진시키고, 당해 캐비티(210A)의 두께 치수를 (t27)로 한다.
이 이동형(213)의 전진에 의해 캐비티(210A)내의 용융수지를 압축하고, 용융수지에 가해진 압축력에 의해 충만시키고, 당해 용융수지를 표피재(214)를 향해 눌러 이에 따라 용융수지를 표피재(214)에 부착시킨다.
이동형(213)이 위치(Y2)에 도달하면, 직접 금형(210)의 캐비티(210A)가 성형품에 맞는 용적으로 되는 위치(Z2)까지 이동형(213)을 후퇴시키고, 당해 캐비티(210A)의 두께 치수를 (t28)로 한다(도 16c 참조).
여기서, 이동형(213)의 후퇴속도(Vr)는 0.05 내지 100mm/초의 범위, 바람직하게는 0.05 내지 50mm/초의 범위로 설정할 수 있다.
이동형(213)을 후퇴시키면, 스프링 백 현상에 의해 용융수지내에서 쭈그러진 유리 섬유의 탄성적인 복원력에 의해 용융수지가 팽창하고, 용융수지의 내부에 무수한 공극이 발생하여, 원재료보다 용적이 크게 경량화된 성형품이 성형된다.
그리고, 이동형(213)이 위치(Z2)에 도달하면, 제 5 및 제 6 실시형태와 동일하게, 가스주입장치(250)에 의해 가스 및 액상 냉매를 용융수지의 내부에 주입한다.
성형품을 충분히 냉각하는데 필요한 소정의 시간이 경과하면, 형체장치(205)를 작동시켜 이동반(204)을 후퇴시켜 금형(210)을 연다. 그리고, 금형(210)의 내부로부터 성형품을 꺼내고, 성형을 완료한다. 이후, 필요에 따라 이상과 같은 성형작업을 반복한다.
이와 같은 본 실시형태에 있어서도 상기 제 5, 6 실시형태와 동일한 작용, 효과를 얻을 수 있는 것 외에, 1회의 성형으로 표면을 덮는 표피재(214)가 일체화된 적층 성형품을 얻을 수 있다는 효과를 부가할 수 있다.
실시예
이하에, 본 발명의 효과를 구체적인 실시예에 기초하여 설명하겠다.
[실시예 1]
실시예 1에서는, 본 발명의 상기 제 1 실시형태(도 2)에서 기술한 금형 및 사출성형기를 사용하여 도 17에 나타낸 바와 같이 원반형으로 성형된 성형품(15)을 형성하였다.
구체적으로는 이하에 나타내는 원재료를 사용하여 이하에 나타내는 금형, 사출성형기에 의해 이하에 기술하는 성형 순서로 실시예 1의 성형품을 얻었다.
a) 원재료: 폴리프로필렌, 말레산 변성 폴리프로필렌 및 유리 섬유로 이루어진 섬유 강화 열가소성 수지 펠렛
·당해 펠렛의 조성:
폴리프로필렌; 58중량%
말레산 변성 폴리프로필렌; 2중량%
유리 섬유(직경 10㎛): 40중량%
·당해 펠렛의 전 길이; 10mm
·함유 유리 섬유의 길이; 10mm
·폴리프로필렌의 용융지수(MI); 60g/10분(230℃, 2.16㎏f)
b) 금형: 원반형의 성형품(15)을 성형하는 캐비티를 가지고, 성형품(15)의 외주면을 성형하는 성형면을 따라 히터(heater)가 설치되어 있는 금형
·성형품(15)의 치수: 직경 치수(D); 800mm
두께 치수; 16mm
c) 사출성형기: 금형이동장치(20)를 장착한 범용 사출성형기
·형체장치(5)의 형체력; 850t
·사출 실린더(11)의 노즐(12)의 구경; 10mm
·용융수지의 사출온도; 250℃(사출 실린더(11)내)
d) 성형 순서
상기 제 1 실시형태(도 2)에서 설명한 성형 순서에 준한 성형 순서를 채용한다. 구체적으로는 다음 (1) 내지 (4)에 나타낸 공정을 포함한 것이다.
(1) 용융수지의 사출 전에 금형(10)의 이동형(10B)을 위치(S)까지 전진시키고, 그 위치에서 정지시킨다.
여기서, 위치(S)는 이동형(10B)이 형성하는 캐비티의 두께(t1)가 4mm로 되도록 설정되어 있다.
(2) (1) 상태로, 미리 가소화 및 계량이 완료되어 있으면서 두께(t1)가 4mm로 된 캐비티의 용적에 상당하는 양의 용융수지를 금형(10)내로 사출한다.
(3) 용융수지의 사출이 완료한 직후, 금형(10)의 이동형(10B)이 위치(T)에 도달하면, 이동형(B)을 후퇴시키고 그 위치에서 정지시킨다.
여기서, 위치(T)는 이동형(10B)이 형성하는 캐비티의 두께(t2)가 16mm로 되도록 설정되어 있다.
(4) 이동형(10B)이 위치(T)에 도달하면, 바로 질소 가스의 주입을 개시한다. 여기서, 질소 가스의 주입 압력은 게이지압으로 5㎏/cm2로 설정되어 있다.
[실시예 2]
실시예 2에서는, 실시예 1의 성형 순서중 (3), (4)를 다음의 (5)에 나타낸 과정으로 치환한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 2의 성형품을 얻었다.
(5) 용융수지의 사출이 완료한 후, 금형(10)의 이동형(10B)이 위치(T)로 향해 이동형(10B)의 후퇴를 개시함과 동시에 질소 가스의 주입을 개시한다. 그리고, 이동형(10B)이 위치(T)에 도달하면 이동형(10B)을 위치(T)에 정지시킨다.
여기서, 위치(T)는 이동형(10B)이 형성하는 캐비티의 두께(t2)가 16mm로 되도록 설정되어 있다. 또한, 질소 가스의 주입 압력은 게이지압으로 5㎏/cm2로 설정되어 있다.
[실시예 3]
실시예 3에서는, 실시예 2의 가스 압력을 100㎏/cm2로 변경한 것 이외는 실시예 2와 동일하게 하여 실시예 3의 성형품을 얻었다.
[실시예 4]
실시예 4에서는 실시예 1의 원재료 100중량부에 1.5중량부의 발포제(발포제를 30중량% 포함하는 마스터배치[상품명: 폴리스렌 TS-182(에이와 가세이 고교 가부시키가이샤 제조)]를 5중량부 첨가한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 실시예 4의 성형품을 얻었다.
[실시예 5]
실시예 5에서는, 본 발명의 상기 제 2 실시형태(도 3)에서 기술한 금형 및 사출성형기를 사용하여, 도 8에 나타낸 바와 같이, 자동차의 내장재인 도어 패널(16)을 성형하였다.
이하에, 사용한 원재료, 금형, 사출성형기 및 성형 순서를 상세히 기술하겠다.
a) 원재료: 폴리프로필렌, 말레산 변성 폴리프로필렌 및 유리 섬유로 이루어진 섬유 강화 열가소성 수지 펠렛
·당해 펠렛의 조성:
폴리프로필렌; 64중량%
말레산 변성 폴리프로필렌; 1중량%
유리 섬유(직경 16㎛); 35중량%
·당해 펠렛의 전 길이; 16mm
·함유 유리 섬유의 전 길이; 16mm
·폴리프로필렌의 용융지수(MI); 60g/10분(230℃, 2.16㎏f)
b) 금형: 도어 패널(16)을 성형하는 캐비티를 갖는 금형
·게이트의 직경; 6mm
·도어 패널(16)의 각 치수(도 18 참조)
전 폭(치수 W1); 720mm
전 높이(치수 H1); 500mm
도면중 밑변의 길이(치수 W2); 400mm
도면중 윗변의 길이(치수 H2); 280mm
c) 사출성형기: 금형이동장치(20)를 장착한 범용 사출성형기
·형체장치(5)의 형체력; 850t
·용융수지의 사출온도; 250℃(사출 실린더(11)내)
d) 성형 순서
상기 제 2 실시형태(도 3)에서 나타낸 성형 순서에 준한 성형 순서를 채용한다. 구체적으로는 다음 (1) 내지 (4)에 나타낸 공정을 포함한 것이다.
(1) 용융수지의 사출 전에 금형(10)이 이동형(10B)을 위치(U)까지 이동시키고, 그 위치에 정지시킨다.
여기서, 위치(U)는 이동형(10B)이 성형하는 캐비티의 두께(t3)가 7mm로 되도록 설정되어 있다.
(2) (1)의 상태에서, 사출장치(1A)로부터 금형(10)내에 용융수지를 사출하고, 캐비티의 두께가 2mm로 된 때의 당해 캐비티의 용적에 상당하는 양의 용융수지가 캐비티내로 사출되면 용융수지의 사출을 완료한다.
(3) 용융수지의 사출 개시와 동시에 이동형(10B)을 전진시키고, 캐비티내의 용융수지를 압축한다.
(4) 이동형(10B)이 위치(V)에 도달하면, 바로 위치(W)로 향해 이동형(10B)의 후퇴를 개시함과 동시에 질소 가스의 주입을 개시한다.
여기서, 위치(W)는 이동형(10B)이 형성하는 캐비티의 두께(t5)가 6mm로 되도록 설정되어 있다. 또한, 질소 가스의 주입 압력은 게이지압으로 7㎏/cm2로 설정되어 있다.
[비교예 1]
비교예 1에서는, 실시예 1에 있어서 성형의 개시로부터 종료까지의 사이에 캐비티의 두께 치수가 4mm로 되는 위치에 이동형(10B)을 고정하여 성형을 행한 것 이외는 상기 실시예 1과 동일하게 하여 비교예 1의 성형품을 얻었다.
비교예 1에서의 용융수지의 사출 개시로부터 가스 주입까지의 경과시간은 실시예 1과 동일하게 되도록 설정되어 있다.
[비교예 2]
비교예 2에서는 실시예 1에서의 저압 가스의 주입을 생략한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 비교예 2의 성형품을 얻었다.
[비교예 3]
비교예 3에서는 실시예 2에서의 섬유 강화 열가소성 수지 펠렛을, 유리 섬유의 중량 평균 섬유길이가 0.51mm, 유리 섬유의 함유량이 40중량%로 된 섬유 강화 폴리프로필렌 펠렛으로 변경한 것 이외는 실시예 2와 동일하게 하여 비교예 2의 성형품을 얻었다.
[비교예 4]
비교예 4에서는 실시예 3의 유리 섬유 강화 폴리프로필렌 100중량부에 대하여 1.5중량부의 발포제(실시예 4와 동일함)를 첨가한 것 이외는 비교예 3과 동일하게 하여 비교예 4의 성형품을 얻었다.
[비교예 5]
비교예 5에서는, 실시예 2에서의 가스주입을 생략한 것 이외는 실시예 2와 동일하게 하여 비교예 5의 성형품을 얻었다.
[실험 결과]
이상의 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5에서 각각 성형된 각 제품을 다음 A) 내지 E)에 나타낸 평가법으로 평가한다.
A) 원재료의 용적에 대하여 각 제품이 몇배의 용적으로 되었는지, 즉 각 제품의 팽창배율을 측정하고, 그 팽창배율의 크기를 평가한다.
B) 각 제품의 중앙부를 절단하고, 그 절단면을 육안에 의해 관찰하고, 각 제품의 내부에서의 팽창상황을 평가한다.
C) 각 제품의 외관 및 표면의 평활성을 육안에 의해 관찰하고, 그 외관 품질을 평가한다.
D) 상술한 각 실험에 있어서, 냉각시간이 20초 간격으로 상이한 성형품을 복수로 성형하고, 열팽창 또는 열수축 등을 일으키지 않는 성형품을 합격품으로 하고, 합격품을 얻는데 걸리는 가장 짧은 냉각시간을 당해 실험의 냉각시간으로 하고, 그 냉각시간의 짧음을 평가한다.
E) 온도가 -40℃로 된 분위기중에 400mm의 간격을 두어 배치된 2개의 치구(治具) 위에 얻어진 성형품을 놓고, 치구 위에 놓인 성형품을 향해 중량 3.6㎏의 구리 구를 낙하시킨다. 이때, 당해 성형품이 파손될 때까지 구리 구의 낙하 위치를 상승시키고, 파손에 이른 낙하 높이에 의해 성형품의 파손 강도를 평가한다.
이들 평가법에 의한 평가 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1에 의하면, 용융수지가 충분히 팽창하고, 제품의 경량화를 충분히 달성할 수 있는 데다가 큰 충격에도 견디는 강도를 구비하고, 또한 외관 품질도 우수한 제품을 얻을 수 있는 데다가 냉각시간을 단축할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 2에 의하면, 제품의 경량화, 내충격강도의 향상, 우수한 외관 품질의 확보 및 냉각시간의 단축을 어느 것이나 상기 실시예 1과 동등하게 달성할 수 있다.
본 실시예 2에서 얻어진 성형품에 포함되는 유리 섬유의 길이에 대하여 측정하였더니, 그 평균 유리 섬유 길이는 7.5mm이었다.
실시예 3에 의하면, 팽창율이 높은 성형품을 성형하는 경우에 단지 유리의 압력을 높게 하여도 바람직한 성형품은 얻기 곤란하고, 이 때문에 성형품의 밀도를 고려하여 가스 압력을 적절히 설정하여 제어할 필요가 있는 것이 분명하게 되었다.
실시예 4에 의하면, 소량의 발포제를 첨가하는 것에 의해서도 실시예 1과 동일한 효과가 얻어지는데, 4배 정도의 팽창율에서는 섬유의 함유량에도 따르지만 특히 발포제의 사용은 필요하지 않음을 알 수 있다.
실시예 5에 의하면, 제품의 경량화, 내충격 강도의 향상, 우수한 외관 품질의 확보 및 냉각시간의 단축을 상기 실시예 1, 2와 동일하게 달성할 수 있다.
실시예 5의 팽창율은 실시예 1, 2보다 수치적으로 낮지만, 전술한 성형 순서의 설정에서는 3.0이 최대이고, 소기의 수치가 달성되었다.
또한, 실시예 5의 내충격 강도는 실시예 1, 2보다 수치적으로 낮지만, 이는 당초에 설정된 유리 섬유 함유량의 상위에 의한 것으로 생각되고, 소기의 내충격 강도는 달성되었다.
비교예 1에서는, 성형품의 경량화를 당초부터 기대하지 않았기 때문에, 용융수지를 팽창시키지 않은 성형품이 얻어진다. 이 성형품의 내충격 강도가 실시예 1, 2보다 떨어지기 때문에, 본 발명에 의하면 팽창에 의해 경량화하여도 내충격 강도를 확실히 확보할 수 있음을 알 수 있다.
비교예 2에서는, 실시예 1, 2와 비교하면 떨어지기는 하지만, 용융수지의 팽창이 인지되기 때문에, 어느 정도까지의 경량화 또는 내충격 강도의 확보가 가능한데, 표면의 싱크 마크에 의해 외관 품질의 양호한 성형품은 기대할 수 없음을 알 수 있다.
비교예 3에서는, 표면의 상태가 양호한 성형품을 얻을 수 있지만, 스프링 백 현상에 의한 용융수지의 팽창이 거의 인지되지 않고, 팽창에 의한 경량화 또는 내충격 강도의 확보는 기대할 수 없음을 알 수 있다.
비교예 4에서는, 제품의 경량화 및 내충격 강도의 향상이 상기 실시예 1 내지 3과 동일하게 달성할 수 있다. 그러나, 발포제의 첨가에 의해 실버 마크가 발생하는 데다가, 금형으로의 수지의 누르는 압력이 부족하고, 후수축에 의해 수지가 금형으로부터 떨어지고, 냉각에 시간이 걸려, 외관 품질의 확보 및 냉각 시간의 단축을 달성할 수 없다.
비교예 5에서는, 용융수지의 팽창이 불충분한 데다가 싱크 마크가 발생하기 때문에, 외관 품질이 양호한 성형품이 얻어지지 않음을 알 수 있다.
[실시예 6]
실시예 6에서는, 본 발명의 상기 제 3 실시형태(도 4)에 기술한 금형 및 사출성형기를 사용하여 표면을 덮은 표피재가 일체화된 적층 성형품으로, 도 17과 같은 원반형으로 형성된 적층 성형품(15)을 형성하였다.
이하에 사용한 원재료, 표피면재, 금형, 사출성형기 및 성형 순서를 상세히 나타낸다.
a) 원재료: 폴리프로필렌, 말레산 변성 폴리프로필렌 및 유리 섬유로 이루어진 섬유 강화 열가소성 수지 펠렛
·당해 펠렛의 조성:
폴리프로필렌; 58중량%
말레산 변성 폴리프로필렌; 2중량%
유리 섬유(직경 13㎛); 40중량%
·당해 펠렛의 전 길이; 14mm
·함유 유리 섬유의 길이; 14mm
·폴리프로필렌의 용융지수(MI); 60g/10분(230℃, 2.16㎏f)
b) 표피면재: 도 19에 도시된 바와 같이 시이트상의 백킹재(backing)(17)에 무수한 부드러운 모(18)가 심어진 표피면재(19)
c) 금형: 원반형의 성형품(15)을 성형하는 캐비티를 가지고, 그 이동형(10B)에는 성형품(15)의 주변 가장자리를 따라 히터가 설치되고, 고정형(10A)에는 5℃의 냉각수가 유통하는 냉각로가 설치되어 있는 금형
·성형품(15)의 치수: 직경 치수(D); 800mm
두께 치수; 19mm
d) 사출성형기: 금형이동장치(20)를 장착한 범용 사출성형기
·형체장치(5)의 형체력; 850t
·사출 실린더(11)의 노즐(12)의 구경; 10mm
·용융수지의 사출온도; 250℃(사출 실린더(11)내)
e) 성형 순서
상기 제 3 실시형태(도 4)에 나타낸 성형 순서에 기초한 성형 순서를 채용한다. 구체적으로는 다음 (1) 내지 (5)에 나타낸 공정을 포함한 것이다.
(1) 용융수지의 사출 전에 금형(10)의 이동형(10B)을 위치(X)까지 이동시키고, 그 위치에서 정지시킨다.
여기서, 위치(X)는 이동형(10B)이 형성하는 캐비티의 두께(t6)가 18mm로 되도록 설정되어 있다.
(2) (1) 상태에서, 사출장치(1A)로부터 금형(10)내에 용융수지를 사출하고, 캐비티의 두께가 4mm로 된 때의 당해 캐비티의 용적에 상당하는 양의 용융수지가 캐비티내로 사출되면 용융수지의 사출을 완료한다.
(3) 용융수지의 사출 개시와 동시에, 이동형(10B)을 전진시키고, 캐비티내의 용융수지를 압축한다.
(4) 이동형(10B)이 위치(Y)에 도달하면, 바로 위치(Z)를 향해 이동형(10B)의 후퇴를 개시한다.
여기서, 위치(Z)는 이동형(10B)이 형성하는 캐비티의 두께(t8)가 19mm로 되도록 설정되어 있다.
(5) 이동형(10B)이 위치(Z)에 도달하면, 바로 액화 탄산가스로부터의 가스 주입을 개시한다.
여기서, 가스의 주입 압력은 게이지압으로 8㎏/cm2로 설정되어 있다.
[실시예 7]
실시예 7에서는 실시예 6의 성형 순서중 (4), (5)를 다음 (6)에 나타낸 과정으로 치환한 것 이외는 실시예 6과 동일하게 하여 실시예 6의 성형품을 얻었다.
(6) 이동형(10B)이 위치(Y)에 도달하면, 바로 위치(Z)를 향해 이동형(10B)의 후퇴를 개시함과 동시에 액화 탄산가스로부터의 가스의 주입을 개시한다.
여기서, 캐비티의 두께(t8) 및 가스의 주입 압력은, 상기 실시예 6과 동일하게, 각각 19mm 및 18㎏/cm2(게이지압)로 설정되어 있다.
[실시예 8]
실시예 8에서는, 캐비티가 용융수지의 전 사출량에 상당하는 용적으로 되는 위치에 이동형(10B)을 정지시키고, 이 상태로 금형내로의 용융수지의 사출을 개시하고, 그 후 위치(Z)를 향해 이동형(10B)의 후퇴를 개시하는 성형 순서를 채용하였다. 바꿔 말하면, 이동형(10B)의 전진에 의해 용융수지를 압축하는 과정을 생략한 것 이외는 상기 실시예 6과 동일하게 하여 실시예 8의 성형품을 얻었다.
[비교예 6]
비교예 6에서는 실시예 6에서의 가스주입을 생략한 것 이외는 실시예 6과 동일하게 하여 비교예 6의 성형품을 얻었다.
[비교예 7]
비교예 7에서는, 실시예 6에서의 섬유 강화 열가소성 수지 펠렛을 유리 섬유의 중량 평균 섬유길이가 0.51mm, 유리 섬유의 함유량이 40중량%로 된 섬유 강화 폴리프로필렌 펠렛으로 변경하고, 또한 실시예 4에 나타낸 바와 같이 원재료 100중량부에 대하여 1.5중량부의 발포제(실시예와 동일함)를 첨가한 것 이외는 실시예 6과 동일하게 하여 비교예 7의 성형품을 얻었다.
[실험 결과]
이상의 실시예 6 내지 8 및 비교예 6, 7에서 각각 성형한 제품을 전술한 A) 내지 D) 및 다음 F)에 나타내는 평가법으로 평가한다.
F) 각 성형품에 일체 성형된 표피면재의 상태를 육안에 의해 관찰하고 손 감촉으로부터 표피면재의 상태를 파악하고, 파악된 상태로부터 품질을 평가한다.
이들 평가법에 의한 평가 결과는 하기 표 2에 나타나 있다.
실시예 6에 의하면, 용융수지가 충분히 팽창하고, 제품의 경량화를 충분히 달성할 수 있는 데다가 표피면재의 특질이 손상되는 일이 없고, 또한 외관 품질도 우수한 제품을 얻을 수 있는 데다가 냉각시간도 단축할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 7에 의하면, 성형품의 경량화, 표피면재의 특질 유지, 우수한 외관 품질의 확보 및 냉각시간의 단축을 상기 실시예 6과 동등하게 달성할 수 있다.
실시예 8에서는, 성형품의 경량화, 우수한 외관 품질의 확보 및 냉각시간의 단축을 어느 것이나 상기 실시예 6, 7과 동등하게 달성할 수 있지만, 표피면재에 식모된 모가 남아 버려 기모(起毛)를 재생하면 제품으로서 사용할 수 있다.
비교예 6에서는, 용융수지의 팽창이 불충분하기 때문에 팽창에 의한 경량화를 충분히 달성할 수 없는 데다가, 싱크 마크가 발생하기 때문에 외관 품질의 양호한 성형품이 얻어지지 않음을 알 수 있다. 또한, 가스에 의한 냉각이 행해지지 않기 때문에 용융수지의 냉각에는 현저하게 시간이 걸린다.
비교예 7에서는, 스프링 백 현상에 의한 용융수지의 팽창이 거의 인지되지 않고, 팽창에 의한 경량화는 기대할 수 없다. 게다가, 성형품의 내부에는 큰 중공부가 발생하고, 수지의 표면에는 실버 마크 또는 싱크 마크가 발생하고, 우수한 외관 품질을 얻는 것도 바랄 수 없음을 알 수 있다.
또한, 가스가 성형품 안에 들어가지 않고, 냉각시간도 긴 상태 그대로였다.
표피면재에 식모된 모는 남아 있지 않고, 표피면재의 특질의 유지는 기대할 수 있다.
[실시예 9]
실시예 9에서는, 본 발명의 상기 제 4 실시형태(도 4)에서 기술한 금형 및 사출성형기를 사용하여 성형품을 달성하였다.
이하에 사용한 원재료, 성형품, 금형, 가스 핀, 사출성형기 및 성형조건을 상세히 나타낸다.
a) 원재료: 유리 섬유 강화 폴리프로필렌 펠렛(이데미쓰 세키유 가가쿠 가부시키가이샤 제조, 상품명; 모스토론 L L-4000P)
(1) 펠렛의 직경; 2mm
(2) 펠렛의 길이; 12mm
(3) 펠렛의 유리 섬유 함유량; 40중량%
(4) 유리 섬유의 길이; 12mm(펠렛의 길이와 동일함)
b) 성형품: 직사각형 평판
(1) 성형품의 종방향 치수; 600mm
(2) 성형품의 횡방향 치수; 300mm
(3) 성형품의 두께; 12mm
c) 금형: 전술한 성형품을 성형하기 위한 캐비티를 갖는 금형(이동형에 따라, 성형품의 두께 방향의 캐비티의 치수는 가변적임)
d) 가스 핀: 도 6 내지 도 8에 나타낸 형상을 갖는 것
(1) 가스 핀의 전 길이; 120mm
(2) 외통부의 내경; 3mm
(3) 외통부의 외경; 5mm
(4) 중자부의 선단면의 직경; 3mm
(5) 중자부로부터 외통부의 돌출 길이; 2mm
(6) 성형면으로부터 가스 핀의 돌출 길이; 2mm
e) 사출성형기: 횡형 사출성형기(산료 쥬고교 가부시키가이샤 제조 850MGW-160, 형체력 850t)에, 이동형을 진퇴시키기 위해 이데미쓰 IPM 단위장치(상품명, 이데미쓰 세키유 가가쿠 가부시키가이샤 제조)를 장착한 것
f) 성형조건: 상기 실시형태에서의 사출성형법에 기초하여 성형을 행하였다.
(1) 성형 온도; 250℃(사출 실린더 온도)
(2) 금형 온도; 60℃
(3) 수지의 사출압력; 60%(정격 최대 사출압력에 대한 설정치)
사출속도; 70%(정격 최대 사출속도에 대한 설정치)
사출시간; 3.7초
(4) 캐비티의 두께 치수(도 9 참조)
수지 사출시의 치수(t12); 4mm
수지 팽창시의 치수(t13); 12mm(팽창배율 3배)
(5) 이동형 후퇴 개시의 타이밍; 4.2초 후(사출개시로부터)
후퇴 완료의 타이밍; 5.2초 후(사출개시로부터)
(6) 가스주입의 타이밍; 7초 후(사출개시로부터)
(7) 가스의 압력; 0.5MPa(0.5MPa에서 용융수지에 가스를 주입할 수 없는 경우는 1.0MPa을 상한으로 가스를 주입할 수 있는 압력까지 서서히 상승시켰다)
(8) 냉각시간; 60초
[실시예 10]
실시예 9에 있어서, 가스 핀으로서 도 10에 나타낸 형상을 갖는 것을 사용한 것 이외는 실시예 9와 동일하게 하여 실시예 10의 성형품을 얻었다.
[실험 결과]
이상의 실시예 9 및 실시예 10에서 성형한 각 성형품에 대하여 외관을 평가하였다. 이 평가 결과를 하기 표 3에 나타낸다. 또한, 표 3에는 용융수지에 가스를 주입할 수 있는 때의 가스 압력을 나타내었다.
표 3으로부터, 실시예 9에서는 외통부가 중자부의 선단으로부터 돌출한 가스 핀을 사용하여 성형을 행하였으므로, 싱크 마크 등의 문제가 없는 외관이 양호한 성형품이 얻어짐을 알 수 있다. 또한, 실시예 10에서는 중자부의 선단을 첨두형으로 한 가스 핀을 사용하였기 때문에, 실시예 1의 가스 핀을 사용한 경우보다 용융수지에 주입된 가스의 양이 약간 적게 되고, 약간의 싱크 마크가 발생함을 알 수 있다. 이는 가스에 의해 눌려 용융수지의 표면이 경사면이 되어 가스가 용융수지의 표면의 꼭대기에 집중하고, 가스를 선단 공간에 균일하게 충만시킬 수 없었기 때문으로 추측된다.
[실시예 11]
실시예 11에서는 본 발명의 상기 제 7 실시형태(도 16)에서 기술한 금형 및 사출성형기 및 성형 순서를 사용하여 성형품을 형성하였다.
이하에, 사용한 원재료, 성형품, 금형, 가스 핀, 사출성형기 및 성형조건을 상세히 나타낸다.
a) 원재료: 유리 섬유 강화 폴리프로필렌 펠렛(이데미쓰 세키유 가가쿠 가부시키가이샤 제조, 상품명; 모스토론 L L-4000P)
(1) 펠렛의 직경; 2mm
(2) 펠렛의 길이; 12mm
(3) 펠렛의 유리 섬유 함유량; 40중량%
(4) 유리 섬유의 길이; 12mm(펠렛의 길이와 동일함)
b) 상품명: 직사각형 평판
(1) 성형품의 종방향 치수; 600mm
(2) 성형품의 횡방향 치수; 300mm
(3) 성형품의 두께; 12mm
c) 금형: 전술한 성형품을 성형하기 위한 캐비티를 갖는 금형(이동형에 따라, 성형품의 두께 방향의 캐비티의 치수는 가변적임)
d) 가스 핀: 도 7 및 도 8에 나타낸 형상을 갖는 것
(1) 가스 핀의 전 길이; 120mm
(2) 중자부의 평면부 사이의 치수(D); 3mm
(3) 가스 유로의 클리어런스(clearance)(t); 0.05mm
(4) 중자부로부터 외통부의 돌출 길이(L); 2mm
e) 사출성형기: 횡형 사출성형기(산료 쥬고교 가부시키가이샤 제조 850MGW-160, 형체력 850t)에, 이동형을 진퇴시키기 위해 이데미쓰 IPM 단위장치(상품명, 이데미쓰 세키유 가가쿠 가부시키가이샤 제조)를 장착한 것
f) 성형조건: 상기 실시형태에서의 사출성형법에 기초하여 성형을 행하였다.
(1) 성형 온도; 250℃(사출 실린더 온도)
(2) 금형 온도; 60℃
(3) 수지의 사출압력; 60%(정격 최대 사출압력에 대한 설정치)
사출속도; 70%(정격 최대 사출속도에 대한 설정치)
사출시간; 3.8초
(4) 캐비티의 두께 치수
수지 사출시의 치수(t26); 12mm
수지 압축시의 치수(t27); 3mm
수지 팽창시의 치수(t28); 9mm(팽창배율 3배)
(5) 이동형 전진 개시의 타이밍; 3.0초 후(사출개시로부터)
후퇴 개시의 타이밍; 5.0초 후(사출개시로부터)
후퇴 완료의 타이밍; 6.0초 후(사출개시로부터)
(6) 가스주입의 타이밍; 6.5초 후(사출개시로부터)
가스의 압력; 0.5MPa
가스의 유량; 3리터/분
(7) 액상 냉매; 물
(8) 표피재; 두께 3mm(15배 발포 폴리프로필렌 층/폴리염화비닐 레더(leather))
이상의 조건에서, 표피재 일체 성형을 행하고, 그 때의 냉각 온도를 측정하였다. 냉각 시간이 10초 간격으로 상이한 성형품을 성형하고, 열팽창 또는 열수축을 일으키지 않는 성형품을 합격품으로 하고, 합격품을 얻는데 걸리는 가장 짧은 냉각 시간을 그 실험의 냉각 시간으로 하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타낸다.
표 4에 의하면, 실시예 11의 냉각 시간이 20초로 매우 짧음을 알 수 있다. 또한, 실시예 11에서는 성형품을 성형할 때에 가스를 방출함에도 불구하고 가스 사용량은 적다.
이상, 본 발명에 대하여 적합한 실시형태 및 실시예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시형태 및 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위에서 각종의 개선 및 설계의 변경이 가능할 수 있다.
예를 들면, 수지 펠렛을 주제로 하는 열가소성 수지로서는 폴리프로필렌에 한정되지 않고, 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 폴리스티렌계 수지, ABS 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아세탈계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리방향족 에테르계 또는 티오에테르계 수지, 폴리방향족 에스테르계 수지, 폴리설폰계 수지 및 아크릴레이트계 수지일 수도 있고, 유리 섬유 강화 성형품을 형성할 수 있는 열가소성 수지이면 구체적인 조성은 적절히 선택할 수 있다.
또한, 수지 펠렛에 함유되는 보강 섬유로서는 유리섬유에 한정되지 않고, 세라믹 섬유, 무기 섬유, 금속 섬유 및 유기 섬유 등일 수도 있고, 섬유의 구체적인 선정은 실시에 있어서 적절히 행하면 좋다.
또한, 실시예의 일부에서는 원재료에 발포제를 포함시키지 않았지만, 원재료에는 당해 원재료 100중량부에 대하여 3중량부 이하의 발포제를 포함시킬 수도 있다.
이와 같이, 발포제를 함유시키면 스프링 백 현상에서 섬유의 복원력이 부족한 경우에 있어서도 발포제의 발포력이 섬유의 복원력을 보완하기 때문에, 얻어지는 가스의 압력이 낮고, 가스 주입 압력이 부족하여도 이동형이 후퇴하는 것에 따라 원하는 용적에까지 용융수지를 확실히 팽창시킬 수 있다.
여기서, 발포제의 함유량이 3중량부를 초과하면 실버 마크가 생기는 경우가 많게 되고, 외관 품질상의 문제가 생길 우려가 있는 데다가, 성형품의 내부에 큰 중공분이 발생하고, 강도 및 강성이 현저히 저하하는 경우가 있다.
또한, 가스의 주입구로서는 금형 캐비티에 설치된 가스 핀(가스 노즐)만이 아니라, 금형의 내부에 설치된 스프루, 러너 및 사출 실린더의 노즐에 개구되는 가스 노즐(가스 핀)일 수도 있다.
용융수지내에 주입하는 가스로서는 질소 가스만이 아니라, 그밖의 가스일 수도 있지만, 성형품으로 되는 수지와 반응하기 어려운 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 주입하는 가스를 냉각용 가스로서도 이용하는 경우에는 15℃ 이하로 냉각된 가스, 액화 탄산가스 등을 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 액상 냉매를 가스와 함께 성형품의 공극으로 주입하는 경우, 우선 가스를 주입한 후에 액상 냉매를 주입할 수도 있고, 액상 냉매 및 가스를 동시에 성형품의 공극으로 주입할 수도 있다.
또한, 액상 냉매로서는 물만이 아니라, 액화 탄산가스, 각종 알콜(예: 메탄올, 에탄올 등의 1가 알콜, 에틸렌글리콜, 트리메틸렌글리콜 등의 2가 알콜, 글리세린 등의 3가 알콜 등), 각종 에테르(예: 디메틸에테르, 디에틸에테르 등) 또는 각종 염을 용해한 용액(예: 염화칼슘 액, 염화마그네슘 액) 등 상온에서 액체인 것을 적절히 사용하면 바람직하다.
또한, 가스를 성형품에 공급하는 관과 액상 냉매를 성형품에 공급하는 관을 따로 설치한 것일 수도 있다.
상술한 것과 같이 본 발명에 의하면, 성형품의 형상에 상관없이 강도, 강성 및 내열성 등의 기계적 특성이 우수한 성형품의 경량화를 달성할 수 있는 데다가, 싱크 마크 등의 외관상의 문제가 없고, 우수한 외관 품질을 얻을 수 있다. 또한, 높은 냉각 효율에 의해 생산성이 대폭 향상한다.
또한, 외통부의 단부가 중자부의 선단보다 가스 출구쪽으로 돌출한 가스 핀을 사용하여 섬유 함유 수지의 팽창 성형을 행함으로써, 가스 유로에 도입하는 가스의 압력이 낮아도 중자부의 선단 및 외통부에 둘러싸인 선단 공간에 있어서 가스 압력을 높일 수 있기 때문에, 용융수지의 최표면층을 돌파하여 가스를 용융수지의 내부로 확실히 도입할 수 있는 데다가, 충분량의 가스를 용융수지의 내부로 도입할 수 있다. 따라서, 주입한 가스에 의해 용융수지를 금형의 성형면에 누른 상태로 냉각할 수 있으므로, 싱크 마크 등의 외관상의 문제를 확실히 방지할 수 있다.
또한, 가스는 선단 공간에서의 압력이 용융수지의 최표면층을 돌파하는 정도까지 상승하면, 바로 용융수지의 내부를 향해 압출되기 때문에, 가스가 필요 이상으로 고압이 되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 가스가 용융수지의 내부로 주입될 때의 압력을 최표면층을 돌파하는데 최저한 필요한 압력으로 만들기 때문에, 가스에 의해 성형품의 내부에 큰 중공부가 형성되는 것을 회피할 수 있으므로, 우수한 강도를 확보할 수 있다.
게다가, 가스에 더하여 액상 냉매를 병용함으로써 성형품의 냉각시간을 단축하는 효과를 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태 등에 관계되는 사출성형기의 전체를 도시한 측면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시형태의 성형 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 2 실시형태의 성형 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 3 실시형태의 성형 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시형태에 관계되는 사출성형기의 전체를 도시한 측면도이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시형태의 가스 핀(gas pin)의 설치 구조를 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시형태의 가스 핀의 중자부를 도시하는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시형태의 가스 핀의 중자부를 도시하는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 제 4 실시형태에서의 성형 순서를 도시하는 공정도이다.
도 10은 본 발명의 제 4 실시형태에서 사용한 것 이외의 가스 핀을 도시하는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 5 실시형태에 관계되는 사출성형기의 전체를 도시한 측면도이다.
도 12는 본 발명의 제 5 실시형태의 냉매공급장치와 가스 주입장치의 접속부분을 도시하는 단면도이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 제 5 실시형태의 성형 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 14a 내지 도 14d는 본 발명의 제 5 실시형태의 액상 냉매 및 가스를 공급하는 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 15a 내지 도 15c는 본 발명의 제 6 실시형태의 성형 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 16a 내지 도 16c는 본 발명의 제 7 실시형태의 성형 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예 1 등에서 성형되는 성형품을 도시하는 평면도이다.
도 18은 본 발명의 실시예 5 등에서 성형되는 성형품을 도시하는 측면도이다.
도 19는 본 발명의 실시예 6 등에서 채용된 표피면재를 도시하는 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 금형 10A 고정형
10B 이동형 10C 캐비티(cavity)
13 가스 노즐(nozzle) 14,19 표피면재
101 사출성형기 103 고정반
104 가동반 105 형체(mold closing)장치
107 고정판 110 금형
110A 캐비티 111 고정 금형
112 가동 금형 113 이동형
120,120B 가스 핀 120A 선단 공간
121 외통부(外筒部) 122,122B 중자부
123 가스 유로 123A 가스 입구
123B 가스 출구 131 날밑(flange)
132 중자부 본체 132B 선단면
133 계지부(係止部) 133A 슬릿(slit)
140 금형이동장치 150 가스 주입로
201 사출성형기 203 고정반
204 가동반 205 형체장치
210 금형 210A 캐비티
213 이동형 220 가스 핀
250 가스주입장치 255 냉매공급장치
258 밸브

Claims (20)

  1. 길이가 2 내지 100mm의 범위로 된 보강용 섬유를 포함하는 섬유 함유 열가소성 수지 펠렛(pellet)을 적어도 포함하고, 상기 보강용 섬유가 당해 원재료 전체의 5 내지 70중량%로 된 원재료를 사용하고, 내부의 캐비티(cavity)에 대하여 진퇴가능하게 된 이동형을 구비한 금형에 상기 원재료를 가소화한 용융수지를 사출함과 동시에, 상기 용융수지의 내부에 가스를 주입함으로써 성형품의 성형을 행하며,
    이때 상기 금형의 캐비티내로 상기 용융수지의 사출을 개시한 후에, 상기 캐비티가 성형품에 맞는 용적이 되는 위치로 상기 이동형을 후퇴시키는 이동형 후퇴 동작 및 상기 캐비티에 충전된 상기 용융수지의 내부로 가스를 주입하는 가스 주입 동작이 행해짐을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융수지내에 작은 기포가 연속된 공극이 형성될 때까지 상기 이동형이 후퇴한 후에, 상기 캐비티에 공급된 상기 용융수지의 내부에 상기 가스를 주입함을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐비티가 성형품에 맞는 용적이 되는 위치까지 상기 이동형이 후퇴한 후에, 상기 캐비티에 공급된 상기 용융수지의 내부에 상기 가스를 주입함을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 주입 동작이 이동형 후퇴 동작과 동시에 행해짐을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융수지의 사출개시로부터 상기 이동형의 후퇴개시까지의 사이에 상기 캐비티에 충전된 상기 용융수지를 압축하기 위해 상기 이동형의 전진 동작이 행해짐을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 원재료가, 전체 길이가 2 내지 100mm의 범위로 됨과 동시에, 상기 전체 길이와 같은 길이의 보강용 섬유가 서로 평행하게 배열된 상태로 되어 전체의 20 내지 80중량%로 함유된 상기 섬유 함유 열가소성 수지 펠렛을 적어도 포함하고, 상기 보강용 섬유가 당해 원재료 전체의 5 내지 70중량%로 된 원재료임을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 원재료에는 당해 원재료 100중량부에 대하여 3중량부 이하의 발포제가 포함되어 있음을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스가, 온도 15℃ 이하의 냉각 가스임을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스의 압력이 0.1 내지 200㎏/cm2의 범위로 설정되어 있음을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가스의 압력이 0.1 내지 20㎏/cm2의 범위로 설정되어 있음을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    성형품의 냉각 과정에 있어서, 가스를 유통 배출시켜 냉각함을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스가 상기 금형의 내부에 설치된 스프루(sprue), 러너(runner) 및 캐비티중 어느 것에 개구되는 가스 핀(gas pin)으로부터 주입됨을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가스 핀이 외통부, 이 외통부에 삽입된 중자부 및 이들 외통부와 중자부 사이에 형성된 가스 유로를 구비하고, 또한 상기 외통부의 단부가 상기 중자부의 선단보다 가스 출구쪽으로 돌출된 것임을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 중자부의 가스 출구쪽의 선단이 그 축방향과 거의 직교하는 평면으로 되어 있음을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 외통부가 원통형으로 형성되고,
    상기 중자부가 상기 외통부에 삽입된 중자부 본체와 이 중자부 본체의 가스 입구쪽의 기단에 설치되고 또한 상기 외통부의 가스 입구쪽의 개구를 덮는 계지부(係止部)를 가져 거의 T자형으로 형성되고,
    상기 가스 유로의 가스 입구는 상기 계지부에 형성된 슬릿(slit)에 의해 구성되어 있음을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 중자부 선단으로부터 상기 외통부 단부의 돌출 길이를 0.1mm 내지 3mm로 함을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융수지의 내부에 가스를 주입함과 동시에 액상 냉매도 공급함을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    우선 상기 가스만이 상기 용융수지(성형품)의 공극으로 공급되고, 그 후 상기 가스와 함께 상기 액상 냉매가 상기 성형품으로 공급됨을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 가스와 함께 공급된 액상 냉매가 기화되어 상기 금형 밖으로 방출됨을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 금형에는 성형품의 표면을 피복하기 위한 표피면재가 성형전에 미리 장착되어 있음을 특징으로 하는 섬유 강화 수지의 가스 주입 성형방법.
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