KR101238783B1 - 사출시 발생가스의 포집 및 분석 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사출성형시 금형 내 발생하는 가스의 포집 및 분석 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 플라스틱 사출성형시 발생하는 가스를 포집하고 그 종류와 양을 분석하기 위하여 금형 말단의 가스벤트에 흡착관 또는 가스포집 백(bag) 또는 압력계 또는 주사기를 연결한다. 흡착관 방법과 가스포집 백을 사용하는 방법의 경우, 사출시 금형의 가스벤트(gas vent)로 배출되는 가스를 흡착관 또는 가스포집 백에 포집하고, GC-MS(Gas Chromatography Mass Spectroscopy)를 이용하여 포집한 성분의 종류와 양을 분석할 수 있도록 구성된다. 압력계 방법과 주사기 방법의 경우, 금형의 가스벤트에 압력계 또는 주사기를 연결하여 사출시 가스벤트로 배출되는 가스의 압력 또는 부피를 분석할 수 있도록 구성된다. 본 발명의 방법은 사출시 가스발생량이 적은 수지 처방 개발, 가스발생량이 최소화될 수 있는 가소화조건, 사출온도, 사출속도 등의 사출조건 최적화와 금형구조 최적화 등에 활용할 수 있다.
사출, 발생가스, 포집, 분석
Description
본 발명은 플라스틱 사출성형시 금형 내 발생하는 가스의 성분 및 양을 측정하는 방법에 관한 것이다.
플라스틱 수지는 사출기의 배럴(barrel) 내에서 열전대(heat band)와 스크류와 배럴 내부와의 전단마찰열에 의해 용융된 후 금형 내부로 사출된다. 사출과정 중에 용융된 수지에 가스가 많이 존재하면 사출 제품의 외관에 결함을 일으키는데, 주요 외관 결함으로는 사출품 표면의 광택불량, 은선(silver streak), 웰드라인, 말단부 흐름자국, 기공(void, bubble), 미성형 등이 있다.
이와 같이 사출 제품 외관에 결함을 일으키는 가스의 발생 원인으로는 수지 내에 충분히 건조되지 못하여 잔존하는 수분, 펠렛(Pellet) 사이의 공기, 수지의 중합반응 이후 수지 내에 잔존하는 저분자 물질인 단량체(monomer) 및 다량체(oligomer), 가소화 과정에서 저분자 물질 또는 수지가 과열 분해된 가스, 금형 내로 수지가 유입될 때 금속표면과의 전단마찰열에 의해 열분해되는 수지나 저분자 물질로부터 생성되는 가스 등이 있다. 사출공정 중의 가소화 과정에서 배압에 의해 압력이 낮은 사출기 호퍼쪽으로 배출되는 가스도 있고, 많은 양의 가스는 용융된 플라스틱 수지 내에 잔류하며, 이 중에서 유동선단에 존재하는 일부의 가스는 사출품의 외관에 결함을 일으킨다.
이와 같은 가스에 의한 외관 결함을 줄이기 위해서는, 금형 내에서 발생한 가스를 외부로 배출하기 위한 가스벤트를 많이 설치하거나, 사출시 가스발생이 적은 수지를 적용하거나, 가스발생이 적은 최적의 사출조건(가소화조건, 사출온도, 사출속도)을 적용하는 등의 방법이 있다.
사출시 발생가스량을 측정하기 위한 기존의 방법으로는 금형 퇴적(mold deposit) 방법과 사출품 외관 가스자국 육안관찰 방법, TGA(Thermal Gravimetric Analyzer) 등 열분석기를 이용하는 열분석 방법 등이 있다.
사출 후 금형의 가스벤트 주위에 묻어있는 성분을 측정하는 방법인 금형 퇴적(mold deposit) 방법은 100 내지 500회 정도의 많은 사출 횟수가 필요하고, 상온에서 기체인 저분자량 물질에 대해서는 측정할 수 없으며, 사출시 고온에서는 기체상태이지만 사출 후 액체상태나 고체상태로 존재하는 분자량 약 200g/mol 이상의 상대적으로 고분자량인 올리고머 물질에 대해서만 측정할 수 있는 단점이 있다.
사출품 표면에 가스자국이 있는지 여부를 눈으로 확인하는 방법인 육안관찰 방법은 가스발생량을 정량적으로 측정할 수 없는 단점이 있다.
펠렛 상태의 수지에 열을 가하여 시간에 따른 무게감량 측정 방법(TGA) 또는 시간에 따른 휘발성분의 양을 측정하는 열분석 방법(TVOC: Total Volatile Organic Compound)은 실제 사출공정의 전단마찰 현상 등을 제대로 반영하지 못하는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 실제 사출 공정에서 금형 내 발생하는 가스의 성분 및 양을 측정하는데 있어서, 사출 후 액화 또는 고화되는 성분 및 상온에서 기체인 성분도 측정이 가능하고, 정량적으로 측정할 수 있으며, 사출 1회 또는 수회의 누적횟수로 측정이 가능하여 적은 횟수로도 측정할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 금형 말단의 가스벤트에 흡착관 또는가스포집 백을 연결하여 가스벤트로 나오는 가스를 흡착관 또는 가스포집 백에 포집하고 포집한 성분의 종류와 양을 GC-MS(Gas Chromatography Mass Spectroscopy)로 분석하거나, 가스벤트에 압력계 또는 주사기를 연결하여 가스벤트로 나오는 가스의 압력과 부피를 분석하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1실시 태양에 따른 사출시 발생가스의 분석방법은 플라스틱 사출 성형 금형의 가스 벤트에 흡착관을 연결하는 단계; 사출시 가스 벤트로 배출되는 가스를 흡착관에 포집하는 단계; 및 포집된 가스의 성분 및 양을 GC-MS로 분석하는 단계를 포함한다. 이 실시 태양의 방법은 정량 및 정성 분석이 모두 가능하다. 이 실시 태양에서 사용하는 흡착관은 가스 벤트와 연결되는 주입구를 갖는 밀폐된 관의 내부에 흡착제를 충진한 관이다.
본 발명의 제2실시 태양에 따른 사출시 발생가스의 분석방법은 플라스틱 사출 성형 금형의 가스 벤트에 가스 포집 백(bag)을 연결하는 단계; 사출시 가스 벤 트로 배출되는 가스를 가스 포집 백에 포집하는 단계; 및 포집된 가스의 성분 및 양을 GC-MS로 분석하는 단계를 포함한다. 이 실시 태양의 방법은 정량 및 정성 분석이 모두 가능하다. 이 실시 태양에서 사용하는 가스 포집 백은 가스 벤트와 연결되는 주입구를 갖는 밀폐된 봉지 형태의 백이다.
본 발명의 제3실시 태양에 따른 사출시 발생가스의 분석방법은 플라스틱 사출 성형 금형의 가스 벤트에 압력계를 연결하는 단계; 및 사출시 가스 벤트로 배출되는 가스의 압력을 압력계로 측정하는 단계를 포함한다. 이 실시 태양의 방법은 정량 분석만이 가능하다.
본 발명의 제4실시 태양에 따른 사출시 발생가스의 분석방법은 플라스틱 사출 성형 금형의 가스 벤트에 주사기를 연결하는 단계; 및 사출시 가스 벤트로 배출되는 가스의 부피를 주사기로 측정하는 단계를 포함한다. 이 실시 태양의 방법은 포집된 가스의 성분 및 양을 GC-MS로 분석하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 이 실시 태양의 방법은 정량 및 정성 분석이 모두 가능하다.
본 발명은 실제 사출 공정에서 금형 내 발생한 가스를 포집할 수 있고, 그 성분 및 양을 분석할 수 있으며, 발생가스에 의한 압력 측정 및 부피 측정을 할 수 있다. 또한, 분석결과를 통해서 사출시 가스발생량이 적은 수지에 대한 처방개발, 가스발생량이 최소화될 수 있는 가소화조건, 사출온도, 사출속도 등의 사출조건 최적화와 금형구조 최적화 등에 활용할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 사출시 발생가스의 포집 및 분석을 위한 장치 연결 구성을 개략적으로 도시한 것으로, 분석 장치는 금형(1)과 가스벤트(2)와, 흡착관 또는 가스포집 백 또는 압력계 또는 주사기(3)와, GC-MS(4)를 포함하여 구성된다. 가스포집을 정밀하게 하기 위해, 금형의 코어(core) 부위 및 취출핀 부위를 오링(O-ring)으로 밀폐하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 제1실시 태양에 따른 사출시 발생가스의 분석방법은 플라스틱 사출 성형 금형(1)의 가스 벤트(2)에 흡착관(3)을 연결하는 단계; 사출시 가스 벤트(2)로 배출되는 가스를 흡착관(3)에 포집하는 단계; 및 포집된 가스의 성분 및 양을 GC-MS(4)로 분석하는 단계를 포함한다.
먼저, 플라스틱 사출성형시 고온의 수지가 금형(1) 안에 충전되면서, 발생가스들은 금형(1) 말단의 가스벤트(2)를 통하여 금형(1) 외부로 배출된다.
다음, 흡착관(3)을 사출금형(1) 말단의 가스벤트(2)에 연결하여 금형(1) 외부로 배출되는 가스를 흡착관(3)에 포집한다.
다음, GC-MS(4)를 통하여 포집된 성분 및 그 양을 측정한다.
이 실시 태양의 방법은 정량 및 정성 분석이 모두 가능하다.
이 실시 태양에서 사용하는 흡착관(3)은 가스 벤트(2)와 연결되는 주입구를 갖는 밀폐된 관의 내부에 흡착제를 충진한 관으로, GC나 LC의 칼럼(column) 구조와 유사하다. 흡착제로는 통상적으로 사용되는 흡착제를 사용할 수 있으며, 예를 들어 미세 기공을 갖는 탄소수 수십개 내지 수백개의 중,저분자 흡착제를 사용할 수 있다. 도 3에는 흡착관이 연결된 금형을 볼 수 있다.
본 발명의 제2실시 태양에 따른 사출시 발생가스의 분석방법은 플라스틱 사출 성형 금형(1)의 가스 벤트(2)에 가스 포집 백(3)을 연결하는 단계; 사출시 가스 벤트(2)로 배출되는 가스를 가스 포집 백(3)에 포집하는 단계; 및 포집된 가스의 성분 및 양을 GC-MS(4)로 분석하는 단계를 포함한다.
먼저, 플라스틱 사출성형시 고온의 수지가 금형(1) 안에 충전되면서, 발생가스들은 금형(1) 말단의 가스벤트(2)를 통하여 금형(1) 외부로 배출된다.
다음, 가스포집 백(3)을 사출금형(1) 말단의 가스벤트(2)에 연결하여 금형(1) 외부로 배출되는 가스를 가스포집 백(3)에 포집한다.
다음, GC-MS(4)를 통하여 포집된 성분 및 그 양을 측정한다.
이 실시 태양의 방법은 정량 및 정성 분석이 모두 가능하다.
이 실시 태양에서 사용하는 가스 포집 백(3)은 도 5에 도시된 바와 같이, 가스 벤트와 연결되는 주입구를 갖는 밀폐된 봉지 형태의 백이다. 가스 포집 백(3)은 포집 가스가 증가함에 따라 팽창 가능하도록, 합성수지, 고무 등과 같은 유연한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3실시 태양에 따른 사출시 발생가스의 분석방법은 플라스틱 사출 성형 금형(1)의 가스 벤트(2)에 압력계(3)를 연결하는 단계; 및 사출시 가스 벤트(2)로 배출되는 가스의 압력을 압력계(3)로 측정하는 단계를 포함한다.
먼저, 플라스틱 사출성형시 고온의 수지가 금형(1) 안에 충전되면서, 발생가 스들은 금형(1) 말단의 가스벤트(2)를 통하여 금형(1) 외부로 배출된다.
다음, 압력계(3)를 금형(1) 말단의 가스벤트(2)에 연결하여 금형(1) 외부로 배출되는 가스의 압력을 측정한다.
이 실시 태양의 방법은 정량 분석만이 가능하다.
이 실시 태양에서 사용하는 압력계(3)로는 통상의 압력계를 사용할 수 있으나, 정밀도가 높은 압력계를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 압력계 센서를 설치할 수도 있다. 도 8에는 압력계 및 압력계 센서가 장착된 금형을 볼 수 있다.
본 발명의 제4실시 태양에 따른 사출시 발생가스의 분석방법은 플라스틱 사출 성형 금형(1)의 가스 벤트(2)에 주사기(3)를 연결하는 단계; 및 사출시 가스 벤트(2)로 배출되는 가스의 부피를 주사기(3)로 측정하는 단계를 포함한다.
먼저, 플라스틱 사출성형시 고온의 수지가 금형(1) 안에 충전되면서, 발생가스들은 금형(1) 말단의 가스벤트(2)를 통하여 금형(1) 외부로 배출된다.
다음, 주사기(3)를 금형(1) 말단의 가스벤트(2)에 연결하여 금형(1) 외부로 배출되는 가스의 부피를 측정한다.
이 실시 태양에서 사용하는 주사기(3)로는 통상의 주사기를 사용할 수 있다. 도 8에는 주사기, 압력계 및 압력계 센서가 장착된 금형을 볼 수 있다.
이 실시 태양의 방법은 포집된 가스의 성분 및 양을 GC-MS(4)로 분석하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 이 실시 태양의 방법은 정량 및 정성 분석이 모두 가능하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 수지 2종에 대해 사출시 발생가스를 흡착관에 포집하여, 포집된 가스의 성분 및 양을 GC-MS로 분석하였다.
ABS 1은 사출품의 외관에 가스자국이 많은 수지이며, ABS 2는 가스자국이 상대적으로 적은 수지를 적용하였다.
금형 말단의 가스벤트에 흡착관을 연결한 후 사출하여 사출시 금형의 가스벤트로 배출되는 가스를 흡착관에 포집하였다. 가스가 포집된 흡착관을 GC-MS를 이용하여 포집된 가스 성분 및 양을 분석하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
금형내 발생하는 가스량은 ABS 1이 더 많음을 알 수 있다. 그 원인은 저분자인 스티렌(styrene) 단량체와 다량체(oligomer)의 함량이 많기 때문이며, 미반응 잔류물이거나 과열분해의 산물일 수 있다.
흡착관이 연결된 금형 및 금형 내부 사진을 도 3에 나타내었다.
[실시예 2]
ABS 수지 2종의 사출시 발생가스를 가스포집 백에 포집하여, 포집된 성분 및 양에 대한 성분비를 GC-MS로 분석하였다.
가스포집 백을 금형 말단의 가스벤트에 연결한 후 사출하여 사출시 발생하는 가스를 포집하였다. 포집된 가스의 성분과 양은 GC-MS를 이용하여 분석하여, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 각각의 수지에 대해 사출시 발생하는 가스 성분 및 양에 대한 성분비를 알 수 있다.
가스포집 백 사진을 도 5에 나타내었다.
[실시예 3]
ABS 수지 2종에 대해 사출시 발생가스에 의한 압력을 분석하였다.
압력계를 금형 말단의 가스벤트에 연결한 후 사출하여 사출시 금형의 가스벤트로 나오는 가스에 대한 압력을 측정하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. ABS 5의 가스량이 더 많음을 알 수 있다.
[실시예 4]
ABS 수지 2종에 대해 사출시 발생가스의 부피를 주사기를 이용하여 분석하였다.
주사기를 금형 말단의 가스벤트에 연결한 후 사출하여 사출시 금형의 가스벤트로 나오는 가스에 대한 부피를 측정하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다. ABS 7의 가스량이 더 많음을 알 수 있다.
압력계 및 주사기가 장착된 금형 사진을 도 8에 나타내었다.
도 1은 본 발명에 따른 사출시 발생가스의 포집 및 분석을 위한 장치 연결 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 흡착관에 포집된 가스의 성분 및 양을 GC-MS로 분석한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 흡착관이 연결된 금형(왼쪽) 및 금형 내부(오른쪽)의 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따라 가스 포집 백에 포집된 가스의 성분 및 양을 GC-MS로 분석한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에서 사용된 가스 포집 백의 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예 3에 따라 압력계로 가스 압력을 측정한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 4에 따라 주사기로 가스 양을 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 4에 따라 압력계 및 주사기가 장착된 금형의 사진이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1: 금형
2: 가스 벤트
3: 흡착관, 가스 포집 백, 압력계, 주사기
4: GC-MS
Claims (7)
- 플라스틱 사출 성형 금형의 가스 벤트에 흡착관을 연결하는 단계;사출시 가스 벤트로 배출되는 가스를 흡착관에 포집하는 단계; 및포집된 가스의 성분 및 양을 GC-MS로 분석하는 단계를포함하는 사출시 발생가스의 분석방법.
- 제1항에 있어서, 흡착관은 가스 벤트와 연결되는 주입구를 갖는 밀폐된 관의 내부에 흡착제를 충진한 관인 것을 특징으로 하는 사출시 발생가스의 분석방법.
- 플라스틱 사출 성형 금형의 가스 벤트에 가스 포집 백(bag)을 연결하는 단계;사출시 가스 벤트로 배출되는 가스를 가스 포집 백에 포집하는 단계; 및포집된 가스의 성분 및 양을 GC-MS로 분석하는 단계를포함하는 사출시 발생가스의 분석방법.
- 제3항에 있어서, 가스 포집 백은 가스 벤트와 연결되는 주입구를 갖는 밀폐된 봉지 형태의 백인 것을 특징으로 하는 사출시 발생가스의 분석방법.
- 플라스틱 사출 성형 금형의 가스 벤트에 압력계를 연결하는 단계; 및사출시 가스 벤트로 배출되는 가스의 압력을 압력계로 측정하는 단계를포함하는 사출시 발생가스의 분석방법.
- 플라스틱 사출 성형 금형의 가스 벤트에 주사기를 연결하는 단계; 및사출시 가스 벤트로 배출되는 가스의 부피를 주사기로 측정하는 단계를포함하는 사출시 발생가스의 분석방법.
- 제6항에 있어서, 포집된 가스의 성분 및 양을 GC-MS로 분석하는 단계를 추가로 포함하는 사출시 발생가스의 분석방법.
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