KR20230002202A - 플라스틱 사출성형 방법 - Google Patents

Abstract

사출 도중에 또는 사출 직후에 공동의 용적을 축소시켜서 용융된 발포성 플라스틱 조성물을 공동 내로 완전히 충전시키는 충전 단계와, 금형면과 접촉하는 고화층이 내부 용융층과 혼합되는 상태로 조성물을 냉각시키는 냉각 단계와, 공동의 용적을 바람직한 성형 제품의 용적까지 확대시키는 확대 단계와, 추가의 냉각 후에 성형 제품을 취출하는 취출 단계를 포함한다. 상기 성형 제품은 표면상에 무발포 또는 저발포인 치밀한 구조를 갖는 층과 내부의 고발포층을 포함하고, 경량이며, 양호한 외관 및 강성을 갖는다.

Description

플라스틱 사출성형 방법{Plastic injection molding method}

본 발명은 발포성 플라스틱 조성물의 사출성형 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 경량이며 양호한 단열성 및 강성을 갖는 성형 플라스틱 발포 제품의 사출성형 방법에 관한 것으로, 성형 제품의 표면은 무발포 또는 저발포인 치밀한 구조를 갖는 층을 포함하고, 성형 제품의 내부는 미세하고 균일한 고발포층을 포함한다.

발포성 플라스틱의 사출성형 방법에 대해서는, 일본 특개소 62-246710호에 사출성형 방법이 개시되어 있고, 여기서, 사출성형기의 사출구에 결합될 금형은 고정 금형부와 가동 금형부로 이루어지고, 그 사이에 형성되는 공동은 가동 금형부의 이동에 의해 확대 및 축소될 수 있고, 사출성형기로부터 금형 내로 발포제가 사출되기 전에, 공동은 가동 금형부를 후진시킴으로써 소정의 크기로 확대된다.

또한, 일본 특개평 4-214311호에는 사출압축성형 방법이 개시되어 있고, 여기서, 공동 용적을 확대 또는 축소시키는 방향으로 상대이동하는 금형은 소정의 공동 용적 축소 위치에 위치되고, 그 공동은 수지의 발포를 방지하는 압력을 유지함으로써 발포성 용융 수지를 공동 내로 사출하는 동안 공동 용적을 확대하는 방향으로 이동되고, 수지의 표면은 고화를 위해 냉각되고, 공동 용적을 확대하는 방향으로 금형을 재이동 시킴으로써 발포를 개시하는 수지 압력이 저하되어서, 공동 내의 수지를 발포시키고, 냉각 후에 성형 제품이 취출된다.

그러나, 상기 종래의 방법에는 양호한 외관의 성형 제품이 제조되지 않는다는 문제가 있다. 상기 전자의 방법은 하기와 같은 심각한 문제를 야기한다. 공동 용적은 사출과 동시에 확대되기 때문에, 성형 제품의 표면 부분에서 기포 파열이 일어나서 그 표면은 무발포 또는 저발포를 갖게 되고, 치밀한 기포 구조가 획득되지 않는다. 출입구로부터 떨어진 위치에 얇은 벽으로 된 공동 구조를 갖는 금형을 사용하는 경우에는 금형을 완전히 충전시키기가 어렵다. 상기 후자의 방법은 하기와 같은 심각한 문제를 야기한다. 출입구로부터 떨어진 위치에 얇은 벽으로 된 공동 구조를 갖는 금형(예를 들어, 넓은 평면 영역, 리브 및 보스 등을 갖는 성형 제품용 금형)과 종래의 성형기를 사용하는 경우에는 발포성 플라스틱의 발포를 방지하기 위한 압력을 유지하기가 어렵다. 대형 성형기를 사용하여 고속 및 고압으로 사출이 실행되는 경우, 또는 배압법이 함께 사용되는 경우에는, 발포성 플라스틱은 발포를 방지하는 압력으로 유지될 수 있다. 그러나, 경제적으로 문제가 된다.

또한, 종래의 방법은, 평면 영역이 넓고 단부에 얇은 벽으로 된 리브 및 벽면 또는 보스를 갖는 성형 제품의 제조의 경우에, 수지가 성형 제품의 단부에 완벽하게 충전될 수 없어서(이른바, "쇼트 숏(short shot)") 조밀한 표면과 양호한 외관을 갖는 성형 제품을 제조할 수 없고 결함이 생기는 문제를 갖는다.

상기 방법은 하기와 같은 심각한 문제를 야기한다. 종래의 상기 두 방법중 어느 한 방법에 있어서, 공동은 사출과 동시에 또는 사출 도중에 확대된다. 즉, 충전될 공동의 용적은 수지 공급 도중에 증가된다. 상기 작업이 넓은 평면 영역을 갖는 공동으로 수행될 경우, 수지의 공급율이 공동 용적의 증가율을 따르지 못하는 경우가 생길 수 있다. 이러한 상태에서, 공동 내로 공급될 수지의 압력을 일정하게 유지하는 것은 매우 어렵고 수지의 발포 개시가 방지될 수 없다. 상기와 같은 형태의 공동 내부의 소정치 이상의 수지 공급 압력이 단부의 충전에 필요하고, 쇼트 숏이 생긴다. 공동이 확대된 후 다시 압축될지라도, 대부분의 수지의 발포성은 이미 동시에 완성된다. 그러므로, 공동을 압축하는 단계에서, 발포에 의해 생성된 기포는 단순히 압축되어 단부로의 수지의 유동 충전 효과는 기대될 수 없다.

상기와 동일한 이유로, 공동 내의 수지 압력의 감소는 수지를 공급하는 도중에 발포를 진행하므로, 발포에 의해 생성된 기포는 공급 수지의 전방부에서 연속으로 파열되어, 성형 제품의 표면상에 트레이스를 남겨서 양호한 외관을 갖는 성형 제품을 제조할 수 없다.

상기와 같은 압력의 감소를 방지하기 위해, 배압 방법이 함께 사용되어 왔고, 여기서, 압축 가스는 유동 수지의 전방부에서 압력을 일정하게 유지하기 위해 금형 내로 미리 밀봉된다. 상기 경우에서 조차, 공동 용적의 증가 속도와 수지의 공급율에 관한 공동의 평면 영역에서 수지의 유동이 정지하거나 후진하는 현상이 있어서, 트레이스 또는 마크가 성형 제품의 표면에 생겨서 상기 제품의 외관을 나쁘게 만든다.

상기 종래 방법에서의 결점을 제거하기 위해서는, 성형 제품의 형상을 봉형상 및 기둥형상 또는 평면부의 투영면적에 대해 두께 방향으로 충분한 두께를 갖는 형상으로 한정해야만 한다. 즉, 사출과 동시에 또는 사출 도중에 공동을 확대하는 단계를 포함하는 방법에 의한 양호한 성형 제품의 제조는 성형 제품의 형상이 협소한 범위로 제한되는 제약하에 있게 된다.

따라서, 본 발명은 종래 기술의 결점을 감안하여 이루어졌고, 본 발명의 목적은 중량이 가볍고 양호한 외관과 강성을 갖는 성형 플라스틱 발포 제품을 제조하는 사출성형 방법을 제공하는 것으로, 성형 제품의 표면은 무발포 또는 저발포 및 치밀한 구조를 포함하고, 성형 제품의 내부는 출입구로부터 떨어진 위치에서

얇은 벽으로 된 공동 구조를 갖는 금형을 사용하는 종래의 사출성형기에 의해 고발포층을 포함한다

본 발명에 사용되는 발포성 플라스틱 조성물은 열가소성 플라스틱과 발포제를 포함한다. 열가소성 플라스틱은 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, ABS 수지, 메타크릴레이트 수지, 폴리비닐 알콜 등을 포함한다. 발포제는 암모늄 카보네이트 및 소듐 바이카보네이트와 같은 무기 화합물과 아조 화합물, 술포히드라지드 화합물, 니트로소 화합물 및 아지드화합물 등의 유기 화합물을 포함한다. 아조 화합물은 아조디카본아미드(ADCA), 2,2'-아조비스이소부티로니트릴, 아조헥사히드로벤조니트릴, 디아조아미노벤젠 등을 포함한다. 술포히드라지드 화합물은 벤젠 술포닐 히드라지드, 벤젠-1,3-디술포닐 히드라지드, 디페닐술폰-3,3'-디술포닐 히드라지드, 디페닐 옥사이드4,4'-디술포닐 히드라지드 등을 포함한다. 니트로소 화합물은 N,N'-디니트로소-펜타메틸렌테트라민(DNPT),N,N'-디메틸 테레프탈레이트 등을 포함한다. 아지드 화합물은 테레프탈아지드, p-제3 부틸-벤자미드 등을 포함한다.

본 발명에 사용되는 발포성 플라스틱 조성물은 예를 들어, 열가소성 플라스틱과 열가소성 플라스틱의 중량에 기초한 0.5 내지 5 중량%의 발포제를 회전통 등을 사용하여 건조 혼합(dry blending)함으로써 준비될 수 있다.

본 발명에서 수행되는 공동 용적의 축소는, 사출이 개시되는 순간의 공동의 용적을 A, 사출 도중 또는 사출 직후에 용적이 축소된 순간(축소의 완료)의 공동의 용적을 B, 및 바람직한 성형 제품의 용적(크기)으로 용적이 확대된 순간(확대의 완료)의 공동의 용적을 C로 표시하여 설명한다. 실질적으로는, 용적(B)은 용적 (C)을 평균 발포 배율로 나눔으로써 획득된 값과 동일하다. 용적(A)은 용적(B)의 1.1 내지 5 배, 양호하게는 1.5 내지 3 배와 동일하다. 충전시의 발포성 플라스틱 조성물상의 압력 구배가 증가하기 때문에, 용적(B)의 1.1 배보다 작은 용적을 사용하는 성형 방법은 양호하지 않아서, 균일한 충전이 성취될 수 없고 양호한 외관을 갖는 성형 플라스틱 발포 제품이 제조될 수 없다. 또한, 사출시의 발포성 플라스틱 조성물상의 압력이 일시적으로 강하하고 발포가 충전의 완료 전에 개시되기 때문에, 용적(B)의 5 배를 초과하는 용적을 사용하는 성형 방법은 양호하지 않아서, 양호한 외관의 성형 플라스틱 발포 제품은 제조될 수 없다.

공동 용적의 확대는 예를 들어, 사출성형기의 클램핑 기구에 의한 금형의 이동에 의해, 또는 금형상에 장착된 슬라이드 코어의 이동에 의해 성취될 수 있다. 이러한 공동 용적의 변화는 수동으로 조작될 수 있지만, 성형기 또는 금형 자체로 제어하는 것이 바람직하다. 공동 용적의 증가가 사출성형기의 클램핑 기구에 의한 금형의 이동에 의해 수행되는 경우, 사출성형기는 금형이 성형 작업동안 임의로 이동 및 정지될 수있는 상기 제어 기구를 갖는 것이 바람직하다. 공동 용적의 증가가 슬라이드 코어의 이동에 의해 수행되는경우, 사출성형기는 슬라이드 코어의 이동을 임의로 제어할 수 있는 기구를 갖는 것이 바람직하다.

조성물을 공동 내로 완벽하게 충전시키는 한 방법은 용적(B)에 기초한 50 내지 100 용적%, 양호하게는 80내지 100 용적%, 특히 양호하게는 90 내지 100 용적%의 양으로 조성물을 공동 내로 사출한 후, 공동 용적을 축소시키는 방법을 포함할 수 있다.

본 발명의 방법에서, 금형면과 접촉하는 고화층이 내부 용융층과 혼합되는 상태로의 공동의 냉각은 예를들어, 사출 금형용 냉각 기구를 사용하여 공동 용적의 축소 후 및 사출 충전의 완료 후, 1 내지 15초동안 용적(B) 상태를 유지함으로써 수행될 수 있다.

본 발명에 사용되는 발포성 플라스틱 조성물은 필요에 따라 산화 방지제, 내후제(耐候劑), 자외선 흡수제, 정전기 방지제, 착색제, 올레핀 엘라스토머 및 활석 등의 무기 충전제 등을 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서 배합될 수 있다.

본 발명의 방법은 용융 발포성 플라스틱 조성물을 공동 내로 사출시키는 과정에서 공동이 축소된 위치에서 유지되고, 축소된 위치에서 공동 내로의 조성물 충전의 완료 후에 냉각/공동의 확대/재냉각의 조작이 수행되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 상기 방법에 의해 제조된 성형 제품은 양호한 외관과 단열성 등을 갖게되며, 그 표면은 무발포 또는 저발포인 치밀한 구조를 갖는 층을 포함하고, 그 내부는 고발포층을 포함한다.

본 발명은 종래 기술의 결점을 감안하여 이루어졌고, 본 발명의 목적은 중량이 가볍고 양호한 외관과 강성을 갖는 성형 플라스틱 발포 제품을 제조하는 사출성형 방법을 제공하는 것으로, 성형 제품의 표면은 무발포 또는 저발포 및 치밀한 구조를 포함하고, 성형 제품의 내부는 출입구로부터 떨어진 위치에서 얇은 벽으로 된 공동 구조를 갖는 금형을 사용하는 종래의 사출성형기에 의해 고발포층을 포함한다

본 발명에 따른 사출성형 방법은 사출시에 높은 사출 속도 및 사출 압력을 필요로 하지 않고, 표면상에 무발포 또는 저발포층을 가지며 내부에 고발포층을 갖는 양호한 외관의 성형 제품을 제조할 수 있다. 상기 방법에 의해 제조된 성형 제품은 경량이고 양호한 단열성을 가지므로, 자동차 부품, 가전 제품, 산업용 부품 등에 사용하기에 적합하다.

도 1 은 본 발명의 실시예에서 제조된 성형 제품의 바닥부를 도시한 사시도.
도 2 는 본 발명의 실시예에서 제조된 성형 제품의 내부를 도시한 사시도.
도 3 은 본 발명의 실시예에서 기포상태의 평가에 사용하기 위한 성형 제품의 부분도.

성형은 상기 조성물, 사출성형기 및 금형을 사용하여 실행되었고, 하기의 절차에 따라 성형기의 실린더 온도를 230℃로 설정하고 금형의 냉각수 온도를 70℃로 설정하였다.

(ⅰ) 도 1 에 참조번호 7로 도시된 위치와 접촉되는 금형면(가동 금형)과 도 2 에 참조번호 6으로 도시된 위치와 접촉되는 금형면(고정 금형) 사이의 공간(하기에는 "상부 두께"라 칭함)이 2.7 mm이고, 용적이 590cc인 공동 내로 420g의 조성물이 사출되었다. 사출은 3초 후에 완료되었다.

(ⅱ) 사출 도중에, 공동 용적의 축소는 사출 개시 1.5초 후에 시작되어 2초 후에 완료되어서, 공동의 상부 두께는 1.7 mm로 되고 용적은 470 cc로 되었다.

(ⅲ) 공동 용적 축소의 완료 후에, 냉각이 10초동안 수행되었다. 계속해서, 용적의 확대가 시작되어 1.5초 후에 완료되어서, 공동의 상부 두께는 5 mm로 되고 용적은 869 cc로 되었다.

(ⅳ) 공동 용적 확대의 완료 후에, 냉각이 60초동안 수행되었고, 도 1 에 도시된 바와 같은 길이 410 mm×폭 295 mm×높이 52.8 mm의 크기(용적 869 cc)를 갖는 성형 제품을 취출하기 위해 금형이 개방되었다.

획득된 성형 제품의 특징과 성형시의 최대 압력(측정치)은 표 1에 도시된다.

Claims (1)

1. 발포성 플라스틱 조성물의 사출성형 방법에 있어서,
   a)사출 도중에 또는 사출 직후에 공동의 용적을 축소시켜서 용융된 발포성 플라스틱 조성물을 공동 내로 완전히 충전시키는 충전 단계와,
   b) 금형면과 접촉하는 고화층이 내부 용융층과 혼합되는 상태로 조성물을 냉각시키는 냉각 단계와,
   c) 공동의 용적을 필요한 성형 제품의 용적까지 확대시키는 확대 단계와,
   d) 추가의 냉각 후에 성형 제품을 취출하는 취출 단계를 포함하는 발포성 플라스틱 조성물의 사출성형 방법.

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