KR0174805B1 - 수지의 비수지 유체 보조 사출 성형 방법 - Google Patents
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Abstract
표면 마무리가 개선된 수지 성형품을 제조하기 위한 수지의 비수지 유체 보조(non-resin fluid-assisted) 사출 성형 방법이 개시되어 있으며, 이 방법은 밀봉 금형의 금형 캐비티를 용융 수지로 과잉 충전시켜 금형 캐비티의 대향 내벽에 각각 면하는 대향 제1 및 제2면을 가지는 용융 수지 매스를 형성하고, 과잉 충전은 금형 캐비티의 용적과 금형 캐비티내에 충전된 용융 수지가 실온으로 냉각될 때 그의 수축에 따라 수지에 의해 나타난 용적 사이의 차이의 30% 내지 90%에 대응하는 양만큼의 수지의 과잉비에 대응하며, 이어서 이 용융 수지 매스의 제1면상의 금형 캐비티내로 가압된 비수지 유체를 도입하므로써 비수지 유체의 도입 측면으로부터 떨어져 있는 캐비티 내벽에 대해 용융 수지 매스의 제2면을 가압하는 것으로 이루어진다. 본 발명의 비수지 유체 보조 사출 성형 방법에 의하면, 수지 성형품의 전면상의 싱크 마크(sink mark)의 발생은 버어(burr)(플래시 (flash))가 발생하는 문제점을 야기시킴이 없이 효과적으로 방지될 수 있다.
Description
[발명의 명칭]
수지의 비수지 유체 보조 사출 성형 방법
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 비수지 유체 보조(non-resin fluid-assisted) 사출 성형 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 표면 마무리가 개선된 수지 성형품(shaped resin article)을 제조하기 위한 수지의 비수지 유체 보조 사출 성형 방법에 관한 것이며, 이 방법에서는 금형 캐비티를 특정량의 용융 수지로 과잉 충전시켜 금형 캐비티의 대향 내벽에 각각 면하는 대향 제1 및 제2면을 가지는 용융 수지 매스를 형성하고, 이어서 이 용융 수지 매스의 제1면상의 금형 캐비티내로 가압된 비수지 유체를 도입하므로써 비수지 유체의 도입측으로부터 떨어져 있는 캐비티 내벽에 대해 용융 수지 매스의 제2면을 가압한다. 본 발명의 비수지 유체 보조 사출 성형 방법에 의하면, 수지 성형품의 전면상의 싱크 마크(sink mark)의 발생은 그 위에 버어(burr)(플래시(flash))가 발생하는 문제점을 야기시킴이 없이 방지될 수 있다. 본 발명의 비수지 유체 보조 사출 성형 방법은 수지 성형품이 그의 전면상에 리브(rib), 보스(boss) 등과 같이 증가된 두께를 가지는 국부 돌기부를 가지는 상기 수지 성형품을 제조하는 데 특히 효과적이다.
[선행기술의 논의]
그의 후면상에 비교적 큰 두께 또는 국부 돌기부를 가지는 수지 성형품을 용융 수지를 사출 성형하므로써 제조하는 경우, 그의 냉각 동안 덴트(dent) 즉, 소위 싱크 마크가 용융 수지의 용적 수축에 따라 수지 성형품의 전면상에 발생하기 쉽다는 것은 잘 알려져 있다. 수지 성형품의 전면상에 싱크 마크가 발생하는 것을 방지하기 위해, 사출 압력을 가할 때 증가된 수준의 압력을 사용하고, 사출 후 사출된 용융 수지를 냉각하면서 계속해서 압력을 가하는 방법이 종래부터 알려져왔다(이 방법은 이하 수지 가압 방법resin pressure method)이라 부름). 이 수지 가압 방법에서는, 가해지는 사출 압력은 일반적으로 금형 캐비티내의 최대 수지 압력으로 500 내지 2,000kgf/cm2범위내이다.
그러나, 일본특허 공개 제50-75247호에 기재되어 있는 바와 같이, 상술한 수지 가압 방법은 문제점들을 안고 있다. 예를 들면, 수지 가압 방법에 의해 목표로 한 효과를 달성하기 위해 2단계로 압력를 적절히 가하기가 곤란하여, 성형 작업이 성가시고 시간 소모적으로 되는 경향이 있다. 또한, 수지 가압 방법에서는, 제조된 수지 성형품은 금형의 분리선을 따라 형성된 버어를 가지기가 쉽다. 따라서, 버어를 제거할 필요가 있으며, 이로 인해 성형 작업에 추가 가공 또는 단계가 필요한 문제점이 필연적으로 야기된다. 한편, 수지 가압 방법에 비교적 낮은 압력을 사용하여 버어의 발생을 방지하는 경우에는, 금형 캐비티내의 게이트로부터 떨어져 위치하는 수지 성형품 부위, 즉 만족할만한 수지 압력이 얻어질 수 없는 부위에서 싱크 마크가 발생하기 쉽다.
수지 가압 방법의 문제점을 해결하기 위해서, 상술한 일본 특허 출원 공개 제50-75247호는 가스 보조(gas-assisted) 사출 성형 방법을 제안하고 있으며, 이 방법에서는 고정 금형 부분, 및 그로부터 고정 금형 부분의 내벽을 향하여 돌출하는 코어를 가지는 내벽을 가지는 가동 금형 부분으로 이루어지는 금형을 사용하므로써, 고정 금형 부분 및 코어부를 가지는 가동 금형 부분에 의해 한정된 오목 금형 캐비티가 제공된다. 코어는 그의 종축 방향으로 연장되는 홀을 가지며, 이 홀의 상부에는 포핏 밸브가 배치되어 있다. 이 방법에서는, 용융 수지를 금형 캐비티내로 사출시킨 후 포핏 밸브를 조작하여 용융 수지 매스를 밀어내어, 코어와 오목 금형 캐비티내에 형성된 오목 용융 수지 매스의 내면 사이에 공간을 만들고, 이어서 포핏 밸브를 통해 상술한 공간으로 가압 가스(pressurized gas)를 사출하므로써 용융 수지 매스의 외면을 코어로부터 떨어져 있는 캐비티 내벽에 대해 가압한다. 이러한 가스 보조 사출 성형 방법은 상술한 바와 같이 부적합하게 금형 캐비티의 분리선에 따른 버어의 발생이 수반되기 쉬운 상술한 수지 가압 방법에서 처럼 2단계 가압을 사용하는 대신에 가압 가스를 사용하여 싱크 마크의 발생을 방지하도록 한다. 일본 특허 출원 공개 제50-75247호에는, 사출되는 용융 수지의 양에 관한 설명은 전혀 없다.
WO 제90/06220호(미국 특허 제5,273,707호 및 유럽 특허 제400135호에 대응함)에는 용융 수지를 금형 캐비티의 용적 보다 작은 용적으로, 구체적으로는 금형 캐비티의 용적의 90% 내지 95% 용적으로 금형 캐비티내에 사출하고, 이어서 가압 가스를 캐비티내의 나머지 공간에 도입하는 가스 보조 사출 성형 방법이 개시되어 있다. 그러나, 금형 캐비티의 내벽(가스 도입측으로부터 떨어져 있음)과 금형 캐비티내로 사출된 용융 수지 사이에 갭이 형성되기 쉽다. 따라서, 가스를 갭내로 밀어내어 싱크 마크를 발생시킨다.
상기로부터 명백한 바와 같이, 통상의 가스 보조 사출 성형 방법에서는 버어의 발생을 방지하고 가압 가스가 도입되는 금형 캐비티내의 공간을 확보하기 위해 용융 수지를 금형 캐비티의 용적과 동일하거나 또는 그 보다 작은 용적으로 금형 캐비티내로 사출한다.
국제 특허 출원 공개 WO 제93/14918호에는 밀봉 구조를 가지는 금형을 사용하는 것이 개시되어 있는 데, 이 때는 가동 금형 부분과 고정 금형 부재 사이의 분리선 뿐만 아니라 압출핀(ejector pin)과 가동 금형 부분에 제공된 압출핀 슬라이드 홀의 내벽 사이의 공간이 밀봉된다. 또한, 이 특허 출원 공개 문헌에는 금형 캐비티의 내벽부 주위에 가스 압력을 수용하도록 돌기 형태의 위어(weir)(예를 들면, 리브와 같은 구조를 가짐)를 제공하여, 싱크 마크의 발생을 방지하기 위해 가스 압력이 사출된 용융 수지의 목적하는 부위에 효과적으로 가해질 수 있다고 교시되어 있다.
그러나, 밀봉 구조의 금형을 사용하고 위어를 제공하므로써, 그와 면하는 캐비티 내벽에 대해 가압되어야 하는, 사출된 용융 수지 매스의 표면상의 금형 캐비티의 일부분내로 가압 가스가 부적합하게 침입되는 것을 방지하는 것은 불가능하다. 따라서, 용융 수지 매스의 상술한 표면과 그와 면하는 캐비티 내벽 사이의 밀착은 달성될 수 없으며, 이로 인해 생성된 수지 성형품의 불만족스러운 표면 마무리가 초래된다. 또한, 위어는 금형 캐비티의 내벽상에 제공되기 때문에, 제조되는 성형품을 디자인하는 데 있어서의 자유로움은 필연적으로 제한된다. 게다가, 국제 특허 출원 WO 제93/14918호에는 금형 캐비티가 용융 수지로 충전되거나 또는 거의 충전되다고 기재되어 있다는 데 주목한다.
최근에, 자동차 부품 및 가전제품의 케이싱과 같은 대형 성형품은 그 수요가 증대되어 왔다. 도장 및 도금과 같은 마무리 가공을 행하는 것을 불필요하게 하므로써 제조비를 절감하기 위해, 싱크 마크가 육안으로는 알 수 없는 정도로 억제되고 탁월하고 균일한 광택 및 러스터(luster)를 나타내는, 탁월하게 표면이 마무리된 수지 성형품을 제조하는 것이 갈망되어 왔다.
그러나, 상술한 바와 같이 통상의 사출 성형 방법에서는, 제조되는 수지 성형품은 그의 후면상에 국부 돌기부를 가지며 수지 성형품이 이 곳에서 증가된 두께를 가질 때, 국부 돌기부에 대응하는 부위에서 그의 전면상의 싱크 마크 결함의 발생은 버어가 발생되는 문제점을 야기시킴이 없이 만족할만하게 억제될 수 없다.
[본 발명의 요약]
상기로부터, 본 발명자들은 선행 기술 방법에 필연적으로 수반되는 상술한 문제점을 해결하려는 관점에서 광범위하게 예의 연구하였다.
상기 연구 결과, 수지의 비수지 유체 보조 사출 성형 방법에서, 밀봉 금형의 금형 캐비티를 사출을 위한 소정 온도 및 압력 조건하에 용융 수지로 특정한 과잉충전비[금형 캐비티의 용적과 금형 캐비티내에 충전된 용융 수지가 실온으로 냉각될 때 그의 수축에 따라 수지에 의해 나타난 용적 사이의 차이의 30% 내지 90%에 대응하는 양 만큼의 수지의 과잉비에 대응함]로 과잉 충전하므로써 대향 제1 및 제2면을 가지는 용융 수지 매스를 형성하고, 가압된 비수지 유체를 용융 수지 매스의 제1면측상의 금형 캐비티내로 도입하므로써 제2면에 면하는 캐비티 내벽(이 캐비티 내벽은 비수지 유체의 도입측으로부터 떨어져 있음)에 대해 용융 수지 매스를 가압할 때, 버어가 발생됨이 없이 싱크 마크의 발생이 효과적으로 방지되므로써 표면이 탁월하게 마무리된 수지 성형품을 제조할 수 있다는 것을 예기치않게 발견하였다. 이러한 신규 발견에 기초하여, 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 주목적은 신규한, 수지의 비수지 유체 보조 사출 성형 방법을 제공하는 것이며, 이 방법에서는 싱크 마크가 발생되지 않을 뿐만 아니라 버어도 발생되지 않으므로, 표면 마무리가 개선된 수지 성형품을 제조하는 데 극도로 유용하다.
본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징 및 잇점은 첨부되는 도면과 관련하여 다음의 상세한 설명 및 첨부된 특허 청구의 범위로부터 당업자들에게는 명백할 것이다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명에 사용되는 밀봉 금형의 한 형태의 개략적인 단면도.
제2도(a) 및 제2도(b)는 각각 내부에 압출핀을 활주하여 수용하며 각각 가동 금형 부분내에 제공되는 압출핀 슬라이드 홀과 함께 도시된 압출핀의 2가지 형태의 개략적인 확대 단면도.
제3도는 국부 돌기부를 가지는 수지 성형품의 한 형태의 개략적인 부분 단면도.
제4도는 본 발명에 사용되는 밀봉 금형의 또다른 형태의 개략적인 단면도.
제5도는 가동 금형 부분의 일부분 및 압출핀 지지판의 일부분과 함께 도시된, 내부에 비수지 유체 채널이 제공된 압출핀의 한 형태의 확대 종단면도.
제6도는 용융 수지 매스의 제2면에 면하는 캐비티 내벽이 수지를 용융 형태로 사출하기에 앞서 가열되는 방법을 나타내는 개략적인 도면.
제7도(a)는 수지 성형품의 한 형태의 개략적인 평면도.
제7도(b)는 제7도(a)의 선 Ⅶ-Ⅶ을 따라 취한 단면도.
제8도는 과잉 충전비가 57%인, 실시예 3에서 얻은 수지 성형품의 표면 마무리 조건을 나타낸 그라프도.
제9도는 과잉 충전비가 0%인, 비교예 3에서 얻은 수지 성형품의 표면 마무리 조건을 나타낸 그라프도.
제10도는 수지 가압 방법을 사용한, 비교예 8에서 얻은 성형품의 표면 마무리 조건을 나타낸 그라프도.
제1도 내지 제10도에서, 동일 부분 또는 부위는 동일 참고 부호 및 문자를 사용하여 나타낸다.
[본 발명의 상세한 설명]
본 발명에 따르면, 표면 마무리가 개선된 수지 성형품을 제조하기 위한 수지의 비수지 유체 보조 사출 성형 방법이 제공되며, 이 방법은 다음으로 이루어진다:
(1) 고정 금형 부분 및 이 고정 금형 부분과 정합되는 가동 금형 부분으로 이루어지는 금형(이 금형은 비수지 유체를 상기 금형 캐비티내로 도입할 때 상기 비수지 유체가 상기 금형의 외부로 누출되는 것이 방지되도록 밀봉되어 있음)을 제공하므로써, 상기 고정 금형 부분의 내벽 및 상기 가동 금형 부분의 내벽에 의해 한정되고 수지 입구 및 비수지 유체 입구와 연통되는 금형 캐비티를 제공하는 것,
(2) 사출을 위한 소정 온도 및 압력 조건하에 수지를 용융 형태로 상기 금형의 금형 캐비티내로 상기 수지 입구를 통해 하기 수학식(Ⅰ)로 나타내지는 양(W2)로 사출하므로써 상기 금형 캐비티를 상기 용융 수지로 과잉 충전하여, 각각 상기 캐비티의 대향 내벽과 면하는 대향 제1 및 제2면을 가지는 용융 수지 매스를 형서하는 것, 및
(식 중, W1은 수학식 W1=ρ·V1로 정의되고, ρ는 대기압하에 실온에서 설정한 수지의 밀도(g/cm3)이며, V1은 수학식 V1=V0·(1-x)로 정의되고, V0은 상기 금형 캐비티의 용적(cm3)이며, x는 상기 수지의 용적 수축비로서, 수학식(Va-Vb)/Va로 정의되고, Va는 사출을 위한 소정 온도 및 압력 조건하에 용융 형태의 상기 수지의 소정 중량의 용적(cm3)이며, Vb는 실온으로 냉각시 응고된 형태의 상기 수지의 소정 중량의 용적(cm3)이고, Wx는 하기 수학식(Ⅱ)
로 정의되며, ρ, V0및 V1은 상기 정의한 바와 같고, Y는 0.3 내지 0.9이다)
(3) 상기 수지에 대해 불활성인 가압된 비수지 유체를 상기 용융 수지 매스의 제1면상의 상기 금형 캐비티내로 도입하므로써, 상기 용융 수지 매스의 제2면을 상기 제2면에 면하는 상기 캐비티 내벽에 대해 가압하는 것.
이하, 본 발명의 방법을 제1도 내지 제10도를 참고로 하여 상세히 설명한다.
본 발명의 방법의 단계(1)에서는 금형이 제공된다. 이 금형은 통상 금속재, 예를 들면 강철로 제조된다.
제1도는 본 발명에 사용되는 금형의 한 형태를 나타낸 도면이다. 제1도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방법에 사용되는 금형(1)은 고정 금형 부분(1a) 및 이 고정 금형 부분(1a)와 정합되는 가동 금형 부분(1b)로 이루어지므로써, 고정 금형 부분(1a)의 내벽(2a) 및 가동 금형 부분(1b)의 내벽(2b)로 한정된 금형 캐비티(2)를 제공한다. 금형 캐비티(2)는 수지 입구(스프루 부시(4)의 스프루(4a)) 및 비수지 유체 입구와 연통된다. 금형(1)은 밀봉 수단(3a 내지 3e)에 의해 밀봉되어 비수지 유체를 금형 캐비티(2)내로 도입할 때 비수지 유체가 금형(1)의 외부로 누출되는 것이 방지된다. 밀봉 수단(3a 내지 3e)는 각각 고무로 제조된 O-링일 수 있다. 금형(1)에 있어서, 금형 캐비티(2)로부터 떨어져 있는 가동 금형 부분(1b)의 한 측면상에는 가동 금형 부분(1b)의 외벽, 스페이서 블록(8)의 내벽 및 하부판(9)의 내벽에 의해 한정되는 밀봉 챔버(7)이 제공된다. 밀봉 챔버(7)은 제1도에 나타낸 바와 같이 압출핀 지지판(6) 및 가동 금형 부분(1b)의 한 측면상에 각각 압출핀 지지판(6)에 튼튼하게 연결된 복수개의 압출핀(5)를 함유하며, 가동 금형 부분(1b)는 내부에 각각 복수개의 압출핀(5)를 활주하여 수용하는 복수개의 압출핀 슬라이드 홀(5a)를 가진다. 압출핀 지지판(6)은 예를 들면, 볼트와 너트에 의해 서로 2개의 판을 연결하여 제조한다. 각각의 압출핀(5)는 압출핀 슬라이드 홀(5a)를 통과하여 금형 캐비티(2)와 밀봉 챔버(7)의 사이로 연장되어, 각각의 압출핀 슬라이드 홀(5a)의 내벽과 각각의 압출핀(5)의 종방향으로 연장하는 원주의 사이에 비수지 유체 채널이 고정되고, 각각의 압출핀(5)는 그의 전방단이 금형 캐비티(2)에 노출되어 있다. 압출핀 지지판(6)은 복수개의 압출핀(5)를 가지는 그의 측면에 대향하는 그의 한 측면상에서 압출핀 지지판(6)을 추진시키기 위한 추진봉(pushing rod)(10)에 튼튼하게 연결된다.
비수지 유체 채널은 가동 금형 부분(1b)의 내벽(2b)에 개방단을 가지며, 이 개방단은 비수지 유체 입구로서 작용한다.
밀봉 챔버(7)은 비수지 유체 채널을 통해 금형 캐비티(2)와 유체 밀착되게(fluid-tightly) 연통되고 포트(11)을 통해 가압된 비수지 유체용 근원(source)(도시되어 있지 않음)과 연통된다. 가압된 비수지 유체는 포트(11), 밀봉 챔버(7) 및 비수지 유체 채널을 통해 금형 캐비티(2)내로 도입되고 그로부터 제거된다.
압출핀 지지판(6)을 추진시키기 위한 봉(10)은 가역적으로 가동적이다. 수지 성형품을 금형 캐비티(2)에서 제조한 후, 그의 내벽(2b)에 수지 성형품이 부착된 가동 금형 부분(1b)를 고정 금형 부분(1a)로부터 분리하여 금형(1)을 개방한다. 이어서, 봉(10)을 이동시켜 압출핀 지지판(6)을 가동 금형 부분(1b)를 향해 추진시켜, 압출핀 지지판(6)에 연결된 복수개의 압출핀(5)의 전방단이 압출핀 슬라이드 홀(5a)의 외부로 돌출되므로써, 수지 성형품을 가동 금형 부분(1b)로부터 압출한다.
보다 구체적으로는, 본 발명의 방법에 사용되는 금형(1)은 단계(2)의 사출로부터 냉각에 의한 용융 수지의 응고까지의 기간 동안 유체 밀착되게 밀봉된 상태로 유지될 수 있는 금형이다. 본 발명에서는, 유체 밀착되게 밀봉된 상태란 용어는 가압된 비수지 유체가 비수지 유체 입구를 통해 금형 캐비티내로 도입되고 그로부터 제거될 수 있는 것을 제외하고는 유체가 금형(1)의 외부로 누출되는 것이 방지되는 상태를 의미한다.
제1도의 금형(1)에서, 금형의 밀봉을 달성하기 위해, 밀봉 수단(3a 내지 3e)가 제1도에 나타낸 바와 같이 제공된다. 밀봉 수단(3a)는 고정 금형 부분(1a)와 가동 금형 부분(1b) 사이의 분리선을 밀봉하기 위한 수단이다. 밀봉 수단(3b)는 고정 금형 부분(1a)와 스프루 부시(4) 사이의 계면을 밀봉하기 위한 수단이다. 밀봉 수단(3c)는 가동 금형 부분(1b)와 스페이서 블록(8) 사이의 계면을 밀봉하기 위한 수단이다. 밀봉 수단(3d)는 스페이서 블록(8)과 하부판(9) 사이의 계면을 밀봉하기 위한 수단이다. 밀봉 수단(3e)는 압출핀 지지판(6)과 하부판(9) 사이의 계면을 밀봉하기 위한 수단이다.
제1도의 금형(1)에 있어서, 가압된 비수지 유체는 가동 금형 부분(1b)로부터 금형 캐비티(2)내로 도입되므로써 고정 금형 부분(1a)의 내벽(2a)에 대해 용융 수지의 제2면을 가압하기 때문에, 고정 금형 부분(1a)의 측면상에서 밀봉 수단(3b)는 생략될 수 있다.
본 발명의 방법의 단계(2)에서, 수지는 사출을 위한 소정 온도 및 압력 조건하에 용융 형태로 금형(1)의 금형 캐비티(2)내로 수지 입구(스프루(4a))를 통해 수학식 W2(g)=W1(g)+Wx(g)(여기서, W2, W1및 Wx는 상기 정의한 바와 같음)으로 나타내지는 양(W2)로 사출되므로써, 금형 캐비티(2)를 용융 수지로 과잉 충전시켜, 생성된 용융 수지 매스의 대향 제1 및 제2면은 각각 금형 캐비티(2)의 대향 내벽(2b 및 2a)와 밀접하게 면한다.
본 발명의 방법의 단계(3)에서, 가압된 비수지 유체는 용융 수지 매스의 제1면상의 금형 캐비티(2)내로 도입되므로써, 제2면에 면하는 캐비티 내벽(2a)에 대해 용융 수지 매스의 제2면을 가압한다.
통상의 가스 보조 사출 성형 방법에서는, 수지 가압 방법의 문제점, 즉 증가된 수지 압력을 가하기 위해 수지 가압 방법에서 행해진 과잉 충전에 의해 야기되는 분리선을 따른 버어의 발생을 해결하려는 시도에서 금형 캐비티를 용융 수지로 과잉 충전하는 것은 피해진다.
그러나, 본 발명의 방법의 가장 큰 특징용융 수지 중의 하나는 금형 캐비티를 용융 수지로 특정 충전비로 과잉 충전하는 것이다. 금형 캐비티가 용융 수지로 과잉 충전될 수 있는 이유는 사출 압력을 계속해서 가하므로써 용융 수지가 압축될 수 있다는 데 있다.
과량의 용융 수지를 사출하는(즉, 금형 캐비티를 과잉 충전하는) 이유는 다음과 같이 효과적이다. 가압된 비수지 유체가 용융 수지 매스의 제1면상의 과잉 충전된 금형 캐비티내로 도입될 때, 가압된 비수지 유체가 용융 수지 매스의 제2면상의 금형 캐비티의 한 부위내로 유동하여 침입하는 것이 완전히 방지된다. 따라서, 금형 캐비티내의 용융 수지 매스의 제2면의 전면적은 제2면에 면하는 캐비티 내벽에 대해 밀접하게 가압되어, 표면 마무리가 개선된 수지 성형품이 제조될 수 있다.
당업자들은 과량의 용융 수지가 금형 캐비티내로 사출된 후, 금형 캐비티내에 남아 있는 공간이 전혀 없어서, 단계(3)에서 용융 수지 매스의 제1면상의 가압된 비수지 유체를 금형 캐비티내로 도입하려는 경우에도, 비수지 유체를 도입하기가 곤란하거나, 또는 가압된 비수지 유체의 압력이 용융 수지 매스의 제1면의 제한된 부위에만 발휘될 수 있다고 생각할 수 있다. 따라서, 당업자들은 제2면에 면하는 캐비티 내벽에 대해 용융 수지 매스의 제2면의 전면적을 밀접하게 가압시키는 것이 불가능하리라고 생각할 수 있다.
그러나, 본 발명자들은 놀랍게도, 과잉 충전 정도가 본 발명에서 언급되는 범위내에 들기만 하면 본 발명의 방법의 단계(3)에서는 상술한 바와 같은 문제점은 발생되지 않고, 용융 수지 매스의 제1면상의 용융 캐비티내로 도입된 가압된 비수지 유체는 만족할만한 힘으로 제2면에 면하는 캐비티 내벽에 대해 용융 수지 매스의 제2면의 전면적을 균일하게 가압하는 데 성공적으로 작용한다는 것을 발견하였다. 또한, 금형 캐비티내로 사출되는 보다 용융된 수지의 양이 크면 클수록 버어가 보다 발생하기 쉬우리라는 사실이 일반적으로 알려져 있더라도, 본 발명자들은 처음으로 금형 캐비티를 용융 수지로 과잉 충전할 때에도, 과잉 충전 정도가 본 발명에서 언급되는 범위내에 들기만 하면 버어의 발생이 밀봉 금형을 사용하므로써 잘 방지될 수 있다는 것을 발견하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 방법의 단계(2)에서, 수지는 사출을 위한 소정 온도 및 압력 조건하에 용융 형태로 금형의 금형 캐비티내로 수지 입구를 통해 하기 수학식(Ⅰ)로 나타내지는 양(W2)로 사출시킨다.
수학식(Ⅰ)에서, W1(g)은 사출을 위한 소정 온도 및 압력 조건하에 압착됨이 없이 금형 캐비티를 충전시키는(과잉 충전은 아님) 용융 수지의 중량을 나타낸다. 수학식(Ⅰ)의 Wx(g)은 사출되는 용융 수지의 양[W2(g)]중 초과량을 나타낸다. W1은 예를 들면, 다음 방법으로 측정할 수 있다. 먼저, 비교적 소량의 수지를 사출을 위한 소정 온도 및 압력 조건하에 용융 형태로 수지 입구를 통해 금형의 금형 캐비티내로 사출하고나서 사출 성형하므로써, 사출된 용융 수지가 아직 금형 캐비티를 충전시키지 않는 것을 확인한다. (사출을 위한 적절한 온도 및 압력 조건에 대해서는, 수지가 예를 들면, 폴리스티렌일 때는, 온도는 일반적으로 190 내지 250℃ 범위내이고 압력은 일반적으로 500 내지 2,000kgf/cm이다.) 사출된 용융 수지가 압착됨이 없이 금형 캐비티를 충전시키는 것이 확인될 수 있을 때까지 사출 성형은 점차 수지의 중량을 약간 증가시키면서 반복한다. 이와 같이 하여 측정한 수지 중량은 수학식(Ⅰ)의 W1로서 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, Wx(g)은 하기 수학식(Ⅱ)로 정의된다.
식 중, ρ, V0및 V1은 상기 정의한 바와 같고, Y는 0.3 내지 0.9이다.
수학식(Ⅱ)에서, Y는 과잉 충전비에 해당한다. Y를 중량 백분율로서 나타내면, 본 발명의 과잉 충전비는 30% 내지 90% 범위내이다. 과잉 충전비는 50% 내지 80% 범위내가 바람직하다.
과잉 충전비가 30% 미만이면, 도입된 가압된 비수지 유체는 용융 수지 매스의 제2면상의 금형 캐비티의 한 부위내로 침입하기가 쉬워, 가압된 비수지 유체를 충분히 제2면에 면하는 캐비티 내벽에 대해 용융 수지 매스의 제2면의 전면적을 만족할만하게 가압할 수 없고, 따라서 수지 성형품의 균일하게 개선된 표면 마무리를 얻기가 곤란하게 된다. 한편, 과잉 충전비가 90%를 초과하면, 버어가 발생하기 쉽다. 버어를 제거하기 위해서는, 시간 소모적인 마무리 단계가 요구된다. 또한, 과잉 충전비가 90%를 초과하면, 금형이 손상받을 위험성이 있다. 게다가, 용융 수지 매스의 제2면에 대한 용융 수지 매스의 제2면에 면하는 캐비티 내벽의 구조는 국부적으로 과잉으로 강제로 전달되기 때문에, 수지 성형품의 표면 마무리의 균일성은 열화된다. 그러나, 과잉 충전비가 30% 내지 90%, 특히 50% 내지 80% 범위내일 때는, 싱크 마크의 발생은 버어 및 불균일한 표면 마무리를 발생시킴이 없이 육안으로 알 수 없는 정도로 예기치않게 감소될 수 있다. 본 발명에 사용되는 수지에 대한 특별한 제한은 없다. 본 발명의 방법에 사용되는 수지는 일반적으로 통상의 사출 성형 방법 및 압출 성형 방법에서 사용되는 수지들로부터 선택할 수 있다. 본 발명의 방법에 사용할 수 있는 수지의 예로는 폴리스티렌, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 3원 공중합체 수지, 아크릴로니트릴/스티렌 공중합체 수지, 메타크릴레이트 수지, 아세탈 수지, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 변성 폴리페닐렌 에테르 및 폴리페닐렌 설파이드와 같은 열가소성 수지; 및 열경화성 수지가 포함된다. 본 발명에 사용되는 수지는 여러 종류의 통상의 첨가제, 예를 들면 가소제; 안정화제; 자외선 흡수제; 착색제; 이형제; 유리 섬유 및 탄소 섬유와 같은 섬유 강화제; 및 유리 비드, 탄산칼슘 및 탈크와 같은 충전제를 함유할 수 있다. 이들 첨가제는 당업계에 보통 사용되는 양으로 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 방법의 단계(3), 즉 가압된 비수지 유체의 도입을 상세히 설명한다.
제1도에서, 단계(2)의 완결 후, 수지에 대해 불활성인 가압된 비수지 유체를 용융 수지 매스의 제1면상의 금형 캐비티(2)내로 도입하므로써 제2면에 면하는 캐비티 내벽(2a)에 대해 용융 수지 매스의 제2면을 가압한다. 단계(3)은 단계(2) 직후에 행할 수 있다. 별법으로, 단계(3)을 용융 수지 매스가 응고되기 전에 행하기만 하면 단계(2)와 단계(3)의 사이에 적절한 시간 지연이 있을 수 있다.
제1도의 금형(1)의 경우에, 가압된 비수지 유체를 비수지 유체원(source)(도시되어 있지 않음)으로부터 공급할 때는, 가압된 비수지 유체는 비수지 유체 포트(11)로부터 밀봉 챔버(7)로 들어간다.
본 발명에 사용가능한 비수지 유체의 예로는 질소, 공기, 이산화탄소 및 아르곤과 같이 실온에서 가스 상태인 물질; 및 물과 같이 실온에서 액체 상태인 물질이 포함된다. 질소와 같은 불활성 가스가 바람직하다. 가압된 비수지 유체의 적정 압력은 사용된 수지의 종류, 및 제조되는 성형품의 형상 및 크기와 같은 여러 인자에 따라 좌우된다. 그러나, 비수지 유체의 압력은 일반적으로는 5 내지 100kg/cm2G범위내이다.
밀봉 챔버(7)내의 가압된 비수지 유체의 압력을 증가시키므로써, 밀봉 챔버(7)내의 가입된 비수지 유체는 각각의 압출핀 슬라이드 홀(5a)의 내벽과 각각의 압출핀(5)의 종방향으로 연장하는 원주의 사이에 형성된 비수지 유체채널을 통해 금형 캐비티(2)내로 도입된다. 보다 구체적으로는, 가압된 비수지 유체는 캐비티 내벽(2b)에 면하는 용융 수지 매스의 제1면상의 금형 캐비티(2)내로 도입된다. 그 결과, 용융물 매스의 제2면은 제2면에 면하는 캐비티 내벽(2a)에 대해 가압된다. 따라서, 용융 수지 매스를 응고시키기 위해 냉각시, 표면 마무리가 개선된 성형품, 즉 탁월한 광택 및 러스터 및 캐비티 내벽(2a)의 구조의 탁월한 재현성을 나타내고 싱크 마크가 없는 성형품을 얻을 수 있다.
일반적으로, 압출핀(5)와 가동 금형 부분(1b)에 형성된 압출핀 슬라이드 홀(5a)의 내벽 사이에는 공간이 필연적으로 형성되어, 비수지 유체는 이 공간을 자유로이 통과할 수 있다. 따라서, 원칙적으로 이 곳에는 추가 공간을 제공할 필요가 전혀 없다. 그러나, 일반적으로 둥근 형상의 압출핀(5)를 제2도(a) 및 2(b)에 나타낸 바와 같은 형상으로 변화시키므로써, 가입된 비수지 유체가 보다 원활하게 들어가도록 보다 충분한 공간을 제공할 수 있다.
어느 경우에든, 압출핀(5)와 가동 금형 부분(1b)의 압출핀 슬라이드 홀(5a)의 내벽 사이의 공간으로 인해 용융 수지는 내부로 침입되지 않으며, 단지 가압된 비수지 유체만이 원활하게 관통하여 흐르는 것이 요구된다.
가압된 비수지 유체는 가동 금형 부분(1b)의 측면으로부터 도입될 필요는 없다. 필요한 경우, 가압된 비수지 유체는 고정 금형 부분(1a)의 측면으로부터 도입될 수 있다. 그러나, 이 경우에는 적절한 비수지 유체 공급 경로가 고정 금형 부분(1a)에 제공될 필요가 있다. 예를 들면, 비수지 유체 공급 경로(포트(13), 및 제4도에 나타나 있는 수평 및 수직 비수지 유체 채널(12 및 12a)로 이루어지는 경로의 구조와 유사한 구조를 가짐)는 금형 캐비티(2)에 개방되어 있는 비수지 유체 입구가 고정 금형 부분(1a)의 캐비티 내벽(2a)에 제공되는 방식으로 고정 금형 부분(1a)에 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 가압된 비수지 유체는 용융 수지 매스의 제1면상의 금형 캐비티로 도입되고, 용융 수지 매스의 제2면은 제2면에 면하는 캐비티 내벽에 대해 가압되어, 용융 수지 매스의 제2면에 대응하는 수지 성형품의 표면은 개선된 표면 마무리를 가진다. 따라서, 용융 수지 매스의 제1 및 제2면은 각각 수지 성형품의 후면 및 전면에 대응한다.
가압된 비수지 유체가 사출된 후, 금형 캐비티(2)내의 용융 수지는 냉각 및 응고된다. 그 후, 가압된 비수지 유체는 금형 캐비티(2)로부터 배출된다. 이어서, 금형(1)은 개방하고 나서, 수지 성형품을 가동 금형 부분(1b)로부터 압출한다.
본 발명의 방법은 용융 수지 매스의 제1면에 대응하는 그의 측면상에 수지 성형품이 증가된 두께를 가지는 국부 돌기부(즉, 리브, 보스 및 그의 조합과 같은 돌기부)를 가지는 수지 성형품을 제조하는 데 특히 유용하다. 구체적으로는, 본 발명의 방법은 벽 두께(제3도에서 문자 t로 나타내짐), 국부 돌출 폭(제3도에서 문자 w로 나타내짐) 및 국부 돌출 높이(제3도에서 문자 h로 나타내짐)이 다음 관계를 가지는 성형품을 제조하는 데 특히 효과적이다.
(1/2)tw10t; 및
(1/2)th.
상기 2개의 수학식을 충족시키는 수지 성형품을 통상의 사출 성형 방법에 의해 제조하는 경우에는, 수지 성형품은 그의 편평 측면의 한 부위에 싱크 마크를 가지기가 매우 용이하며, 이 부위는 수지 성형품이 증가된 두께를 가지는 국부 돌기부(상술한 편평 측면부는 이하 두께가 증가된 부위로 약칭함)에 대해 반대 측면부에 대응한다. 또한, 이 경우에는, 수지 성형품의 두께가 증가된 부위의 균일한 광택은 달성될 수 없을 가망성이 매우 많다.
제4도는 본 발명에 사용가능한 밀봉 금형의 형태의 개략적인 단면도이다.
제4도의 금형은 제1도의 금형(1)과 유사하지만 몇몇 점에서 상이하다. 이들 2개의 금형 사이의 한가지 차이점은 금형(1)의 가동 금형 부분(1b)가 그의 내부에 제4도에 나타낸 바와 같이 가입된 비수지 유체를 금형 캐비티(2)내로 도입하기 위한 추가 경로를 가지고 있다는 데 있다. 이러한 추가 경로는 포트(13), 수평으로 연장하는 채널(12) 및 수직으로 연장하는 채널(12a)에 의해 이루어진다. 이 추가 경로에 대해, 근원(도시되어 있지 않음)로부터 제공된 가압된 비수지 유체는 포트(13) 및 수평 및 수직 비수지 유체 채널(12 및 12a)를 통해 금형 캐비티(2)로 흘러들어간다. 수직으로 연장하는 비수지 유체 채널(12a)는 가동 금형 부분(1b)의 내벽(2b)에 개방단을 가지며, 이 개방단은 비수지 유체용의 제2입구로서 작용한다. 수직 비수지 유체 채널(12a)의 상부 개방단 부위는 내부에 고정되게 삽입된 금속성 다공질 물질(14)를 가진다. 금속성 다공질 물질(14)는 용융 수지가 내부로 침입하는 것을 가능하게 하지는 않지만, 가압된 비수지 유체가 원활하게 통과하여 흐르는 것을 가능하게 하는 것이 요구된다. 금속성 다공질 물질(14)는 예를 들면, 소결된 과립상의 스텐레스 강철로 이루어지는 것이 유리하다. 비수지 유체용의 제2입구는 비수지 유체원과 연통되고, 이 근원은 압출핀 슬라이드 홀(5a)의 상부 개방단에 위치한 다른 비수지 유체 입구(제1입구)와 연통되는 다른 근원과 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
제1도의 금형(1)과 제4도의 금형(1) 사이의 다른 차이점은 제4도의 금형(1)이 중앙판(15) 및 밀봉 부재(3f)를 가진다는 데 있다. 밀봉 부재(3f)는 중앙판(15)와 가동 금형 부분(1b) 사이의 계면에서 밀봉한다. 중앙판(15)는 수직 비수지 유체 채널(12a)와 유체 밀착되게 연결되고 비수지 유체원(도시되어 있지 않음)과 연통되는 포트(도시되어 있지 않음)으로 유도하는 수평 및 수직 비수지 유체 채널(도시되지 않음)이 중앙판(15)내에 제공될 수 있다는 점에서 유용하다. 이러한 경우에, 포트(13) 및 수평 비수지 유체 채널(12)는 생략될 수 있다.
제4도에 나타나 있는 금형(1)의 경우에, 각각의 압출핀 슬라이드 홀(5a)의 내벽과 각각의 압출핀(5)의 종방향으로 연장하는 원주의 사이의 공간이 만족할만하게 밀봉되는 경우에는 밀봉 챔버(7)은 생략될 수 있다. 그러나, 압출핀(5)가 압출핀 슬라이드 홀(5a)내에서 활주가능하도록 하면서 상술한 공간을 밀봉하는 것은 일반적으로 곤란하다. 따라서, 가압된 비수지 유체가 포트(13) 및 수평 및 수직 비수지 유체 채널(12 및 12a)를 통해 도입되는 경우에도, 밀봉 챔버(7)을 제공하는 것이 바람직하다. 압출핀(5)의 수가 비교적 적은 경우에는, 가압된 비수지 유체를 2개의 경로 모두, 즉 밀봉 챔버(7)을 포함하는 경로 및 수평 및 수직 비수지 유체 채널(12 및 12a)를 포함하는 경로를 사용하여 도입하는 것이 바람직하다.
제4도의 금형(1)에서, 고상 금속 조각(도시되어 있지 않음)은 가압된 비수지 유체를 유동시키기 위한 적절한 공간이 수직 비수지 유체 채널(12a)와 이러한 고상 금속 조각의 수직으로 연장하는 원주의 사아에 제공될 수 있기만 하면 상술한 금속성 다공질 물질(14) 대신에 사용할 수 있다. 고상 금속 조각은 예를 들면, 제2도(a) 및 2(b)도에 나타나 있는 압출핀(5)의 2가지 형태의 것과 유사한 단면을 가질 수 있다. 필요하다면, 고상 금속 조각은 수직 비수지 유체 채널(12a)의 전체 길이를 따라 연장할 수 있다.
제5도는 가동 금형 부분(1b)의 일부 및 압출핀 지지판(6)의 일부와 함께 도시되어 있는, 내부에 비수지 유체 채널이 제공된 압출핀(5)의 또다른 형태의 개략적인 확대 종단면도이다. 제5도에 나타낸 바와 같이, 압출핀(5)는 금형 캐비티(2)의 측면상의 그의 개방단 부위에 고정되게 삽입된 금속성 다공질 물질(14)를 가지는 비수지 유체 채널(12a)로서 작용하는 중공 구조를 가지도록 디자인될 수 있다. 이 경우에, 비수지 유체 채널(12)는 제5도에 나타나 있는 바와 같이 압출핀 지지판(6)에 제공된다. 압출핀 지지판(6)의 내부에 수평 비수지 유체 채널(12)를 통해 공급된 가압된 비수지 유체는 압출핀(5)내에 형성된 수직 비수지 유체 채널(12a)를 통해 금형 캐비티(2)내로 흐르도록 유도된다.
본 발명의 방법에서, 금형이 금속성 물질로 제조된 경우에는, 단열재층이 캐비티 내벽(2a)상에 제공되어, 용융 수지 매스의 제2면이 캐비티 내벽(2a)에 대해 그 위에 제공된 단열재층을 통해 가압되는 것이 바람직하다. 본 발명의 방법의 이러한 바람직한 양태에 대해서는, 수지 성형품의 전면(두께가 증가된 부위를 포함함)의 광택도 및 광택의 균일성은 현저히 개선될 수 있다. 이러한 유리한 효과에 대한 이유는 캐비티 내벽(2a)상에 제공된 단열재층이 용융 수지 매스의 제2면이 캐비티 내벽(2a)와 접촉될 때 급속히 냉각되는 것을 방지하는 데 도움을 주어, 용융 수지 매스의 제2면이 도입된 가압된 비수지 유체의 힘하에 캐비티 내벽(2a)에 대해 가압될 때에 용융 수지 매스의 제2면의 양호한 유동성을 급속히 잃어버리지 않는다는 데 있으며, 따라서 제2면상에서 가압된 비수지 유체의 가압 효과는 현저히 개선될 수 있다.
상술한 단열재층은 바람직하게는 열전도도가 60 내지 0.06W·m-1k-1인 내열재로 제조된다. 대표적인 단열재의 예로는 폴리이미드, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌, 및 세라믹이 포함된다. 단열재층의 적절한 두께는 단열재의 종류에 따라 좌우되지만, 바람직하게는 10 내지 500μm, 보다 바람직하게는 30 내지 200μm 범위내이다.
별법으로, 본 발명에서 용융 수지 매스의 제2면에 면하는 캐비티 내벽(2a)는 바람직하게는 단계(2)의 용융 수지의 사출에 앞서 가열할 수 있다. 캐비티 내벽(2a)의 예열을 수반하는 이러한 방법의 또다른 양태에 의해, 단열재층을 사용하는 것을 포함하는 상술한 바람직한 양태에 의해 달성되는 것과 동일한 유리한 효과가 달성될 수 있다. 단계(2)의 사출에 앞서 캐비티 내벽(2a)의 가열은 예를 들면, 전기 단열재로 커버된 유도 코일에 의해 행할 수 있다.
제6도는 수지를 용융 형태로 사출하기에 앞서 용융 수지 매스의 제2면에 면하는 캐비티 내벽을 가열하는 방법을 나타내는 다이아그램도이다. 제6도에 나타나 있는 바와 같이, 유도 코일(16)은 캐비티 내벽(2a)와 밀착되고, 캐비티 내벽(2a)의 유도 가열을 행한다. 유도 코일(16)은 전체 가동 금형 부분(1a)를 가열하는 대신에 단지 캐비티 내벽(2a)만을 선택적으로 가열할 수 있기 때문에, 사출 후 용융 수지 매스를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
단계(2)의 사출에 앞서 캐비티 내벽(2a)를 상술한 바와 같이 가열하기 위한 온도는 수지의 탄성률이 실온에서 수지에 의해 나타내지는 탄성률의 1/3 수준으로로 저하되는 온도 이상인 것이 바람직하다.
캐비티 내벽(2a)를 유도 코일(16)에 의해 가열하는 것은 상기와 상이한 방식으로 행할 수도 있다. 예를 들면, 유도자(16)은 가열되는 캐비티 내벽 바로 밑의 고정 금형 부분(1a)에 봉입될 수 있다. 이와 같이 봉입된 유도 코일(16)을 사용하여, 수지를 사출하기에 앞서 가동 금형 부분(1a)내로부터 캐비티 내벽(2a)를 가열할 수 있다. 유도 코일(16)이 가동 금형 부분(1a)에 봉입되는 방식을 사용하므로써, 제조되는 수지 성형품의 두께가 증가된 부위에 대응하는 캐비티 내벽(2a)의 부위만을 효과적으로 가열하는 것이 가능하다.
[본 발명을 수행하기 위한 최선의 양태]
본 발명을 실시예를 참고로 하여 보다 상세히 기술할 것이며, 이는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 여겨지지 않아야 한다.
[실시예 1]
강철로 제조된 밀봉 금형을 사용하여, 제7도에 나타나 있는 수지 성형품을 제조하고, 이 수지 성형품의 표면 마무리 조건을 평가하였다. 사용된 밀봉 금형은 밀봉 부재(3b)를 가지고 있지 않은 것을 제외하고도 제1도에 나타나 있는 것과 동일한 구조를 가졌다. 금형 캐비티의 용적은 202cm3이었다.
수지 성형품은 다음 치수 특성을 가졌다:폭[제7도(a)에서 문자 A로 나타내짐] 200mm, 길이[제7도(a)에서 문자 B로 나타내짐] 300mm, 깊이[제7도(b)에서 문자 C로 나타내짐] 40mm, 및 벽 두께[제7도(b)에서 문자 D로 나타내짐] 2.5mm. 이 성형품은 그의 후면상에 폭[제7도(a)에서 문자 E로 나타내짐]이 6mm이고 높이가 10mm인 리브를 가지고 있었다.
실시예 1에서 행한 과정을 다음에 상세히 설명한다.
사출 성형 조건은 다음과 같았다.
수지:아사히 케미칼 폴리스티렌(Asahi Chemical Polystyrene)(일본 아사히 가세이 고교 가부시끼가이샤(Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha)가 제조 및 시판하고, 대기압하에 실온에서 측정한 비중이 1.05인 고충격 폴리스티렌의 상품명)
금형 캐비티의 용적:202cm3
실린더 온도:230℃
금형 온도:45℃
사출 압력:50kg/cm2(사출 성형기의 게이지 압력)
금형 캐비티내의 수지 압력:500kg/cm3(최대치)
가압된 비수지 유체:N2(질소 가스)
가압된 비수지 유체의 압력:40kg/cm3(게이지 압력)
냉각 시간(수지의 완전 사출로부터 측정한 시간):50초
실시예 1에서, 수학식(Ⅰ)의 W1, Wx및 W2는 다음과 같았다.
W1:200g
Wx:6g
W2:206g
실시예 1에서, 수학식(Ⅱ)의 Y는 0.43이고, 따라서 과잉 충전는 43%이었다.
사출 성형은 다음과 같이 행하였다.
고충격 폴리스티렌을 사출 성형기의 실린더내로 그의 호퍼를 통해 배합하고, 실린더에서 가열함으로써(실린더 온도:230℃), 용융 수지를 얻었다. 이어서, 용융 수지 206g(과잉 충전비:43%)를 사출 압력 50kg/cm2(게이지 압력)으로 금형 캐비티(용적:202cm3; 금형 온도:45℃)내로 사출하였다. 용융 수지의 사출 완결 후, 그의 근원(압력 탱크)로부터 공급된 가압된 질소 가스(게이지 압력:40kg/cm2)를 포트(11), 밀봉 챔버(7) 및 각각의 압출핀 슬라이드 홀(5a)의 내벽과 각각의 압출핀(5)의 종방향으로 연장하는 원주의 사이에 형성된 비수지 유체 채널을 통해 금형 캐비티(2)내로 바로 도입하였다. 구체적으로는, 압력 탱크의 가스 밸브를 5초 동안 개방하고나서, 밸브를 폐쇄하였다. 가스 밸브를 폐쇄한 후, 가압된 N2가스를 금형 캐비티내에 20초 동안 보유하고나서, 금형 캐비티로부터 제거하였다. 금형 캐비티내의 용융 수지를 사출 완결 후 50초 동안 냉각시키므로써 용융 수지가 응고되도록 하였다. 이어서, 가동 금형 부분(1b)를 고정 금형 부분(1a)로부터 분리하여 금형을 개방하였다. 추진봉(10)을 이동시켜 압출핀 지지판을 추진시켜, 압출핀이 가동 금형 부분(1b)로부터 성형품을 압출하는 데 도움을 주도록 하였다. 수지 성형품을 육안으로 관찰하여 금형의 분리선을 따라 버어가 존재하는 지의 여부를 점검하였다. 이어서, 성형품을 대기압하에 실온에서 3일 동안 정치하였다. 이어서, 수지 성형품의 전면(용융 수지 매스의 제2면에 대응함)의 싱크 마크 발생을 표면 조도 시험기(일본 미뚜또요 코포레이션(Mitutoyo Corporatiion)이 제조 및 시판하는 SURFTEST·500)에 의해 시험하였다. 즉, 그에 수직 방향으로의 수지 성형품의 전면상의 변위를 측정하고, 싱크 마크의 깊이(μm)로서 취하였다. 변위는 후면상에 형성된 리브의 축 근방의 전면의 부위[제7도(b)에서 화살표와 함께 파단선으로 나타내짐]에 대해 측정하였다. 그 결과가 표 1에 나타나 있다.
[실시예 2 내지 6]
표 1에 나타나 있는 바와 같이 과잉 충전비를 변화시켜 사출되는 수지의 중량을 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 사실상 동일한 과정을 반복하였다. 그 결과가 표 1에 나타나 있다. 실시예 3에서 얻은 수지 성형품의 표면 마무리 조건은 제8도의 그래프에 나타나 있다.
[비교예 1 내지 7]
표 1에 나타나 있는 바와 같이 과잉 충전비를 변화시켜 사출되는 수지의 중량을 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 사실상 동일한 과정을 반복하였다. 그 결과가 표 1에 나타나 있다. 비교예 3에서 얻은 수지 성형품의 표면 마무리 조건은 제9도의 그래프에 나타나 있다.
표 1로부터 명백한 바와 같이, 과잉 충전비가 30 내지 90% 범위내인 실시예 1 내지 6에서, 변위(싱크 마크의 깊이)는 5 내지 55μm 정도로 작았으며, 이로부터 싱크 마크가 육안으로 관찰될 수 없다는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 6에서 버어의 발생도 관찰되지 않았다.
또한, 표 1로부터 명백한 바와 같이, 과잉 충전비가 30% 미만인 비교예 1 내지 6에서, 싱크 마크의 깊이는 70μm 내지 1,000μm 이상 정도로 컸으며, 이로부터 싱크 마크가 육안으로 명백히 관찰가능하다는 것을 알 수 있다. 또한, 과잉 충전비가 93%인 비교예 7에서, 버어의 발생이 관찰되었다.
[비교예 8]
(수지 가압 방법)
수지 가압 방법을 사용하여 다음 과정에 의해 사출 성형을 행하여 제7도에 나타낸 수지 성형품을 제조하였다. 이 실험에서, 밀봉 부재(3a 및 3b)가 존재하지 않은 것을 제외하고는 제1도의 금형의 구조와 동일한 구조를 가지는 밀봉되지 않은 금형을 사용하였다. 사용된 수지의 종류, 실린더 온도, 금형 온도, 사출 압력 및 캐비티내의 용융 수지의 압력은, 실시예 1에 사용된 것과 동일한 조건을 사용하였다.
수지를 실린더에 배합하고 그 안에서 가열하여 용융 수지를 얻었다. 용융 수지 210g을 실시예 1과 동일한 방식으로 금형 캐비티내로 사출하였다. 사출에 이어서, 후술하는 제2압력을 금형 캐비티내의 용융 수지에 10초 동안 가하였다. 제2압력은 50kg/cm2(성형기의 게이지 압력)우로서 수지 성형품 약 400kg/cm2에 대응한다.
용융 수지가 응고된 후, 금형을 개방하고 얻어진 수지 성형품을 금형 캐비티로부터 꺼내었다. 수지 성형품에 대해, 버어 및 싱크 마크의 발생을 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하였다. 그 결과가 표 1에 나타나 있다. 비교예 8에서 얻은 수지 성형품의 표면 마무리 조건은 제10도의 그래프에 나타나 있다.
[비교예 9]
사출되는 수지의 중량을 211g으로 변경한 것을 제외하고는 비교예 8과 사실상 동일한 과정을 반복하였다. 그 결과가 표 1에 나타나 있다.
표 1에 나타나 있는 바와 같이, 버어의 발생을 방지하기 위해 최적 성형 조건을 선택한 비교예 8에서, 수지 성형품의 싱크 마크의 깊이는 75μm 정도로 컸으며, 이로부터 싱크 마크가 육안으로 용이하게 관찰될 수 있다는 것을 알 수 있다. 비교예 9에서, 싱크 마크의 깊이는 75μm 정도로 크며, 게다가 버어의 발생도 관찰되었다.
[실시예 7]
캐비티 내벽(2a)상에 단열재층을 제공하여, 용융 수지 매스의 제2면을 그 위에 제공된 단열재층을 통해 캐비티 내벽(2a)에 대해 가압한 것을 제외하고는, 실시예 3과 사실상 동일한 과정을 반복하였다. 예시한 바와 같이, 단열재층으로 두께가 50μm인 폴리이미드 필름을 사용하고, 이 필름을 제조되는 수지 성형품의 전면에 대응하는 용융 수지 매스의 제2면에 면하는 캐비티 내벽(2a)에 접착 테이프로 부착시켰다.
얻어진 수지 성형품의 전면에 대한 광택도 및 광택의 균일성을 평가하였다.
광택도는 광택 측정기(일본 수가 테스트 인스트루먼트사(Suga Test Instrument Co.)가 제조 및 시판하는 디지탈 가변 광택 측정기(Digital Variable Gloss Meter))로 측정하였다. 광택의 균일성의 평가 기준은 다음과 같았다.
×:광택에서 불균일성이 크게 관찰되고(또는) 명백한 유동 마크가 관찰됨.
△:광택에서 불균일성이 일부 관찰되고(또는) 유동 마크가 관찰됨.
○:균일한 광택이 수지 성형품의 전면의 전면적에 걸쳐 관찰되고, 유동 마크는 전혀 관찰되지 않음.
그 결과가 표 2에 나타나 있다.
[참고예]
실시예 3에서 얻은 수지 성형품에 대해, 광택도 및 광택의 균일성을 실시예 7과 동일한 방식으로 평가하였다. 그 결과가 표 2에 나타나 있다.
[비교예 10]
비교예 8에서 얻은 수지 성형품에 대해, 광택도 및 광택의 균일성을 실시예 7과 동일한 방식으로 평가하였다. 그 결과가 표 2에 나타나 있다.
[실시예 8]
용융 수지 매스의 제2면에 면하는 캐비티 내벽(2a)를 단계(2)의 사출에 앞서 가열한 것을 제외하고는 실시예 3과 사실상 동일한 과정을 반복하였다. 캐비티 내벽(2a)는 전기 단열재로 커버된 유도 코일에 의해 가열하였다. 제6도에 나타나 있는 바와 같이, 유도 코일을 캐비티 내벽(2a)와 밀착시키고 캐비티 내벽(2a)를 유도 가열하였다. 캐비티 내벽(2a)를 약 120℃로 가열한 후, 유도 코일을 제거하고, 용융 수지의 사출을 바로 행하였다.
얻어진 수지 성형품의 전면에 대해, 광택도 및 광택의 균일성을 실시예 7과 동일한 방식으로 평가하였다. 그 결과가 표 2에 나타나 있다.
표 2로부터 명백한 바와 같이, 단열재층을 실시예 7에서와 마찬가지로 용융 수지 매스의 제2면에 면하는 캐비티 내벽(2a)상에 제공하는 경우, 또는 용융 수지 매스의 제2면에 면하는 캐비티 내벽(2a)를 실시예 8에서와 마찬가지로 단계(2)의 사출에 앞서 가열하는 경우, 광택도 및 광택의 균일성은 현저히 개선된다.
Claims (11)
- (1) 고정 금형 부분 및 이 고정 금형 부분과 정합되는 가동 금형 부분으로 이루어지는 금형(이 금형은 비수지 유체를 상기 금형 캐비티내로 도입할 때 상기 비수지 유체가 상기 금형의 외부로 누출되는 것이 방지되도록 밀봉되어 있음)을 제공하므로써, 상기 고정 금형 부분의 내벽 및 상기 가동 금형 부분의 내벽에 의해 한정되고 수지 입구 및 비수지(non-resin) 유체 입구와 연통되는 금형 캐비티를 제공하고, (2) 사출을 위한 소정 온도 및 압력 조건하에 수지를 용융 형태로 상기 수지 입구를 통해 상기 금형의 금형 캐비티내로 하기 수학식(Ⅰ)로 나타내지는 양(W2)로 사출하므로써 상기 금형 캐비티를 상기 용융 수지로 과잉 충전하여, 각각 상기 캐비티의 대향 내벽과 면하는 대향 제1 및 제2면을 가지는 용융 수지 매스를 형성하고,(식 중, W1은 수학식 W1=ρ·V1로 정의되고, ρ는 대기압하에 실온에서 설정한 수지의 밀도(g/cm3)이며, V1은 수학식 V1=V0·(1-x)로 정의되고, V0은 상기 금형 캐비티의 용적(cm3)이며, x는 상기 수지의 용적 수축비로서, 수학식(Va-Vb)/Va로 정의되고, Va는 사출을 위한 소정 온도 및 압력 조건하에 용융 형태의 상기 수지의 소정 중량의 용적(cm3)이며, Vb는 실온으로 냉각시 응고된 형태의 상기 수지의 소정 중량의 용적(cm3)이고, Wx는 하기 수학식(Ⅱ)로 정의되며, ρ, V0및 V1은 상기 정의한 바와 같고, Y는 0.3 내지 0.9이다)(3) 상기 수지에 대해 불활성인 가압된 비수지 유체를 상기 용융 수지 매스의 제1면상의 상기 금형 캐비티내로 도입하므로써, 상기 용융 수지 매스의 제2면을 상기 제2면에 면하는 상기 캐비티 내벽에 대해 가압하는 것으로 이루어지는, 표면 마무리가 개선된 수지 성형품을 제조하기 위한 수지의 비수지 유체 보조(fluid-assisted) 사출 성형 방법.
- 제1항에 있어서, 수학식(2)의 상기 Y가 0.5 내지 0.8인 방법.
- 제1 또는 2항에 있어서, 상기 용융 수지 매스의 제1면에 대응하는 그의 측면상에 수지 성형품이 증가된 두께를 가지는 국부 돌기부를 가지는 상기 수지 성형품을 제조하는 데 사용되는 방법.
- 제1 또는 2항에 있어서, 상기 금형 캐비티로부터 떨어져 있는 상기 가동 금형 부분의 측면상에 압출핀 지지판, 및 상기 가동 금형 부분의 측면상의 상기 압출핀 지지판의 한 표면에 그의 후말단에서 각각 튼튼하게 연결된 복수개의 압출핀을 함유하는 밀봉 챔버를 제공하고, 상기 가동 금형 부분은 내부에 각각 상기 복수개의 압출핀을 활주하여 수용하는 복수개의 압출핀 슬라이드 홀을 가지며, 상기 밀봉 챔버는, 각각의 압출핀 슬라이드 홀의 내벽과 각각의 압출핀의 종방향으로 연장하는 원주의 사이에 형성되고 상기 가압된 비수지 유체의 근원(source)과 연통된 비수지 유체 채널을 통해 상기 금형 캐비티와 유체 밀착되게(fluid-tightly) 연통되고, 상기 가압된 비수지 유체는 상기 밀봉 챔버 및 상기 비수지 유체 채널을 통해 상기 금형 캐비티내로 도입하고 그로부터 제거하는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 금형 캐비티에 상기 비수지 유체용 제2입구를 더 제공하는 방법.
- 제1 또는 2항에 있어서, 상기 용융 수지 매스의 제1 및 제2면은 각각 상기 수지 성형품의 후면 및 전면에 대응하는 방법.
- 제1 또는 2항에 있어서, 상기 금형이 금속재로 제조되는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 용융 수지 매스의 제2면이 상기 캐비티 내벽상에 제공된 단열재층을 통해 상기 제2면에 면하는 상기 캐비티 내벽에 대해 가압되는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 단열재층이 열전도도가 60 내지 0.06W·m-1k-1인 내열재로 제조되는 방법.
- 제7항에 있어서, 단계(2)의 사출에 앞서 상기 용융 수지 매스의 제2면에 면하는 상기 캐비티 내벽을 가열하는 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 용융 수지 매스의 제2면에 면하는 상기 캐비티 내벽을 가열하기 위한 온도가 상기 수지의 탄성률이 실온에서의 상기 수지의 탄성률의 1/3 수준으로 저하되는 온도 이상인 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP94-185185 | 1994-07-15 | ||
| JP18518594 | 1994-07-15 | ||
| PCT/JP1994/001457 WO1996002379A1 (en) | 1994-07-15 | 1994-09-02 | Method for the non-resin fluid-assisted injection molding of a resin |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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