KR100187308B1 - 다층성형품의 제조방법 - Google Patents

다층성형품의 제조방법 Download PDF

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다까히사 하라
마사히또 마쓰모또
부히로 우스이노
시게요시 마쓰바라
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모리 히데오
스미또모가가꾸고오교 가부시끼가이샤
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Abstract

한 쌍의 상층 및 하층 금형 사이에 예열된 섬유 - 강화 수지 시이트를 놓고, 섬유 - 강화 수지 시이트와 발포 시이트에 만들어진 구멍을 통해 하층 금형에 제공된 수지 공급 구멍으로 부터 상층 금형과 섬유 - 강화 수지 시이트 사이에 열가소성 수지 용융물과 임의로 발포 시이트를 제공하고, 수지 용융물의 공급 동안에 또는 수지 공급을 마치자마자 금형을 닫아 수지 용융물을 흐르게 하고 조형하여, 섬유 - 강화 수지 시이트, 열가소성 수지인 외층 및 임의적인 이들 사이의 발포 시이트로 구성된 다층 성형품을 제조한다.

Description

다충 성형품의 제조방법
제1a및 1b도는 본 발명의 방법의 한 구현예를 수행하는데 사용되는 성형장치의 수직 단면도이다.
제2a및 2b도는 본 발명의 방법의 또 다른 구현예를 수행하는데 사용되는 성행장치의 수직 단면도이다.
제 3 도는 실시예에서 제조된 성형품의 투시도이다.
본 발명은 다충 성형품에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 섬유 - 강화 수지 시이트충과 우수한 표면상태를 가진 외충을 함유하는 다충성형품에 관한 것이다.
섬유-강화 수지 시이트를 가압 성형함으로써 제조한 제품이 강도면에서 우수하고, 특히 유리섬유-강화 수지 제품이 강화효과가 더욱 크고 제조비용의 면에서 유리하므로, 자동차 부품과 같이 제품의 강도가 필요한 응용분야에 사용된다. 그러나, 섬유 - 강화 수지 시이트 성형품은 외관이 불량하며 감촉이 부드럽지 않다. 이러한 결점을 개선하기 위하여, 섬유 - 강화 수지시이트 상에 적충된 외충이 있는 다층 성형품이 제안되었다. 지금까지는, 이러한 다충 성형품이 섬유 - 강화 수지 시이트인 중심층과 예비성형 외층을 접착시키거나, 또는 섬유 - 강화 수지 시이트인 중심층과 외층 사이에 폴리우레탄 수지와 같은 발포성 수지를 주입 및 발포시켜 이들을 서로 접착시킴으로써 제조되었다.
그러나, 섬유 - 강화 수지 시이트 및 외층을 함유하는 다층 성형품을 제조하는 통상적인 방법은 여러 단계를 필요로 하며 제조비용이 높다.
본발명의 목적은 외관과 감촉이 우수하며 섬유-강화 수지 시이트와 외층을 함유하는 다중 성형품의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 측면에 따르면, 한쌍의 상층 및 하층금형(1, 2)사이에 예열된 섬유 강화 수지 시이트 (7)을 놓고, 섬유-강화 시이트(7)에 만들어진 구멍(8)을 통해 하층금형(1)에 제공된 수지 공급 구멍 (4)로 부터 상층 금형 (2)와 섬유 - 강화 시이트 (7)사이에 열가소성 수지 용융물 (9)을 공급하고, 수지 용융물 (9)의 공급동인에 또는 수지 공급이 끝나자 마자 금형을 닫아 흐르게 하고 수지 용융물 (9)을 조형하여 섬유 - 강화 수지 시이트 (7)와 이 수지 시이트 (7)에 완전히 적충된 열가소성 수지인 외층을 함유하는 다층 성형품을 제조하는 것으로 구성된 다층 성형품의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제2측면에 따르면, 한쌍의 상층 및 하층금형(1,2)사이에 예열된 섬유-강화 수지 시이트 (7)를 놓은 후 이 수지 시이트 (7)위에 시이트 (10)을 놓고,섬유 - 강화 시이트 (7)과 발포 시이트 (10)에 만들어진 구멍 (8)을 통해 하층금형(1)에 제공된 수지공급구멍(4)으로부터 상층금형(2)과 발포 시이트 (10)사이에 열가소성 수지 용융물 (9)을 제공하고, 수지 용융물 (9)의 공급 동안에 또는 수지 공급이 끝나자 마자, 금형을닫아 수지 용융물 (9)를 흐르게 하고 조형하여 섬유 - 강화 수지 시이트 (7), 발포 시이트 (10)및 발포 시이트 (10)상에 완전히 적층된 열가소성 수지인 외층을 한유하는 다층 성형품을 지조하는 것으로 구성된 다층 성형품의 제조방법을 제공한다.
섬유 - 강화 수지 시이트로는, 무기섬유 ( 예 : 유리섬유, 단소섬유, 스테인레스강 섬유 등 ), 유기섬유 ( 예: 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 아르아미드 섬유 등 )또는 무기섬유와 유기섬유의 혼합물로 강화된 열가소성 수지 ( 예 : 폴리프로필렌, 폴리아미드 등 )를 사용한다. 강화섬유로는, 각각의 지름이 1∼50μm인 통상적인 섬유를 사용한다. 이들 중에서, 적은 비용으로도 강화효과가 큰 유리섬유가 바람직하다.
섬유 - 강화 시이트 중에서는, 제조비용의 면에서, 매트형태의 성형품 또는 길이가 긴 유리섬유의 비제직 직물에 폴리프로필렌 또는 폴리아미드와 같은 용융된 열가소성수지를 함침시켜 제조한 시이트, 길이가 수mm∼50mm인 중간 길이의 유리섬유와 폴리프로필렌과 같은 분말의 열가소성 수지를 혼합하고, 가열하고, 혼합물을 용융시켜 성형함으로써 제조한 시이트 및 중간길이의 유리섬유와 폴리프로필렌과 같은 분발의 열가소성 수지를 혼합하고 이를 접착제와 함께 경화시켜 매트명태의 성형품을 형성함으로써 제조된 시이트가 바람직하다.
본 발명에 사용된 열가소성수지는 섬유-강화수지시이트 또는 발포 시이트 표면상에 용융상태로 제공되며 흐르고 조형되어 외충을 제공한다. 열가소성 수지의 예로는 올레핀계 열가소성 엘라스토머 및 스티렌 기재 열가소성 엘라스토머와 같은 열가소성 엘라스토머, 연성 비닐 클로라이드 수지, 저밀도 폴리에틸렌등이 있다. 이들 중에서, 엠보스 전이성이 우수하고, 감촉이 부드러우며 내열성이 우수하므로 올레핀계 열가소성 엘라스토머가 바람직하다.
열가소성 수지는 섬유 - 강화 수지 시이트 또는 발포 시이트와의 융착성을 고려하여 선택하여야 한다. 매트릭스 수지로서 폴리프로필렌을 함유하는 섬유 - 강화 수지 시이트를 사용하는 경우, 융착성과 금형으로 부터의 엠보스 전이성이 우수하므로 올레핀계 열가스성 엘라스토머가 열가소성 수지로서 바람직하다. 그러나, 매트릭스 수지로서 폴리아미드를 함유하는 섬유 - 강화 수지 시이트를 사용하는 경우, 올레핀계 열까소성 엘라스토머는 폴리아미드와의 융착성이 불충분하므로 덜 바람직하다.
본 발명에서는 금형에 섬유 - 강화 수지 시이트를 놓고, 이 수지 시이트상에 발포시이트를 놓은 후 용융된 열가소성수지를 제공함으로써 발포층을 가진 다층 성형품을 제조할 수 있다. 이 경우에, 발포 시이트는 섬유 - 강화 수지 시이트와 열가소성 수지인 외층에 모두 강하게 접착되어야 한다.
강하게 융착된 다층 성형품은 매트릭스 수지로서 폴리프로필렌을 함유하는 섬유 - 강화 수지 시이트를 제공하고, 발포 시이트로서 폴리프로필렌을 놓고,수지 용융물로서 올레핀계 열가소성 수지를 공급하고, 이들 물질의 배합이 서로 우수한 융착성을 가지므로 이들을 함께 성형함으로써, 제조할 수 있다.
매트릭스 수지로서 폴리프로필렌을 함유하는 섬유 - 강화 수지 시이트를 제공하고, 폴리우레단 발포 시이트를 놓고, 수지 용융물로서 올레핀계 열가소성 엘라스토머를 공급하고 이들을 함께 성형함으로써 다층 성형품을 제조하는 경우, 용융 폴리프로필렌 또는 올레핀계 열가소성 엘라스토머가 발포 시이트의 평평하지 못한 표면에 침투함으로써 소위 수지의 고정효과 ( anchor effect )에 의해 세 층이 강하게 접착된다.
서로 접착성이 불량한 층을 배합하는경우, 발포 시이트의 양면 모두에 직물과 같은 한 쌍의 중간충을 접착제를 사용하여 접착시키거나 융착시키면, 매트릭스 수지와 열가스성 수지인 외층을 직물에 침투시켜 직물을 통하여 발포 시이트가 섬유 - 강화 시이트 및 외층과 강하게 결합된다.
본 발명에 따른 다층 성형품에 발포 시이트가 제공되는 경우, 발포 시이트의 바람직한 예는 폴리프로필렌과 폴리우레탄의 발포 시이트이다. 기포의 발포율은 바람직하게는 5 ∼ 45 배이다.
본 발명의 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 더욱 자세히 설명하겠다.
제 1 도를 참고로 하면, 수지 용융물 도관 (3)을 가진 하층 금형 (1)에, 금형의 외부를 예열한 유리섬유 - 강화 수지 시이트 (7)을 놓는다. 섬유 - 강화 수지 시이트 (7)에는 수지 공급 구멍 (4)에 대응하는 위치에 수지 공급구멍(4)의 지름보다 큰 구멍(8)이 있다. 내부 벽에 엠보스가 있을 수도 있는 상층 금형 (2)를 강하시킨다. 금형을 완전히 닫기 전, 상층 금형 (2)를 일단 멈추거나 강하속도를 감소시키고, 수지 공급 구멍 (4)으로 부터 수지용융물 (9)를 공급한다. 제공된 수지 용융물 (9)은 구멍 (8)을 통과하여 섬유 - 강화 수지 시이트 (7)와 상층 금형 (2)사이의 공동 (cavity)으로 들어간다. 수지 공급을 끝마침과 동시에 또는 그 이전에, 공동 클리어런스가 예정된 값에 이를 때까지 상층 금형(2)의 강하를 다시 시작하거나 가속시켜금형을 닫음으로써, 수지 용융물 (9)이 공동의 구석까지 흐르게 하여 상층 금형의 내부멱으로부터 전이된 선명한 엠보스를 가질 수 있는 외층을 형성한다. 섬유 - 강화 시이트 (7)의 매트릭스 수지 일부를 용융시키고 흐르게 하여 공동을 채움으로써, 중심 층을 형성한다.
제2도에서 보는 바와같이 발포 시이트(10)를 중간 층으로서 사용하는경우, 수지공급구멍(4)의 지름보다 구멍이 크며 구멍(4)에 대응하는 위치에 형성된 구멍이있는 섬유-강화수지시이트(7)을 하층금형(1)에 놓은 후, 수지공급구멍(4)의 지름보다 구멍이 크며 구멍(4)에 대응하는 위치에 형성된 구멍이 있는 발포 시이트(10)를 놓고, 구멍 (8)을 통해 출구 (4)로 부터 상층 금형 (2)과 발포 시이트 (10)사이의 공간에 수지용융물(9)를 제공하여 발포층을 가진 다층 성형품을 성형한다.
바람직하게는, 상층 금형과 하층 금형 사이의 클리어런스가 (C + 5)∼ (C +100)mm ( 여기서, C 는 최종 생성물의 두께임 )인 경우 수지 용융물은 상층 금형(2)의 강하속도를 0∼30mm/sec로 맞추어 공급한다. 이어서, 수지공급을 끝마침과 동시에 또는 그 이전에, 상층 금형 (2)의 강하를 다시 시작하거나 가속시켜 외관이 우수한 다층 성형품을 성형한다. 금형의 클리어런스가상기 범위 밖일 때 강하속도가 30 Inm/sec 이상이거나 수지 공급이 행해지지 않는다면, 성형품은 명명하지 않거나 외층에 흐름모양이 생기기나, 엠보스 전이가 어려워진다. 발포 시이트 (10)가 중간 층으로서 사용되면, 발포 시이트 (10)가열과 압력에 대한 내성이 약하고 성형동안에 뭉그러지거나 변형되므로, 공동클리어런스에 따라 위층 금형 (2)의 강하속도와 수지 공급 시간이 중요하다.
본 발명에 따르면, 금형을 완전히 닫기 전에 금형의 공동에 수지 용융물 (9)를 공급하거나 또는 금형을 닫아 수지 용융물을 흐르게 하여 금형의 공동을 재우면서 수지 용융물 (9)을 공급하기 때문에, 성형품은 사출성형에서 보다 낮은 압력하에서 성형할 수 있다. 따라서, 발포 시이트는 손상되지 않으며 외관이 우수한 성형품이 제조될 수 있다.
본 발명의 범위를 한정시키지 않는 하기의 설시예에 의해 본 발명을 예시하겠다.
[실시예1]
하층 및 상층 압반이 부착되어 있으며 상층 암단이 수직으로 움직이며 클램핑력이 100톤인 제 3 도에 나타낸 성형품을 제조하는 한쌍의 금형을 사용하여 하기와같은 조건하에서 성형품을 성형한다.
섬유 - 강화 수지 시이트로서, 길이가 10 ∼ 50mm 인 중간길이 유리섬유(Keipla Sheet Co., Ltd. 제조 )30 중량%로 강화된 2mm 두께의 폴리프로필렌 시이트를 사용한다. 이 시이트에는 하층 금형 (1)의 수지 공급 구명 (4)에 대응하는 위치에 구멍이 형성되어 있으며, 시이트롤 예열하고 230℃ 의 오븐에서 연화시킨다. 이어서, 제 1a 도에 니타낸 바와 수지 공급 구멍 (4)에 구멍 (8)을 맞춘 하층 금형상에 시이트를 놓는다.
내부 벽에 엠보스 장식이 있는 상층 금형 (⒡ 을 200mm/sec 의 속도로 강하시킨다. 공동클리어런스가 10mm에 이르면, 상층 금형의 강하를 멈추고 220℃ 에서 가열되어 용융된 올레핀계 열가소성 엘라스토머 ( 스미또모 TPE3465 블랙, Sumitomo Chemical Co., Ltd. 제조 )를 구멍 (8)을 통해 수지 공급 구멍 (4)으로 부터 상층 금형 (2)와 유리 섬유 - 강화 폴리프로필렌 시이트(7)사이에 공급한다. 이때에, 상층 및 하층 금형의 은도는 각각 80℃ 와 60℃ 이다. 수지 용융물의 콩급을 멈추기 바로 직전, 25 m/sec 의 속도로 상층금형(2)의 강하를 다시 시작하고, 클리어런스가 3mm에 이르렀을때 멈춘 후, 가압하에서 90초간 냉각시켜 성형을 끝마친다.
생성된 성형품은 유리섬유 - 강화 폴리프로필렌인 중심 층과 폴리프로필렌층에 완전하게 적층된 올레핀계 열가스성 엘라스토머인 외층으로 구성된 2층 성형품이며 훌륭하게 전이된 엠보스가 있으며 감촉이 부드럽다.
[실시예2]
실시예 l 에서 사용한 것과 동일한 구멍 (8)을 가진 유리섬유 - 강화 폴리프로필렌 시이트를 예열하고 230℃ 의 오븐에서 연화시킨 후 구멍을 수지 공급 구멍 (4)에 맞춘 하층 금형 (1)에 놓는다. 이어서, 유리섬유 - 강화 폴리프로필렌 시이트와 동일한 위치에 구멍을 갖는 폴리프로필렌 발포 시이트( 발포비 15, 두께 3.0mm )( PPSM 15030, Toray 제조 )를 유리섬유 - 강화 폴러프로필렌 시이트 (7)에 놓는다.
상층 금형 (2)을 200mm/sec 의 속도로 강하시킨다. 공동 클리어런스가 30mm에 이르면, 상층금형의 강하속도를 8mm/sec로 낮추고 230℃에서 가열 및 용융된 올레핀계 열가소성 엘라스토머 ( 스미또모 TPE 3465 블랙, Sumitomo Chemical Co., Ltd. 제조 )를 구멍 (8)을 통해 수지 공급 구멍 (4)으로 부터 상층 금형 (2)과 발포 시이트 (10)사이에 공급한다. 이 때에, 상층 및 하층 금형의 온도는 각각 80℃ 와 60℃ 이다. 공동 클리어런스가 18mm 에 이르고 수지 용융물 공급을 완료하자마자 상층 금형 (2)의 강하를 20mm/sec로 가속시키고 클리어런스가 4.5mm에 이르렀을때 멈춘후 가압하에 120초간 냉각시켜 성형을 끝마친다.
생성된 성형품은 유리섬유 - 강화 폴리프로필렌인 중심 층과 폴리프로필렌 발포 시이트를 통해 유리섬유-강화폴리프로필렌 층에 완전히 적층된 올레핀계 열가스성 엘라스토머인 외층으로 구성된 3층 성형품이며 훌륭하게 전이된 엠보스가 있고 감축이 부드러우며 흐름모양이 없다.
[실시예3]
폴리프로필렌 발포 시이트 대신에 발포비가 17이며 두께가 4.0mm인 폴리우레단 발포 시이트 ( Inoac Co., Ltd. 쟤조 )를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 외관이 우수한 3층 성형품을 제조한다.
[실시예4]
긴 유리섬유로 강화된 3.0mm 두께의 폴리프로필렌 시이트 ( X 시이트, Idemitsu NSGCo., Ltd. 제조)를 사용하며, 클리어런스가 4.0mm에 이르렀을때 상층 금형의 강하를 멈추는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 2층 성형품을 제조한다.
제조된 성형품은 유리섬유 - 강화 폴리프로필렌인 중심 층과 이 폴리프로필렌 층에 완전히 적층된 올레핀계 열가소성 엘라스토머인 외층으로 구성된 2층 성형품이며 훌륭하게 전이된 엠보스가 있으며 감촉이 부드럽다.
[비교예]
수지 공급을 끝마친 20초 후에 상층 금형의 강하를 20mm/sec 로 가속시켜 금형을 닫는 것을 제외하고는 실시예l과 동일한 방법으로 2층 성형품을 제조한다. 올레핀계 열가소성 수지 외층의 엠보스된 표면은 평평하지 않고 엠보스가 흐르며, 성형품의 외관은 불량하다.

Claims (4)

  1. 한 쌍의 상층 및 하층 금형(1, 2)사이에 예열된 섬유-강화 수지 시이트 (7)를 놓고, 섬유 - 강화 수지 시이트 (7)에 만들어진 구멍 (8)을 통해 하층 금형(1)에 제공된 수지 공급 구멍(4)으로 부터 상층 금형(2)과 섬유-강화 수지 시이트 (7)사이에 열가소성 수지 용융물 (9)을 공급하고, 수지 용융물 (9)의 공급 동안에 또는 수지 공급이 끝나자마자 금형을 닫아 상기 수지 용융물 (9)을 흐르게 하고, 조형하여 섬유 - 강화 수지 시이트(7)와 이 수지 시이트 (7)에 완전히 적층된 열가소성 수지인 외층을 함유하는 다층 성형품을 제조하는 것으로 구성됨을 특징으로하는 다층성형품의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 열가소성 수지가 올레핀계 열가소성 엘라스토머인 제조방법.
  3. 한 쌍의 상층 및 하층 금형(1, 2)사이에 예열된 섬유-강화 수지 시이트 (7)를 놓은 이 수지 시이트 (7)위에 발포 시이트 (10)를 놓고, 섬유 - 강화 수지 시이트 (7)와 발포 시이트 (10)에 만들어진 구멍 (8)을 통해 하층 금형 (1)에 제공된 수지 공급 구멍 (4)으로 부터 상층 금형(2)과 발포 시이트 (10)사이에 열가스성 수지 용융물 (9)를 공급하고, 수지 용융물 (9)공급 동안에 또는 수지 공급이 끝나자마자 금형을 닫아 수지 용융물 (9)을 흐르게 하고 조형하여 섬유 - 강화 수지 시이트 (7), 발포 시이트(10) 및 발포 시이트(10)에 완전히 적층된 열가소성수지인 외층을 함유하는 다층 성형물을 제조하는 것으로 구성됨을 특징으로 하는 다층 성형품의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 열가소성 수지가 올레핀계 열가소성 엘라스토머인 제조방법.
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