KR100425816B1 - 보강섬유가혼입된플라스틱부품의제조방법및장치 - Google Patents

보강섬유가혼입된플라스틱부품의제조방법및장치 Download PDF

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Abstract

긴 보강 섬유는 화학 반응성 플라스틱 혼합물 또는 열가소성 플라스틱 용융물로 형성된 플라스틱 부품에 혼입된다. 액체 플라스틱 재료를 플라스틱 성형 공구에서 프레스하기 전에, 긴 보강 섬유를 단 한 번의 동작으로 액체 플라스틱 재료내로 파괴없이 그리고 양호하고 균일하게 분포되기 하기 위해, 액체 플라스틱 흐름이 발생되어, 반응성 플라스틱 혼합물을 생성시키기 위한 혼합 챔버의 외부에서 또는 열가소성 플라스틱 용융물을 생성하기 위한 가소화 유니트의 외부에서 긴 보강 섬유 흐름과 합쳐진다.

Description

보강 섬유가 혼입된 플라스틱 부품의 제조 방법 및 장치
반응 주조 방법에 따른 플라스틱 부품의 제조시, 완성품의 기계적 특성을 개선시키기 위해 반응 혼합물을 예컨대 유리 섬유 또는 탄소 섬유와 같은 충전제를 혼입하는 것은 공지되어 있다. 즉, 하나 또는 2개의 화학 반응성 플라스틱 성분에 적합한 섬유를 혼합한다. 그러나, 이 경우에는 매우 짧은 섬유(약 0.2mm)만이 사용되는데, 그 이유는 그렇지 않으면, 반응성 플라스틱 성분의 점도가 강력히 증가하므로, 고압 사출시 충분한 혼합이 더 이상 이루어질 수 없기 때문이다. 또한, 섬유가 길면 혼합 챔버 내로 플라스틱 성분을 고압 분무할때 섬유가 파손된다.
독일 특허 공개 제 28 23 189호에는, 공급 채널을 통해 유리 섬유를 화학 반응성 플라스틱 재료 성분 중 하나의 일부와 함께 폴리우레탄 장치의 혼합 챔버 내로 유입시키는 것이 공지되어 있다. 유리 섬유가 삽입된 재료 성분은 단지 펌핑 과정에 의해서만 혼합 챔버 내의 압력으로 될 수 있기 때문에, 펌핑 과정시 및 혼합 챔버 내로 분무시 섬유의 파손을 막기 위해, 단지 짧은 섬유만이 사용될 수 있다. 또한, 공급 채널을 통해 혼합 챔버 내로 부가로 유입되는 재료 흐름에 의해, 화학 반응성 플라스틱 성분의 정확한 화학량론적 비율을 보장하는 혼합이 이루어지기 힘들기 때문에, 최종 생성물의 일정한 품질이 보장될 수 없다.
미공개 독일 특허 출원 제 44 17 596호에는 또한 전술한 방식의 장치에서 충전제를 유동화 가스를 이용해서 별도의 채널을 통해 안정화 챔버 내로 유입시키는 것이 공지되어 있다. 그러나, 이 경우에는 충전제의 유입이 반응 혼합물 흐름의 가장자리 영역 내의 한 장소에서만 이루어지기 때문에, 완성품에서 충전제의 불균일한 분포가 나타날 수 있다.
독일 특허 출원 공개 명세서 제 33 13 042호에는 충전제, 예컨대 염료를 보어를 갖춘 드로틀 부재를 이용해서 반응 혼합물 내로 유입시키는 것이 공지되어 있다. 이 경우에는, 강한 압력 편차가 압력에 민감한 충전제를 파괴시킬 수 있는 드로틀의 장소에서 유입이 이루어진다. 또한, 유입이 반응 혼합물의 흐름과 반대로도 이루어지기 때문에, 상기 장치는 긴 섬유 충전제의 유입에는 적합하지 않다.
독일 특허 공개 제 29 24 554호에는 충전제를 피스톤 내에 배치된 축방향 보어를 통해 혼합 챔버 내에서 반응 혼합물에 혼합하는 것이 공지되어 있다. 이 경우 피스톤은 원통형 챔버 내에서 가역적으로 이동하고, 상기 챔버로부터 반응 혼합물이 간격을 두고 배출되어 성형 공동부 내로 이송된다. 이 경우에는 축방향 보어 및 측면 공급 라인을 통해 충전제, 예컨대 유리 섬유를 이송하는 것이 간단히 이루어지지 않는다. 상기 이송은 단지 충전제에 압력을 공급함으로써만 이루어질 수 있으며, 이를 위해 충전제를 액상 또는 반죽 상태로 만들어 펌프에 의해 챔버 내로 밀어넣는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 공급장치에 의해서는 단지 짧은 섬유의 충전제만이 이송될 수 있다. 유리 섬유, 및 유리 섬유를 이송하는 유동성 매질이 직접 혼합 챔버 내로 유입되기 때문에, 화학 반응성 성분의 혼합이 저지되고, 최종 생성물의 일정한 품질을 얻기 위해 필요한 정확한 화학량론적 혼합 비율이 설정되지 못할 위험도 있다.
동일한 방식으로 영국 출원 제 1 245 216호에 따르면, 혼합 챔버 내로 직접 첨가되는 첨가제에 의해 혼합이 저지되므로, 최종 생성물의 품질 저하를 감수해야만 한다.
또한, 열가소성 플라스틱으로 이루어진 플라스틱 부품의 제조시에는, 가소화 유니트 내에서 생성된 열가소성 플라스틱 용융물을 이동가능한 분사 유니트를 이용하여 개방된 공구 위로 유도하여 유동성 용융물 스트립을 형성시킨다. 이 경우, 공구에 스트립을 형성시키기 전후에 긴 보강 섬유로 이루어진 편물 매트를 개방된 공구내로 삽입한다. 그리고 나서, 스트립형 용융물을 프레스함으로써 긴 보강 섬유가 혼입된 플라스틱 부품을 형성한다. 이러한 제조 방법은 비교적 복잡한데, 그 이유는 긴 보강 섬유로 된 편물 매트가 공구로 삽입되기 전에 성형품의 윤곽에 맞추어 정확히 절단되어야 하기 때문이다. 또한, 편물 매트를 예비 성형 공정에서 성형하여야 하고, 예비 성형된 편물 매트가 다음 작업 동안 그 형상을 유지하기 위해서는 편물 매트에 미세하게 분포된 열가소성 플라스틱 입자가 혼입되어야 한다.
도 1은 화학 반응성 플라스틱 성분의 혼합물 흐름과 긴 보강 섬유 흐름을 함께 안내하기 위한 장치를 가진, 혼합물 흐름을 생성시키기 위한 혼합 헤드의 측단면도이고,
도 2는 혼합물 흐름과 긴 보강 섬유 흐름을 함께 안내하기 위한 장치의 변형 예를 가진 도 1에 따른 혼합 헤드이며,
도 3은 단면도로 도시된, 화학 반응성 플라스틱 성분의 혼합물을 유출시키기 위한 넓은 슬롯 노즐, 및 혼합물 유출 구역을 향한 섬유 이송 채널을 가진 혼합물 흐름을 생성시키기 위한 혼합 헤드의 측면도이고,
도 4는 유동성 플라스틱의 스트립형 흐름의 가장자리를 향한 섬유 이송 채널을 가진, 개방된 성형 공구의 표면 위로 안내되는 넓은 슬롯 노즐의 측면도이며,
도 5는 성형 공구의 표면에 놓인 유동성 플라스틱의 스트립형 흐름 및 2개의 섬유 이송 채널의 개략도이고,
도 6은 진자 운동을 하는 섬유 이송 채널을 이용해서 유동성 플라스틱의 스트립형 흐름을 공급하는 것을 나타낸 개략도이며,
도 7은 원 운동을 하는 섬유 이송 채널을 가진 도 6에 따른 실시예이다.
본 발명의 목적은, 압력에 민감한 긴 섬유 충전제가 플라스틱 성형 공구 내에서 유동성 플라스틱과 함께 압축되기 전에 하나의 작업 공정에서 파괴없이 안전하게 균일한 분포로 혼합될 수 있도록, 긴 보강 섬유가 혼입된 플라스틱 부품의 제조 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 유동성 플라스틱의 압력없는 층상 흐름과 충전제의 흐름을 함께 유도할 경우, 두 성분의 매우 양호한 혼합이 이루어질 수 있다는 사실을 이용하였다.
특히, 상기 방법은 긴 보강 섬유와 유동성 플라스틱이 하나의 작업 공정에서 그리고 단 하나의 유니트에 의해 서로 혼합되어 플라스틱 성형 공구내로 삽입될 수 있다는 장점을 갖는다. 이 경우, 작업 단계 마다 섬유의 길이 및 섬유 혼입 밀도는 임의의 방식으로 변동될 수 있다. 화학 반응성 플라스틱 성분의 혼합물로 이루어진 유동성 플라스틱을 사용하는 경우, 지금까지는 보강 섬유가 매우 짧은 길이(약 0.2 mm)로만, 또는 별도의 작업 단계에서 미리 처리되어 성형 공구 내로 삽입되는 섬유 매트의 형태로만 플라스틱 부품 내로 삽입될 수 있었다.
용융 열가소성 플라스틱의 형태인 유동성 플라스틱을 사용하는 경우에도, 지금까지는 긴 보강 섬유를 전술한 섬유 매트의 형태로 별도의 작업 단계에서 플라스틱 부품 내로 혼입할 수 있었다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는 유동성 플라스틱으로서 화학 반응성 플라스틱 성분의 혼합물을 원통형 유출 챔버내로 유입시킨다. 상기 원통형 유출 챔버 내에서는 세척 피스톤이 가역적으로 유도되고, 상기 원통형 챔버의 중심 영역을 통해 섬유 이송 채널이 뻗는다. 세척 피스톤의 전면에 배치된 관형 형성물로 인해, 상기 유출 챔버 내에는 관형 혼합물 흐름을 형성하는 관형 흐름 채널이 만들어진다. 상기 유출 챔버의 중심 영역으로 섬유 이송 채널이 뻗어있기 때문에, 긴 보강 섬유가 유동성 플라스틱 내부로 유입될 수 있다. 상기 보강 섬유는 유동성 플라스틱에 의해 완전히 둘러싸여진다. 유동성 플라스틱이 유출되는 유출구와 섬유가 유출되는 유출구가 구비된 장치가 하나의 결합 유니트를 형성하여 보강 섬유가 혼입된 유동성 플라스틱을 생성하며, 이는 로봇 팔에 의해 성형 공구의 성형 표면 위로 유도될 수 있다. 그러나, 기본적으로는, 동시에 생성되는 긴 보강 섬유 흐름이 단지 부분적으로만 둘러싸여지거나 또는 유동성 플라스틱 흐름과 평행한 흐름으로 함께 흐르는 유동 형상도 적합하다. 본 발명에 따라 두 성분, 한편으로는 유동성 플라스틱 및 다른 한편으로는 긴 보강 섬유가 연속적으로 동일한 방향의 흐름으로 함께 유도되는 것이 중요하다.
전술한 장치에 의해 형성되는 관형 흐름 채널은 세척 피스톤에 단단히 결합된 관형 형성물(tubular formation) 대신에, 세척 피스톤의 중심을 관통하여 섬유이송 채널을 형성하는 침지관(immersion tube)에 의해서도 제작될 수 있다. 따라서, 세척 피스톤은 침지관에 독립적으로 이동될 수 있다. 침지관은 세척 피스톤 및 피스톤의 유압 작동 부재를 관통할 수 있고, 장치의 하우징 내에 고정될 수 있다. 따라서, 긴 보강 섬유의 생성 및 이송을 위한 장치가 침지관 내의 섬유 이송 채널에 의해 하우징에 고정 배치될 수 있다는 장점이 얻어진다.
유동성 플라스틱의 관형 흐름을 발생시키기 위한 전술한 장치 대신에, 링 노즐도 사용될 수 있는데, 상기 링 노즐의 중심 영역으로 섬유 이송 채널 또는 다른 충전제를 이송하기 위한 채널이 뻗어 있다.
긴 보강 섬유의 흐름을 발생시키기 위한 장치는 바람직하게는 섬유 이송 채널의 유입구에 쌍으로 배치된 이송 롤러로 이루어진다. 이송 롤러는 무한 섬유 타래를 스풀(spool)로부터 풀어내어 고속으로 섬유 이송 채널을 통해 발사한다.
바람직하게는 이송 롤러가 절삭장치를 포함함으로써, 보강 섬유가 일정한 길이의 섹션으로 세분될 수 있다. 상이한 길이의 섬유 섹션을 만들기 위해 상이한 직경을 가진 다수의 이송 롤러 쌍이 나란히 배치되고 이송 롤러가 임의의 순서로 섬유 이송 채널의 유입구에 위치 설정되면, 상이한 길이의 보강 섬유가 시간적인 순서대로 유동성 플라스틱 흐름에 혼입될 수 있다. 이것은 특히 유동성 플라스틱 흐름 및 긴 보강 섬유 흐름으로 이루어진 2가지 흐름을 발생시키기 위한 장치가 플라스틱 성형 공구의 표면 위로 유도됨으로써, 긴 보강 섬유가 혼입된 평탄한 플라스틱 부품을 만들 때 바람직하다. 섬유 이송 채널의 유입구에 상응하는 이송 롤러의 위치 설정에 의한 섬유 섹션의 길이 변동에 의해, 필요한 강도 및 성형 상태에 따라 상이한 길이의 섬유를 포함하는 플라스틱 부품이 형성될 수 있다. 예컨대, 성형 공구의 심하게 경사진 표면 영역을 매우 긴 보강 섬유를 포함하는 유동성 플라스틱으로 덮는 것이 바람직하다. 그와 동일하게, 이송 롤러의 상이한 속도에 의해서는, 플라스틱 부품의 소정 부분 영역에 보다 높은 또는 보다 낮은 밀도로 섬유가 혼입될 수 있다.
유동성 플라스틱이 넓은 슬롯 노즐을 통해 스트립형 흐름으로 형성되면, 넓은 표면 중 한 면 또는 두 면이 긴 보강 섬유의 흐름으로 덮여질 수 있다. 이 경우 한 제조 공정은, 유동성 플라스틱 및 긴 보강 섬유로 이루어진 흐름을 발생시키는 장치가 로봇 팔을 이용해서 개방된 성형 공구의 표면 위로 표면을 덮으면서 유도되도록 이루어진다. 먼저 긴 보강 섬유 흐름이 성형 공구의 표면 위에 놓이고 그 직후에 유동성 플라스틱의 스트립형 흐름으로 덮여지면, 성형 공구의 폐쇄 및 개방 후에 플라스틱 부품이 형성된다. 이 플라스틱 부품에서는 긴 보강 섬유가 주로 표면 근처 층에 혼입된다.
유동성 플라스틱의 스트립형 흐름이 양면에서 긴 보강 섬유 흐름으로 덮여지면, 전술한 작업 단계 후, 주로 두 표면 영역에 긴 보강 섬유가 혼입된 플라스틱 부품이 만들어질 수 있다.
긴 보강 섬유의 흐름이 유동성 플라스틱의 스트립형 흐름의 한 가장자리 또는 양 가장자리를 향하고, 긴 보강 섬유와 스트립형 흐름의 표면에 의해 형성되는 각이 예각(90°미만)이며, 보강 섬유의 길이가 스트립형 흐름의 폭 보다 크지 않으면, 스트립형 흐름의 가장자리 영역에 혼입되는 긴 보강 섬유는 점차 스트립형 흐름의 표면 상으로 가라앉거나 또는 후속하는 성형 공구의 폐쇄시 상기 성형 공구내부로 밀어 넣어질 수 있다. 따라서, 긴 보강 섬유를 포함하는 스트립형 흐름이 개방된 성형 공구의 표면에 놓일 때 보강 섬유가 모울드 표면의 가장자리를 벗어나서 후속하는 2개 모울드 절반의 폐쇄시 성형 공구의 정확한 폐쇄를 방해하는 일이 어떤 경우에도 생기지 않는다. 따라서, 사이에 놓인 보강 섬유로 인해 두드러진 부분(butt)이 형성되지 않을 수 있다. 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로 상세히 설명하면 하기와 같다.
도 1은 예컨대 폴리올 및 이소시아네이트와 같은 화학 반응성 플라스틱 성분을 혼합하여 유동성 플라스틱 혼합물로 만드는 폴리우레탄 장치의 혼합 헤드를 나타낸다. 도 1에 따르면, 유압 피스톤(3)에 의해 가역적으로 혼합 챔버(1) 내에서 유도되는 제어 피스톤(2)이 혼합 챔버(1) 내에 배치된다. 도면 평면에 대해 수직으로 뻗은 화학 반응성 플라스틱 성분용 주입구(도시되지 않음)가 혼합 챔버(1) 내로 뻗는다. 제어 피스톤(2)에 의해 상기 주입구가등시적으로 열리고 닫힌다. 제어 피스톤(2)은 또한 혼합 챔버(1) 내에서 반응성 플라스틱 성분으로 형성된 반응 혼합물을 혼합 챔버(1)로부터 배출시키고 혼합 챔버(1)의 벽을 반응 혼합물로 세척하는 기능을 한다.
혼합 챔버(1)에 대해 직각으로 안정화 챔버(4)가 배치된다. 제 1 세척 피스톤(5)이 안정화 챔버(4) 내에서 가역적으로 유도된다. 제 1 세척 피스톤(5)은 제 2 유압 피스톤(6)에 의해 작동될 수 있다.
유출 챔버(7)가 안정화 챔버(4)에 직각으로 이어진다. 상기 유출 챔버(7) 내에서 제 2 세척 피스톤(8)이 가역적으로 안내된다. 제 2 세척 피스톤(8)은 제 3 유압 피스톤(9)에 의해 작동될 수 있다. 유출 챔버(7)의 유출구(10)가 사출 성형 모울드(도시되지 않음)의 성형 공동부 내로 뻗는다.
이송 채널(11')이 제 2 세척 피스톤(8) 및 제 3 유압 피스톤(9)의 중심을 관통하여, 유압 실린더(13)의 덮개(12) 내에 고정된다.
충전제가 외부로부터 이송 채널(11')을 통해 유출구(10) 바로 전까지, 이어 유출 챔버(7)로부터 흘러나온 반응 혼합물 내로 유입될 수 있다.
이송 채널(11')은 긴 섬유를 유입시키는데, 예컨대 유리 섬유 또는 탄소 섬유로 이루어진 타래를 유입시키는데 특히 적합하다.
섬유 타래는 이송 롤러(14 및 15)에 의해 포착되어 이송 채널(111)을 통해 반응 혼합물 내로 삽입된다.
하나의 이송 롤러(14)는 롤러 둘레에 분포된 4개의 절삭날(16)의 형태로 된 절삭장치를 포함한다. 따라서, 섬유 타래가 일정한 길이의 섹션으로 세분될 수 있다. 상기 섹션의 길이는 임의로 변동될 수 있다. 기본적으로, 이송 롤러(14 및 15)를 통해 이미 일정 길이로 세분된 섬유 타래는 이송 채널(11')을 통해 반응 혼합물 내로 삽입될 수 있다.
섬유 타래는 유입구(17)를 통해 유입된 후 먼저 이송 롤러(15) 및 압착 롤러(18)에 의해 포착된다. 그리고나서, 섬유 타래는 2개의 이송 롤러(14 및 15) 사이에 이르고 상기 롤러에 의해 이송 채널(11')의 중심으로 관통된다.
이송 채널(11')의 길이에 따라 긴 섬유 타래 또는 그 밖의 충전제가 유출 챔버(7)의 임의의 영역에서 반응 혼합물 내로 삽입된다. 섬유 또는 그 밖의 충전제는 유출 챔버(7)를 통해 흐르는 반응 혼합물 중심에 이르며, 그에 따라 성형 공동부내로 유입시 주조품에 균일하게 분배된다.
이송 채널(11')을 통한 섬유 타래 또는 그 밖의 충전제의 이송은 예컨대, 압축 가스와 같은 유동화제에 의해 유지된다. 유동화제는 개구(19)를 통해 유입된다. 유동화제 대신에 또는 그것에 부가해서, 다른 유동화제가 반응 혼합물에 혼입될 수 있다. 예컨대, 섬유 타래와 더불어 부가로 충전제 및 유동화 가스가 반응혼합물 내에 혼입될 수 있다. 모든 경우에, 충전제가 반응 혼합물내로 양호하게 도입되는 것이 즉, 높은 압력 변동 또는 기계적 작용에 의한 충전제의 손상 없이 도입되는 것이 보장된다.
이송 채널(11')의 침지 깊이가 조절 장치(도시되지 않음), 예컨대 유압 피스톤(3)에 의해 조절될 수 있으므로, 충전제용 유입 장치가 상이한 작동 요구에 맞추어 조절되며, 사출 성형 동안에도 이러한 이송 채널(11')의 침지 깊이는 변형될 수 있다. 즉, 사출 성형 동안, 유압 피스톤(3)의 속도를 조절함으로써 유출 챔버(7) 내로 유입되는 유동성 플라스틱의 양을 조절하여 이송 채널(11')의 침지 깊이를 조절할 수 있다. 그에 따라, 안정화 챔버(4)의 반응 혼합물이 유출 챔버(7)내로 넘쳐 흐를 때 이송 채널(11')이 하나의 영역으로부터 유출구(10)의 영역까지 그리고 그것을 지나, 즉 성형 공동부까지 뻗을 수 있다.
본 발명은 유출 챔버(7)내에 가역적으로 안내되는 세척 피스톤(8)을 관통하는 이송 채널(11')의 예로 설명된다. 그러나, 설명된 방식의 이송 채널(11')은 제어 피스톤(2) 및 간단한 직선 혼합 헤드의 혼합 챔버(1)에도 배치될 수 있고, 그것의 혼합 챔버(1) 다음에는 안정화 챔버(4)가 배치어 있지 않을 수 있다.
이송 채널(11')은 단지 하나의 혼합 챔버(1) 및 하나의 안정화 챔버(4)로 이루어진 혼합 헤드의 경우에도 세척 피스톤 및 안정화 챔버 내에 배치될 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 혼합 헤드에 상응하는 혼합 헤드를 나타낸다. 여기서는 동일한 기능을 하는 부품에는 동일한 도면 부호(1) 내지 (6)를 사용하였다.
안정화 챔버(4)에는 직각으로 유출 챔버(70)가 연결되고, 유출 챔버(70) 내에서는 세척 피스톤(80)이 가역적으로 유도된다. 세척 피스톤(80)은 제 3 유압 피스톤(90)에 의해 작동될 수 있다. 유출 챔버(70)의 유출구(100)는 사출 성형 모울드(도시되지 않음)의 성형 공동부 내로 뻗는다.
제 2 세척 피스톤(80)은 관형 형성물(81)을 포함하며 제 3 유압 피스톤(90)은 관형 형성물(82)을 포함한다. 관형 형성물(81 및 82)이 세척 피스톤(80) 내에 프레스된 관으로 형성되므로, 세척 피스톤(80)과 관형 형성물(81 및 82)이 단일 부품을 형성한다. 관형 형성물(81 및 82)는 세척 피스톤(80)과도 일체형으로 결합될 수 있다. 즉, 모든 부품이 일체형 회전 부품으로 이루어질 수 있다. 세척 피스톤(80) 및 관형 형성물(81 및 82)를 통해 이송 채널(83)이 뻗는다.
세척 피스톤(80) 및 관형 형성물(81)은 실린더 덮개(120)를 관통한다.
충전제가 외부로부터 이송 채널(83)을 통해, 유출 챔버(70)로부터 흘러나온 반응 혼합물 내로 유입될 수 있다. 충전제와 반응 혼합물의 만남은 관형 형성물(81)의 길이에 따라 또는 세척 피스톤(80)의 축방향 위치에 따라 자유로이 선택될 수 있다. 본 발명에서는 관형 형성물(81)을 통해 반응 혼합물의 관형 흐름이 생기고, 상기 흐름내로 충전제가 중심으로 유입된다는 것이 중요하다 충전제는 반응 혼합물에 의해 둘러싸이고, 충전제와 반응 혼합물이 동일한 이송 방향으로 이송됨으로써 혼합된다. 따라서, 본 발명에 따른 방법 및 상기 방법을 실시하기 위한 장치는 반응 혼합물에 긴 섬유, 특히 유리 섬유 및 탄소 섬유로 된 타래를 혼합하는데 특히 적합하다. 물론, 삼 섬유와 같은 천연 섬유도 사용될 수 있다.
섬유 스풀에 무한하게 감겨진 섬유(예컨대, 유리 섬유 조방)는 이송 롤러(140 및 150)에 의해 포착되어 이송채널(83)을 통해 관형 반응 혼합물내로 혼입된다.
이송 롤러(140 및 150) 및 그것의 구동부는 관형 형성물(82)에 고정된 하우징(84) 상에 지지되며 세척 피스톤(80)과 함께 이동된다.
하나의 이송 롤러(140)가 롤러 둘레에 분포된 절삭날(160)의 형태로 된 절삭 장치를 포함함으로써, 섬유 타래가 일정한 길이로 세분될 수 있다. 상기 길이는 절삭날의 수 및 롤러 둘레에 따라 임의로 변동될 수 있다. 섬유 타래는 유입구(170)를 통해 유입된 후에 먼저 이송 롤러(150) 및 압착 롤러(180)에 의해 포착된다. 그리고 나서, 섬유 타래는 2개의 이송 롤러(140) 및 (150) 사이에 이르고 이곳으로부터 이송채널(83)로 유입된다.
기본적으로 이송 롤러(140 및 150) 또는 하우징(84)은 관형 형성물(82) 또는 세척 피스톤(80)에 고정되지 않고, 세척 피스톤(80)과 무관하게, 예컨대 실린더 덮개(120)에도 고정될 수 있다. 이 경우, 이송 롤러(140 및 150)에 의해 가속된 섬유 타래가 텔레스코프 파이프의 중간 접속에 의해 관형 형성물(82) 내의 이송채널(83)내로 안내된다.
긴 섬유 섹션과 반응 혼합물을 강력하고 균일하게 혼합할 때 어떤 경우에도 섬유의 파손이 배제될 수 있도록, 섬유 타래가 이송채널(83)을 통해 발사될 때의 이송 속도가 튜브형 반응 혼합물의 흐름 속도에 매칭된다. 혼합은 예컨대 2개 엘리먼트의 이송 속도가 동일한 경우에 이루어질 수 있지만, 작은 속도 차 및 이로 인해 섬유와 반응 혼합물 사이의 접촉 영역에서 야기되는 전단 흐름에 의해 서로의 혼합 효과가 상승될 수 있다.
작동 중에 안정화 챔버(4)로부터 유출되는 반응 혼합물은 유출 챔버(70)에서 방향 전환되고, 유출 챔버(70) 및 관형 형성물(81)로 형성되는 관형 채널에 의해 튜브형 흐름으로 형성되며, 상기 관형 채널의 중심 개구내로 충전제가 유입된다.
따라서, 충전제는 반응 혼합물과 직접 접촉되는 것이 아니라, 반응 혼합물과 동일한 방향의 이송 단계 중에 비로소 접촉된다,
유동성 플라스틱을 반응 혼합물의 형태로 공급하는, 도 1 및 도 2에 따른 실시예에 도시된 혼합 헤드(도면 부호 1 내지 6) 대신에, 유출 채널(7 또는 70)이 열가소성 플라스틱으로부터 플라스틱 부품을 제조하기 위한 플라스틱 사출성형기에서 사용되는 바와 같이 가소화 유니트에 접속될 수 있다. 압출기에 연결하는 것도 가능하다. 두 장치는 열가소성 플라스틱 용응물 형태의 유동성 플라스틱을 공급한다.
도 3은 기능면에서 도 1 또는 도 2에 따른 혼합 헤드에 상응하는 혼합 헤드(119)를 나타낸다. 혼합 헤드(119)에서는 화학 반응성 플라스틱 성분으로부터 반응 혼합물의 형태로된 유동성 플라스틱이 생성된다. 부분으로 절단된 도면에서는 혼합 헤드(119)에 넓은 슬롯 노즐(101)이 접속된다. 상기 노즐의 채널(102)에는 슬라이드(103)가 가역적으로 배치된다. 채널(102) 내로 뻗는, 혼합 헤드(119)로부터 공급 채널(105)을 통해 안내되는 반응 혼합물용 공급구(104)는 평형 슬라이드(103)에 의해 부분적으로만 개방됨으로써, 반응 혼합물의 부가 혼합을 야기하는 드로틀 작용이 설정된다. 슬라이드(103)는 공급구(104)를 완전히 또는 부분적으로 개방시키는 위치로부터 채널(102)을 완전히 막는 위치까지 위치 설정될 수 있다. 후자의 위치에서는, 슬라이드(103)가 유입구(106) 쪽으로 이동된다. 슬라이드의 이동에 의해, 잔류 반응 혼합물이 평형 채널(102)로부터 밀려나오고, 동시에 상기 채널의 벽이 반응 혼합물에 의해 세척된다.
넓은 슬롯 노즐(101)에는 파이프로 이루어진 섬유 이송 채널(108)용 홀더(107)가 고정된다. 선회 구동부(109)에 의해 섬유 이송 채널(108)은 홀더(107) 내에서 도면 평면에 대해 수직인 축선(110) 및 축선(111)을 중심으로 선회 가능하다. 섬유 이송 채널(108)의 유출구(112)는 채널(102)의 유출구(106)와 거의 동일한 평면에 놓인다.
유출구(112)에 상반된 섬유 이송 채널(108)의 단부에는 이송 및 절삭 장치(113)가 배치되고, 상기 장치에 의해 무한 섬유 타래(114)가 포착되어 일정 길이의 섹션(115)으로 세분되고 섬유 이송 채널(108)을 통해 이송될 수 있다. 섬유 섹션(115)은 유출구(112)에서 긴 보강 섬유의 흐름(116) 형태로 고속으로 배출되고, 넓은 슬롯 노즐(101)로부터 배출되는 유동성 플라스틱 흐름(118)과 함께 유도된다.
혼합 헤드(119)는 예컨대 로봇 팔(도시되지 않음)을 가진 섬유 이송 채널(108) 및 넓은 슬롯 노즐(101)과 함께 단일 기능 유니트로서 도시되지 않은 개방된 사출성형 공구의 상부면(117) 위로 안내된다. 이 경우, 이동 방향에 따라 먼저 보강 섬유의 흐름 또는 유동성 플라스틱 흐름이 표면(117) 상에 놓이게 된다.
기능 유니트가 우측으로(방향 A)으로 이동되면, 먼저 섬유 섹션(115)이 표면(117) 상에 놓인 다음, 유동성 플라스틱의 스트립형 흐름(118)에 의해 덮여진다. 플라스틱과 보강 섬유로 구성된 물질의 프레스 후, 플라스틱 제품이 만들어진다. 상기 플라스틱 제품에서 긴 보강 섬유는 완성된 플라스틱 부품의 외부 표면 영역에 더 많이 혼입된다.
기능 유니트가 좌측으로(방향 B)으로 이동되면, 먼저 유동성 플라스틱의 스트립형 흐름(118)이 표면(117) 상에 놓인 다음, 긴 보강 섬유의 흐름으로 덮인다. 플라스틱과 긴 보강 섬유로 구성된 물질의 프레스 후 플라스틱 부품이 만들어진다. 상기 플라스틱 부품에서는 긴 보강 섬유가 완성된 플라스틱 부품의 내부 표면 영역에 더 많이 혼입된다.
전술한 혼합 헤드(119) 대신에, 넓은 슬롯 노즐(101)에는 공급 채널도 접속될 수 있다. 상기 노즐(101)에 의해 가소화 유니트 또는 압출기(도시되지 않음)내에서 생성된 열가소성 플라스틱 용융물이 공급될 수 있다. 따라서, 유동성 플라스틱의 스트립형 흐름(118)은 사용되는 장치에 따라 열가소성 플라스틱 또는 화학 반응성 혼합물로 이루어질 수 있다.
도 4는 넓은 슬롯 노즐(101)의 배출 영역, 및 개방된 사출 성형 공구의 표면(117) 상에 놓인 유동성 플라스틱의 스트립형 흐름(118)을 나타낸다. 섬유 이송 채널(108)의 유출구(112)는 스트립형 흐름(118)의 좌측 가장자리 영역을 향하며, 섬유 이송 채널은 스트립형 흐름(118)의 표면에 대해 예각(90°미만)을 형성하므로, 처음에 흐름(118)의 가장자리 영역에 있던 긴 보강 섬유(115)가 점차 흐름(118)의 표면에 놓이게 된다. 따라서, 흐름(118)의 가장자리 영역에 도달한 긴 보강 섬유는 상기 영역 너머까지 도달하지 않게 된다 따라서, 보강 섬유가 표면의 가장자리를 지나 개방된 사출 성형 공구의 성형 공동부 너머까지 이르지 않으면서, 유동성 플라스틱 및 긴 보강 섬유가 사출 성형 모울드의 표면(117)에 채워질 수 있다. 그 결과, 보강 섬유가 2개의 사출 성형 공구의 모울드 분리면 사이에 끼어 사출 성형 공구의 완벽한 폐쇄를 방해하는 일이 생기지 않는다.
도 5는 넓은 슬롯(101) 및 2개의 섬유 이송 채널(108a) 및 (108b)로 이루어진 기능 유니트를 나타낸다. 상기 유니트에 의해, 개방된 사출 성형 공구의 표면(117)을 지날 때 스트립형 평면 흐름(118)이 제공될 수 있고, 상기 흐름의 양 표면은 긴 보강 섬유로 덮여진다. 프레스 후에, 양 표면에 긴 보강 섬유 층을 가진 평탄한 플라스틱 부품이 생성된다.
도 6은 유동성 플라스틱으로 이루어진 스트립형 평면 흐름(118)을 가진 넓은 슬롯 노즐(101)을 도시한다. 도 6에 따라 평면 흐름(118)의 표면은 이리 저리(in pendulum fashion) 유도되는 섬유 이송 채널(108)의 긴 보강 섬유로 이루어진 흐름 및 도 7에 따라 회전하며 안내되는 섬유 이송 채널(108)로부터 나온 긴 보강 섬유로 이루어진 흐름으로 덮여진다. 두 방법에서는 유동성 플라스틱으로 이루어진 스트립형 평면 흐름의 표면(117)이 동일한 형태로 덮여진다.

Claims (15)

  1. 보강 섬유가 혼입된 플라스틱 부품의 제조 장치에 있어서,
    유동성 플라스틱이 수송되는 원통형 유출 챔버(7,70), 섬유 이송 채널(11',83) 및 섬유 이송 수단을 포함하며,
    여기서, 섬유 이송 채널에 의해 중심이 관통된 유출 챔버내에는 세척 피스톤(8,80)이 가역적으로 유도되고,
    섬유 이송 채널(11')은 원통형 유출 챔버의 중앙에 동심으로 뻗어있으며, 이러한 섬유 이송 채널(11')은 유출 챔버와 섬유 이송 채널(11') 사이에 위치한 관형 형성물(11,81)에 의해 규정되며, 섬유가 섬유 이송 채널(11')을 통해 통과하며,
    섬유 이송 수단이 소정의 길이로 세분된 보강 섬유를 섬유 이송 채널(11')에 공급함을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 관형 형성물이 피스톤(80)에 단단히 결합됨을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 관형 형성물이 피스톤(8)을 관통하는 이송 채널(11')로 형성됨을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 이송 채널의 침지 깊이는 유출 챔버와 관련하여 변동됨을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 이송 채널의 침지 깊이가 사출 성형 사이클 시간동안 변동됨을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 3항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 이송 채널이 피스톤(8), 및 피스톤(8)을 작동시키는 유압 피스톤(9)을 관통하며 유압 유니트의 실린더 덮개(12)내에 고정됨을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 보강 섬유용 이송 수단이 절삭 장치를 갖춘 이송 롤러로 이루어지고, 이송 롤러에 의해 무한 섬유 타래로부터 풀려질 수 있는 보강 섬유가 소정 길이의 섹션으로 세분되어 이송 채널을 통해 이송될 수 있음을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 각각 상이한 길이를 가진 보강 섬유용 절삭 장치를 포함하는 2개 또는 다수의 서로 회전하는 이송 롤러 쌍이 나란히 배치되고, 관련 절삭 장치를 갖춘 각각의 이송 롤러 쌍을 임의의 순서로 섬유 이송 채널의 유입구에 위치 설정시킬 수 있는 이동 장치가 제공됨을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 보강 섬유가 유동화 가스에 의해 섬유 이송 채널(11')을 통해 이송될 수 있음을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 유동성 플라스틱이 화학 반응성 플라스틱 성분의 혼합물인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 유출 챔버로 유입될 플라스틱 혼합물은 제어 피스톤(2)이 가역적으로 안내되는 혼합 챔버(1)에서 형성되고, 제어 피스톤(3)에 의해 개폐 가능한 주입구를 통한 화학 반응성 성분의 공급이 제어 피스톤(3)에 의해 조절됨을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 혼합 챔버(1) 및 제어 피스톤(2)이 각각 유출 챔버(7, 70) 및 관형 형성물을 갖는 피스톤(8, 80)에 상응함을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 1항에 있어서, 유동성 플라스틱이 가소화 유니트에서 생성된 열가소성 플라스틱 용융물로 이루어짐을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 1항에 있어서, 유동성 플라스틱 흐름용 유출 챔버 및 긴 보강 섬유 흐름용 섬유 이송 채널이 하나의 결합 유니트임을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 유니트가 로봇 팔에 의해 개방된 성형 공구의 성형 표면 위로 안내될 수 있음을 특징으로 하는 장치.
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