KR100525269B1 - 다층 합성물질 성형물의 제조방법과 이러한 방법으로제조된 성형물 - Google Patents

다층 합성물질 성형물의 제조방법과 이러한 방법으로제조된 성형물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 예비성형된 탄성중합체 성형스킨(5), 열가소성 물질의 성형캐리어(8)와, 선택적으로 중간발포층(6)으로 구성되는 다층 합성물질 성형물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법에서, 탄성중합체 스킨(5)은 제 1 단계에서 성형되고 캐리어(8)용 열가소성 물질은 용융된 상태에서 스킨(5)의 배면에 성형된다. 본 발명에 따라서, 성형스킨은 열경화성 물질로 만들어진다. 열가소성 스킨에 비하여 열경화성 스킨은 특히 열가소성 캐리어가 이에 성형될 때 가죽면과 같은 표면조직이 구비되는 경우 외관결함이 없다. 열가소성 캐리어의 성형은 사출성형, 사출압력성형 또는 저압성형기술에 의하여 수행될 수 있다.

Description

다층 합성물질 성형물의 제조방법과 이러한 방법으로 제조된 성형물 {METHOD FOR MANUFACTURING A MULTI-LAYERED MOULDED SYNTHETIC PART AND THUS OBTAINED PART}
본 발명은 예비성형된 탄성중합체 성형스킨과 열가소성 물질의 성형캐리어를 포함하는 다층 합성물질 성형물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 예비성형된 탄성중합체 성형스킨을 성형하는 단계와, 캐리어를 이루고 있는 열가소성 물질을 용융상태에서 성형스킨의 배면에 성형하는 단계로 구성되는 다층 합성물질 성형물의 제조방법에 관한 것이다.
이러한 방법은 특허문헌 EP-A-0 711 658 에 기술되어 있다. 이러한 공지된 방법에서는, 먼저 PVC 스킨이 제 1 몰드에서 분말 슬러쉬 몰딩에 의하여 만들어진다. 이후에, 성형면에 아직 스킨물질을 담지하고 있는 이 몰드가 사출몰드에 삽입되고, 여기에 열가소성 폴리프로필렌 캐리어가 주입된다. PVC 스킨층과 PP 캐리어사이에 충분한 접착이 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 발포층을 이루는 접착제층이 PP 캐리어의 주입전에 PVC 스킨의 배면에 도층된다.
상기 특허문헌 EP-A-0 711 658 에 기술된 방법의 결점은 주입되는 용융된 열가소성 물질의 압력과 열에 의하여 스킨의 표면이 변형되거나, 특히 스킨이 가죽과 같은 거친 면의 입자상 표면을 갖는 경우, 스킨의 표면재질이 손상될 수 있다는 점이다. 예를 들어 특허문헌 EP-B-0 642 411 에 기술된 바와 같이 경질캐리어를 성형하기 위하여 반응사출성형(RIM)방법이 사용되는 경우, 스킨표면에 매우 적은 열과 압력만이 가하여지기 때문에 상기와 같은 결점이 나타나지는 않는다. 그러나, 공지된 열가소성 캐리어에 비하여, RIM 성형캐리어, 특히 폴리우레탄 캐리어는 요구되는 기계적인 강도를 갖기위해서는 두께가 두꺼워야 하기때문에 기계적인 기능(클립, 기어휠 등)을 위한 설계개념에 적합치 않으며 제조비용이 많이 소요된다.
특허문헌 EP-A-0 711 658 에 있어서는, 스킨의 표면재질에 대한 사출성형단계의 손상은 스킨을 이러한 스킨이 형성되는 몰드면과 함께 사출몰드로 이송함으로서 방지되거나 줄일 수 있다. 그러나 이러한 기술은 합성물질이 제품설계에 제약을 주며 소위 언더컷트가 허용되지 않는다. 실제로, 언더컷트는 성형물이 탈형될 수 있도록 몰드에 슬라이드를 사용토록 하는 것을 요구하므로서 이러한 복합몰드면에 대하여 성형된 스킨의 외측부에 가시적인 분리선이 나타나도록 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 제 1 실시예의 여러 단계를 보인 설명도,
도 2 - 도 7 은 본 발명에 따른 제 2 실시예의 여러 단계를 보인 설명도이다.
본 발명의 목적은 스킨층의 배면에 열가소성 캐리어를 성형하는 단계에서 발생되는 손상을 줄이고 제 1 몰드에서 스킨층을 성형하고 통상 스킨의 외면에 부여하는 표면재질이 손상됨이 없이 열가소성 캐리어를 성형하기 위한 다른 몰드로 스킨층을 이송할 수 있도록 하는 다층 합성물질 성형물을 제조하기 위한 새로운 방법을 제공하는데 있다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 방법은 상기 성형스킨이 열경화성 합성물질, 특히 열경화성 폴리우레탄물질로 제조됨을 특징으로 한다.
스킨이 다른 몰드로 사전에 이송된 경우라 할지라도 눈에 띄는 외측부에 나타날 수 있는 가죽표면과 같은 표면재질이 손상됨이 없이 이러한 열경화성 스킨의 배면에 열가소성 경질 캐리어를 성형하는 것이 가능한 것으로 확인되었다.
본 발명에 따른 방법의 실시예에 있어서, 캐리어를 성형하기 위해 열가소성 물질을 사출성형공정에 따라서 스킨의 배면에 성형하는 바, 이 성형공정에 있어서 주형이 부분적으로만 밀폐된 상태에서 열가소성 물질이 주입되고 열가소성 물질이 주입된 후에 주형이 밀폐되도록 하여, 낮은 압력하에서 주입된 용융상태의 열가소성 물질에 주형에 의한 압력이 가하여 지도록 하여 성형이 이루어진다.
상기한 실시예에 있어서, 낮은 압력 및 열이 스킨에 가하여지므로 변형, 열화, 외관결함 등이 나타나지 않을 것이다.
본 발명의 적절한 제 2 실시예로서, 스킨은 제 1 몰드면에 성형되고 이 몰드면으로부터 열가소성 캐리어가 성형되는 몰드의 몰드면으로 이송된다.
이러한 제 2 실시예는 유연성에 의하여 스킨이 특별한 언더컷트를 갖는 복잡한 몰드면으로부터 용이하게 분리될 수 있고 이와 같은 복잡한 몰드면에 또한 성형될 수 있지만 성형물을 탈형시킬 수 있도록 하는 슬라이드가 필요하다. 슬라이드의 변부라인을 따라 슬러쉬가 생기는 것을 열가소성 물질을 낮은 온도에서 주입하고 너무 높은 압력이 발생되지 않게 주형을 밀폐시킨다.
이 실시예에서 입자상 스킨은 제 1 몰드면 또는 스킨이 이송되고 열가소성 캐리어가 성형되는 몰드면에서 제조될 수 있다. 후자의 경우에 있어서, 실제로 스킨 외면의 요구된 변형이 이루어질 수 있을 정도로 충분히 높지만 스킨의 열화 또는 외관결함이 일어나는 한계값 이하의 압력과 온도로서 열가소성 캐리어를 성형할 때 스킨에 가할 수 있음이 확인되었다. 필요한 압력과 온도를 가하기 위하여 사출성형공정에서 캐리어의 열가소성물질이 몰드가 밀폐된 후 용융된 상태에서 주입되는 사출몰드에서 스킨의 배면에 주입되는 것이 좋다.
다른 실시예에서, 스킨은 또한 열가소성 캐리어가 성형되거나 몰드면에서 스킨이 성형된 후 이송되는 몰드에 이미 배치된 몰드면에 대하여 성형될 수 있다.
이 실시예의 중요한 잇점은 스킨이 몰드면에 완벽하게 배치된 상태가 유지되므로 열가소성 캐리어가 성형되는 몰드에서 자동적으로 정확한 위치에 놓인다는 점이다. 다른 중요한 이점은 몰드이형제가 몰드면에 이미 도포되어 있는 경우에 있어서도 스킨이 몰드면에 어느 정도 점착되어 있으므로 열가소성 물질이 여러 주입게이트를 통하여 주입될 때 캐리어를 형성하는 몰드에서 연신 또는 신장되지 않을 것이다. 즉 기포가 형성될 위험이 없다.
본 발명은 또한 특히 본 발명에 따른 방법에 의하여 제조되고 예비성형된 스킨과 상기 스킨층의 배면에 용융상태에서 성형되는 열가소성 물질의 캐리어 구성되는 다층 합성물질 성형물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 합성물질 성형물은 성형된 스킨이 열경화성 합성물질, 특히 폴리우레탄물질임을 특징으로 한다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도면에서 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 동일한 부호로 표시하였다.
본 발명은 예비성형된 탄성중합체 성형스킨과 열가소성 물질의 성형캐리어로 구성되는 다층 합성물질 성형물을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 다층 합성물질 성형물, 특히 자기지지형(self supporting) 트림성형물은 대쉬보드, 도어판넬, 콘솔, 글로브박스 등 차량 인테리어부품으로서 사용된다.
본 발명에 따른 방법에 있어서 예비성형된 스킨이 몰드에 공급되고, 캐리어를 이루는 열가소성물질이 몰드 스킨의 배면에 용융상태로 공급되며 이후 경화되어 완성된 성형물을 몰드로부터 분리시킨다.
열가소성 캐리어를 성형하기 위하여 몰드에 예비성형된 스킨을 공급하는 것은 두가지 방법으로 수행된다. 먼저 캐리어를 성형하기 위한 몰드에 이미 배치되어 있거나 성형된 스킨과 함께 이송되는 몰드면에 대하여 스킨을 성형할 수 있다(도 1 참조). 다른 한편으로, 스킨은 제 1 몰드면에 대하여 성형되고 이어서 이러한 제 1 몰드면으로부터 캐리어의 제조를 위한 몰드로 이송될 수 있다(도 2 - 도 4 참조).
몰드에서 용융상태로 열가소성 캐리어를 성형할 때, 스킨층은 어느 정도의 열과 압력을 받는다. 이러한 열과 압력에 의하여 스킨에 나타나는 외관결함을 방지하거나 줄이기 위하여 열경화성 물질, 특히 폴리우레탄물질로 스킨을 제조하는 본 발명에 따른 방법이 이용된다.
"열경화성 물질" 이라는 용어는 열가소성 물질에 대응하여 그 성형물을 제조하기 위하여 이를 용융상태로 주입 또는 주입할 수 있는 정도로 용융될 수 없는 물질을 의미한다. 그러나, 이는 그 성형물의 표면재질을 충분히 변화시킬 수 있을 정도로 용융될 수 없다는 것을 의미하지는 않는다. 일반적으로 어떠한 "열경화성 물질" 을 성형할 때 이들은 추가화학반응, 즉 응고를 위한 경화가 요구된다.
열경화성, 특히 탄성중합체 폴리우레탄 스킨을 성형하기 위하여서는 다른 기술이 이용될 수 있다. 예를 들어 스킨은 RIM(반응사출성형) 방법으로 제조될 수 있다. 이러한 방법에 있어서, 둘 이상의 반응성분, 특히 폴리올과 이소시안산염 성분이 밀폐된 몰드에 주입되며, 반응혼합물이 경화되어 폴리우레탄 스킨을 생성토록 한다. 다른 한편으로, 스킨은 또한 특허문헌 EP-B-0 303 305 에 기술된 바와 같은 스프레이 기술에 의하여 몰드면에 성형될 수 있다. RIM 또는 스프레이 기술에 의하여 스킨을 제조하기 위한 적당한 반응혼합물이 특허문헌 EP-B-0 379 246 에 기술되어 있다. 이 특허문헌에 기술된 반응혼합물은 지방족 폴리이소시안산염을 주성분으로 하는 광안정 PU 반응혼합물이다. 비록 이러한 지방족 폴리이소시안산염이 좋기는 하나 스킨을 제조하기 위하여 방향족 이소시안산염을 사용할 수도 있다. 이와 같은 경우에 스킨은 이를 광선으로부터 보호하기 위하여 페인트로 피복되는 것이 좋다. 또한, 열경화성 스킨이 분말 또는 액체 슬러쉬 성형방법에 따라 제조될 수 있으며 이러한 방법에서 몰드가 가열되어 물질의 최종반응, 즉 경화가 이루어질 수 있다. 상기의 모든 성형방법은 스킨 입자의 크기가 0.5 mm 정도로 작을 경우에도 가능하며 예리한 엣지의 경우에도 스킨에는 어떠한 결함조직도 발생되지 않는 반면, 통상적인 열성형 스킨의 경우에 있어서는 곡률반경이 2 mm 만 되어도 문제가 된다.
열가소성 경질 캐리어는 특히 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 아크릴니트릴-부타디엔-스티롤(ABS), ABS 혼합물, 아크릴에스테르-스티롤-아크릴니트릴(ASA), 폴리스티롤(PS), 열가소성 폴리우레탄(TPU) 또는 그 혼합물 또는 다른 열가소성 물질과 이들 성분의 혼합물을 포함하는 경질 지지체(support)를 제공하기에 적합한 기존의 여러 열가소성 물질로 제조될 수 있다. 본 발명에 따라서는 PC, ABS 및 ABS 혼합물과 특히 ABS 및 ABS 혼합물, 특히 PC/ABS 및 ABS/PA(폴리아미드)가 좋다. ABS 및 ABS 혼합물의 경우, 이는 다른 프라이머, 접착제, 점착제 등을 사용함이 없이 PU 스킨과 캐리어사이에서 직접양호한 접착이 이루어지는 것으로 확인되었다. 그러나, 캐리어가 예를 들어 PP 로 제조되는 경우에 스킨과 캐리어사이에 도포되는 적당한 프라이머 또는 접착제층을 이용하여 필요한 접착이 이루어질 수 있도록 할 수 있다. 이러한 접착제층은 특허문헌 EP-A-0 711 658 에 기술되어 있다. 화학적인 접착에 부가하여 기계적인 고정이 이루어질 수 있도록 하는 것도 가능하다. 예를 들어 열가소성 캐리어를 성형하기 전에 스킨의 배면에 대하여 발포보강층을 제공할 수도 있다. 이와 같은 방법으로 캐리어의 용융물질은 부분적으로 발포층에 스며들어 기계적인 고정효과를 얻을 수 있다.
스킨과 캐리어사이의 접착력을 향상시킬 수 있는 다른 방법으로서는 열가소성 캐리어 물질의 작은 입자 또는 섬유를 스킨을 제조하기 위한 반응혼합물에 혼합하는 것이 있다. 다수의 이들 입자 또는 섬유는 스킨과 캐리어 사이의 경계면에 배치되어 이들 두 층사이에 필요한 접착력을 제공할 것이다. 스킨에 결합되는 입자는 예를 들어 5 - 1500 ㎛, 특히 20 - 300 ㎛ 의 직경을 갖는 반면에 길이는 적어도 4 mm, 적절하게는 12 - 100 mm 의 길이를 갖는 것이 좋다.
이러한 기술은 특히 PU 스킨에 PP 캐리어, 또는 열가소성 중간발포층을 접착하는데 적합하다.
이제, 다층 합성물질 성형물을 제조하는 기술에 대하여 도면을 참조하여 설명키로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 제 1 실시예를 개략적으로 보인 것이다.
수평으로 배열된 제 1 몰드(2)의 몰드면(1)에 스프레이건(4)으로 합성물질 성형물의 스킨(5)을 형성하는 폴리우레탄 탄성중합체 층이 스프레이되어 도층된다. 이는 유럽특허 제 0 303 305 호에 설명된 기술에 따라서 수행될 수 있다.
제 2 단계에서, 폴리우레탄 발포층(6)을 얻기 위해 반응혼합물을 스킨(5)이 어느 정도 점성을 갖고 있을 때 폴리우레탄 스킨(5)의 배면에 제 2 스프레이건(7)으로 스프레이한다.
제 3 단계에서, 제 1 몰드(2)가 사출압력몰드로 이송되고 여기에서 제 1 몰드(2)는 수직으로 배열되어 몰드캐비티를 형성토록 제 2 몰드(3)와 결합된다. 몰드(2)(3)가 부분적으로 밀폐되고 경질의 합성물질 캐리어(8)를 얻기 위한 적당한 열가소성 물질이 하나 이상의 주입구(9)를 통하여 압력을 받아 몰드캐비티에 주입된다. 이어서, 전체 몰드캐비티에 균일하게 열가소성 물질이 분배되도록 몰드(2)(3)가 완전히 밀폐된다.
폴리우레탄 스킨(5)을 제조하기 위하여, 광안정 착색 폴리우레탄 반응혼합물이 제 1 실시예에서 도 1 에서 보인 바와 같이 몰드면(1)에 대하여 스프레이된다. 이러한 반응혼합물은 유럽특허 제 0 379 246 호에 기술되어 있다. 이들 광안정 반응혼합물은 지방족 폴리이소시안산염을 주원료로 하고 있다. 또한 방향족 이소시안산염을 주원료로 한 반응혼합물을 이용할 수 있으나 높은 광안정성에서 지방족 이소시안산염을 이용하는 것이 좋다.
변형실시예에 있어서, 광안정 착색 폴리우레탄 페인트 또는 소위 PU 인몰드 페인트가 먼저 제 1 단계에서 몰드면에 도포된다. 이 페인트는 연속하여 이에 도층되는 탄성중합체층과 함께 폴리우레탄 스킨(5)을 조성한다. 이 실시예에서 탄성중합체 스킨이 이러한 방법에 의해 광선으로부터 보호되므로 탄성중합체층에 대한 방향족 폴리우레탄계의 문제점은 없다.
통상적으로 폴리우레탄 스킨은 몰드면에서 제조되며 몰드면의 표면구조는 특히 스킨이 천연가죽처럼 보일 수 있도록 하는 표면재질을 갖는 다. 이들 스킨(5)의 배면에 도층되는 오픈셀 발포체인 폴리우레탄 발포체층(6)은 부드러운 감촉을 제공한다. 폴리우레탄 발포체층(6)을 얻기 위한 반응혼합물은 반유연성 폴리우레탄 발포체을 얻는 방법으로 조성되는 것이 좋다. 특히 반응혼합물에서 소위 가교제(crosslinker)의 양은 이 점에 관하여 매우 중요하다. 특정 실시예에 있어서, 이 반응혼합물에서 발포제로서 물이 사용될 수 있다. 폴리이소시안산염 성분은 예를 들어 MDI 을 원료로한다.
적절한 실시예로서, 두께가 0.1 - 30 mm, 적절하게는 2 - 3 mm 인 연속기포 폴리우레탄 발포층(6)이 도층된다. 가능한 한 천연가죽의 감촉에 근접하도록 하기 위하여, 이러한 발포층(6)은 두께가 0.1 - 10 mm, 좋기로는 0.5 - 1.5 mm 인 폴리우레탄 스킨(5)과 조합된다. 실제로 발포체층(6)을 형성하지 않고 요구되는 부드러운 감촉효과를 주기 위하여 외부 탄성중합체 스킨층보다 연질인 탄성중합체 층으로 발포체층(6)을 대신할 수 있다. 또한 발포체층은 사전에 준비되어 스킨층의 배면에 접착될 수 있다. 또한 RIM 기술 또는 액체나 분말 슬러쉬성형 기술과 같은 기술이 열경화성 스킨층에 대하여 소프트 또는 발포체층을 제공토록 사용될 수 있다. 외부 스킨층과는 대조적으로, 본 발명에 따른 이들 발포체층은 열가소성 물질로 형성된다. 이는 열가소성 캐리어가 특히 캐리어가 PP 또는 다른 올레핀으로 구성되는 경우 PU 층에 대한 것 보다 이러한 열가소성 발포체층에 더 강하게 접착되는 잇점을 갖는다.
배면 또는 내측면에 트림부분을 완성하기 위하여 스킨층은 제 1 단계에서 제 2 몰드(3)의 몰드면에 도층될 수 있다.
제 1 실시예에서, 폴리우레탄 페인트가 탄성중합체 스킨층과 다른 폴리우레탄 발포체층의 형성후 또는 별도로 몰드면(10)에 대하여 스프레이된다. 후자의 경우에 있어서, 가죽과 같은 코팅이 배면에 형성될 수 있다.
폴리우레탄 페인트층과 탄성중합체 층을 조합하는 대신에, 물론 특히 광안정 폴리우레탄 스킨층과 같은 탄성중합체 스킨층을 이용하는 것이 가능하다.
스킨의 배면에 열가소성 캐리어를 성형하기 위하여 다른 성형기술이 이용될 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 캐리어의 열가소성 물질은 몰드(2)(3)가 부분적으로만 밀폐되었을 때, 몰드에 주입될 수 있다. 그리고, 몰드(2)(3)는 열가소성 물질이 몰드에 주입될 때 또는 주입이 완료될 때 밀폐된다. 이 실시예에서, 캐리어는 소위 사출압력성형 방법에 따라 제조될 수 있다. 열가소성 물질을 주입할 때 몰드는 약 1 - 30 mm 정도 분리되어 있거나 또는 완전히 개방되어 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 몰드는 열가소성 물질의 주입시 10 mm 이하로 분리되어 있는 것이 좋다. 이러한 기술의 중요한 잇점은 용융물질이 주입되는 큰 압력이 직접 스킨 물질에 작용하지 않고 이러한 압력이 몰드 캐비티의 측방향으로 방출될 수 있어 압력이 현저히 감소된다.
이와 같이 함으로써 주입 압력은 스킨특성에 전혀 영향을 주지 않고, 몰드(2)(3)를 밀폐할 때 가하여지는 압력이 중요한 요인이 되고 몰드가 밀폐되는 시간이 또한 중요한 것으로 확인되었다. 용융 열가소성 물질에 가하여지는 압력은 몰드가 15 초 이내 적절하게는 2 - 6 초 이내의 짧은 시간동안 밀폐될 때 1 - 350 kg/㎡, 적절하게는 10 - 80 kg/㎡ 이다. 열가소성 물질의 주입후 제 1 단계에서, 몰드는 제 2 단계에서 다른 물질이 이미 점성을 가지고 몰드가 느리게 밀폐되어 몰드에 높은 압력이 작용하는 것을 방지하여야하므로 가능한 한 신속히 밀폐되는 것이 좋다. 상기 제한범위내에서 압력을 유지하기 위하여 몰드가 밀폐되는 힘이 조절되도록 한다. 또한 압력은 두꺼운 캐리어를 제조하고 보다 많은 주입구를 이용하여 줄일 수 있으므로 몰드가 밀폐될 때 전체 스킨층에 용융물질이 분포될 수 있도록 낮은 압력이 가하여져야 한다. 끝으로, 열가소성 물질의 화학조성은 용융물질의 점도를 낮추도록 함으로서 이러한 물질을 전체 스킨층에 분포시키는데 요구되는 압력을 낮출 수 있도록 선택될 수 있다.
이용될 수 있는 다른 기술은 저압성형기술이다. 저압성형방법에 있어서, 용융 열가소성 물질이 몰드가 개방되어 있는 동안에 슬라이스 형태로 압력몰드내에 배치된다. 사출압력성형몰드 또는 이후 설명되는 사출성형기술과는 대조적으로, 몰드가 일측 몰드 반부분이 타측의 상부에 배치되게 배열되어 몰드가 수직운동에 따라서 개폐된다. 열가소성 물질은 스킨층의 배면 또는 반대측 몰드 반부분에 배치될 수 있다. 후자의 실시형태는 스킨에 대한 열효과가 적은 잇점을 준다. 열가소성 물질은 하측 몰드 반부분에 배치되는 반면에 스킨은 상측 몰드 반부분의 표면에 배열된다. 열가소성 물질을 배치한 후에 몰드는 밀폐되어 열가소성 물질이 스킨의 배면에 확산될 수 있도록 압력이 용융 열가소성 물질에 가하여진다. 이 실시예에 있어서도, 사출압력성형기술에 대하여 상기 언급된 바와 같은 동일한 압력과 밀폐시간이 스킨층상에 용융 열가소성 물질을 분포시키는데 요구된 압력을 줄이기 위한 다른 조건과 함께 적용될 수 있다. 이 실시예에서, 증가된 주입구의 수는 용융물질의 비드가 몰드에 배치될 때 얇은 슬라이스를 이용하여 용융물질의 양호한 초기확산이 이루어질 수 있도록 한다.
열가소성 캐리어를 성형하기 위하여 이용될 수 있는 제 3 의 기술 은 소위 사출성형기술이다. 이 기술에 있어서, 열가소성 물질은 몰드가 밀폐된 후 사출몰드에 용융상태로 주입된다. 이 실시예에서 스킨층에는 높은 압력과 온도가 가하여지나 이 경우에 있어서도 이들 압력과 온도는 스킨이 열화되는 한계이하로 유지될 수 있다. 스킨이 다른 몰드면으로 이송되지 않는 경우 스킨층의 표면재질이 손상되는 경우는 없다.
그러나 일부의 경우에 있어서, 특히 언더컷트를 갖는 성형물의 경우, 일측 몰드에서 스킨을 얻고 이를 다른 몰드로 이송하여 열가소성 캐리어를 얻도록 하는 것이 필요한 것으로 확인되었다. 입자상 스킨이 제조되어야 하는 경우, 스킨이 성형되는 몰드면에 입자상 조직이 제공되는 공정에 처음의 두 기술, 즉 사출압력성형기술에 저압성형기술이 이용되는 것이 좋으며, 캐리어가 성형되는 몰드면은 어떠한 표면재질도 없는 것이 좋다. 이와 같이 함으로서, 스킨의 표면에는 입자상의 조직이 나타나지 않는다.
사출성형방법에 있어서, 본래의 스킨조직이 사출몰드에서 손상되기 쉽다. 이 경우에 있어서, 스킨은 먼저 아무런 표면재질없이 제조되는 것이 좋다. 표면재질을 원할 경우, 표면재질은 캐리어가 요구된 조직을 갖는 사출몰드에 의해서 사출성형되는 몰드에서 얻을 수 있다. 스킨이 열경화성 물질로 제조된다는 사실에도 불구하고 몰드면의 조직이 스킨에 충분한 압력과 열을 가함으로서 스킨에 전사될 수 있음이 확인되었다. 이를 위하여 특히 사출성형방법이 적합하다. 주입된 용융물질이 부분적으로 너무 높은 압력에서 스킨층에 가하여지는 경우, 이 실시예에서는 다수의 주입구를 이용할 수 있다. 더욱이, 이 실시예에서 스킨층이 배치되는 몰드부분에 형성된 주입구를 통하여 열가소성 물질을 주입하는 것이 유리한 것으로 나타났다. 이와 같이 함으로서 열가소성 물질이 반대측 몰드부분에 주입되고 스킨층에는 직접적으로 영향을 주지 않는다.
본 발명의 방법에 따라 제조된 성형물은 실제 시중에서 거래되는 부품으로 만들어질 수 있고 성형된 PU 스킨과 성형캐리어로 구성되며 이들은 스킨과 캐리어사이에 PU 발포층을 성형하여 서로 고정될 수 있다. 실제로, 열가소성 캐리어가 직접 탄성중합체 스킨층이나 중간발포층에 성형될 수 있으므로 몰드면에 성형되는 배면에 비하여 스킨을 향하는 면이 매우 거친 면을 갖게 된다.
실시예 1
이 실시예에 따른 방법은 특히 10 d㎡ 의 표면을 갖는 도어(door) 트림을 제조하는데 적합하다. 이러한 도어 트림의 모델은 언더컷트를 포함하고 있지 않으므로 도 1 에서 보인 바와 같은 단 한조의 두 몰드가 전체 공정에 사용될 수 있다. 몰드(2)는 가죽조직을 가진 갈바노플레이트로 형성된다.
준비단계에서, 몰드(2)은 Acmosil 180 SFC(Acmos) 또는 Aquathan 61 - 360(Block Chemie)와 같은 몰드 이형제로 처리한다.
몰드(2)에서 폴리우레탄 스킨(5)이 스프레이건(4)에 의하여 형성된다. 이러한 스킨(5)을 성형하기 위하여 착색 광안정 마이크로셀룰러 탄성중합체 스킨을 얻도록 하는 Colofast Spray 시스템 (Recticel 상표)을 사용하였다. 이 시스템의 제 1 성분, 즉 Isofast 3430 A(Recticel)이 3.67 g/sec 의 유속으로 공급한 반면에, 제 2 성분, 즉 Polyfast 3530 A(Recticel)은 6.33 g/sec 의 유속으로 공급한다. 따라서 전체 유속은 10.0 g/sec 이다. 조절된 스프레이 시간은 10 sec 이었다. 이와 같은 방법으로 약 1 mm 두께의 폴리우레탄 스킨(5)을 얻었다.
반응직후, 약 2 mm 의 반유연성 오픈셀 폴리우레탄 발포층(6)을 제 2 의 스프레이건(7)을 이용하여 폴리우레탄 스킨(5)의 상면에 도층하였다. 이러한 발포층(6)을 얻기 위하여 다음의 수발포 MDI 계를 사용하였다.
폴리올성분
Speflex NM 805(Dow) 100
Butanediol 1,4(Huls) 3
물 0.9
Dabco 33Lv(Air Produts) 1.0
Fomrez UL28(Witco) 0.05
총 104.95
이소시안산염성분 : Suprasec VM12(I.C.I) 24.12
이소시안산염 인덱스 : 60
폴리올성분의 유량 : 4.88 g/sec
이소시안산염성분의 유량 : 1.12 g/sec
전체 유량 : 6.00 g/sec
조절된 스프레이시간 10 초 후, 스프레이건(7)으로 이러한 건을 향하는 면에 천연 스킨이 구비된 얇은 층의 반유연성 오픈셀 발포체를 얻었으며 전체 두께는 ± 2 mm 이고 전체적인 밀도는 ± 450 그람/리터이었다.
로봇프로그램을 조정하여 반유연성 층의 두께는 경우에 따라서 달라질 수 있다. 이러한 얇은 발포층은 탄성중합체 "Colofast" 스킨, 소위 천연가죽에 비견되는 부드러운 촉감을 제공한다.
몰드(2)에서 스킨(5)과 발포층(6)을 제조한 후에, 이 몰드(2)를 사출압력몰드로 이송시켜 여기에서 경질 캐리어(8)를 제조하기 위한 몰드 캐비티를 구성하는 제 2 몰드(3)와 결합시킨다. 캐리어(8)를 성형하기 위한 열가소성 물질을 주입하기 전에 몰드(2)(3)는 부분적으로 밀폐되어 두 몰드 사이의 간격이 8 mm 정도로 떨어져 있게 한다. ABS/PC 혼합물이 4 개의 주입구(9)를 통하여 몰드(2)(3)로 주입된다. 이 ABS/PC 혼합물은 Bayblend T64(Bayer)로 이루어지며 260 ℃ 의 온도로 가열되는 반면에 몰드는 30 ℃ 의 온도로 가열된다. ABS/PC 혼합물은 4 초의 시간동안 주입되고 약 70 - 90 바아의 압력으로 몰드 캐비티에 주입한다. 열가소성 물질을 주입한 후, 몰드(2)(3)를 즉시 2 초의 밀폐시간에 일정한 속도로 밀폐시킨다. 이어서, 10 바아의 배압이 5 초동안 유지하고 그 후 압력을 제거한다. 35 초의 냉각시간이 지난 후, 제조된 성형물을 탈형한다. 이와 같이 하여 얻은 다층 성형물은 평균 두께가 약 6 mm 이다. 스킨층(5)의 외면에 사출압력성형단계에 의한 외관결함은 없다. 경질 캐리어에 대한 스킨과 발포층의 접착상태는 별도의 접착제나 프라이머를 사용하지 않고도 양호하다.
실시예 2
이 실시예는 "Colofast" 폴리우레탄 스킨이 2 - 성분 방향족 마이크로셀룰러 탄성중합체계에 의한 소위 폴리우레탄 몰드내의 페인트로 대체된 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일하다.
이 경우에 있어서, 몰드내의 페인트는 광안정 2 - 성분 PU 계, 특히 ISL Chemie 의 이소탄 - I MP - 2 K - Klarlck ME 170 이다.
예를 들어 Mc. Pherson Industrial Coatings의 Rimbond 200 과 같은 일부 몰드내의 페인트는 자기분리특성을 가지므로 몰드(2)에서 몰드 이형제의 양이 감소되거나 사용되지 않을 수 있다. 몰드내의 페인트필름의 두께는 ± 20 μ 이었다.
약 30 sec 가 소요되는 용제의 증발후, 제 2 층 즉, PU 탄성중합체가 2 - 성분 스프레이건에 의하여 도포되었다. 이 용제가 없는 탄성중합체계의 구성은 다음과 같다.
1. 폴리올 - 성분
폴리에테르트리올 : 글리세린 - IOH inde 28 에 폴리프로필렌
에틸렌 옥사이드의 농축액 - 1 차함량
OH groeps 85% 90
Dabco 33 Lv(Air Products) 2.25
Butanediol(Huls) 7.9
칼라 페이 스트 5
105.15
25 ℃ in mPa.s 에서 점도 1060
45 ℃ in mPa.s 에서 점도 320
2. ISO - 성분
이소시안산염 RMA 200(Dow) 43.5
25 ℃ in mPa.s 에서 점도 620
45 ℃ in mPa.s 에서 점도 126
이 시스템은 방향족 이소시안산염을 주성분으로 하여 광안정성이 없고 무색이다. 이러한 단점은 사전에 도포한 PU 몰드내의 페인트에 의하여 보완되는 바, 이와 같이 함으로서 광안정의 착색된 100 % PU 스킨을 얻는다. 또한 이 경우에 있어서, 스킨의 외면에 사출압력단계에 의한 외관결함은 나타나지 않는다.
실시예 3
스킨(5)의 배면에 발포층(6)을 스프레이함이 없이 실시예 1 을 반복한다. 캐리어(8)의 열가소성 물질로서 Stapron CM404(DSM)을 사용한다. 이 물질을 몰드 캐비티의 입구에서 약 80 바아의 사출압력으로 270 ℃ 에서 주입시킨다. 다른 파라메타는 실시예 1 과 동일하다. 전체 성형싸이클은 55 초로 하였다. 또한 이 실시예에서, 다층 성형물은 스킨층의 외면에 외관결함을 보이지 않았으며 스킨층이 달리 접착제나 프라이머를 사용하지 않고도 캐리어에 강력히 접착되었다.
실시예 4
이 실시예에서는 폴리우레탄 스킨(5), 반경질 폴리우레탄 발포층(6)과 경질 캐리어(8)로 구성되는 도어 트림을 제조한다. 여러 단계가 도 2 - 도 7 에 도시되어 있다.
도 2 에서 보인 제 1 단계에서, 폴리우레탄 스킨(5) (약 1 mm)을 몰드(11)(12)중에서 하나의 몰드(11)에 스프레이건(4)으로 스프레이하여 실시예 1 과 같은 동일한 방법과 동일한 물질로 성형한다. 이 몰드(11)에는 가죽조직이 형성되어 있다. 제 2 단계에서, 반경질 발포체가 개방몰드에서 2 - 성분 혼합기(도시하지 않았음)에 의하여 스킨(5)의 배면에 도포되고(도 3 참조) 몰드가 밀폐되어 약 4 mm 두께의 발포층(6)이 형성되었다(도 4 참조). 발포체는 폴리올성분으로서 100 부의 Bayfil VP PU 0811D(Bayer)와 이소시안산염 성분으로서 36 부의 Desmodur 44 V20LF(Bayer)로 이루어진 폴리우레탄 발포체이다. 이들 성분을 온도가 25 ℃ 를 이루도록 하여 전체 유속이 150 g/sec 되도록 혼합기를 통과시킨다. 발포체의 경화시간은 250 초이다.
도 5 에서 보인 제 3 단계에서, PU 스킨(5)과 PU 발포층(6)의 라미네이트가 저압몰드(2)(3)로 이송되고 특히 상측 몰드(2)에 배치된다. 이 상측 몰드(2)에는 성형물에 언더컷트를 형성하는 필수의 슬라이드(13)가 구비되어있다. 몰드(2)에 대하여 스킨을 정확히 배치하기 위하여 이 몰드(2)에는 진공소오스에 연결된 진공채널(14)을 구비한다. 더욱이, 몰드(2)에 고정된 롯드(16)와 이 롯드(16) 상에서 활동가능하게 착설되고 클램프(18)를 재가하는 프레임(17)으로 구성되는 클램핑 프레임(15)이 설치된다. 이들 클램프(18)는 도 6 에서 보인 바와 같이 상측 몰드(2)에 대하여 발포층(6)이 구비되지 않은 라미네이트(5,6)의 변부부분(19)을 고정하는데 사용된다.
도 6 에서 보인 제 4 단계에서, ABS/PC (Bayer 의 Bayblend T44)의 슬라이스(20)가 하측 몰드(3)에 배치되고, 제 5 단계에서, 몰드(2)(3)가 밀밀폐된다(도 7 참조). 이러한 제 5 단계에서, 열가소성 물질의 슬라이스가 이에 가하여지는 압력에 의하여 몰드 캐비티내에 균일하게 확산된다. 열가소성 ABS/PC 물질을 폭이 10 cm 인 슬라이스에 260 ℃ 의 온도에서 배치시킨다. 프레스로 밀폐하여 다음의 3 단계가 수행된다.
- 몰드(2)(3)가 8 mm 떨어질 때까지 전속력으로 프레스하고,
- 몰드가 8 mm 에서 7 mm 떨어질 때까지 10 mm/sec 속도로 프레스하고,
- 몰드가 7 mm 떨어진 상태에서 완전 밀폐될때까지는 3mm/sec 속도로 프레스하며,
몰드를 완전히 밀폐한 후, 연속하여 다음의 배압을 유지시킨다.
- 2 sec 동안 70 톤.
- 3 sec 동안 50 톤.
- 5 sec 동안 30 톤.
이후 50 초의 냉각단계중에는 몰드에 어떠한 압력도 가하지 않는다.
이 실시예에서 제조된 다층 성형물은 전체 표면적이 14 d㎡ 를 이룬다. 스킨층의 외면에 외관결함은 나타나지 않으며 층사이에 양호한 접착력을 나타낸다.
실시예 5
스킨(5)의 배면과 경질 캐리어(8)사이에 발포층(6)이 없이 실시예 4 를 반복한다. 이 실시예에서도 마찬가지로 스킨층이 절연 발포층에 의하여 주입된 열가소성 물질로부터 보호되지 않고 스킨층이 표면재질을 갖지 않은 압력몰드로 이송되었음에도 불구하고 스킨층 외면의 가죽조직에 외관결함이 나타나지 않았다. 더욱이, 폴리우레탄 스킨층과 ABS/PC 열가소성 합성물질 캐리어사이에 강한 접착력을 나타낸다.
이상의 설명으로부터, 본 발명은 상기 언급된 실시형태에 제한되지 않고 본 발명의 범위내에서 다양한 수정이 있을 수 있음이 명백하다 할 것이다. 특히, 보강섬유와 같은 다른 물질이 여러 층에 혼합되거나 부가적인 보강층, 특히 스킨층과 경질 캐리어사이에 놓이는 유리섬유층과 같은 보강층을 부가하는 것도 고려할 수 있다.

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 예비성형된 탄성중합체 스킨과 열가소성 물질로 성형된 캐리어를 가진 다층 합성물질 성형물의 제조방법에 있어서, 예비성형된 탄성중합체 스킨을 성형하는 단계와 캐리어용의 열가소성 물질을 용융상태로 성형된 스킨의 배면에 성형하는 단계를 포함하고, 성형된 스킨은 열경화성 합성물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 합성물질 성형물의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 열경화성 합성물질이 폴리우레탄 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 예비성형된 스킨이 스프레이, RIM 또는 슬러쉬성형방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 캐리어의 열가소성 물질은, 열가소성 물질이 용융상태로 몰드내에 주입되기 전에는 몰드가 부분적으로만 밀폐되고, 이후 열가소성 물질의 주입중 또는 주입후에는 완전 밀폐되어 압력이 몰드를 통하여 용융된 열가소성 물질에 가하여지는 사출압력성형공정에 의해서 스킨의 배면에 성형되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 캐리어의 열가소성 물질이, 몰드의 밀폐전에는 열가소성 물질이 몰드내에서 용융상태로 놓이고, 이러한 열가소성 물질을 공급한 후에는 몰드가 완전 밀폐되어 압력이 몰드를 통하여 용융된 열가소성 물질에 가하여지는 저압성형공정에 의해서 스킨의 배면에 성형되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 몰드에 열가소성 물질이 공급된 후에 이 몰드가 밀폐되어, 용융 열가소성 물질에 가하여지는 압력이 1 - 350 kg/㎡ 를 이루는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 몰드가 15 초 이내의 짧은 시간동안 밀폐되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 캐리어의 열가소성 물질이 사출성형방법에 의해서 스킨의 배면에 성형되고 열가소성 물질이 몰드가 밀폐된 후에 용융상태로 주입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 내지 5 항, 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 캐리어의 열가소성 물질을 스킨의 배면에 성형하기 전에, 연질의 발포층이 스킨의 배면에 도층되고 이 발포층은 폴리우레탄 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 발포층이 스킨에 스프레이되거나 RIM 방법에 의해서 몰드에 도층되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 내지 5 항, 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 스킨이 열가소성 캐리어가 성형되는 몰드내에 배치되거나 스킨을 성형한 후 이에 이송되는 몰드면을 향하여 성형되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 내지 5 항, 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 스킨이 제 1 몰드면을 향하여 성형되고 이 제 1 몰드면으로부터 열가소성 캐리어가 성형되는 몰드의 몰드면으로 이송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 제 1 몰드면이 입자상 스킨을 얻을 수 있도록 표면재질을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 성형된 스킨이 이송되는 몰드의 몰드면에 표면재질(texture)이 없는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 성형된 스킨이 이송되는 몰드의 몰드면이 열가소성 캐리어의 성형중에 가하여진 압력과 온도의 결과로서 입자상 스킨을 제조하도록 스킨에 전사되는 표면재질을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서, 캐리어를 형성하는 열가소성 물질이 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 아크릴니트릴 - 부타디엔 - 스티롤(ABS), ABS 혼합물, 아크릴에스테르 - 스티롤 - 아크릴니트릴(ASA), 폴리스티롤(PS), 열가소성 폴리우레탄(TPU)으로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  17. 적어도 하나의 예비성형된 탄성중합체 스킨과 스킨의 배면에 성형되는 열가소성 물질의 성형된 캐리어를 가진 다층 합성물질 성형물에 있어서, 스킨이 열경화성 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 다층 합성물질 성형물.
  18. 제 17 항에 있어서, 스킨과 캐리어사이에 스킨보다 연질인 발포보강층과 같은 층이 구성되어 있고, 캐리어가 스킨과 폴리우레탄 물질로 된 연질층으로 구성되는 라미네이트의 배면에 성형된 것을 특징으로 하는 합성물질 성형물.
  19. 제 17 항에 있어서, 열경화성 물질이 폴리우레탄 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 합성물질 성형물.
  20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 열가소성의 캐리어가 스킨을 향하는 면에 거친 면을 가진 것을 특징으로 하는 합성물질 성형물.
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