KR100631336B1 - 성형물의 공동성 기포 제거방법 - Google Patents

Abstract

성형물이 제작되는 주 금형부와 연결되게 보조 금형부을 구비하고, 주 금형부와 보조 금형부의 냉각시간을 조절하여 보조 금형부 내의 용융물질이 주 금형부 측으로 거동하게 함으로써, 두께가 두껍거나 두께의 차등이 심한 성형물의 중심부에 형성되는 공동성(空洞性) 기포의 발생 및 두께가 얇은 성형물의 싱크 마크의 발생을 방지할 수 있어, 제작된 성형물의 기계적인 강성 및 신뢰성을 높일 수 있는 성형물의 공동성 기포 제거방법이 개시되어 있다. 본 발명에 따른 성형물의 공동성 기포 제거방법은 성형하고자 하는 성형물이 제작되는 주 금형부와 주 금형부과 연결되는 보조 금형부를 제작하고, 주 금형부 및 보조 금형부 측으로 용융수지를 투입한 후, 보조 금형부의 냉각을 지연시키면서 주 금형부를 냉각시킬 때 주 금형부 내의 용융수지가 고형화되는 시점에서 보조 금형부를 주 금형부와 같은 조건 하에서 냉각시키면서 보조 금형부의 끝단에 해당하는 성형물의 표피를 천공하여 대기압에 의해서 보조 금형부 내의 용융수지가 주 금형부의 공동성 기포가 발생하는 측으로 쉽게 거동되게 한다.

Description

성형물의 공동성 기포 제거방법{The method of void free for molding product}

본 발명은 성형물의 공동성 기포 제거방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 성형물이 제작되는 주 금형부와 연결되게 보조 금형부를 구비하고, 주 금형부와 보조 금형부의 냉각시간을 조절하여 보조 금형부 내의 용융물질이 주 금형부 측으로 거동하게 함으로써, 두께가 두껍거나 두께의 차등이 심한 성형물의 중심부에 형성되는 공동성 기포의 발생 및 두께가 얇은 성형물의 싱크 마크의 발생을 방지할 수 있어 제작된 성형물의 기계적인 강성 및 신뢰성을 높일 수 있는 성형물의 공동성 기포 제거방법에 관한 것이다.

일반적으로, 제품을 성형하고자 할 때, 두께가 두꺼운 성형물, 또는 두께의 차등이 심한 성형물을 성형 하면, 두께가 두꺼운 성형물은 두께의 중심부위 또는 두께의 차등이 심한 성형물은 가장 두꺼워서 늦게 냉각되는 위치에서 공동성 기포(空氣가 아닌)가 발생한다.

공동성 기포의 발생 원인으로는, 열로 용융물질(이하; 수지(樹脂)라 함)을 용융하게 되면 수지는 부피가 팽창하게 된다. 즉 비용적(比容積)이 커진다. 냉각과 정에서 냉각되는 순서는 성형물의 외부부터 냉각이 시작되어 내부로 냉각이 되어간다. 따라서 내부의 온도는 항상 외부보다 항상 높을 수 밖에 없다. 그러므로 외부 표면은 냉각되어 고형화가 되더라도 내부의 중심부는 고형화가 되지 않고 유동성을 유지하고 있는 상태에서 내부는 성형 시 작용시킨 내부 압력이 비용적 저하로 인하여 부피 수축을 보상하지 못하게 되어 상대 압력이 점점 떨어지고, 궁극적으로 음압(마이너스 압력)이 점점 심화되어져서 충진 할 수지가 부족한 결과가 되며, 수지는 점성에 의하여 가장 가까운 부위로 이동하고 나면 그 부위는 공동화가 된다.

특히 이러한 공동화 현상이 두꺼운 성형물에서 나타나고, 얇은 성형물에서는 발생하지 않는 이유는 얇은 성형물의 경우에 사출압과 사출 보압으로 보상이 되기 때문이며, 조금 더 두꺼운 성형물인 경우에는 싱크 마크(Sink mark;표피 주저앉는 현상)로 나타난다. 그러나 내부에 발생한 음압이 싱크 마크로 수축을 일으키지 못할 정도로 두꺼운 성형물인 경우에는 공동성 기포가 생기게 된다.

전술한 문제점을 해결하기 위해서 종래 개시된 성형물의 사출 성형방법으로는 첫째, 얇은 뚜께의 성형물을 연속적으로 적층하는 방법과 둘째, 수지에 발포제와 발포 지연제를 혼입하여 성형하는 방법이 최근에는 널리 사용되고 있는 실정이다.

그런데, 전술한 성형방법 중 첫 번째의 방법으로 제작된 성형물에서는 공동성 기포가 발생하지 않으나 성형물 내부 또는 외부에 적층 경계가 존재하여 적층 경계가 박리되는 문제점이 있었다. 또한 성형물의 두께에 따라서 연속적으로 사출성형이 이루어져야 하기 때문에 사출비가 증가하는 또 다른 문제점이 있었다.

또한, 두 번째 방법인 발포제와 발포 지연제를 혼입 사용하는 방법은 육안(肉眼)으로는 기포가 없는 것처럼 보이나, 큰 기포가 작게 분산된 것으로 기계적 성능이 약한 문제점이 있었다. 또한 발포 지연제의 작용이 부적절하면 불량품이 많이 발생하는 또 다른 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 성형물이 제작되는 주 금형부와 연결되게 보조 금형부를 구비하고, 주 금형부와 보조 금형부의 냉각시간을 조절하여 보조 금형부 내의 용융물질이 주 금형부 측으로 거동하게 함으로써, 두께가 두껍거나 두께의 차등이 심한 성형물의 두께가 두꺼운 측의 중심부에 형성되는 공동성 기포의 발생 및 두께가 얇은 성형물의 싱크 마크의 발생을 방지할 수 있어 제작된 성형물의 기계적인 강성 및 신뢰성을 높일 수 있는 성형물의 공동성(空洞性) 기포 제거방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 본 발명은,

성형하고자 하는 성형물이 제작되는 주 금형부와 주 금형부과 연결되는 보조 금형부를 제작하고, 주 금형부 및 보조 금형부 측으로 용융수지를 투입한 후, 보조 금형부의 냉각을 지연시키면서 주 금형부를 냉각시킬 때 주 금형부 내의 용융수지가 고형화되는 시점에서 보조 금형부를 주 금형부와 같은 조건 하에서 냉각시키면서 보조 금형부의 끝단에 해당하는 성형물의 표피를 천공하여 대기압에 의해서 보조 금형부 내의 용융수지가 주 금형부의 공동성 기포가 발생하는 측으로 쉽게 거동되게 하는 성형물의 공동성 기포 제거방법을 제공한다.

이때, 보조 금형부는 주 금형부의 용융 상태와 냉각 상태의 용적 차이인 비용적 보다 큰 용적을 가진다.

바람직하게는 주 금형부는 통상의 냉각수를 이용하여 강제 냉각시키면서 보조 금형부를 자연적으로 냉각시킨다. 또는 주 금형부를 자연적으로 냉각시키면서 상기 보조 금형부를 통상의 열 공급 장치를 이용하여 가열시킨다, 또는 주 금형부를 통상의 냉각수를 이용하여 강제 냉각시키면서 보조 금형부를 열 공급 장치를 이용하여 가열시킨다.

바람직하게는 보조 금형부의 냉각을 지연시키면서 주 금형부를 냉각시킬 때 주 금형부 내의 용융수지가 고형화(응고)가 진행하여 음압이 발생하기 전에 보조 금형부를 주 금형부와 같은 조건 하에서 냉각시킨 후에 금형에서 성형물을 분리시키고 보조 금형부의 끝단에 해당하는 위치에 성형물의 냉각된 표피를 천공하여 대기압에 의해서 보조 금형부 내의 용융수지가 주 금형부 측으로 거동하여 주 금형부에 해당하는 위치의 성형물에 수지가 충진 되게 한다.

그리고 주 금형부 성형물 및 보조 금형부 성형물의 냉각이 완료되면 주 금형부 성형물 및 보조 금형부 성형물을 분리시킨 후, 보조 금형부에 의해 성형된 부위를 기계적으로 가공 처리하여 원하는 성형물 얻는다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 성형물이 제작되는 주 금형부와 연결되게 보조 금형부를 구비하고, 주 금형부와 보조 금형부의 냉각시간을 조절하여 보조 금형부 내의 용융물질이 주 금형부 측으로 거동하게 함으로써, 두께가 두껍거나 두께의 차등이 심한 성형물의 중심부에 형성되는 공동성 기포의 발생 및 두께가 얇은 성형물의 싱크 마크의 발생을 방지할 수 있어 제작된 성형물의 기계적인 강성 및 신뢰성을 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시에 따른 성형물의 공동성 기포 제거방법에 대해 설명한다.

내부에 공동성 기포가 발생하지 않는 성형물을 성형하기 위해서는, 우선 성형하고자 하는 성형물이 제작되는 주 금형부와, 주 금형부과 연결되는 보조 금형부를 제작하여 준비한다. 보조 금형부는 주 금형부의 일측에 배치한다. 또는 성형물의 중심부에 관통하는 홀(hole) 등이 형성된, 즉 통상의 볼 밸브(ball valve)의 볼(ball)과 같은 성형물에서는 주 금형부의 내부 측에서 외부 측으로 보조 금형부를 배치한다. 바람직하게는 보조 금형부의 용적은 주 금형부가 냉각으로 인한 비용적 저하로 수지의 수축되는 부피와 비교하여 항상 큰 용적을 가지도록 형성한다.

주 금형부와 함께 보조 금형부가 제작되면, 통상의 사출 성형방법에 따라 용융수지를 주 금형부 또는 보조 금형부 중 어느 하나의 금형부 측으로 투입 한다. 바람직하게는 용융수지를 보조 금형부 측으로 투입하는 것이 효과적이다. 이렇게 보조 금형부 측으로 투입된 용융수지는 주 금형부 및 보조 금형부 내에 충진 된다.

전술한 바와 같이 주 금형부 및 보조 금형부에 용융수지의 충진이 완료되면, 주 금형부 및 보조 금형부를 냉각시키는데, 보조 금형부의 냉각을 지연시키면서 주 금형부를 냉각시킨다. 이때, 냉각되는 주 금형부 내의 용융수지는 성형물의 외부에서부터 고형화 되고 내부 중심에는 고형화가 늦어지게 되는데, 충진 된 수지는 가 열할 때 부피가 증가(비용적 만큼)한 부피만큼 냉각이 되면 부피가 수축을 하는데 외형은 이미 고형화가 완료되고 내부는 유동성이 있는 상태(gel 상태)에서 충진 된 수지가 부족한 결과가 되므로 가장 늦게 냉각되는 성형물의 중심부는 음압이 발생한다. 이러한 음압은 금형부에 용융물을 사출할 때 일정 압력을 가하여 사출을 하고 금형부 내부에는 어느 정도의 양압(플러스 압력)이 존재하고 있다가 용융된 수지가 성형물의 외부로부터 냉각이 되므로 성형물 표피는 내부 압력에 변형이 발생하지 않을 정도로 두꺼운 층이 형성된 후에 사출 시 가하여진 압력이 용융 수지가 냉각으로 인하여 수축된 부피에 상응하는 부피 수축이 이루어진 이 후에는 응고되지 않는 수지의 수축되는 부피만큼 부피는 모자라게 되므로 발생하는, 즉 비용적 저하로 인하여 발생하는 주 금형부와 보조 금형부의 내부에는 음압이 증가할 때, 보조 금형부의 냉각을 지연 시키면 주 금형부의 음압보다 보조 금형부의 음압이 낮게 되기 때문에 보조 금형부에 용융수지가 주 금형부 내의 공동성 기포가 발생하는 측으로 거동하여 공동성 기포가 발생하는 내부에 충진된다.

바람직하게는 주 금형부 및 보조 금형부의 냉각은 주 금형부를 통상의 냉각수를 이용하여 강제 냉각시키면서 보조 금형부를 자연적으로 냉각시키거나, 또는 주 금형부를 자연적으로 냉각시키면서 보조 금형부를 통상의 열 공급장치, 예를 들어 통상의 히터를 이용하여 가열시키거나, 또는 주 금형부를 통상의 냉각수를 이용하여 강제 냉각시키면서 보조 금형부를 통상의 히터를 이용하여 가열시킬 수 있다.

한편, 보조 금형부의 냉각을 지연시키면서 주 금형부를 냉각시킬 때 주 금형부 내의 용융수지가 고형화 되는 시점에서 보조 금형부를 주 금형부와 같은 조건 하에서 냉각시키면서 보조 금형부에 끝단에 해당하는 성형물을 천공하는데, 이때 보조 금형부 내의 용융수지는 대기압에 의해서 주 금형부의 공동성 기포가 발생하는 측으로 쉽게 거동 충진 된다.

이와 같이 주 금형부 및 보조 금형부의 냉각이 완료되면, 주 금형부 및 보조 금형부를 분리시킨 후, 보조 금형부에 의해 성형된 부위를 기계적으로 가공 처리하여 원하는 성형물을 얻는다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 성형물이 제작되는 주 금형부과 연결되게 보조 금형부을 구비하여 용융수지를 투입하고, 용융수지가 주 금형부과 보조 금형부의 냉각시간을 조절하여 보조 금형부 내의 용융수지가 주 금형부 측으로 거동하게 함으로써, 두께가 두껍거나 두께의 차등이 심한 성형물의 중심부에 형성되는 공동성 기포의 발생을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 두께가 비교적 얇은 성형물의 싱크 마크의 발생 및 성형물의 후 변형을 방지할 수 있으며, 성형물의 후 변형 및 성형물의 기계적인 강성 및 신뢰성을 높일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 성형하고자 하는 성형물이 제작되는 주 금형부와 상기 주 금형부과 연결되는 보조 금형부를 제작하고, 상기 주 금형부 및 상기 보조 금형부 측으로 용융수지를 투입한 후, 상기 보조 금형부의 냉각을 지연시키면서 상기 주 금형부를 냉각시킬 때 상기 주 금형부 내의 용융수지가 고형화되는 시점에서 상기 보조 금형부를 상기 주 금형부와 같은 조건 하에서 냉각시키면서 상기 보조 금형부의 끝단에 해당하는 성형물의 표피를 천공하여 대기압에 의해서 상기 보조 금형부 내의 용융수지가 상기 주 금형부의 상기 공동성 기포가 발생하는 측으로 쉽게 거동되게 하는 것을 특징으로 하는 성형물의 공동성 기포 제거방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보조 금형부는 상기 주 금형부의 용융 상태와 냉각 상태의 용적 차이인 비용적 보다 큰 용적을 가지는 것을 특징으로 하는 성형물의 공동성 기포 제거방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 주 금형부는 통상의 냉각수를 이용하여 강제 냉각시키면서 상기 보조 금형부를 자연적으로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 성형물의 공동성 기포 제거방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 주 금형부는 자연적으로 냉각시키면서 상기 보조 금형부를 통상의 열 공급 장치를 이용하여 가열시키는 것을 특징으로 하는 성형물의 공동성 기포 제거방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 주 금형부는 통상의 냉각수를 이용하여 강제 냉각시키면서 상기 보조 금형부를 통상의 히터를 이용하여 가열시키는 것을 특징으로 하는 성형물의 공동성 기포 제거방법.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 상기 주 금형부 및 상기 보조 금형부의 냉각이 완료되면 상기 주 금형부 및 상기 보조 금형부를 분리시킨 후, 상기 보조 금형부에 의해 성형된 부위를 기계적으로 가공 처리하여 원하는 성형물을 얻는 것을 더 구비하는 성형물의 공동성 기포 제거방법.