KR100645854B1 - 반응성 중합 성형방법 및 성형장치 - Google Patents

반응성 중합 성형방법 및 성형장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 넓은 범위로 금형의 캐비티(cavity)의 크기나 형상 등에 의하지 않고, 반응원액의 공용화를 도모할 수 있으며, 다중 금형 성형에도 적절하게 이용할 수 있는 반응성 중합 성형 방법 및 성형장치를 제공하는 것이다.
2이상의 반응원액 탱크(30, 32)로부터 반응원액을 금형(22, 24)내에 공급하여 금형(22, 24) 내에서 반응원액을 반응시켜 중합시키는 반응성 중합 성형방법에 있어서, 반응원액 탱크(30, 32)와는 별도로 금형(22, 24)내에서의 반응원액의 반응활성을 제어하기 위한 반응활성 조절제를 금형내에 공급하기 위한 반응활성 조절제 탱크(34)를 설치하고, 2이상의 반응원액 탱크(30, 32)로부터 반응원액을 금형내에 공급할 때에 반응활성 조절제 탱크(34)로부터 반응활성 조절제를 금형(22, 24)내에 공급한다.

Description

반응성 중합 성형방법 및 성형장치{Method and apparatus of reactive polymerization formation}
도1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 성형장치의 개략 구성도이다.
도2는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 성형장치의 개략 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20, 20a … 성형장치
22, 24 … 금형
26, 28 … 믹싱 헤드
30, 32 … 반응원액 탱크
34 … 반응 활성 조절제 탱크
36, 38, 40 … 주배관계
42, 44, 46 … 펌프
48, 50, 56, 58, 64, 66 … 분기배관
52, 54, 60, 62, 68, 70 … 제어밸브
72, 74 … 온도센서
80 … 제어장치
본 발명은 반응성 중합 성형방법 및 성형장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금형의 캐비티의 크기나 형상 등에 의하지 않고, 반응원액의 공용화를 도모할 수 있으며, 다중 금형 성형에도 적절하게 이용할 수 있는 반응성 중합 성형방법 및 성형장치에 관한 것이다.
반응사출성형(RIM)법은 2이상의 반응원액을 믹싱챔버에서 혼합하여 금형장치의 캐비티로 보내고, 금형장치 내에서 반응시키면서 사출성형을 행하는 제법이다. 이 RIM법은 노르보르넨계 모노머로부터 폴리머(성형체)를 성형하는 경우 둥에 적절하게 이용된다.
이와 같은 RIM성형에 있어서는 금형의 캐비티의 크기나 형상 등에 따라, 반응원액을 금형의 내부에 충전하기 시작하면서부터 충전을 끝낼 때까지의 시간이 다르기 때문에, 반응원액을 혼합하고 나서 반응이 개시될 때까지의 시간(예를들면 겔화 시간)을 제어할 필요가 있다. 즉, 겔화 시간이 짧으면, 충전을 완료하기 전에 반응이 진행되어 금형 내에 양호한 충전을 할 수 없게 될 가능성이 있고, 겔화 시간이 너무 길어지면, 생산효율이 나빠진다고 하는 과제를 가진다.
그래서, 종래에는 금형의 캐비티 크기나 형상에 따라서, 겔화 시간 등을 조정하기 위해, 어느 한 쪽 또는 양쪽의 반응원액(배합액) 중에 반응활성 조절제를 소정량으로 함유시킨 것을 미리 준비한다든지, 혹은 반응원액을 저장하는 어느 한쪽 또는 양쪽의 주형용 탱크 내에 반응활성 조절제를 소정량으로 함유시켰다.
그런데, 이와 같이 반응활성이 미리 조절된 반응원액을 사용하여 RIM성형을 행하는 경우에는, 금형의 캐비티의 크기나 형상이 다른 것을 사용하는 경우에는, 그 때마다 반응원액의 반응활성을 다시 조절할 필요가 있었다. 또, 같은 주형용 탱크로부터 다수의 금형에 각각 2이상의 반응원액을 보내고, 한번에 다수의 성형체를 성형하는 다중 금형 성형방법에서는 크기나 형상이 거의 같은 캐비티를 가지는 금형밖에 사용할 수 없다고 하는 과제가 있었다. 즉, 종래의 방법에서는 다른 크기나 형상의 캐비티를 가지는 금형을 이용하여 다중 금형 성형을 실현할 수 없었다.
또, 통상적인 RIM성형에 있어서도, 다른 크기나 형상의 캐비티를 가지는 금형으로 교환할 때에, 주형용 탱크의 내부에 반응활성이 다른 반응원액을 넣거나 혹은 탱크의 내부에 반응활성 조절제를 넣어서 반응활성을 조절할 필요가 있다. 그 때에 금형을 교환하기 전에 사용하고 있었던 반응원액이 탱크나 해당 탱크로부터 금형에 이르는 배관의 내부에 잔존하고 있는 것이 있어서 충분한 활성조절을 할 수 없고, 특히 성형 초기 단계에서 불량품이 발생한다든지, 활성조절을 위해 장시간을 필요로 하는 등의 과제를 가진다.
그리고, 특공평 6-20,787호 공보에 개시된 바와 같이, 온도가 다른 반응원액을 3종류 이상 준비하여, 얻으려고 하는 성형체의 형상, 크기 등에 따라, 이들 온도가 다른 반응원액의 혼합비율을 변화시켜서 반응원액의 온도조절을 행함으로써, 반응활성을 제어하여 RIM 성형을 행하는 시험이 알려져 있다.
그러나, 이 방법에서는 반웅원액의 온도조절만으로 반응활성을 제어하려고 하고 있기 때문에, 반응활성 조절의 폭에 한계가 있었다. 또, 이 방법에서는 다른 크기나 형상의 캐비티를 가지는 금형을 이용하여 다중 금형 성형을 실현할 수 없었다.
본 발명은 이와 같은 실상을 감안한 것으로, 넓은 범위로 금형의 캐비티의 크기나 형상 등에 의하지 않고, 반응원액의 공용화를 도모할 수 있으면서 다중 금형 성형에도 적절하게 이용할 수 있는 반응성 중합 성형방법 및 성형장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해,
(1) 본 발명에 관한「반응성 중합 성형방법」은 2이상의 반응원액 공급수단으로부터 반응원액을 금형 내에 공급하여, 금형 내에서 반응원액을 반응시켜 중합시키는 반응성 중합 성형방법에 있어서, 상기 반응원액 공급수단과는 별도로 금형 내에서 반응원액의 반응활성을 제어하기 위한 반응활성 조절제를 금형내에 공급하기 위한 반응활성 조절제 공급수단을 설치하고, 2이상의 반응원액 공급수단으로부터 반응원액을 금형내에 공급할 때에, 상기 반응활성 조절제 공급수단으로부터 반응활성 조절제를 금형 내에 공급하는 것을 특징으로 한다.
(2) 상기 반응활성 조절제 공급수단으로부터 금형내에 공급되는 반응활성 조절제의 공급량을 성형할 성형체의 크기나 형상에 따라 제어하는 것이 바람직하다.
(3) 상기 반응활성 조절제 공급수단으로부터 금형내에 공급되는 반응활성 조절제의 단위시간당 공급량을 적어도 2이상의 단계로 나누어 변화시키는 것이 바람직하다. 예를들면, 반응활성 조절제로서 반응활성을 낮추는 반응지연제를 이용한 경우, 주입 말기의 공급량을 주입 초기의 공급량보다 적게 하는 것이 바람직하고, 반응 활성 조절제로서 반응활성을 높이는 반응촉진제를 사용한 경우, 주입 말기의 공급량을 주입 초기의 공급량보다 많게 하는 것이 바람직하다.
(4) 본 발명에 관한 「성형장치」는 적어도 1이상의 금형과,
상기 금형에 반응원액을 공급하는 2이상의 반응원액 공급수단과,
상기 반응원액 공급수단과는 별도로 설치되어, 상기 금형내에서의 상기 반응원액의 반응활성을 제어하기 위한 반응활성 조절제를 금형내에 공금하기 위한 반응 활성 조절제 공급수단을 가진다.
(5) 본 발명의 성형장치는 상기 2이상의 반응원액 공급수단으로부터 2이상의 금형내에 각각 2이상의 반응원액이 공급되도록 구성되어 있고, 상기 반응활성 조절제 공급수단으로부터 각 금형에 공급되는 반응활성 조절제의 공급량을 개별 제어할 수 있는 제어수단을 가지는 것이 바람직하다.
(6) 반응원액 공급수단으로는 특별히 한정되지 않고, 예를들면 반응원액을 저장하는 주형용 탱크, 해당 탱크로부터 금형에 이르는 배관계, 밸브 및 펌프 등을 포함한다.
반응활성 조절제 공급수단으로는 특별히 한정되지 않고, 예를들면 반응활성 조절제를 저장하는 활성조절용 탱크, 해당 탱크로부터 금형에 이르는 배관계, 밸브 및 펌프 등을 포함한다.
각 금형에는 금형의 캐비티에 주입하기 전의 반응원액 및 반응활성 조절제를 혼합하기 위한 혼합수단이 장착되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 혼합수단으로는 특별히 한정되지 않고, 예를들면 믹싱헤드 등이 예시된다.
상기 제어수단으로는 특별히 한정되지 않고, 예를들면 상기 밸브의 개폐나 펌프의 구동을 제어하는 제어장치 등을 예시할 수 있다.
제어장치에는 마이크로컴퓨터이나 퍼스널 컴퓨터가 내장 또는 접속되어 있어도 된다. 이 제어장치에는 금형의 캐비티의 내부에 공급하기 전의 반응원액의 온도를 검출하는 온도센서의 출력신호가 입력되어도 되고, 그 출력신호에 따라 금형으로의 반응활성 조절제의 공급량을 제어해도 된다.
(7) 본 발명에 있어서, 「반응성 중합 성형」이라는 것은 금형의 내부에서 반응원액을 반응시켜 중합시키는 방법을 넓게 의미하는 것으로서, 반응성 중합 성형방법의 한 형태로서 반응사출성형(RIM)법인 것으로 한다.
반응원액
반응원액으로는 특별히 한정되지 않고, 예를들면 우레탄계, 요소계, 나일론계, 에폭시계, 불포화 폴리에스테르계, 페놀계, 및 노르보르넨계 등을 들 수 있지만, 노르보르넨계가 가장 바람직하다. 금형의 내부에 주입하기 전의 반응원액 온도는 10∼60℃가 바람직하고, 반응원액의 점성은 예를들면 30℃에 있어서, 통상 5∼3,000cps, 바람직하게는 100∼1,000cps 정도이다.
이러한 반응원액에는 모노머뿐 아니라 촉매나 활성제 등이 함유되어도 된다.
노르보르넨계 모노머
본 발명에 있어서 사용가능한 노르보르넨계 모노머는 노르보넨 고리를 가지는 것이면 어느 것이라도 좋지만, 내열성이 우수한 성형체를 얻을 수 있기 때문에 삼환체 이상의 다환 노르보르넨계 모노머를 사용하는 것이 바람직하다.
노르보르넨계 모노머의 구체예로는 예를들면 노르보넨, 노르보르나디엔 등의 이환체; 디사이클로펜타디엔(사이클로펜타디엔 이량체), 디하이드로디사이클로펜타디엔 등의 삼환체;테트라사이클로도데센 등의 사환체; 사이클로펜타디엔 삼량체 등의 오환체; 사이클로펜타디엔 사량체의 칠환체; 이들의 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 등의 알킬, 비닐 등의 알케닐, 에틸리덴 등의 알킬리덴, 페닐, 톨릴, 나프틸 등의 아릴 등의 치환체; 또한 이들의 에스테르기, 에테기, 시아노기, 할로겐 원자 등의 극성기를 가지는 치환체 등이 예시된다.
이들 모노머는 1종 이상을 조합하여 사용하여도 된다. 입수가 용이하고, 반응성이 우수하며, 얻어지는 수지성형체의 내열성이 우수하다는 점에서 삼환체, 사환체 혹은 오환체의 모노머가 바람직하다.
또, 생성하는 개환(open ring) 중합체는 열경화형으로 하는 것이 바람직하고, 이를 위해서는 상기 노르보르넨계 모노머 중에서도 사이클로펜타디엔 삼량체 등의 반응성의 이중결합을 2개 이상 가지는 가교성 모노머를 적어도 포함하는 것이 사용된다. 전체 노르보르넨계 모노머 중 가교성 모노머의 비율은 2∼30 중량%가 바람직하다.
그리고, 본 발명의 목적을 손상하지 않는 범위내에서 노르보르넨계 모노머와 개환 공중합할 수 있는 사이클로부텐, 사이클로펜텐, 사이클로펜타디엔, 사이클로옥텐, 사이클로도데센 등의 단환 사이클로올레핀 등을 코모노머로서 사용해도 된다.
이들 노르보르넨계 모노머를 반응사출성형에 있어서 괴상 중합하는데에는 통상 후술하는 메타세시스(metathesis) 촉매와 활성제가 사용된다.
메타세시스 촉매
노르보르넨계 모노머를 사용한 반응사출성형에 사용할 수 있는 메타세시스 촉매는 RIM법으로 노르보르넨계 모노머를 개환 중합할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않고 공지의 것으로 된다. 예를들면 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 할로겐물, 옥시할로겐물, 산화물, 암모늄염, 헤테로폴리산(P5+, As5+, Si4+, Ge4+, Ce4+, Th4+, Mn4+, Ni4+, Te6+, I7+, Co3+, Al3+, Cr3+, Cu2+ 등의 헤테로 원자와 텅스텐 또는 몰리브덴의 화합물) 등이 사용된다. 본 발명에서는 바람직하게는 트리도데실암모늄몰리브데이트, 트리(트리데실)암모늄몰리브데이트 등의 유기 몰리브덴산, 암모늄산 등의 몰리브덴산 유기 암모늄염 등의 몰리브덴계 메타세시스 촉매가 사용된다.
메타세시스 촉매의 사용량은 반응액 전체에서 사용하는 모노머 1몰에 대해, 통상 0.01밀리몰 이상, 바람직하게는 0.1밀리몰 이상, 또 50밀리몰 이하, 바람직하게는 20밀리몰 이하이다. 메타세시스 촉매의 사용량이 너무 적으면 중합활성이 너무 낮아서 반응에 시간이 걸리기 때문에 생산효율이 나빠지고, 사용량이 너무 많으면 반응이 너무 심해져서 형내에 충분히 충전되기 전에 경화한다든지 촉매가 석출하기 쉽게 되어 균질로 보존하는 것이 곤란해진다.
메타세시스 촉매는 통상 모노머에 용해하여 사용하지만, RIM법에 의한 성형체의 성질을 본질적으로 손상하지 않는 범위이면, 소량의 용제에 현탁시켜 용해시킨 다음, 모노머와 혼합함으로써, 석출하기 어렵게 한다든지 용해성을 높여서 사용해도 된다.
활성제
활성제(공촉매)로는 특개소 58-127,728호 공보, 특개평 4-226,124호 공보, 특개소 58-129,013호 공보, 특개평 4-145,247호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 공지의 활성제이면 특별히 제한은 없지만, 본 발명에 있어서는, 예를들면 에틸알루미늄디클로라이드, 디에틸알루미늄클로라이드 등의 알킬알루미늄할라이드, 알콕시알킬알루미늄할라이드 등의 유기 알루미늄 화합물이 바람직하게 사용된다.
활성제의 사용량은 특별히 제한되지 않지만, 통상 반응액 전체에서 사용하는 메타세시스 촉매 1몰에 대해, 0.1몰 이상, 바람직하게는 1몰 이상, 또 100몰 이하, 바람직하게는 10몰 이하이다. 활성제를 사용하지 않거나, 또는 활성제의 사용량이 너무 적으면, 중합 활성이 너무 낮아서 반응에 시간이 걸리기 때문에 생산효율이 나빠진다. 또, 역으로 사용량이 너무 많으면, 반응이 너무 심해지기 때문에 형내에 충분히 충전되기 전에 경화할 때가 있다.
활성제는 모노머에 용해하여 사용하지만, RIM법에 의한 성형체의 성질을 본질적으로 손상하지 않는 범위이면, 소량의 용제에 현탁시킨 다음, 모노머와 혼합함으로써, 석출하기 어렵게 한다든지 용해성을 높여 사용해도 된다.
그 밖의 임의성분
필요에 따라 보강재, 산화방지제, 충전제, 엘라스토머, 안료, 착색제, 발포제, 난연제, 슬라이딩부여제, 디사이클로펜타디엔계 열중합 수지 및 그 수첨가물 등 각각의 첨가제를 반응원액에 배합할 수 있고, 이렇게 하여 얻어지는 RIM 제품의 특성을 개질할 수 있다.
특히, 기계적 강도가 높은 성형체를 얻을 목적으로, 보강재를 금형내에 미리 설치하여 두고, 이어서 중합 반응액을 금형내에 주입하여 중합경화시킴으로써 강화 폴리머(성형체)를 제조할 수 있다.
「보강재」로는 예를들면 유리 섬유, 아라미드 섬유, 카본 섬유, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유, 금속섬유, 폴리프로필렌 섬유, 알루미늄 코팅 유리 섬유, 목면, 아크릴 섬유, 보론 섬유, 실리콘카바이드 섬유, 알루미나 섬유 등을 들 수 있다. 이들 보강재는 장섬유상 또는 쵸프드 스트랜드(chopped strand)상의 것을 매트화한 것, 클로스상으로 짠 것, 쵸프 형상인 것 등, 다양한 형상으로 사용할 수 있다. 이들 보강재는 그 표면을 실란 커플링제 등의 커플링제로 처리한 것이지만, 수지와의 밀착성을 향상시키는데 바람직하다. 보강재의 배합량은 특별히 한정되지 않지만, 모노머 전체량을 100 중량%로 하여, 통상 10중량% 이상, 바람직하게는 20∼60 중량%이다. 충전량이 적으면 기계적 강도의 비율이 적어지고, 충전량이 너무 많아지면 균일하게 충전되지 않고 불균일하게 된다든지 충전저해가 생기는 경향이 있다. 상기 범위로 보강재를 배합함으로써, 성형체의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
또, 성형체의 기계적 강도를 더욱 향상시킬 목적으로, 반응사출성형을 행하는 금형내에 미리 금속봉 또는 금속판 등을 인서트해 두고, 그 후 반응사출성형을 행할(인서트 성형) 수도 있다. 이 인서트 성형에 의해 금속봉 또는 금속판이 일체 성형된 기계적 강도가 우수한 성형체를 얻을 수 있다.
「산화방지제」로는 페놀계, 인계, 아민계 등 각종 플라스틱·고무용 산화방지제가 있다. 「충전제」에는 밀드 글래스(milled glass), 카본 블랙, 탤크, 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 운모, 티탄산칼륨, 황산칼슘 등의 무기질 충전제가 있다. 「엘라스토머」로는 천연고무, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 스티렌부타디엔 공중합체(SBR), 스티렌부타디엔스티렌 블록 공중합체(SBS), 스티렌이소프렌스티렌 블록 공중합체(SIS), 에틸렌프로필렌디에탄폴리머(EPDM), 에틸렌초산비닐 공중합체(EVA) 및 이들의 수소화물 등이 있다. 엘라스토머의 첨가량은 반응원액의 30℃에 있어서 점도가 5cp이상, 바람직하게는 50cps이상, 또 1,000cps 이하, 바람직하게는 500cps 이하가 되도록 적당히 선택된다.
이상과 같은 각각의 첨가제는 통상 미리 반응원액의 어느 한 쪽 또는 양쪽에 혼합해 둔다.
반응사출성형의 전준비로서, 노르보르넨계 모노머, 메타세시스 촉매 및 활성제를 주재료로 하는 반응사출성형용 재료를 노르보르넨계 모노머와 메타세시스 촉매로 이루어지는 액과, 상기 노르보르넨계 모노머와 활성제로 이루어지는 액의 안정한 2액으로 나누고, 각각을 별도의 반응원액 공급수단에 넣어두는 것이 바람직하다.
금형내는 불활성 가스로 시일하고, 중합반응에 사용하는 성분류는 질소가스 등의 불활성 가스 분위기하에서 저장하고, 또 조작하는 것이 바람직하다. 금형의 형을 죄는 압력은 통상 0∼100㎏f/㎠의 범위이다. 중합시간은 적당히 선택하면 되지만, 통상 반응원액의 주입 종료후, 30초∼20분이다.
반응활성 조절제
본 발명에 있어서 사용할 수 있는 반응활성 조절제로는 반응원액의 종류에 따라 결정되고 특별히 한정되지 않지만, 반응원액으로서 노르보르넨계를 사용한 경우에는 예를들면 특개평 3-146,516호 공보, 특개평 4-337,318호 공보에 개시되어 있는 조절제가 있다. 특개평 3-146,516호 공보에는 반응 조절제로서 5-비닐비사이클로[2.2.1]헵토-2-엔(비닐노르보르넨), 5-이소프로페닐비사이클로[2.2.1]헵토-2-엔과 같은 5-알케닐-2-노르보르넨류를 사용하는 노르보르넨계 폴리머의 제조방법이 개재되어 있고, 특개평 4-337,318호 공보에는 반응활성 조절제로서 5-에틸-2-노르보르넨 등의 5-알킬-2-노르보르넨류를 사용하는 것이 개시되어 있다.
또, 반응활성 조절제로서는 노르보르넨계 모노머를 주성분으로 하는 반응원액의 주촉매인 메타세시스 촉매를 환원시키는 작용을 가지는 화합물 등도 사용할 수 있고, 그 경우의 반응활성 조절제로는 알콜류, 할로알콜류, 에스테르류, 에테르류, 니트릴류 등이 예시된다. 이 중에서, 예를들면 알콜류의 구체예로는 n-프로판놀, n-부탄올, n-헥산올, 2-부탄올, 이소부틸알콜, 이소프로필알콜, t-부틸알콜 등을 들 수 있고, 할로알콜류의 구체예로는 1,3-디클로로-2-프로판올, 2-클로로에탄올, 1-클로로부탄올 등을 들 수 있다.
이러한 반응활성 조절제를 사용할 때의 성분농도는 특별히 한정되지 않고, 반응원액의 종류 및 사용하는 반응활성 조절제의 종류에 따라 적당히 결정되지만, 예를들면 할로알콜류를 사용하는 경우, 해당 할로알콜 농도를 예를들면 0.5∼20 중량%로 조정하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 반응활성 조절제로는 상술한 바와 같은 반응활성을 낮추는 것에 한정하지 않고, 반응활성을 높일 수 있는 주촉매나 공촉매 자체 등이어도 된다.
또, 반응활성 조절제를 함유하는 액에는 반응원액에 함유되는 모노머와 같은 모노머를 함유해도 된다. 반응활성 조절제는 통상 모노머 그것, 또는 엘라스토머를 용해한 모노머에 첨가하여 사용된다.
이와 같은 반응활성 조절제의 공급량은 금형의 캐비티의 크기나 형상 등에 따라 결정된다. 반응원액으로서 노르보르넨계를 사용한 경우에는 금형의 캐비티내로의 반응원액의 주입 개시로부터 반응이 급격하게 진행되고, 생성수지의 표면으로부터 조금 흰 연기가 일어날 때까지의 시간t'(SMT)과, 주입 개시로부터 충전 완료까지의 충전시간(t)은 성형체의 크기에 따라 결정되는 것이 바람직하다. SMT시간(t')은 충전시간(t)보다도 반드시 크고, 바람직하게는 10∼300초이며, 그 때의 충전시간(t)은 바람직하게는 1∼50초 정도이다. 또, SMT 시간(t')은 더욱 바람직하게는 20∼200초이며, 그 때의 충전시간(t)은 더욱 바람직하게는 5∼35초 정도이다. t'/t는 온도에도 의존하지만, 바람직하게는 1.5∼20 정도이다.
이와 같은 범위가 되도록, 각 금형마다 반응원액과는 별도로 반응활성 조절제가 소정량으로 공급된다. 반응활성 조절제를 공급하기 위한 탱크는 한 개에 한정하지 않고 다수이어도 되고, 다수의 탱크내에 종류가 다른 반응활성 조절제가 함유되어 있어도 된다.
그리고 본 발명에 있어서는 반응원액 공급수단으로부터 공급되는 반응원액 중에도 상술한 것과 같은 반응활성 조절제가 함유되어 있어도 된다.
금형
본 발명에 있어서 사용되는 금형의 재질은 특별히 한정되지 않고, 주철, 철, 스텐레스, 알루미늄, 니켈 전주 등의 금속에 한정하지 않고, 합성수지, 혹은 그 밖의 재질이어도 된다. 반응성 중합성형의 한 형태로서의 반응사출성형은 비교적 저압에서의 성형이 가능하며, 반드시 고강성 금형을 사용할 필요는 없다. 본 발명에 있어서는 성형체로서 예를들면 정화조의 조체 등과 같이, 비교적 대형 성형체를 성형하는 경우에도 반드시 고강성 금형을 사용할 필요는 없기 때문에 금형의 제작이 비교적 용이하다.
그리고 금형으로는 회전가능한 금형을 사용할 수도 있다. 그 경우에는 금형의 내부에 반응원액을 넣은 후, 금형 내부의 반응원액에 대해 가속도를 가할 수 있는 구조로 할 수도 있다.
[작용]
본 발명에 관한 방법 및 장치에서는 2이상의 반응원액 공급수단으로부터 반응원액을 금형내에 공급할 때에, 상기 반응활성 조절제 공급수단으로부터 반응활성 조절제를 금형내에 공급한다. 그 공급량은 금형의 캐비티의 크기나 형상 등에 따라, 펌프의 구동제어 및 밸브의 개폐 등을 행함으로써 개별적으로 제어할 수 있다. 이 때문에, 금형의 캐비티의 크기나 형상마다 활성이 다른 반응원액을 준비한다든지, 반응원액 탱크내에서 반응활성을 조절하는 작업이 불필요하게 된다. 따라서, 본 발명에 관한 방법 및 장치에서는 금형의 캐비티의 크기나 형상 등에 의하지 않고, 광범위하게 반응원액의 공용화를 도모할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서, 반응활성 조절제의 단위시간당 공급량(공급속도)을 금형의 캐비티내의 공급 개시로부터 공급 종료까지의 사이에서 적어도 2이상의 단계로 나누어 변화시킴으로써, 주입 말기에 있어서 금형의 게이트구 부근에 미경화부가 발생할 우려가 적어지고 경화시간의 단축으로 이어지며, 나아가서는 성형체의 생산성이 향상한다. 또, 반응활성 조절제로서 반응 지연제를 사용하고, 주입 말기의 공급량을 주입 초기의 공급량보다 적게 함으로써, 상기 작용 외에 시종 일정량으로 공급하는 경우보다도 사용하는 반응활성 조절제의 사용량을 적게 할 수 있어서 경제적이다.
또, 본 발명에 관한 방법 및 장치는 단일 금형을 사용한 성형 외에, 말하자면 다중 금형 성형에도 적절하게 이용할 수 있다.
이하, 본 발명을 도면에 도시하는 실시형태에 따라 설명한다.
제1 실시형태에서는 다중 금형 시스템을 이용하여 반응활성 조절제의 단위시간당 공급량(공급속도)을 금형의 캐비티내의 공급 개시로부터 공급 종료까지의 사이에 시종 일정하게 공급한 예를 설명한다.
제2 실시형태에서는 단일 금형 시스템을 이용하여 반응활성 조절제의 단위시간당 공급량(공급속도)을 금형의 캐비티내의 공급 개시로부터 공급 종료까지의 사이에서 적어도 2이상의 단계로 나누어 변화시킨 예를 설명한다.
제1 실시형태
도1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 성형장치의 개략 구성도이다, 본 제1 실시형태에 관한 도1에 도시하는 성형장치(20)는 본 발명에 관한 방법을 이용하여 다중 금형 시스템의 반응사출성형을 행하는, 예를들면 정화조 조체의 상조 및/또는 하조를 성형하기 위한 장치이다.
성형장치
먼저, 도1을 참조하여 본 실시형태에 관한 다중 금형 시스템의 반응성 중합「성형장치」에 대해 설명한다.
본 실시형태에 관한 장치(20)는 적어도 2개의 금형(22 및 24)을 가진다. 이들 금형(22 및 24)에는 예를들면 정화조의 상조와 하조, 또는 다른 용량의 정화조의 조체 등과 같이 다른 형상이나 크기의 성형체를 성형하기 위한 다른 캐비티가 형성되어 있다. 이들 금형(22 및 24)에는 각각 혼합수단으로서 믹싱헤드(26 및 28)가 장착되어 있다. 믹싱헤드(26 및 28)에는 제1 반응원액 탱크(30), 제2 반응원액 탱크(32) 및 반응활성 조절제 탱크(34)로부터의 배관계가 접속되어 있다.
본 실시형태에 관한 장치(20)는 적어도 2개의 반응원액 탱크(30 및 32)를 가지고, 한쪽의 제1 반응원액 탱크(30)에는 후술하는 반응원액의 A액이 저장되어 있고, 다른 쪽의 제2 반응원액 탱크(32)에는 후술하는 반응원액의 B액이 저장되어 있다. 반응활성 조절제 탱크(34)에는 이들 반응원액의 반응활성을 제어하기 위한 반응활성 조절제를 함유하는 액이 저장되어 있다.
제1 반응원액 탱크(30)에는 제1 주배관계(36)가 접속되어 있고, 제2 반응원액 탱크(32)에는 제2 주배관계(38)가 접속되어 있으며, 반응활성 조절제 탱크(34)에는 제3 주배관계(40)가 접속되어 있다. 이들 주배관계(36, 38, 40)에는 각각 송액수단으로서 펌프(42, 44, 46)가 장착되어 있고, 이들 탱크내의 액체를 각각 금형(22 및 24) 방향으로 보내는 것이 가능하게 되어 있다.
이들 주배관(36, 38, 40)의 펌프 하류측에는 분기배관(48, 50, 56, 58, 64, 66)이 접속되어 있다. 분기배관(48 및 50)은 제1 주배관(36)내의 반응원액을 믹싱헤드(26 및 28)로 각각 보내기 위한 배관이다. 분기배관(56 및 58)은 제2 주배관(38)내의 반응원액을 믹싱헤드(26 및 28)로 각각 보내기 위한 배관이다. 분기배관(64 및 66)은 제3 주배관(40)내의 반응활성 조절제 함유액을 믹싱헤드(26 및 28)로 각각 보내기 위한 배관이다. 각 분기배관(48, 50, 56, 58, 64, 66)에는 각각 제어밸브(52, 54, 60, 62, 68, 70)가 장착되어 있고, 유로의 개폐 및/또는 유량을 제어가능하게 되어 있다.
본 실시형태에서는 각 믹싱헤드(26 및 28)에는 온도센서(72 및 74)가 각각 장착되어 있고, 각 믹싱헤드에서 혼합되어 각 금형(22 및 24)의 캐비티에 주입되는 반응원액의 온도를 검출할 수 있게 되어 있다. 각 온도센서(72 및 74)에서 검출된 온도출력신호는 제어수단으로서의 제어장치(80)에 입력되도록 되어 있다.
제어장치(80)에서는 입력된 정보(반응원액의 종류, 반응활성 조절제의 종류, 각 금형(22 및 24)의 캐비티의 크기나 형상, 외기 온도 등) 및 온도센서(72 및 74)로부터의 온도정보에 따라, 펌프(42, 44, 46) 및 제어밸브(52, 54, 60, 62, 68, 70)를 제어하도록 되어 있다.
구체적으로는 제어장치(80)는 펌프(42 및 44) 및 제어밸브(52, 54, 60, 62)를 제어함으로써, 제어밸브(52, 54, 60, 62)를 통해 믹싱헤드로 보내지는 반응원액의 입력과 유량을 각 금형(22 및 24) 마다 제어하도록 되어 있다. 또 제어장치(80)는 펌프(46) 및 제어밸브(68, 70)를 제어함으로써, 제어밸브(68, 70)를 통해 믹싱헤드로 보내지는 반응활성 조절제 함유액의 압력과 유량을 각 금형(22 및 24)마다 제어하도록 되어 있다.
또, 제어장치(80)는 온도센서(72 및 74)로부터의 출력신호에 따라, 반응원액의 온도가 소정치보다도 높은 경우에는, 반응활성 조절제 탱크(34)로부터 각 믹싱헤드(26 및 28)로 보내지는 액의 유량을 각 금형(22 및 24)마다 설정된 유량에 비교해서 보정하도록, 펌프(46) 및 제어밸브(68 및 70)를 제어한다. 예를들면 반응활성 조절제 탱크(34)에 저장되어 있는 반응활성 조절제가 반응활성을 높이기 위한 반응활성 조절제인 경우에 있어서, 반웅원액의 온도가 소정치보다도 높은 경우에는, 믹싱헤드(26 및 28)로 보내지는 액의 유량을 설정치보다도 작게 하도록 제어한다. 또, 반응활성 조절제 탱크(34)에 저장되어 있는 반응활성 조절제가 반응활성을 낮추기 위한 반응활성 조절제인 경우에 있어서, 반응원액의 온도가 소정치보다도 높은 경우에는 믹싱헤드(26 및 28)로 보내지는 액의 유량을 설정치보다도 크게 하도록 제어한다. 이들 유량제어는 각 금형(22 및 24)마다 행한다. 그리고, 제어밸브(52, 54, 60, 62, 68, 70)로는 전기신호에 의해 구동되고 유량 제어가 가능한 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서는 반응사출성형을 행하기 위해 반응원액으로는 노르보르넨계 모노머를 함유하는 것이 사용된다.
반응사출성형전 준비로서 노르보르넨계 모노머, 메타세시스 촉매 및 알루미늄계 활성제를 주재료로 하는 반응사출성형용 재료를 노르보르넨계 모노머와 메타세시스 촉매로 이루어지는 B액과, 상기 노르보르넨계 모노머와 알루미늄계 활성제로 이루어지는 A액의 안정한 2액으로 나누어 각각을 별도의 탱크에 넣어둔다.
본 실시형태에서는 A액을 제1 반응원액 탱크(30)에 저장하고 있고, B액을 제2 반응원액 탱크(32)에 저장하고 있다. A액 또는 B액으로 이루어지는 반응원액의 온도는 10∼60℃, 반응원액의 점성은 예를들면 30℃에 있어서, 5cps∼3,000cps, 바람직하게는 100cps∼1,000cps 정도이다.
그리고, 본 실시형태에 있어서는 카본 블랙 등 그 밖의 임의성분을 반응액 중에 함유시키는 경우에는, A액을 포함하는 제1 반응원액 탱크(30) 또는 B액을 포함하는 제2 반응원액 탱크(32)에 보조 탱크를 설치하고, 그 내부에 임의성분을 함유하는 액을 저장하고, 필요에 따라 이들 탱크내부에 저장되어 있는 반응원액과 혼합하여 금형으로 공급하는 것이 바람직하다. 이들 반응원액 탱크(30 및 32)내에 저장되는 반응원액의 성분조성을 일정하게 하는 것으로 금형(22, 24)을 교환하고, 다른 조성의 RIM 성분체를 성형하는 경우에도 탱크(30 및 32)내에 저장되어 있는 반응원액의 조성을 변화시킬 필요가 없어진다.
반응활성 조절제의 공급량은 금형의 캐비티의 크기나 형상 등에 따라 결정되고, 각 금형마다 반응원액과는 별도로 소정량으로 공급된다.
또, 본 실시형태에서는 반응활성 조절제의 단위시간당 공급량(공급속도)은 각 금형(22 및 24)마다 각 금형(22 및 24)의 캐비티내로의 공급 개시로부터 공급 종료까지 시종 일정하고, 성형할 성형체의 크기나 형상에 따라 제어할 수 있다.
본 실시형태에 있어서는 반응활성 조절제를 공급하기 위한 탱크(34)는 1개이지만, 다수이어도 되고, 다수의 탱크내에 종류가 다른 반응활성 조절제가 포함되어 있어도 된다.
반응활성 조절제 탱크(34)에서는 반응활성 조절제를 함유하는 액(C액이라고도 한다)의 점도가 반응원액 탱크(30 및 32)에서의 반응원액의 점도와 대략 같은 것이 바람직하다. 반응활성 조절제를 함유하는 액은 금형(22 및 24)의 캐비티내에 주입되기 전에 반응원액과 혼합된다. 또, 반응활성 조절제를 함유하는 액에는 반응원액에 함유되는 모노머와 같은 모노머를 함유해도 된다. 그리고 혼합불량이나 노즐의 막힘을 방지하기 위해, C액에는 엘라스토머를 첨가해도 된다. 엘라스토머의 구체적 예시는 상술한 반응원액에 첨가할 수 있는 것과 동일하다.
본 실시형태에 있어서는 금형(22 및 24)을 다른 금형과 교환한 것으로도 반응활성 조절제 탱크(34) 내부에 저장되어 있는 반응활성 조절제 함유액의 조성은 일정한 것이 바람직하고, 탱크(34) 및 배관계(40)에 항상 해당 액체를 저장하고 있는 것이 바람직하다. 반응활성의 제어는 제어장치(80)에 의해 펌프(46) 및 제어밸브(68 및 70)를 제어하여 각 금형(22 및 24)마다 공급유량을 변화시킴으로서 실현할 수 있기 때문이다. 또, 탱크(34) 및 배관계(40)에 항상 액체를 저장해 두는 것으로, 탱크 내부나 배관계에서의 막힘을 방지할 수 있다.
또, 믹싱헤드(26 및 28)로 반응활성 조절제를 주입할 때에는 제어밸브(68 및 70)를 「열림」으로 하지만, 비주입시에는 배관계(40, 64 : 제어밸브(68) 전까지, 66 : 제어밸브(70) 전까지) 중에 저장되어 있는 반응활성 조절제 함유액에 대해 소정 압력의 배압을 걸어두는 것이 바람직하다. 예를들면 배관계(40, 64, 66) 내에서는 20㎏f/㎠ 정도가 바람직하다. 그리고, 상기 A액 및 B액의 믹싱헤드(26 및 28)의 주입 전후의 수초간에 반응활성 조절제 탱크(34)의 제어밸브(68 및 70)를 「열림」으로 해 두는 것이 바람직하다. 소정 압력의 배압을 걸어두거나, 또는 A액, B액의 주입 전후의 수초간에 반응활성 조절제 탱크(34)의 제어밸브(68 및 70)를 열어둠으로써 특별히 배관계(64 및 66)의 선단에 설치된 믹싱헤드(26 및 28) 내로 액의 공급을 가능하게 하는 도시 생략되어 있는 주입노즐의 막힘을 방지할 수 있다.
그리고, 본 실시형태에 있어서는 A액이 믹싱헤드(26 및 28)로 주입되는 배관(48 및 50)과, B액이 믹싱헤드(26 및 28)로 주입되는 배관(56 및 58)과, C액이 믹싱헤드(26 및 28)로 주입되는 배관(64 및 66)의 각각의 노즐 직경은 예를들면 A액의 배관(48 및 50), B액의 배관(56 및 58)의 각각의 노즐 직경을 4∼7㎜로 하고 있는 것에 대해, C액의 배관(64 및 66)의 노즐 직경을 0.8∼1.4㎜의 범위로 하고 있다. 즉, 본 실시형태에서는 C액의 배관(64 및 66)의 노즐 직경의 최적화를 도모하고 있다. 이와 같이 최적화함으로써, C액의 믹싱헤드(26 및 28)로의 주입량이 적어도 배관(64 및 66) 내에 소정압의 배압이 걸리고, 따라서 노즐의 막힘을 방지할 수 있다.
그리고, 본 실시형태에 있어서는 반응원액 탱크(30 및 32)내에 저장되어 있는 반응원액 중에도, 상술한 바와 같은 반응활성 조절제가 함유되어 있어도 된다.
성형방법
다음은 상기 성형장치(20)를 이용하여, 예를들면 정화조 조체의 상조 및/또는 하조 등을 성형하는 반응사출「성형방법」에 대해 설명한다.
반응사출성형에 있어서는 필요에 따라 보강재를 미리 금형(22 및 24)내에 설치해두고, 그 중에 반응액을 공급하여 중합시킴으로써 강화 폴리머(성형체)를 제조할 수 있다. 또는 금속재 등을 미리 금형 내에 설치해 두고 인서트 성형해도 된다.
반응사출성형을 개시하는 데에는 제어장치(80)로부터의 제어신호에 따라, 제어밸브(52, 54, 60, 62)를 열고 펌프(42, 44)를 구동하여 탱크(30, 32)으로부터 반응원액을 믹싱헤드(26, 28)에 각 금형(22, 24)마다 연산된 유량 및/또는 주입시간으로 공급한다. 동시에, 제어장치(80)로부터의 제어신호에 따라, 제어밸브(68, 70)를 열고 펌프(46)를 구동하여 탱크(34)로부터 반응활성 조절제 함유액을 믹싱헤드(26, 28)에 각 금형(22, 24)마다 연산된 유량 및/또는 주입시간으로 공급한다. 각 금형(22, 24)마다 연산된 유량 및/또는 주입시간은 각 금형마다 다르게 해도 같게 해도 된다.
각 믹싱헤드(26 및 28)에서는 탱크(30 및 32)로부터 A액 및 B액과, 탱크(34)로부터의 반응활성 조절제 함유액을 혼합하고, 이들 금형마다 적절한 배합비율로 혼합된 혼합액을 반응원액으로 하여 각 금형(22 및 24) 캐비티내에 충전한다. 캐비티내에 충전된 반응원액은 캐비티 내부로 건너간다. 금형의 캐비티내에 충전되기 직전의 반응원액의 온도는 믹싱헤드(26 및 28)에 장착되어 있는 열교환 재킷에 의해 일정 온도로 제어되고 있다. 그 온도는 계절에 관계없고, 통상 15∼25℃의 범위가 바람직하다.
중합시간은 금형(22 및 24)마다 다르게 적당히 선택하면 되지만, 통상, 반응원액의 주입 종료 후, 20초∼20분 정도이다. 금형의 형을 죄는 압력은 통상 0∼100㎏f/㎠이다. 반응원액(A액 및 B액)의 주입 압력이 예를들면 50∼100㎏f/㎠인 경우에는 반응활성 조절제 함유액(C액)의 주입 압력을 10∼95㎏f/㎠로 하는 것이 바람직하다. 이들 주입압력은 너무 낮게 하면 금형의 캐비티 내주변에 성형된 전사면의 전사가 양호하게 행해지지 않을 경향이 있고, 너무 높으면 금형의 강성을 높게하지 않으면 안되기 때문에 경제적이지 않다. 또, A액 및 B액의 압력과, C액의 압력의 차이가 너무 커지면, A액, B액 및 C액의 혼합이 균일하게 행해지지 않고 활성에 불균형이 생긴다.
그리고, 반응사출성형에서는 금형의 캐비티내로의 반응원액의 주입 개시로부터 반응이 급격하게 진행되고, 생성 수지의 표면으로부터 조금 흰 연기가 생길 때까지의 시간(SMT : t')과, 주입 개시로부터 충전 완료까지의 충전시간(t)이라는 것은 성형체의 크기에 따라서 결정되는 것이 바람직하다. SMT 시간(t')은 충전시간(t)보다도 반드시 크며, 바람직하게는 10∼300초이고, 그 때의 충전시간(t)은 바람직하게는 1∼50초 정도이다. SMT 시간(t')은 보다 바람직하게는 20∼200초이고, 그 때의 충전시간(t)은 보다 바람직하게는 5∼35초 정도이다. t'/t는 온도에도 의존하지만, 바람직하게는 1.5∼20 정도이다.
본 실시형태에서는 각 금형(22 및 24)마다 탱크(34)로부터 믹싱헤드(26 및 28)로 공급되는 반응활성 조절제의 공급량을 금형마다 제어하는 것으로, 각 금형(22 및 24)의 캐비티의 크기나 형상에 의하지 않고, 또한 외기 온도에 의하지 않으며 겔화 시간비를 일정하게 할 수 있다. 따라서, 각 금형(22 및 24)의 캐비티의 크기나 형상마다 활성이 다른 반응원액을 준비한다든지 반응원액 탱크(30 및 32) 내에서 반응활성을 조절하는 작업이 불필요하게 된다. 또 금형(22 및 24)을 교환하여 다른 성형체를 형성하기 위한 금형을 장착하는 경우에도 활성이 다른 반응원액을 준비한다든지 반응원액 탱크(30 및 32)내에서 반응활성을 조절하는 작업이 불필요하게 된다. 또, 금형을 교환하는 경우에도 주배관계(36, 38, 40) 및 분기배관(48, 50, 56, 58, 64, 66)의 배관 크기나 믹싱헤드(26 및 28)에서의 노즐 직경 등을 변화시킬 필요도 없다.
따라서, 본 발명에 관한 방법 및 장치에서는 넓은 범위로 금형의 캐비티의 크기나 형상 등에 의하지 않고, 반응원액의 공용화를 도모할 수 있다. 또, 본 실시형태에 관한 방법 및 장치는 도시하는 예에 나타낸 바와 같이, 다중 금형 성형에도 적절하게 이용할 수 있다. 그리고 본 제1 실시형태에서는 본 발명에 관한 방법 및 장치를 다중 금형 시스템에 적용하여 설명하고 있지만, 특별히 그것에 한정되지 않고, 후술하는 제2 실시형태에 이용되는 단일 금형 시스템에 적용하는 것을 배제하는 것은 아니다.
이상과 같은 본 발명에 관한 방법 및 장치를 이용하여, 정화조 조체의 상조 및/또는 하조 등이 성형된다. 이렇게 해서 얻어진 상조와 하조는 예를들면 플랜지 등에 의해 접합되어 정화조의 조체가 된다. 정화조의 조체에 있어서 상조에는 예를들면 도입구와 방류구가 성형되고, 도입구로부터 유입된 오수는 정화조 내부에 다수의 칸막이판에 의해 형성된 혐기성 처리실(또는 조 ; 이하 동일), 호기성 처리실, 침전실, 소독실 등의 처리실에서 처리되어 방류구로부터 방류된다. 상조의 상부에는 예를들면 조의 길이 방향을 따라 3개의 맨홀이 형성된다.
제2 실시형태
도2는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 성형장치의 개략 구성도이다. 도2에 도시하는 성형장치(20a)는 본 발명에 관한 방법을 이용하여 단일 금형 시스템의 반응사출성형을 행하기 위한 장치라는 점에서, 다중 금형 시스템을 채용하는 상기 제1 실시형태와는 다르다. 도2에 있어서, 도1과 공통하는 부재에 대해서는 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
본 실시형태에서는 반응활성 조절제의 단위시간당 공급량(공급속도)을 금형(22)의 캐비티내로의 공급 개시로부터 공급 종료까지의 사이의 도중에 적어도 2이상의 단계로 나누어 변화시키도록 하고 있다. 구체적으로는 예를들면 반응활성 조절제로서 반응활성을 낮추는 반응 지연제를 사용한 경우, 주입 말기의 공급량을 주입 초기의 공급량보다 작게 하는 것이 바람직하고, 반응활성 조절제로서 반응활성을 높이는 반응 촉진제를 사용한 경우, 주입 말기의 공급량을 주입 초기의 공급량보다 많게 하는 것이 바람직하다.
캐비티내로의 단위시간당 공급량이 주입 초기부터 주입 말기까지 시종 일정한 경우, 주입 말기에서의 금형의 게이트구 부근에서는 반응원액의 경화반응이 진행되기 어려운 경우가 있고, 이 경우에 사용하는 반응활성 조절제의 종류에 따라 그 반응활성 조절제의 단위시간당 공급량을 변화시킴으로써, 주입 말기에 있어서 금형의 게이트구 부근에 미경화부가 발생할 우려가 적어지게 되고, 경화시간의 단축으로 이어지며, 나아가서 성형체의 생산성이 향상된다. 또 반응활성 조절제로서 반응 지연제를 사용하고, 주입 말기의 공급량을 주입 초기의 공급량보다 작게 함으로써, 경화시간을 단축할 수 있는 것 외에, 시종 일정량으로 공급하는 경우에도 사용하는 반응활성 조절제의 사용량을 적게 할 수 있어서 경제적이다.
공급속도를 적어도 2이상의 단계로 나누어 변화시키는 방법으로는, 예를들면 반응활성 조절제로서 반응 지연제를 이용한 경우에 있어서, ① 주입 개시로부터 소정시간까지는 소정 공급속도로 공급하고, 그 후, 공급속도를 일정 속도로 낮추어 소정 시간 공급하는 등의 적어도 2단계 이상의 다단계로 공급속도를 낮추어 가면서 공급한다, ② 주입 개시로부터 주입 완료까지 서서히 공급속도를 낮추어 간다, ③주입 개시로부터 소정 시간 일정 공급속도로 공급하고, 그 후 서서히 공급속도를 낮추어 간다 등의 방법을 들 수 있다.
또, 반응활성 조절제로서 반응 촉진제를 사용한 방법에 있어서, ④ 주입 개시로부터 소정 시간까지는 소정 공급속도로 공급하고, 그 후 공급속도를 일정 속도로 높여 소정 시간 공급하는 등의 적어도 2단계 이상의 다단계로 공급속도를 높여가면서 공급한다, ⑤ 주입 개시로부터 주입 완료까지 서서히 공급속도를 높여간다, ⑥ 주입 개시로부터 소정시간 일정 공급속도로 공급하고, 그 후 서서히 공급속도를 높여간다 등의 방법을 들 수 있다.
본 제2 실시형태에서는 본 발명에 관한 방법 및 장치를 단일 금형 시스템에 적용하여 설명하고 있지만, 특별히 이것에 한정되지 않고 상술한 제1 실시형태에 이용되는 다중 금형 시스템에 적용하는 것을 배제하는 것은 아니다.
그리고, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 범위내에서 다양하게 변화될 수 있다. 예를들면 상술한 실시형태에서는 반응성 중합 성형방법의 일례로서 RIM 성형을 예시하고 RIM 성형에 의해 정화조의 조체를 성형했지만, 본 발명은 통상의 RIM 성형에 한정하지 않고, 반응원액을 사용하여 회전성형(원심 성형을 포함한다)에 의해 정화조의 조체나 다른 성형체를 성형하는 경우에도 적용할 수 있다.
[실시예]
이하 본 발명을 더욱 상세한 실시예에 따라 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다. 이하에 예시하는 실시예에서는 부 또는 %는 특별히 언급하지 않는 한 중량기준이다.
실시예1
상조와 하조로 구성되는 합병 정화조에 있어서, 용량이 다른 조체(6인조용과 10인조용)의 하조를 성형하기 위해, 도1에 도시하는 금형(22)에서는 6인조의 하조를 형성하기 위한 금형을 이용하고, 금형(24)에서는 10인조의 하조를 형성하기 위한 금형을 이용하여 반응사출성형을 행했다.
반응사출성형을 할 때에는 디사이클로펜타디엔(DCP) 90%와 비대칭형 사이클로펜타디엔 삼량체 10%로 이루어지는 노르보르넨계 모노머 혼합물을 2개의 탱크에 넣고, 한쪽에는 상기 모노머 혼합물에 대해 디에틸알루미늄클로라이드(DEAC)를 40밀리몰 농도, 1,3-디클로로-2-프로판올(dcPrOH) 40밀리몰 농도로 이루어지도록 첨가했다(A액). 다른 쪽에는 상기 모노머 혼합물에 대해 트리(트리데실)암모늄몰리브덴을 10밀리몰 농도가 되도록 첨가했다(B액). 이들 A액 및 B액 단독에서의 SMT는 90초였다.
이와 같이 해서 조제된 A액 및 B액을 각각 도1에 도시하는 제1 반응원액 탱크(30) 및 제2 반응원액 탱크(32)에 저장했다.
이들 A액 및 B액과는 별도로, 반응활성 조절제 탱크(34)에 저장하는 반응활성 조절제 함유액으로서의 C액을 조정했다. C액으로는 상기 모노머 혼합물 100부에 대해 15부의 비닐노르보르넨(지연제)과, 8.7부의 dcPrOH를 배합한 것을 준비했다. 이 C액은 도1에 도시하는 반응활성 조절제 탱크(34)에 저장했다.
금형(22)에 대해서는 탱크(30 및 32)로부터 A액 및 B액을 각각 주입압력 7×106 Pa(약 71㎏f/㎠) 및 주입 유량 2650g/초의 유량으로 믹싱헤드(26)를 통해서 금형의 캐비티내에 주입했다. 동시에, 탱크(34)로부터 C액을 주입 압력 4×106 Pa(약 41㎏f/㎠) 및 주입 유량 30g/초의 일정 유량으로 믹싱헤드(26)를 통해서 금형 캐비티내에 주입했다. 이들 충전시간(t)은 16.5초였다. SMT 시간(t')은 20초였다. 그리고 C액의 총 사용량은 A액 및 B액의 총사용량 43,725g에 대해 495g이었다.
금형(24)에 대해서는 탱크(30 및 32)로부터 A액 및 B액을 각각 주입 압력 6×106 Pa(약 61㎏f/㎠) 및 주입 유량 2,800g/초의 유량으로 믹싱헤드(28)를 통해서 금형의 캐비티내에 주입했다. 동시에, 탱크(34)로부터 C액을, 주입 압력 5.5×106 Pa(약 56㎏f/㎠) 및 주입 유량 45g/초의 일정 유량으로 믹싱헤드(28)를 통해서 금형의 캐비티내에 주입했다. 이들 충전시간(t)은 28초였다. SMT시간(t')은 35초였다. 그리고, C액의 총 사용량은 A액 및 B액의 총사용량 78,400g에 대해 1,260g이었다.
금형(22 및 24)로부터 성형체를 꺼내어, 성형체에 보이드 불량, 미충전 불량, 침상 불량 및 이층불량에 대해 평가했지만, 이들 어느 불량도 발견되지 않았었다.
그리고, 보이드 불량이라는 것은 성형체 중에 보이드 등이 존재하는 것이고, 미충전 불량이라는 것은 성형체 중에 원액의 미충전에 의한 성형불량이 존재하는 것이고, 침상 불량이라는 것은 성형체 중에 미세한 침상의 거품이 보이는 것이고, 이층 불량이라는 것은 성형체의 코어 벽면에 한 장의 수지피를 씌운 것과 같은 이층 표면이 보이는 상태의 것이다.
실시예2
금형(22 및 24)에 공급하는 C액의 공급유량을 ±5g/초로 변동시킨 것 이외에는, 실시예1과 동일하게 반응사출성형을 행하여 성형체를 얻었다. 금형(22 및 24)로부터 성형체를 꺼내어, 성형체의 보이드 불량, 미충전 불량, 침상 불량 및 이층 불량에 대해 평가했지만, 이들 어느 불량도 발견되지 않았다.
실시예3
8인조용 합병 정화조의 하조를 성형하기 위해 도2에 도시하는 성형장치를 사용하여 반응사출성형을 행했다. 실시예1과 동일하게 A액, B액 및 C액을 조제하여, A액 및 B액을 각각 도2에 도시하는 제1 반응원액 탱크(30) 및 제2 반응원액 탱크(32)에, 또 C액을 반응활성 조절제 탱크(34)내에 저장했다. 그리고, 금형(22)에 대해 탱크(30 및 32)로부터 A액 및 B액을 믹싱헤드(26)를 통해서 금형의 캐비티내에 각각 주입 압력 7×106 Pa(약 71㎏f/㎠) 및 주입 유량 2,800g/초의 유량으로 24초간 주입했다. 이것과 동시에 탱크(34)로부터 C액을 믹싱헤드(26)를 통해 금형의 캐비티내에 주입 압력 4×106 Pa(약 41㎏f/㎠) 및 주입 유량 45g/초의 유량으로 21초 주입하고, 그 후 주입 유량을 25g/초의 유량으로 변화시켜 3초 주입했다. SMT 시간(t')은 30초였다. 또 경화시간은 70초이고 실시예1∼2 보다 우수했다. 그리고 C액의 총사용량은 A액 및 B액의 총사용량 67,200g에 대해 1,020g이었다.
금형(22)으로부터 성형체를 꺼내어, 성형체에 보이드 불량, 미충전 불량, 침상 불량 및 이층 불량에 대해 평가했지만, 이들 어느 불량도 발견되지 않았다. 특히 게이트측 주입구 부근에 미경화 부분은 전혀 관찰되지 않았다.
실시예4
금형(22)에 공급하는 C액을 주입 압력 4×106 Pa(약 41㎏f/㎠) 및 주입 유량 45g/초의 유량으로 10초 주입하고, 그 후 주입 유량을 1.5g/초의 비율로 서서히 감속하면서 14초 주입하고, 주입 종료점에서 24g/초로 한 것 이외에는 실시예3과 동일하게 반응사출성형을 행하여, 8인조용 합병 정화조의 하조를 성형했다. SMT 시간(t')은 27초, 경화시간은 60초로 실시예1∼2 보다 우수했다. 그리고, C액의 총사용량은 A액 및 B액의 총사용량 67,200g에 대해 933g이었다.
금형(22)으로부터 성형체를 꺼내어, 성형체에 보이드 불량, 미충전 불량, 침상 불량 및 이층 불량에 대해 평가했지만, 이들 어느 불량도 발견되지 않았다. 특히 게이트측 주입구 부근에 미경화 부분은 전혀 관찰되지 않았다.
실시예5
금형(22)에 공급하는 C액을 주입 압력 4×106 Pa(약 41㎏f/㎠) 및 주입 유량 45g/초의 유량으로 25초 주입하고, 그 후 주입유량을 19g/초로 변화시켜 3초 주입한 것 이외에는, 실시예3과 동일하게 반응사출성형을 행하여, 10인조용 합병 정화조의 하조를 성형했다. SMT 시간(t')은 32초였다. 또 경화시간은 70초로 실시예1∼2 보다 우수했다. 그리고, C액의 총사용량은 A액 및 B액의 총사용량 78,400g에 대해 1,182g이었다. 금형(22)으로부터 성형체를 꺼내어, 성형체에 보이드 불량, 미충전 불량, 침상 불량 및 이층 불량에 대해 평가했지만, 이들 어느 불량도 발견되지 않았다. 특히 게이트측 주입구 부근에 미경화 부분은 전혀 관찰되지 않았다.
비교예1
금형(24)에 공급하는 C액의 공급유량을 금형(22)에 공급하는 C액의 공급량과 같게 한 것 이외에는, 실시예1과 동일하게 반응사출성형을 행하여 성형체를 얻었다.
금형(22 및 24)로부터 성형체를 꺼내어, 성형체에 보이드 불량, 미충전 불량, 침상 불량 및 이층 불량에 대해 평가한 바, 금형(22)으로부터 꺼낸 성형체에는 보이드 불량, 미충전 불량, 침상 불량 및 이층 불량의 어느 불량도 발견되지 않았지만, 금형(24)으로부터 꺼낸 성형체에는 보이드 불량, 미충전 불량, 침상 불량 및 이층 불량 내의 미충전 불량 및 이층 불량이 발견되었다.
비교예2
금형(22)에 공급하는 C액의 공급유량을 금형(24)에 공급하는 C액의 공급량과 같게 한 것 이외에는, 실시예1과 동일하게 반응사출성형을 행하여 성형체를 얻었다.
금형(22 및 24)으로부터 성형체를 꺼내어, 성형체에 보이드 불량, 미충전 불량, 침상 불량 및 이층 불량에 대해 평가한 바, 금형(24)으로부터 꺼낸 성형체에는 보이드 불량, 미충전 불량, 침상 불량 및 이층 불량의 어느 불량도 발견되지 않았지만, 금형(22)으로부터 꺼낸 성형체에는 보이드 불량, 미충전 불량, 침상 불량 및 이층 불량 내의 보이드 불량 및 침상 불량이 발견되었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 방법 및 장치에서는 넓은 범위로 금형의 캐비티의 크기나 형상 등에 의하지 않고 반응원액의 공용화를 도모할 수 있다. 또 본 발명에 관한 방법 및 장치는 단일 금형을 이용한 성형 외에, 말하자면 다중 금형 성형에도 적절하게 이용할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서, 반응활성 조절제의 단위시간당 공급량(공급속도)을 적어도 2이상의 단계로 나누어 변화시킴으로써, 주입 말기에 있어서 금형의 게이트 부근에 미경화부가 발생할 우려가 적어지고 경화시간의 단축으로 이어지며, 나아가서는 성형체의 생산성이 향상한다. 특히, 반응활성 조절제로서 반응 지연제를 사용하여 주입 말기의 공급량을 주입 초기의 공급량보다 적게 함으로써 상기 작용 외에, 시종 일정량으로 공급하는 경우보다도 사용하는 반응활성 조절제의 사용량을 적게 할 수 있어서 경제적이다.

Claims (8)

  1. 2 이상의 반응원액 공급수단으로부터 반응원액을 금형 내에 공급하여 금형 내에서 반응원액을 반응시켜 중합시키는 반응성 중합성형방법에 있어서,
    상기 반응원액 공급수단과는 별도로, 금형 내에서의 반응원액의 반응활성을 제어하기 위한 반응활성 조절제를 금형 내에 공급하기 위한 반응활성 조절제 공급수단을 설치하고,
    2 이상의 반응원액 공급수단으로부터 반응원액을 금형 내에 공급할 때에, 반응활성 조절제의 단위시간당 공급량을 적어도 2 이상의 단계로 나누어 변화시켜서 상기 반응활성 조절제 공급수단으로부터 반응활성 조절제를 금형 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 반응성 중합 성형방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 적어도 1 이상의 금형과,
    상기 금형에 반응원액을 공급하는 2 이상의 반응원액 공급수단과,
    상기 반응원액 공급수단과는 별도로 설치되고, 상기 금형 내에서의 상기 반응원액의 반응활성을 제어하기 위한 반응활성 조절제를, 상기 반응활성 조절제의 단위시간당 공급량을 적어도 2 이상의 단계로 나누어 변화시켜서 금형 내에 공급하기 위한 반응활성 조절제 공급수단을 가지는 것을 특징으로 하는 성형장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 2이상의 반응원액 공급수단으로부터 2이상의 금형내에 각각 2이상의 반응원액이 공급되도록 구성되어 있고,
    상기 반응활성 조절제 공급수단으로부터 각 금형에 공급되는 반응활성 조절제의 공급량을 개별적으로 제어할 수 있는 제어수단을 가지는 것을 특징으로 하는 성형장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반응원액은 노르보르넨계 모노머를 함유하는 것을 특징으로 하는 반응성 중합 성형방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 2 이상의 반응원액은 노르보르넨계 모노머와 메타세시스 촉매로 이루어지는 액과, 노르보르넨계 모노머와 활성제로 이루어지는 액인 반응성 중합 성형방법.
  8. 제1항에 있어서, 금형의 캐비티 내로의 반응원액의 주입 개시로부터 반응이 급격하게 진행되고, 생성수지의 표면으로부터 조금 흰 연기가 일어날 때까지의 시간을 t'(SMT)로 하고,
    주입 개시로부터 충전 완료까지의 충전시간을 t로 한 경우에, t'/t는 1.5∼20 인 반응성 중합 성형방법.
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