KR100776951B1 - 발포 수지층 및 표면층을 갖는 복합 재료의 제조 방법 - Google Patents

발포 수지층 및 표면층을 갖는 복합 재료의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

복합 재료의 제조 방법으로서, 이 제조 방법은, 제 1 금형에 표면층을 제공하여 이 표면층을 제 1 금형의 내부 표면과 접촉시키는 단계, 상기 표면층과 제 2 금형 사이에 공간이 형성되도록, 다수의 구멍군을 갖는 제 2 금형을 배치시키는 단계, 상기 공간에 팽창 수지 비드를 공급하여 상기 공간을 팽창 수지 비드로 채우는 단계, 상기 공간에서 공기를 제거하는 단계, 및 상기 제 2 금형의 다수의 구멍군을 통해 상기 공간속으로 가열 매체를 연속적으로 유입시킴으로써, 상기 팽창 수지 비드를 융합 및 접합시키는 단계를 포함한다.

Description

발포 수지층 및 표면층을 갖는 복합 재료의 제조 방법{METHOD OF PRODUCING COMPOSITE MATERIAL HAVING FOAMED RESIN LAYER AND SURFACE LAYER}
본 발명은, 발포 수지층 및 발포 수지층상에 적층된 표면층을 갖고, 자동차의 범퍼, 문 외장 또는 도구 패널, 박스, 전기 장치 본체, 팔레트 등으로서 유용한 복합 재료의 제조 방법에 관한 것이다.
발포 수지층 및 발포 수지층상에 적층된 표면층을 갖는 복합 재료를 제조하기 위한 하나의 공지된 방법은, 표면층이 이전에 제공된 금형속에서 팽창 수지 비드(expanded resin beads)를 성형하는 방법을 포함한다(EP-A-591553, EP-A-658410, EP-A-841155). 성형중에, 팽창 수지 비드는 가열 매체로 가열되고 서로 융합 및 접합되어 발포 수지층을 형성하고, 표면층은 이러한 발포 수지층과 결합한다. 이러한 공정에 의해 얻어진 복합 재료는, 팽창 비드 사이의 접합(내부층 접합 강도) 및 발포 수지층과 표면층 사이의 접합(상호층 접합 강도)이 매우 높지 않기 때문에, 복합 재료의 내부층 및 상호층이 갈라지기 쉽다는 문제점을 갖는다.
본 발명은 종래 방법의 상술한 문제점의 관점에서 형성되었다. 본 발명에 따라, 복합 재료의 제조 방법이 제공되어 있고, 이러한 방법은:
(a) 내부 표면을 갖는 제 1 금형내에 표면층을 제공하여 이 표면층을 상기 내부 표면과 접촉시키는 단계;
(b) 상기 제 1 금형의 내부 표면과 접촉된 상기 표면층과 제 2 금형 사이에 공간이 형성되도록, 다수의 구멍군을 갖는 제 2 금형을 배치시키는 단계;
(c) 상기 공간에 팽창 수지 비드를 공급하여 상기 공간을 팽창 수지 비드로 채우는 단계;
(d) 상기 공간에서 공기를 제거하는 단계; 및
(e) 상기 제 2 금형의 다수의 구멍군을 통해 상기 공간속으로 가열 매체를 연속적으로 유입시킴으로써, 상기 팽창 수지 비드를 융합 및 접합시켜 발포 수지층을 형성하고 이 발포 수지층에 상기 표면층을 접합시키는 것을 1회 이상 실시하는 단계를 포함한다.
단계 (b) 는, 단계 (a)와 동시에, 단계 (a) 전에, 또는 단계 (a) 후에 실시될 수 있다.
본 발명은 첨부한 도면을 참고로 하여 이하에서 더 자세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 실시하는데 사용된 성형 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2(a)는 도 1의 성형 장치의 제 2 금형에 형성된 구멍군의 개략적인 도면이다.
도 2(b) 및 도 2(c)는 구멍군의 배열의 다른 실시예를 도시하고 도 2(a)와 유사한 개략적인 도면이다.
본 발명에 따른 복합 재료는, 표면층 및 표면층상에 적층된 발포 수지층을 포함한다. 본 명세서에 있어서, 발포 수지층에 접합되는 표면층의 표면은 "내부 표면"이라 하고, 발포 수지층에 접합되는 표면층의 반대 표면은 "외부 표면"이라 한다.
발포 수지층은, 유기 가스(예를 들어, 탄화수소 가스 또는 할로겐화 탄화수소 가스) 또는 무기 가스(예를 들어, 이산화탄소, 질소 또는 공기)와 같은 가스를 함유하고 상승 온도에서 연해지고 또는 용해되는 팽창 수지 비드로부터 제조된다. 수지 비드를 형성하는데 열가소성 수지가 사용될 수 있다. 예시하기에 적절한 수지는, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리 염화 비닐 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴 수지, 아미드 수지 및 폴리올레핀 수지이다.
압축 변형으로부터의 우수한 회복력 및 우수한 완충 특성 때문에, 폴리올레핀 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 폴리올레핀 수지의 예는, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene), 선형 초저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-프로필렌 블럭 코폴리머, 에틸렌-프로필렌 랜덤 코폴리머, 에틸렌-부텐 블럭 코폴리머, 에틸렌-부텐 랜덤 코폴리머, 에틸렌 비닐 아세테이트 코폴리머, 에틸렌-메틸 메타크릴레이트 코폴리머, 에틸렌 메타크릴산 코폴리머와 금속 이온과의 상호-분자 교차 결합에 의해 얻어진 이오노머 수지(ionomer resin), 프로필렌 호모폴리머, 프로필렌-에틸렌 랜 덤 코폴리머, 프로필렌-부텐 랜덤 코폴리머, 프로필렌-에틸렌 블럭 코폴리머, 프로필렌-부텐 블럭 코폴리머, 프로필렌-에틸렌-부텐 테르폴리머, 프로필렌-아크릴산 코폴리머, 프로필렌-말레 무수물 코폴리머, 폴리부텐, 폴리펜텐, 및, 올레핀 모노머(예를 들어, 스티렌)와 공중합될 수 있는 코모노머를 구비하는 올레핀 모노머(예를 들어, 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 펜텐)의 코폴리머를 포함한다. 무엇보다도, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 선형 초저밀도 폴리에틸렌, 프로필렌 호모폴리머, 프로필렌-에틸렌 코폴리머, 프로필렌-부텐 코폴리머, 프로필렌-에틸렌-부텐 테르폴리머를 사용하는 것이 더 바람직하다. 가장 바람직한 폴리올레핀 수지는, 프로필렌 호모폴리머, 프로필렌-에틸렌 랜덤 코폴리머, 프로필렌-부텐 랜덤 코폴리머, 프로필렌-에틸렌-부텐 테르폴리머, 및 선형 저밀도 폴리에틸렌이다.
상술한 폴리올레핀 수지는, 교차 결합되지 않은 형태로 사용될 수 있거나. 또는 과산화수소와 교차 결합된후에 사용될 수 있거나, 또는 복사에 의해 사용될 수 있다. 제조의 용이성 및 재생력 때문에, 교차 결합되지 않은 폴리올레핀 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
팽창 수지 비드의 겉보기 밀도는 일반적으로 0.024 내지 0.48 g/cm3 , 바람직하게 0.048 내지 0.32 g/cm3 이다. 팽창 수지 비드의 평균 입자 직경은 일반적으로 1 내지 7 mm, 바람직하게 1 내지 5 mm 이다. 본원의 "겉보기 밀도"는 이하의 방법에 의해 측정된다.
1000개의 팽창 비드 입자가 추출된다. 비드는, 60℃의 온도와 15%의 상대 습도에서 24시간 동안 건조되고, 그리고 나서 23℃의 온도와 50%의 상대 습도의 공기중에서 24시간 동안 방치된다. 이들 비드의 중량(W(g))을 측정한 후에, 비드는 23℃의 눈금이 새겨진 측정 실린더내에서 에탄올로 적셔져서, 실린더내의 에탄올의 높이의 증가로부터 비드의 실제 부피(L(cm3))가 측정된다. 이하의 식에 의해 겉보기 밀도가 결정된다:
겉보기 밀도 (g/cm3) = W/L
상기 식에서 W 및 L 은 위에서 정의된 바와 같다.
발포 수지층을 덮는 표면층은 일반적으로, 복합 재료에 우수한 장식성 외형 및 우수한 물리적, 기계적 및 화학적 특성을 제공하도록 작용한다. 따라서, 표면층의 외부 표면은 주름(crimp)과 같은 장식성 패턴으로 적절하게 인상을 제공할 수 있다. 표면층은, 단일층 시트일 수 있거나 또는 2개 이상의 층, 일반적으로 2개 내지 6개 층, 바람직하게 2개 내지 3개 층을 구비하는 다층 시트일 수 있다. 발포 수지층에 접합된 단일층 시트 또는 다층 시트의 내부 표면은, 그 사이의 접착력을 개선하기 위해 예를 들어, 거칠게 하는 방법 또는 코로나 방전에 의해 기계적으로, 물리적으로 또는 화학적으로 처리될 수 있다. 표면층과 발포 수지층 사이의 개선된 상호층 접합 강도 때문에, 표면층의 내부 표면은 팽창 수지 비드에 융합-접합될 수 있는 수지로 제조되는 것이 바람직하다. 표면층의 두께는 복합 재료의 의도된 용도에 달려 있고, 명확히 제한되어 있지는 않다. 그러나, 일반 적으로 표면층의 두께는 0.5 내지 10 mm 이다.
단일층 시트는, 직조 섬유 시트, 비직조 섬유 시트 또는 편물 섬유 시트와 같은 섬유 시트; 또는 발포 수지 시트 또는 비발포 수지 시트와 같은 수지 시트일 수 있다. 다층 시트의 예는, (a) 폴리올레핀 엘라스토머층의 적층물(표면층의 외부 표면으로서 제공됨)과 교차 결합 폴리프로필렌 수지 발포층(표면층의 내부 표면으로서 제공됨), (b) 폴리 염화 비닐층의 적층물(표면층의 외부 표면으로서 제공됨)과 교차 결합 폴리프로필렌 수지 발포층(표면층의 내부 표면으로서 제공됨), (c) 섬유층의 적층물(표면층의 외부 표면으로서 제공됨)과 완충 특성을 갖는 발포 수지층(예를 들어, 교차 결합된 폴리프로필렌 수지 발포층) 또는 비발포 수지층과 같은 수지층(표면층의 내부 표면으로서 제공됨), (d) 천연 또는 합성 가죽층, 중간층, 완충층(예를 들어, 발포층 또는 섬유층)으로 구성된 3층 적층물(표면층의 외부 표면으로서 제공됨)과 형상 유지력을 갖는 비발포 수지층(표면층의 내부 표면으로서 제공됨), 및 (e) 상술한 단일층 시트의 적층물(표면층의 외부 표면으로서 제공됨)과 접착층(표면층의 내부 표면으로서 제공됨)을 포함한다.
본 발명에 따른 복합 재료의 제조 방법은, 본 발명의 방법을 실시하기 위한 바람직한 장치를 도시하는 도 1을 참고로 하여 설명될 것이다.
장치는 한쌍의 제 1 케이싱(4) 및 제 2 케이싱(5)을 구비하고, 이 제 1 케이싱 및 제 2 케이싱내에는 제 1 충만 챔버(plenum chamber)(8) 및 제 2 충만 챔버(12)를 한정하기 위한 한쌍의 제 1 금형(1) 및 제 2 금형(2)이 각각 배치되어 있다. 케이싱(4)은, 제 1 금형(1) 및 제 2 금형(2)이 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 위치되도록 케이싱(5)에 대해 이동가능하다. 도 1에 도시된 바와 같은 폐쇄 위치에서, 금형(1)과 금형(2) 사이에는 금형 캐버티(10)가 형성되어 있다.
제 1 금형(1)은, 복합 재료의 표면층의 외부 형상을 제공하도록 형성된 내부 표면을 갖는다. 제 1 금형(1)에는 구멍(6)이 제공되어 있는데, 이 구멍을 통해 금형 캐버티(10)는 제 1 충만 챔버(8)와 유체소통한다. 제 1 케이싱(4)은 배출 수단(도시되지 않음)에 연결된 흡입관(7)을 구비한다. 따라서, 배출 수단의 작동에 의해, 제 1 금형(1)과 제 2 금형(2) 사이에 고정되고 가장자리 둘레를 갖고 금형 캐버티(10)내에 위치된 원료 시트는, 제 1 금형(1)으로 진공 성형되어 표면층(31)이 될 수 있다. 배출 수단은, 표면층(31)의 외부 표면이 제 1 금형(1)의 내부 표면과 밀접하게 접촉되도록 개별적으로 형성된 표면층(31)을 제 위치에 배치시키는데 사용될 수도 있다.
제 2 금형(2)에는 다수의 구멍(11)이 제공되어 있는데, 이 구멍을 통해 금형 캐버티(10)는 제 2 충만 챔버(12)와 유체소통한다. 구멍(11)의 크기와 개수는 금형 캐버티(10)의 부피 및 팽창 수지 비드의 크기에 따라 변한다. 일반적으로, 구멍(11)의 직경은 0.3 내지 1 mm 이다.
제 2 충만 챔버(12)내에는, 제 2 충만 챔버(12)를 다수의 충만 챔버(도시된 실시형태에서 2개의 충만 챔버(12a, 12b))로 분할하고, 구멍(11)을 다수의 구멍군(도시된 실시형태에서 제 1 구멍군(11a)과 제 2 구멍군(11b))으로 분할하기 위한 분할 수단(3)이 제공되어 있어서, 이러한 분할 수단(3)에 의해 금형 캐버티(10)는 대응하는 구멍을 통해 각 충만 챔버와 유체소통한다(도시된 실시형태에서 금형 캐버 티(10)는, 제 1 구멍군(11a)을 통해 충만 챔버(12a)와 유체소통하고, 제 2 구멍군(11b)을 통해 충만 챔버(12b)와 유체소통한다).
도면 부호 13은 팽창 수지 비드(30)를 금형 캐버티(10)에 공급하기 위한 공급관을 나타낸다. 공급관(13)은, 비드(30)가 금형 캐버티(10)에 들어가도록 작용하는 공기를 공급하는 분기(13a)를 구비한다. 공급관에는 적절한 밸브 수단(도시되지 않음)이 제공되어 있다. 도시된 실시형태에서는, 2개의 이러한 공급관(13)이 사용된다. 공급관(13)의 개수는 원하는 경우에 1개로 감소될 수 있거나 또는 3개 이상으로 증가될 수 있다.
각 충만 챔버에는, 가열 매체 공급관, 냉각 매체 공급관 및 배출관이 연결되어 있다. 각 관에는 밸브가 제공되어 있다. 따라서, 도시된 실시형태에 있어서, 충만 챔버(12a)는, 밸브(15)에 의해 증기와 같은 가열 매체를 유입시키기 위한 공급관(14), 밸브(17)에 의해 물과 같은 냉각 매체를 유입시키기 위한 공급관(16), 및 밸브(19)에 의해 가열 매체, 냉각 매체 또는 공기를 배출시키기 위한 배출관(18)을 구비한다. 유사하게, 충만 챔버(12b)는, 밸브(21)에 의해 충만 챔버(12b)속으로 가열 매체를 유입시키기 위한 공급관(20), 밸브(23)에 의해 충만 챔버(12b)속으로 냉각 매체를 유입시키기 위한 공급관(22), 및 밸브(25)에 의해 충만 챔버(12b)로부터 가열 매체, 냉각 매체 또는 공기를 배출시키기 위한 배출관(24)을 구비한다.
상술한 장치를 사용하여, 이하와 같이 표면층(31) 및 팽창 수지 비드(30)로부터 복합 재료가 제조된다.
처음에, 표면층(31)은 제 1 금형(1)의 내부 표면에 접촉하여 제공된다. 표면층 (31) 은 제 1 금형(1)의 내부 표면에 조화되도록 미리 형성될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 형성된 표면층(31)은 제 1 금형(1)내에 위치되고, 제 1 충만 챔버(10)는, 표면층(31)이 제 1 금형(1)의 내부 표면과 결합되도록 흡입관(7)을 통해 배기된다.
형성된 표면층(1)을 제조하는데 시트 성형(sheet molding), 슬러시 성형 또는 사출 성형과 같은 방법이 사용될 수 있다. 바람직한 시트 성형 방법의 예는, 진공 성형, 압축 공기 성형, 자유 인발 성형(free drawing molding), 플러그 앤드 리지 성형(plug and ridge molding), 리지 성형, 매치드 성형(matched molding), 스트레이트 성형(straight molding), 드레이프 성형(drape molding), 역 인발 성형, 에어 슬립 성형(air slip molding), 플러그 어시스트 성형(plug assist molding), 플러그 어시스트 역 인발 성형 및 이들의 조합을 포함한다.
대안적으로, 표면층(31)은, 예를 들어, 상술한 바와 같은 진공 성형에 의해 원래 위치에서 제 1 금형(1)으로 성형될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 원하는 때에 적층물은 성형중에 가열될 수 있다.
표면층(31)을 제 1 금형(1)내에 위치시킨 후에, 또는 제 1 금형(1)내에서 표면층(31)을 제조하기 전에 또는 제조하는 중에, 제 1 금형(1)의 내부 표면과 접촉된 표면층(31)과 제 2 금형(2) 사이에 공간(금형 캐버티(10))이 형성되도록, 제 1 금형(1)은 제 2 금형(2)으로 폐쇄된다.
그리고 나서, 공급관(13)을 통해 팽창 수지 비드(30)가 공간(10)에 공급되는 동시에, 관(13a)을 통해 공기가 공급되어 공간(10)을 채운다. 공간(10)에 공급된 공기는 배출관(18, 24)을 통해 배출된다.
팽창 수지 비드의 공급이 완료된 후에, 공간(10)은 비드 사이의 틈새로부터 공기를 제거하도록 형성되어 있다. 공기 제거(deaeration)는, 공간(10)을 배기함으로써, 또는 공간(10)내의 공기를 가열 매체로 대체하기 위해 가열 매체를 공간(10)에 공급함으로써, 또는 공간을 배기하는 동시에 가열 매체를 공간(10)에 공급함으로써 실시될 수 있다.
따라서, 제 1 실시형태에 있어서, 공간(10)의 공기 제거는, 진공 펌프에 각각 연결된 대응 배출관(18, 24) 및 충만 챔버(12a, 12b)중 하나 이상의 충만 챔버를 통해 공간(10)을 배기함으로써 실시된다.
제 2 실시형태에 있어서, 공간(10)의 공기 제거는, 다수의 충만 챔버중 첫번째 충만 챔버(예를 들어, 충만 챔버(12a))를 통해 공간(10)을 먼저 배기하고, 그리고 나서, 다수의 충만 챔버중 두번째 충만 챔버(예를 들어, 충만 챔버(12b))를 통해 공간(10)을 배기함으로써 실시된다. 상이한 충만 챔버를 통한 연속적인 배기에 의해, 공간(10)내의 공기는 효율적으로 또한 효과적으로 제거될 수 있다.
제 3 실시형태에 있어서, 공간(10)의 공기 제거는, 다수의 충만 챔버중 첫번째 충만 챔버(예를 들어, 충만 챔버(12a))를 통해 공간(10)에 가열 매체를 공급하는 동시에, 첫번째 충만 챔버 이외의 충만 챔버(도시된 실시형태에서 충만 챔버(12b))를 통해 가열 매체를 배출하는 제 1 단계, 및, 다수의 충만 챔버중 두번째 충만 챔버(예를 들어, 충만 챔버(12b))를 통해 가열 매체를 공급하는 동시에, 두번째 충만 챔버 이외의 충만 챔버(도시된 실시형태에서 충만 챔버(12a))를 통해 가열 매체를 배출하는 제 2 단계에 의해 실시된다. 제 1 단계 및 제 2 단계는 1회 이상 연속적으로 실시될 수 있다.
제 3 실시형태는 가열 매체의 공급 및 배기를 사용하여 변경될 수 있다. 따라서, 제 4 실시형태에 있어서, 예를 들어, 공간(10)의 공기 제거는, 충만 챔버(12a)의 배기 및 충만 챔버(12b)를 통한 가열 매체의 공급을 포함하는 제 1 단계, 및, 충만 챔버(12b)의 배기 및 충만 챔버(12a)를 통한 가열 매체의 공급을 포함하는 제 2 단계에 의해 실시된다. 제 1 단계 및 제 2 단계는 1회 이상 연속적으로 실시될 수 있다. 공기 제거 및 가열 매체의 공급은 동시적일 수 있거나 또는 연속적일 수 있다.
경제성 및 공기 대체의 효율성의 이유로, 공간(10)의 공기를 제거하기 위해 증기가 가열 매체로서 사용되는 것이 바람직하다. 추가적으로, 팽창 수지 비드가 예열될 수 있기 때문에, 증기를 사용하는 것이 유리하다.
가열 매체를 사용한 공기 제거 방법은, 연속적인 성형 단계의 효율에 악영향을 끼치지 않아야 한다. 따라서, 가열 매체의 너무 높은 온도는 불리한데, 그 이유는, 가열 매체의 높은 온도로 인해 팽창 수지 비드가 국소적으로 용해 및 응착되어, 연속적인 성형 단계에서 가열 매체가 비드 사이의 틈새로 균일하게 효과적으로 유동하기가 어렵기 때문이다. 일반적으로, 공기 제거 단계에서 사용된 가열 매체는, (Tv - 20)℃ 와 (Tv + 10)℃ 사이, 바람직하게 (Tv - 10)℃ 와 (Tv + 10)℃ 사이의 온도를 갖는데, 여기서 Tv는 팽창 수지 비드가 형성되는 수지의 비캇 연 화점(Vicat softening point)을 나타낸다. 본원에 사용된 "비캇 연화점"은, 일본 공업 규격(JIS K7206-1991)(50℃/시간의 가열율에서 실험 하중 및 액체 가열 방법용 방법(A)을 사용하여)에 따라 측정된 것이다.
열 단열 기체인 공기를 공간(10)으로부터 제거함으로써, 연속적인 성형 단계는, 발포 수지층을 형성하도록 팽창 수지 비드를 서로 효과적으로 접착시킬 수 있고, 표면층을 발포 수지층에 접합시킬 수 있다.
성형 단계에 있어서, 팽창 수지 비드(30)를 하나씩 용해 및 접합시켜 발포 수지층을 형성하고 이 발포 수지층에 표면층을 접합시키기 위해, 가열 매체는 다수의 구멍군을 통해 연속적으로 공간(10)속으로 유입된다. 따라서, 도 1에 도시된 장치에 있어서, 예를 들어 가열 매체는, 제 1 구멍군(11a)을 통해 공간(10)속으로 유입되고, 그리고 나서 제 2 구멍군(11b)을 통해 공간(10)속으로 유입된다. 성형 단계는 1회 이상 반복적으로 실시된다. 공간(10)속으로 가열 매체를 유입시킴과 동시에, 연속적으로 가열 매체 유입 위치를 변경시킴으로써, 얻어진 복합 재료가 팽창 수지 비드 사이의 높은 접착 강도(내부층 접합 강도) 및 발포 수지층과 표면층 사이의 높은 접합 강도(상호층 접합 강도)를 갖도록, 팽창 수지 비드는 효율적으로 또한 균일하게 가열될 수 있다. 따라서, 복합 재료는 내부층 및 상호층 갈라짐이 없다.
성형 단계는, 다수의 구멍군중 첫번째 구멍군(예를 들어, 제 1 구멍군(11a))을 통해 공간(10)속으로 가열 매체를 유입시키는 동시에 제 1 구멍군 이외의 구멍군(예를 들어, 제 2 구멍군(11b))을 통해 공간(10)으로부터 가열 매체를 배출시키 는 제 1 단계, 및, 다수의 구멍군중 두번째 구멍군(예를 들어, 제 2 구멍군(11b))을 통해 공간(10)속으로 가열 매체를 유입시키는 동시에 제 2 구멍군 이외의 구멍군(예를 들어, 제 1 구멍군(11a))을 통해 공간(10)으로부터 가열 매체를 배출시키는 제 2 단계를 바람직하게 포함한다. 제 1 단계 및 제 2 단계는 1회 이상 연속적으로 실시된다.
상술한 성형 단계의 제 1 단계 및 제 2 단계는 이하와 같이 실시될 수 있다. 제 1 단계에 있어서, 상기 충만 챔버중 첫번째 충만 챔버(예를 들어, 충만 챔버(12a))속으로 가열 매체가 유입됨과 동시에 공간(10)으로부터 첫번째 충만 챔버와는 다른 충만 챔버(예를 들어, 충만 챔버(12b))로 가열 매체가 배출되고, 제 2 단계에 있어서, 충만 챔버중 두번째 충만 챔버(예를 들어, 충만 챔버(12b))속으로 가열 매체가 유입됨과 동시에 공간(10)으로부터 두번째 충만 챔버와는 다른 충만 챔버(예를 들어, 충만 챔버(12a))로 가열 매체가 배출된다.
이전의 공기 제거 단계에서 배기가 바로 완료된 충만 챔버와는 다른 충만 챔버에서 가열 매체의 공급을 시작하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 공간(10)의 배기가 제 1 충만 챔버(12a)를 통해 먼저 실시되고 그리고 나서 제 2 충만 챔버(12b)를 통해 실시되는 경우, 성형 단계에 있어서, 가열 매체는 제 1 충만 챔버(12a)를 통해 먼저 공간(10)에 유입되고, 그리고 나서 제 2 충만 챔버(12b)를 통해 공간(10)에 유입되는 것이 바람직하다. 한편, 가열 매체의 공급에 의해 공기 제거가 실시되는 경우, 이전의 공기 제거 단계에서 배기가 바로 완료된 충만 챔버와는 다른 충만 챔버에서 가열 매체의 공급을 시작하는 것이 바람직하다. 예 를 들어, 공간(10)의 공기 제거가 제 1 충만 챔버(12a)를 통해 가열 매체를 유입시킴으로써 먼저 실시되고 그리고 나서 제 2 충만 챔버(12b)를 통해 실시되는 경우, 성형 단계에 있어서, 가열 매체는 제 1 충만 챔버(12a)를 통해 먼저 공간(10)에 유입되고, 그리고 나서 제 2 충만 챔버(12b)를 통해 유입되는 것이 바람직하다.
원하는 경우, 성형 단계에서 가열 매체를 다수의 충만 챔버중 하나의 충만 챔버에 공급하는 것은 또 다른 충만 챔버로부터 가열 매체를 배출하는 것과 결합될 수 있다. 예를 들어, 제 1 충만 챔버(12a)에 가열 매체를 공급하기 전에 또는 공급하는 중에, 제 2 충만 챔버(12b)는 배출관(24 또는 18)을 통해 대기로 배기될 수 있거나 또는 대기에 연결될 수 있다.
가열 (성형) 단계에 있어서, 공정 시간의 단축 및 접착 실패의 방지의 이유로, 가열 매체의 유동 방향의 변경은 신속하게(일반적으로 1초 이내) 실시되는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들어, 제 1 구멍군(11a)을 통해 공간에 가열 매체를 공급하는 것이 완료된 후에, 제 2 구멍군(11b)을 통해 공간에 가열 매체를 공급하는 것은 가능한 신속하게(1초 이내) 시작되는 것이 바람직하다.
팽창 수지 비드 사이의 개선된 접착력 및 팽창 수지 비드로부터 형성된 발포 수지층과 표면층(31) 사이의 개선된 접착력의 이유로, 다수의 모든 구멍군을 통해 동시에 공간(10)속으로 가열 매체가 동시에 유입되도록, 가열 매체를 모든 충만 챔버에 동시에 공급함으로써 성형 단계가 완료되는 것이 바람직하다.
일반적으로, 성형 단계에서 사용된 가열 매체는, (Tv)℃ 와 (Tv + 50)℃ 사이, 바람직하게 (Tv + 10)℃ 와 (Tv + 40)℃ 사이의 온도를 갖고, 여기서 Tv 는 팽 창 수지 비드가 형성되는 수지의 비캇 연화점을 나타낸다. 본원에 사용된 "비캇 연화점"은, 일본 공업 규격(JIS K7206-1991)(50℃/시간의 가열율에서 실험 하중 및 액체 가열 방법용 방법(A)을 사용하여)에 따라 측정된 것이다. 성형 단계는 일반적으로 3 내지 20 초의 기간, 바람직하게 5 내지 15 초의 기간동안 실시된다. 융합된 수지 비드의 발포 수지층의 형성을 위해 충만 챔버에 공급된 가열 매체의 압력은, 일반적으로 0.098 내지 0.441 MPa(G), 바람직하게 0.196 내지 0.392 MPa(G) 이다.
상술한 실시형태는 다양한 방법으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2(a)에 도시된 실시형태에 있어서, 구멍은 2개의 군(11a, 11b)으로 분할되어 있다. 그러나, 구멍은 3개 이상의 군으로 분할될 수 있다. 도 2(b)에 도시된 실시형태에 있어서, 구멍은 3개의 군(11a, 11b, 11c)으로 분할되어 있다. 이러한 경우에 있어서, 각각의 군, 예를 들어, 군(11b)을 통해, 그리고 나서 군(11a)을 통해, 그리고 나서 군(11c)을 통해 가열 매체를 공급함으로써 성형 단계가 실시된다.
다수의 구멍군은 평행하게 배치될 필요가 없다. 도 2(c)에 도시된 실시형태에 있어서, 구멍은, 내부 구멍군(11a), 및 내부 구멍군(11a)을 둘러싸는 외부 구멍군(11b)으로 분할되어 있다. 도 2(a) 내지 도 2(c)에 있어서, 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
본 발명의 방법은, 충만 챔버(12)에서 한정되고 분할판(3)에 의해 분할된 충만 챔버(12a, 12b)를 사용하지 않고서 실시될 수 있다. 차라리, 각각의 충만 챔버(12a, 12b)는 개별적으로 그리고 독립적으로 구성될 수 있다.
성형 단계에 있어서, 표면층의 외부 표면의 외형이 악영향을 받지 않는 경우, 가열 매체는 제 1 충만 챔버(8)를 경유하고 구멍(6)을 통해 금형 캐버티(10)에 추가적으로 공급될 수 있다.
본 발명의 방법은, 팽창 수지 비드로부터 형성된 발포 수지층의 거의 전체 표면(일측은 제외)을 표면층(31)이 둘러싸는 복합 재료의 제조에 매우 적합하다.
상술한 장점 이외에, 본 발명의 방법은, 공정 시간이 단축될 수 있다는 장점, 가열 매체의 양이 비교적 작다는 장점, 공기 제거 단계와 성형 단계 동안에 표면층이 고정된 위치에서 유지될 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명의 방법에 있어서, 제 2 금형(2)의 구멍(11)을 통해 가열 매체가 유입되기 때문에, 표면층(31)의 외부 표면이 가열 매체와 직접 접촉되는 것이 방지된다. 따라서, 표면층(31)은 열에 의해 손상을 입지 않는다. 예를 들어, 표면층(31)의 외부 표면이 비직조 섬유로 형성되는 경우, 제조된 복합 재료는 함몰된 섬유 부분이 없는 양호한 표면 외형을 보일 것이다. 수지 시트로 형성된 외부 표면의 경우에 있어서, 어떠한 기복도 발생하지 않는다. 그러나, 원하는 경우, 가열 매체는 제 1 금형(1)의 구멍(6)을 통해 추가적으로 공급될 수 있다.
이하의 실시예는 본 발명을 추가적으로 예시할 것이다.
실시예 1
0.4 mm 의 두께를 갖는 폴리올레핀 엘라스토머의 표피층 및 3 mm 의 두께를 갖는 교차 결합 폴리프로필렌 팽창 수지 시트(토레이 주식회사(Toray Inc)에서 제 조된 Toraypef AP61)의 후면층(backing layer)으로 구성된 2개 층의 적층물은, 소정의 형상으로 성형되었고, 도 1에 도시된 바와 같은 장치의 제 1 금형(1)내에 위치되었다. 그리고 나서, 0.176 g/cm3의 겉보기 밀도(실제 팽창율 : 5.1)를 갖고 0 MPa(G)의 공기를 함유하는 팽창 수지 비드는, 공간(10)의 전체 부피의 65 부피%의 양으로 공간(10)에 공급되었다. 팽창 수지 비드는 146℃의 융점, 및 4 mm의 평균 입자 직경을 갖고, 또한 팽창 수지 비드는 2.4 중량%의 에틸렌 내용물을 갖고 132℃의 비캇 연화점을 갖는 프로필렌 에틸렌 랜덤 코폴리머로 제조되었다. 금형 캐버티내의 비드는 공기가 제거되었고, 그리고 나서 이하와 같이 성형되었다.
(1) 제 1 공기 제거 단계:
밸브(15) : 개방
밸브(17) : 폐쇄
밸브(19) : 폐쇄
밸브(21) : 폐쇄
밸브(23) : 폐쇄
밸브(25) : 개방
132℃의 온도 및 0.196 MPa(G)의 압력의 증기를 관(14)을 통해 충만 챔버(12a)에 공급하는 동시에, 충만 챔버(12b)는 4초 동안 0.049 MPa(G)로 배기되었다. 충만 챔버(12b)내의 온도는 110℃ 이었다.
(2) 제 2 공기 제거 단계:
밸브(15) : 폐쇄
밸브(17) : 폐쇄
밸브(19) : 개방
밸브(21) : 개방
밸브(23) : 폐쇄
밸브(25) : 폐쇄
그리고 나서, 132℃의 온도 및 0.196 MPa(G)의 압력의 증기를 관(20)을 통해 충만 챔버(12b)에 공급하는 동시에, 충만 챔버(12a)는 4초 동안 0.049 MPa(G)로 배기되었다. 충만 챔버(12a)내의 온도는 110℃ 이었다.
(3) 제 1 가열 단계:
밸브(15) : 개방
밸브(17) : 폐쇄
밸브(19) : 폐쇄
밸브(21) : 폐쇄
밸브(23) : 폐쇄
밸브(25) : 폐쇄
그리고 나서, 151℃의 온도 및 0.392 MPa(G)의 압력의 증기를 관(14)을 통해 충만 챔버(12a)에 6초 동안 공급했다. 충만 챔버(12b)내의 온도는 130℃ 이었고, 압력은 0.196 MPa(G) 이었다.
(4) 제 2 가열 단계:
밸브(15) : 폐쇄
밸브(17) : 폐쇄
밸브(19) : 폐쇄
밸브(21) : 개방
밸브(23) : 폐쇄
밸브(25) : 폐쇄
그리고 나서, 151℃의 온도 및 0.392 MPa(G)의 압력의 증기를 관(20)을 통해 충만 챔버(12b)에 6초 동안 공급했다. 충만 챔버(12a)내의 온도는 130℃ 이었고, 압력은 0.196 MPa(G) 이었다.
(5) 제 3 가열 단계:
밸브(15) : 개방
밸브(17) : 폐쇄
밸브(19) : 폐쇄
밸브(21) : 개방
밸브(23) : 폐쇄
밸브(25) : 폐쇄
그리고 나서, 151℃의 온도 및 0.392 MPa(G)의 압력의 증기를 관(14, 20)을 통해 충만 챔버(12a, 12b)에 10초 동안 공급했다.
따라서, 얻어진 성형 (복합 재료) 은 관(16, 22)을 통해 공급된 물로 냉각되었다. 복합 재료의 발포 수지층의 표면상의 팽창 비드 사이에는 어떠한 틈새도 발견되지 않았다. 추가적으로, 복합 재료는, 매우 높은 내부층 접합 강도 및 매우 높은 상호층 접합 강도를 보였다.
실시예 2
실시예 1은 제 3 가열 단계가 생략되었다는 점을 제외하고는 상술한 바와 동일한 방법으로 반복되었다. 발포 수지층의 외부 표면의 부분상에서 틈새가 관찰되었다 하더라도, 복합 재료는 매우 높은 내부층 접합 강도 및 매우 높은 상호층 접합 강도를 보였다.
실시예 3
실시예 1은 제 1 공기 제거 단계 및 제 2 공기 제거 단계가 이하와 같이 실시되었다는 점을 제외하고는 상술한 바와 동일한 방법으로 반복되었다.
(1) 제 1 공기 제거 단계:
밸브(15) : 폐쇄
밸브(17) : 폐쇄
밸브(19) : 개방
밸브(21) : 폐쇄
밸브(23) : 폐쇄
밸브(25) : 폐쇄
충만 챔버(12a)는 -0.078 MPa(G)로 4초 동안 배기되었다.
(2) 제 2 공기 제거 단계:
밸브(15) : 폐쇄
밸브(17) : 폐쇄
밸브(19) : 폐쇄
밸브(21) : 폐쇄
밸브(23) : 폐쇄
밸브(25) : 개방
그리고 나서, 충만 챔버(12b)는 -0.078 MPa(G)로 4초 동안 배기되었다.
복합 재료의 발포 수지층의 표면상의 팽창 비드 사이에는 어떠한 틈새도 발견되지 않았다. 추가적으로, 복합 재료는 매우 높은 내부층 접합 강도 및 매우 높은 상호층 접합 강도를 보였다.
실시예 4
실시예 3은 제 3 가열 단계가 생략되었다는 점을 제외하고는 상술한 바와 동일한 방법으로 반복되었다. 발포 수지층의 외부 표면의 부분상에서 틈새가 관찰되었다 하더라도, 복합 재료는 매우 높은 내부층 접합 강도 및 매우 높은 상호층 접합 강도를 보였다.
비교예 1
실시예 1은, 제 1 공기 제거 단계, 제 2 공기 제거 단계 및 제 3 가열 단계가 생략되고, 제 1 가열 단계와 제 2 가열 단계만이 실시되었다는 점을 제외하고는 상술한 바와 동일한 방법으로 반복되었다. 발포 수지층의 외부 표면상에서 어떠한 틈새도 관찰되지 않았다 하더라도, 내부층 접합 강도 및 상호층 접합 강도중 어느 것도 만족스럽지 않았다.
비교예 2
실시예 1은, 제 1 공기 제거 단계 및 제 2 공기 제거 단계가 생략되고, 제 1 가열 단계, 제 2 가열 단계, 및 제 3 가열 단계만이 실시되었다는 점을 제외하고는 상술한 바와 동일한 방법으로 반복되었다. 결과 복합 재료는 비교예 1의 결과 복합 재료와 유사했다.
비교예 3
실시예 1은, 제 1 공기 제거 단계 및 제 2 공기 제거 단계가 생략되고, 밸브(19, 25)를 개방된 상태로 유지하는 동시에 132℃의 증기가 밸브(15, 21)를 통해 유입되고, 제 1 가열 단계 및 제 2 가열 단계가 생략되었다는 점을 제외하고는 상술한 바와 동일한 방법으로 반복되었다. 결과 복합 재료는 비교예 1의 결과 복합 재료와 유사했다.
비교예 4
실시예 1은, 제 1 가열 단계 및 제 2 가열 단계가 생략되고, 제 1 공기 제거 단계와 제 2 공기 제거 단계후에 제 3 가열 단계만이 실시되었다는 점을 제외하고는 상술한 바와 동일한 방법으로 반복되었다. 결과 복합 재료는 비교예 1의 결과 복합 재료와 유사했다.
본 발명은 본 발명의 진의 또는 본질적인 특징을 벗어나지 않고 다른 특정한 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 본 실시형태는 모든 면에 있어서 제한적이 아닌 예시적인 것이고, 본 발명의 범위는 상세한 설명에서 보다 첨부된 청구항에 의해 개시되어 있고, 본 발명의 모든 변경은 청구항의 상당하는 범위에 포함된다.

Claims (13)

  1. 복합 재료의 제조 방법으로서,
    (a) 내부 표면을 갖는 제 1 금형내에 표면층을 제공하여 이 표면층을 상기 내부 표면과 접촉시키는 단계;
    (b) 상기 제 1 금형의 내부 표면과 접촉된 상기 표면층과 제 2 금형 사이에 공간이 형성되도록, 다수의 구멍군을 갖는 제 2 금형을 배치시키는 단계;
    (c) 상기 공간에 팽창 수지 비드를 공급하여 상기 공간을 팽창 수지 비드로 채우는 단계;
    (d) 상기 공간에서 공기를 제거하는 단계; 및
    (e) 상기 제 2 금형의 다수의 구멍군을 통해 상기 공간속으로 가열 매체를 연속적으로 유입시킴으로써, 상기 팽창 수지 비드를 융합 및 접합시켜 발포 수지층을 형성하고 이 발포 수지층에 상기 표면층을 접합시키는 것을 1회 이상 실시하는 단계를 포함하며,
    상기 단계 (e)는:
    상기 다수의 구멍군중 첫번째 구멍군을 통해 상기 공간속으로 가열 매체를 유입시키는 동시에, 상기 다수의 구멍군중 상기 첫번째 구멍군과는 다른 구멍군을 통해 상기 공간으로부터 가열 매체를 배출시키는 제 1 단계, 및
    상기 다수의 구멍군중 두번째 구멍군을 통해 상기 공간속으로 가열 매체를 유입시키는 동시에, 상기 다수의 구멍군중 상기 두번째 구멍군과는 다른 구멍군을 통해 상기 공간으로부터 가열 매체를 배출시키되, 상기 첫번째 구멍군과 두번째 구멍군을 서로 다르게 하는 제 2 단계를 포함하고,
    단계 (e)의 제 1 단계 및 제 2 단계는 1회 이상 연속적으로 실시되는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 단계 (d)는, 상기 공간에 가열 매체를 공급하여 상기 공간내의 공기를 가열 매체로 대체하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 단계 (d)는 상기 공간을 배기하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 단계 (d)는 상기 공간을 배기하는 단계, 및 상기 공간에 가열 매체를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 금형이 상기 다수의 구멍군의 개수와 일치하는 개수의 다수의 챔버에 연결되어 상기 공간이 대응 구멍군을 통해 각 챔버와 유체소통하고, 단계 (e)의 제 1 단계는, 상기 챔버중 첫번째 챔버속으로 가열 매체를 유입시키는 동시에, 상기 공간으로부터 상기 챔버중 첫번째 챔버와는 다른 챔버에 가열 매체를 배출시키는 단계를 포함하고, 단계 (e)의 제 2 단계는, 상기 챔버중 두번째 챔버속으로 가열매체를 유입시키는 동시에, 상기 공간으로부터 상기 챔버중 두번째 챔버와는 다른 챔버에 가열 매체를 배출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 단계 (d)는 상기 챔버중 하나 이상의 챔버를 통해 상기 공간을 배기하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 단계 (d)는, 상기 챔버중 첫번째 챔버를 배기하고 상기 챔버중 첫번째 챔버와는 다른 챔버를 통해 가열 매체를 공급하는 제 1 단계, 및, 상기 챔버중 두번째 챔버를 배기하고 상기 챔버중 두번째 챔버와는 다른 챔버를 통해 가열 매체를 공급하는 제 2 단계를 포함하고, 단계 (d)의 제 1 단계 및 제 2 단계는 1회 이상 연속적으로 실시되는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 단계 (e)는, 단계 (e)의 제 2 단계 후에, 가열 매체를 상기 챔버속으로 동시에 공급하여 가열 매체를 상기 모든 다수의 구멍군을 통해 상기 공간속으로 동시에 유입시키는 제 3 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제4항 및 제6항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 구멍군의 개수는 2개인 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제4항 및 제6항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 매체는 증기인 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
  12. 제 1 항 내지 제4항 및 제6항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a)는, 상기 표면층을 상기 제 1 금형으로 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
  13. 제 1 항 내지 제4항 및 제6항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창 수지 비드는 폴리올레핀 수지로 제조되는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
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