KR100832819B1

KR100832819B1 - 열가소성 수지 성형품의 사출 성형 장치

Info

Publication number: KR100832819B1
Application number: KR1020027011684A
Authority: KR
Inventors: 사토시 시무라; 히토시 가와우치; 히로유키 히라노
Original assignee: 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2002-01-09
Publication date: 2008-05-28
Also published as: DE60219306T2; US20030044480A1; EP1393879A4; CN100369733C; JP2002205319A; CA2403376A1; KR20020077524A; DE60219306D1; CN1455725A; WO2002055282A1; EP1393879A1; EP1393879B1; US6652254B2; JP3425559B2

Abstract

본 발명은 스크류의 전체 길이를 기존의 성형기의 실린더가 그대로 사용할 수 있는 길이로 유지하여, 가스 함침 공정을 실현할 수 있는 성형 장치를 제공한다. 가스 함침 공정에 이용되는 스크류(3)는, 상류측에 위치하고 수지를 용융 상태로 하기 위한 수지 용융 부분(C)과, 수지 용융 부분(C)의 하류측에 연속해 있고 수지 압력을 가스 공급구(5)의 불활성 가스 압력보다 낮게 하기 위한 용융 수지 미충만화 부분(E)과, 용융 수지 미충만화 부분(E)의 하류측에 연속해 있고 불활성 가스를 공급하여 용융 수지에 함침시키기 위한 가스 함침 부분(D)으로 구성되어 있다.

Description

열가소성 수지 성형품의 사출 성형 장치{INJECTION MOLDING APPARATUS FOR MOLDED ARTICLES OF THERMOPLASTIC RESIN}

본 발명은 열가소성 수지 성형품, 특히 열가소성 수지 발포 성형품, 또는 용융 점도가 높고 용융 성형이 곤란한 열가소성 수지의 성형품의 제조 방법에 이용하는 성형 장치에 관한 것이다.

열가소성 수지 발포 성형품을 사출 성형에 의해서 얻는 방법으로서, 화학 발포제를 이용하여 열가소성 수지 발포 성형품을 얻는 방법(화학 발포), 또는 클로로플루오로카본, 부탄, 펜탄, 이산화탄소 혹은 질소 등의 가스를 직접 수지에 공급하여 용해시킴으로써 발포제로서 사용하는 방법(물리 발포)이 있다. 최근, 위생이나 환경을 고려하여 이산화탄소, 질소 등의 불활성 가스를 이용한 물리 발포에 의해 열가소성 수지 발포 성형품을 제조하는 필요성이 높아지고 있다.

이러한 점을 고려하면, 불활성 가스를 이용하여 열가소성 수지 발포 성형품을 제조하는 방법의 검토가 많이 이루어져 왔다(예컨대. 일본 특개평 제10-230528호/1998).

그러나, 종래의 제조 방법 대부분은, 어떠한 방식으로 미세한 기포의 발포 성형품을 제조하는가를 과제로 하고 있기 때문에, 설비가 매우 복잡해지고 복수의 장치를 필요로 하게 된다. 즉, 물리 발포를 실현하기 위해, 열가소성 수지를 용융 상태로 하여, 거기에 불활성 가스를 공급하고, 용융 수지에 혼합하여 함침시키는 가스 함침 공정에서 특별히 설계된 실린더, 스크류, 제어 장치를 이용할 필요가 있었다. 이러한 설비는 신규의 장치를 제작하거나, 기존의 장치를 대폭 개조해야 하므로 비용이 비싸게 된다고 하는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여, 이산화탄소, 질소 등의 불활성 가스를 비교적 저압으로 열가소성 용융 수지에 안정적이고 또한 연속적으로 공급하여, 스크류의 전체 길이를 기존의 성형기의 실린더가 그대로 사용할 수 있는 길이로 유지하여 가스 함침 공정을 실현할 수 있는 성형 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명자는, 어떠한 방식으로 미세한 기포의 발포 성형품을 제조할 것인가에 관심이 있는 것이 아니라, 어떠한 방식으로 이산화탄소, 질소 등의 불활성 가스를 이용한 물리 발포를 간단히 또한 저비용으로 실현할 것인가에 대한 관점에서 검토를 하였다. 그리고, 열가소성 수지를 용융 상태로 하여, 거기에 불활성 가스를 공급하고, 용융 수지에 혼합하여 함침시키는 기능 전부를 스크류가 갖게 함으로써, 기존의 사출 성형 실린더, 제어 장치 등을 그대로 이용하여, 물리 발포를 간단히 또한 저비용으로 실현시켰다.

본 발명의 열가소성 수지 성형품의 성형 장치는, 성형기의 실린더 내에서 스크류 회전에 의해서 용융 상태로 된 열가소성 수지에 가스 공급구로부터 불활성 가스를 공급하여 함침시키는 가스 함침 단계와, 얻어진 가스 함침 용융 수지로부터 발포 성형품을 얻는 성형 공정을 포함하는 열가소성 수지 성형품의 성형 방법의 실시에 사용되는 장치로서, 가스 함침 단계에 이용되는 스크류는, 수지를 용융 상태로 하기 위해 실린더의 상류측에 위치한 수지 용융 부분과, 수지 압력을 가스 공급구의 불활성 가스 압력보다 낮게 하기 위해 상기 수지 용융 부분의 하류측에 연속해 있는 용융 수지 미충만화 부분과, 불활성 가스를 공급하여 용융 수지에 함침시키기 위해 상기 용융 수지 미충만화 부분의 하류측에 연속해 있는 가스 함침 부분으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

스크류의 용융 수지 미충만화 부분이란, 스크류의 축 직경을 작게 하거나 또는 플라이트 피치(flight pitch)를 증가시킴으로써 형성되는 부분이다. 용융 수지 미충만화 부분을 마련함으로써, 스크류 플라이트, 실린더 및 스크류 축에 의해 구획되는 공간은 증대되며, 이로 인하여 이 공간 내의 수지 압력을 가스 공급구에서의 가스 압력보다도 낮게 할 수 있다. 용융 수지 미충만화 부분은, 수지 용융 부분의 하류단으로부터, 이보다 하류측에서 스크류 플라이트, 실린더 및 스크류 축에 의해 구획되는 공간이 최대로 되는 위치까지 연장된다. 용융 수지 미충만화 부분의 하류측에 연속해서 있는 가스 함침 부분에서는, 스크류 플라이트, 실린더 및 스크류 축에 의해 구획되는 공간이 용융 수지 미충만화 부분에 비해서 작기 때문에, 미충만이던 용융 수지가 서서히 충만 상태로 되어 간다. 따라서, 가스 함침 부분에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 상류측의 용융 수지 미충만 상태와 하류측의 용융 수지 충만 상태의 2개의 상태가 존재하게 된다. 스크류가 이러한 용융 수지 미충만 상태의 영역에 가스 공급구를 구비하기 때문에, 필요량의 불활성 가스가 용융 수지에 안정적으로 공급된다.

종래의 장치의 스크류의 선단에 가스 함침 부분을 추가로 제공하고자 하면, 추가로 제공된 만큼 스크류 전체 길이가 길어지게 되어 기존 성형기의 실린더를 이용할 수 없게 되지만, 전술한 바와 같은 본 발명의 구성은 스크류의 전체 길이를 기존 성형기의 실린더가 사용할 수 있는 길이로 유지한 채로 가스 함침 부분을 제공할 수 있다.

상기 성형 장치에 있어서, 스크류 상류 단부에 가스 도입로가 마련되고, 가스 도입로에 연통하는 가스 공급로가 스크류 내부에 길이 방향으로 관통형으로 마련되며, 가스 공급구는 가스 함침 부분에 마련되어, 가스 공급로를 통해 가스 도입로에 연통하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 기존의 실린더의 가스 도입구, 가스 공급로 및 가스 공급구를 개조할 필요가 없어, 기존의 실린더를 거의 변경하지 않고 사용할 수 있다.

또한, 스크류의 수지 용융 부분은, 상류측에 있고 스크류의 축 직경이 소직경인 분체(粉體) 수송 부분과, 하류측에 있고 스크류의 축 직경이 대직경인 용융 수지 수송 부분과, 양쪽 부분 사이에 위치하여 스크류의 축 직경이 하류측으로 서서히 커지는 압축 용융 부분으로 이루어지며, 스크류의 각 부위 및 부분의 길이는, 실린더 직경(D)에 대하여,

분체 수송 부분의 길이 L₁ = 5D 내지 10D,

압축 용융 부위의 길이 L₂ = 3D 내지 6D,

용융 수지 수송 부분의 길이 L₃ = 1D 내지 4D,

용융 수지 미충만화 부분의 길이 L₄ = 0.1D 내지 2D,

가스 함침 부분의 길이 L₅ = 4D 내지 10D로 되는 관계를 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 수지는 열에 의해, 또한 가소화 효과를 부가하는 불활성 가스에 의해 가소화될 수 있으며, 그 결과 가스 함침 부분에 있어서는 용융 수지에 불활성 가스가 적극적으로 함침되는 동시에, 불활성 가스의 가소화 효과로 인하여 수지의 가소화가 한층 더 촉진된다. 불활성 가스의 가소화 효과는 도 3에 도시한 바와 같이, 수지의 분자 사슬(molecular chain)의 사이에 불활성 가스(도면에서는 이산화탄소)의 분자가 녹아서, 분자 사슬의 사이가 넓어져, 그 결과로서 분자 사슬의 자유 부피를 크게 하여 실질적으로 열에 의한 가소화와 동일하게 가소화 작용이 발현되는 현상을 말한다.

분체 수송 부분의 길이 L₁을 5D 내지 10D(최적치는 약 8D)로 하는 것은, 수지 용융 부분을 설계할 때에 분체 수송 부분이 계량 스트로크에 의해 감소하는 것을 고려했기 때문이다. L₁ 이 5D 보다도 작으면, 호퍼로부터 미용융 펠릿 또는 분체의 수지를 안정적으로 수송할 수 없게 되며, L₁ 이 10D 보다도 크면, 스크류의 전체 길이가 증가하여 기존의 실린더를 이용하는 것이 곤란하게 된다.

압축 용융 부분의 길이 L₂ 을 3D 내지 6D(최적치는 약 4D)로 하는 것은, L₂ 이 3D 보다도 작으면, 충분한 용융 상태를 얻을 수 없고, L₂ 가 6D 보다도 크면, 스크류의 전체 길이가 증가하기 때문이다.

용융 수지 수송 부분의 길이 L₃ 을 1D 내지 4D(최적치는 약 2D)로 하는 것은, L₃ 이 1D 보다도 작으면, 불활성 가스가 호퍼측으로 누설되는 것을 방지할 수 없고, L₃ 이 4D 보다도 크면, 스크류의 전체 길이가 증가하기 때문이다. 일반적으로는, 용융 수지 수송 부분의 하류단에서의 수지압의 변동을 억제하고 또한 용융을 촉진하기 위해, L₃ 은 클수록 바람직하지만, 본 발명에서는 용융 수지 수송 부분의 하류단에서 불활성 가스의 호퍼측으로의 누설만을 방지하는 것이 요구된다. L₃ 이 4D 이하이면, 충분히 성능을 만족시킬 수 있다.

용융 수지 미충만화 부분은 용융 수지 미충만 상태를 형성하여 안정적으로 불활성 가스를 공급하는 것이 목적이다. 그 길이 L₄ 가 2D 이하(바람직하게는 1D 이하)이면, 충분히 성능을 만족시킬 수 있다. L₄ 가 2D 보다도 크면, 스크류의 전체 길이가 증가한다.

가스 함침 부분은 용융 수지 미충만화 부분의 하류단으로부터 서서히 스크류의 축 직경이 증가하는 테이퍼 부위와, 그것보다 하류측에서 스크류의 축 직경이 일정한 원주(圓柱) 부위로 이루어진다. 테이퍼 부위의 길이(L₆)가 실린더 직경(D)에 대하여 L₆ = 0.5D 내지 3D로 되는 관계를 갖는 것이 바람직하다. (스크류 플라이트, 실린더 및 스크류 축에 의해 구획되는 공간이 최소인) 수지 용융 부분으로부터 (상기 공간이 최대인) 용융 수지 미충만화 부분으로 보내진 용융 수지는, 스크류 플라이트, 실린더 및 스크류 축에 의해 구획되는 공간이 용융 수지 미충만화 부분보다 감소하는 테이퍼 부위를 지나서, 이 공간이 수지 용융 부분의 공간보다 큰 원주 부위로 보내진다. 이에 따라, 가스 함침 부분의 용융 수지는, 테이퍼 부위 및 원주 부위 하류부에서의 미충만 상태와, 원주 부위 상류부에서의 충만 상태인 2개의 상태를 갖게 된다. 용융 수지에 2개의 상태를 갖게 하는 이유는, 용융 수지 미충만 상태로 가스의 안정 공급을 실현하여, 용융 수지 충만 상태에서 노즐로의 누설에 의한 가스의 취출을 방지하기 위한 것이다.

가스 함침 부분의 길이 L₅ 는, 4D 내지 10D(최적치는 약 7D)인 것이 바람직하다. L₅ 가 4D 보다도 작으면, 노즐로의 가스의 누설에 의한 가스의 취출을 방지할 수 없고, L₅ 가 10D 보다도 크면, 스크류의 전체 길이가 증가한다. 또한, 용융 수지 미충만 상태와 용융 수지 충만 상태를 안정시키기 위해서는, 테이퍼 부위의 길이 L₆ 가 0.5 이상 3D 이하인 것이 바람직하다.

스크류의 구성을 상기와 같이 함으로써, 스크류는 열가소성 수지를 용융 상태로 하고, 그 용융 수지에 불활성 가스를 공급하고, 그 가스를 용융 수지에 혼합하여 함침시키는 기능을 전부 실행할 수 있다. 더욱이, 스크류 전체 길이를 짧게 설계할 수 있기 때문에, 기존의 사출 성형 실린더 및 제어 장치를 이용할 수 있다. 따라서, 상기 기능을 갖는 스크류를 사용함으로써, 물리 발포를 간단히 또한 저비용으로 달성할 수 있다.

또, 본 발명의 성형 장치는, 사출 성형용으로 한정되는 것이 아니라, 압출 성형, 블로우 성형, 사출 블로우 성형, 필름 성형 등에도 사용할 수 있다.

본 발명에 사용되는 열가소성 수지는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 용융 점도가 높기 때문에 용융 성형이 곤란한 수지, 열분해가 용이한 수지, 저비점의 첨가제 혹은 열분해하기 용이한 첨가제를 함유하는 난성형 수지 등을 들 수 있다.

높은 용융 점도로 인하여 용융 성형이 곤란한 수지로서는, 예컨대 초고분자량 폴리에틸렌, 초고중합도 폴리염화비닐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리이미드 등의 엔지니어링 플라스틱용의 수지를 들 수 있다.

열분해가 용이한 수지로서는, 폴리젖산, 폴리히드록시부틸레이트 등의 생분해성 수지나, 고염소화도 폴리염화비닐, 폴리아크릴로니트릴 등을 들 수 있다.

본 발명에 이용되는 불활성 가스는 수지에 대하여 비반응성으로, 수지를 열화(劣化)시키는 등의 악영향을 수지에 부여하지 않는 것이면 특히 한정되지 않지만, 예컨대 이산화탄소, 질소, 아르곤, 네온, 헬륨, 산소 등의 무기계 가스와, 클로로플루오로카본, 저분자량의 탄화수소 등의 유기계 가스를 들 수 있다.

이들 중에, 환경에 끼치는 악영향이 작고, 그리고 가스의 회수가 필요 없는 무기계 가스가 바람직하다. 난성형 수지에 대한 용해도가 높고, 수지의 용융 효과가 크며, 직접 대기 중에 방출하더라도 거의 해가 없다고 하는 관점에서, 이산화탄소가 더 바람직하다. 또, 불활성 가스는 단독으로 이용하더라도 좋고, 혹은 두 가지 이상의 가스를 병용하더라도 좋다.

도 1은 본 발명에 따른 열가소성 수지 성형품을 제조하기 위한 성형 장치의 하나의 실시예를 부분 절단하여 도시한 측면도이다.

도 2는 성형 장치의 사출 성형기의 전체 개요를 부분 절단하여 도시한 측면도이다.

도 3은 불활성 가스에 의한 열가소성 수지의 가소화 효과를 나타내는 개략도이다.

도 4는 가스 함침 부분의 수지 미충만 및 충만 상태를 도시하는 확대 측면도이다.

도 5a는 본 발명에 따른 열가소성 수지 성형품의 성형 장치에 사용되는 금형의 일실시 형태를 도시한 종단면도이며,

도 5b는 본 발명에 따른 열가소성 수지 성형품의 성형 장치에 사용되는 금형의 일실시 형태를 도시한 횡단면도이다.

이하에, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 자세히 설명한다.

실시예 1

도면은 본 발명에 따른 성형 장치의 하나의 실시형태를 도시하는 것이다.

성형 장치(A)는 열가소성 수지의 사출 성형에 사용되며, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 사출 성형기(1)와, 이 성형기에 가스를 보내는 가스 주입 장치(B)로 이루어진다. 사출 성형기(1)는 실린더(2)와, 그 내부에 배치된 스크류(3)로 주로 구성되어 있다.

실린더(2) 내의 스크류(3)는, 실린더의 상류측에 위치하고 회전에 의해서 수지를 용융 상태로 하기 위한 수지 용융 부분(C)과, 수지 용융 부분(C)의 하류측에 연속해 있고 수지 압력을 가스 공급구(5)의 불활성 가스압력보다 낮게 하기 위한 용융 수지 미충만화 부분(E)과, 용융 수지 미충만화 부분(E)의 하류측에 연속해 있고 불활성 가스를 공급하여 용융 수지에 함침시키기 위한 가스 함침 부분(D)을 구비한다.

수지 용융 부분(C)은, 상류측에 있고 스크류의 축 직경이 소직경인 분체 수송 부위(21)와, 분체 수송 부위(21)의 하류측에 연속해서 있고 스크류의 축 직경이 하류측으로 서서히 커지는 압축 용융 부위(22)와, 압축 용융 부위(22)의 하류측에 연속해서 있고 스크류의 축 직경이 대직경인 용융 수지 수송 부위(23)로 이루어진다.

용융 수지 미충만화 부분(E)은, 스크류(3)의 축 직경을 수지 용융 부분(C)의 하류측의 스크류 축 직경보다 하류측으로 서서히 또는 단계적으로 작게 함으로써, 스크류 플라이트(9)와, 실린더(2) 및 스크류(3)의 축에 의해서 구획되는 공간을 증대시킨 부분이다. 수지 용융 부분(C)에서의 실린더 내의 공간으로부터 용융 수지 미충만화 부분(E)에서의 실린더 내의 공간으로 보내진 용융 수지는, 용융 수지 미충만화 부분(E)에서의 실린더 내의 공간에서 미충만 상태로 되어, 그 결과 용융 수지 미충만화 부분(E)에서의 실린더 내의 공간에서의 수지 압력이 가스 공급구(5)에 있어서의 가스 압력보다도 낮게 된다. 용융 수지 미충만화 부분(E)은, 도 2에 L₄ 로 도시하는 부분, 즉 수지 용융 부분(C)의 하류단으로부터 이보다 하류측에서 스크류 플라이트(9)와, 실린더(2) 및 스크류(3)의 축에 의해 구획되는 공간이 최대로 되는 위치〔가스 함침 부분(D)의 상류단〕까지 연장된다.

가스 함침 부분(D)은, 용융 수지 미충만화 부분(E)의 하류단에서 서서히 스크류 축 직경이 증가하는 테이퍼 부위(24)와, 그보다 하류측에서 스크류 축 직경이 일정한 원주 부위(25)로 이루어진다. 가스 공급구(5)는 도 2에 도시한 바와 같이, 가스 함침 부분(D)의 원주 부위(25)의 상류 단부에서 스크류(3)의 축 표면에 형성되어 있다.

〔스크류 플라이트(9)와 실린더(2)와 스크류(3)의 축에 의해서 구획되는 공간이 최소인〕 수지 용융 부분(C)으로부터 (상기 공간이 최대인) 용융 수지 미충만화 부분(E)으로 보내진 용융 수지는, 스크류 플라이트(9)와 실린더(2)와 스크류(3)의 축에 의해서 구획되는 공간이 용융 수지 미충만화 부분(E)에서의 공간보다 감소하는 테이퍼 부위(24)를 지나 그 공간이 수지 용융 부분(C)의 공간보다 큰 원주 부위(25)로 보내진다. 이에 따라, 가스 함침 부분(D)의 용융 수지는, 도 4에 도시한 바와 같이, 테이퍼 부위(24) 및 원주 부위(25)의 상류부의 미충만 상태와, 원주 부위(25)의 하류부의 충만 상태인 2개의 상태를 갖게 된다. 용융 수지에 이들 2개의 상태를 갖게 함으로써, 미충만 상태의 용융 수지에 가스가 안정적으로 공급되어, 충만 상태의 용융 수지에 의해서 노즐로의 누설에 의한 가스의 취출이 방지된다.

수지 용융 부분(C)의 하류 단부 및 가스 함침 부분(D)의 하류 단부에는, 밀봉을 위한 체크 링(26, 27)이 설치된다. 이에 따라, 가스의 상류측으로의 누설은 체크 링(26)과 용융 수송 부위(23)의 용융 수지에 의해 방지되며, 가스의 하류측으로의 누설은, 가스 함침 부분(D)의 충만 상태의 용융 수지와 체크 링(27)에 의해 방지된다.

스크류(3)는 구동 모터(13)로 회전되고, 또 전진 및 후진한다. 스크류(3)의 플라이트(9)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 수지 용융 부분(C)에 비해 가스 함침 부분(D)에서 큰 피치를 갖는다. 스크류(3)가 이와 같이 형성되어 있기 때문에, 수지 용융 부분(C)에 비해 가스 함침 부분(D)에서 용융 수지를 약 1.2배 많이, 즉 빠르게 보낼 수 있다. 또, 배압과 스크류 회전수의 설정에 의해 용융 수지의 이송량을 조정할 수 있는 경우에는, 반드시 피치의 수를 바꿀 필요는 없다.

스크류(3)의 상류 단부에는 가스 도입로(11)가 마련되고, 가스 도입로(11)와 연통하는 가스 공급로(6)가 스크류의 길이 방향으로 스크류를 관통한다. 가스 함침 부분(D)의 스크류 표면에 형성된 가스 공급구(5)는 가스 공급로(6)를 통해 가스 도입로(11)와 연통하고 있다. 가스 공급로(6)에는 가스 공급구(5)에 인접하게 위치하여 가스 공급구(5)로부터 가스 공급로(6)로의 용융 수지의 진입을 막는 체크 밸브(7)가 설치된다. 가스 도입로(11)에는 가스 도입관(16)을 통해 가스 주입 장치(B)가 접속되어 있다. 가스 도입관(16)은 가스 도입로(11)를 덮는 밀봉 박스(12)에 접속되어, 밀봉 박스(12) 안의 밀폐 공간이 가스 도입로(11)와 연통하고 있다.

가스 함침 부분(D)의 원주 부위(25)의 상류단에 있어서, 가스 공급로(6)의 가스 출구단은 인접하는 스크류 플라이트(9) 사이에서 하류측 스크류 플라이트에 인접하게 배치된다. 이 출구단에는 스크류(3)의 축 표면으로부터 돌출하여 나온 핀형의 노즐(10)이 접속되어 있다. 이와 같이 구성된 가스 공급구(5)는, 가스 함침 부분(D)의 원주 부위(25)의 상류단에서 스크류(3)의 축 표면으로부터 돌출하여 나온 스파우트(spout) 형상으로 형성되어 있다. 가스 공급구(5)의 내경은 약 1.5mm 이다.

상기 구성의 사출 성형 장치(A)에 있어서, 원료 수지는 호퍼(17)부터 원료 공급구(15)를 지나 실린더(2)로 공급되며, 원료 수지는 스크류(3)의 회전에 의해서 용융 반죽되면서 실린더(2)의 선단 방향으로 보내어진다. 용융 반죽된 수지는 압력 개방부, 즉 가스 함침 부분(D)으로 보내어진다.

한편, 가스 주입 장치(B)를 나온 이산화탄소는 도입관(16)을 지나서 밀봉 박스(12) 안으로 도입되어, 가스 도입로(11), 가스 공급로(6) 및 체크 밸브(7)를 지나서 스파우트 형상의 가스 공급구(5)에 도달한다. 그리고, 상기 가스는 상기 공급구(5)를 경유하여 가스 함침 부분(D)의 상류 단부에 있는 살린더의 내부로 공급된다. 그 결과, 가스 함침 부분(D)을 통해 하류측으로 보내어지는 용융 수지에 가스가 함침된다. 가스 공급구(5)는 스크류(3)의 축 표면으로부터 돌출하여 나온 스파우트 형상으로 형성되어 있기 때문에, 용융 수지로 덮이는 일은 없다. 또한, 용융 수지 미충만화 부분(E)의 존재로 인하여, 미충만 상태의 용융 수지의 수지 압력이 가스 공급구(5)에 있어서의 가스 압력보다도 낮게 되므로, 가스 공급이 용융 수지에 의해서 방해되는 일이 없고, 가스는 비교적 저압으로 용융 수지에 함침된다.

용융 수지가 실린더(2)의 선단으로 계속하여 이송됨에 따라, 스크류(3)는 이송되는 수지의 공급 속도에 따라 서서히 후퇴하여 실린더(2)의 선단 계량부에서 소정량의 용융 수지를 계량한다.

이와 같이 하여, 계량이 종료된 가스 함침 용융 수지는 사출 성형기(1)의 선단의 노즐(4)로부터 사출 금형 내로 사출되어 발포 성형품을 얻을 수 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 사출 금형(30)은, 예컨대 고정형(31) 및 이동형(32)으로 이루어지며, 디스크 형상의 캐비티(33)와, 캐비티(33)로부터 반사출 방향으로 연장하는 원추형 노즐 터치(34)와, 노즐 터치(34)의 선단에 설치되고 사출 노즐(4)에 접속되는 게이트(35)를 갖고 있다.

이상과 같이 구성된 사출 성형 장치(A)를 이용한 성형 방법에 따르면, 단시간에 균일하게 용융 수지 중에 가스를 함침시킬 수 있으며, 그 결과 높은 생산성으로 균질하고 미세한 발포 성형체를 제공할 수 있다.

실시예의 보다 구체적인 치수를 예를 들면 다음과 같다. 스크류는 축 직경이 60 mm, 플라이트 피치가 60mm 이다. 실린더 직경을 D로 가정하면, 분체 수송 부위의 길이 L₁ = 8D, 압축 용융 부위의 길이 L₂= 4D, 용융 수지 수송 부위의 길이 L₃= 2D, 용융 수지 미충만화 부분의 길이 L₄= 1D, 가스 함침 부분의 길이 L₅= 7D, 테이퍼 부위의 길이 L₆= 1D 이다. 열가소성 수지로서는, 니뽄 폴리켐 컴패니(Nippon Polychem Co., Ltd)사의 폴리프로필렌(등급: Novatic PPMA2)을 이용하고, 불활성 가스로서는 이산화탄소를 이용했다. 또한, 두께 6mm, 직경 200mm의 도 5에 도시한 캐비티(33)의 용량의 1/2에 해당하는 양을 선단 계량부에 의해 계량하였다.

성능 평가 시험

가스 공급구(5)의 가스 압력에서 상기 장치에 대한 퍼지(purge)를 행하여, 호퍼(17) 및 노즐(4)에서의 가스 토출의 유무를 조사하여 가스 누설의 유무를 체크하였다. 또한, 그 후 이산화탄소가 첨가된 열가소성 수지를 노즐 터치(34)를 통해 캐비티(33) 안에 충전하여, 120초 동안 냉각한 뒤에 금형(30)을 개방하여, 열가소성 수지를 추출하였다. 얻어진 열가소성 수지 발포 성형품의 발포 상태를 관찰했다. 이것들의 관찰 결과를 표 1에 게재하였다.

실시예 2

열가소성 수지로서 덴키 가가쿠 고교 가수비시키아샤(Denki Kagaku Kogyo K.K.) ABS(등급: Denka ABS CL301Q)를 이용한 것만 제외하고 실시예 1의 것과 동일하게 하여 같은 관찰을 했다. 관찰 결과를 표 1에 게재하였다.

실시예 3

열가소성 수지로서, 니뽄 폴리켐 컴패니의 폴리에틸렌(등급: Novatic HDHJ381)을 이용한 것만 제외하고 실시예 1의 것과 동일하게 하여 같은 관찰을 했다. 관찰 결과를 표 1에 게재하였다.

실시예 4

스크류 디자인을 이하에서와 같이 변경하고, 이것만 제외하고 실시예 1의 것과 동일하게 했다. 즉, 스크류의 직경은 바꾸지 않고, 길이에 관하여는, 분체 수송 부위의 길이 L₁ = 8D, 압축 용융 부위의 길이 L₂ = 5D, 용융 수지 수송 부위의 길이 L₃ = 3D, 용융 수지 미충만화 부분의 길이 L₄= 1D, 가스 함침 부분의 길이 L₅ = 5D, 테이퍼 부위의 길이 L₆ = 2.5D로 하여 같은 관찰을 했다. 이것들의 관찰 결과도 표 1에 게시하였다.

성능 평과 시험 결과

	수지 종류	항목	평가 결과
실시예 1	PP(Novatic PPMA2)	가스 누설	호퍼 및 노즐로부터의 가스 분출 없음
실시예 1	PP(Novatic PPMA2)	발포 상태	배율 2배, 발포 상태 양호, 기포 직경 균일
실시예 2	ABS(Denka ABS CL301Q)	가스 누설	호퍼 및 노즐로부터의 가스 분출 없음
실시예 2	ABS(Denka ABS CL301Q)	발포 상태	배율 2배, 발포 상태 양호, 기포 직경 균일
실시예 3	PE(Novatic HDHJ381)	가스 누설	호퍼 및 노즐로부터의 가스 분출 없음
실시예 3	PE(Novatic HDHJ381)	발포 상태	배율 2배, 발포 상태 양호, 기포 직경 균일
실시예 4	PP(Novatic PPMA2)	가스 누설	호퍼 및 노즐로부터의 가스 분출 없음
실시예 4	PP(Novatic PPMA2)	발포 상태	배율 2배, 발포 상태 양호, 기포 직경 균일

PP: 폴리프로필렌 PE: 폴리에틸렌

표 1로부터 알 수 있듯이, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3 및 실시예 4의 전부에 있어서, 호퍼 및 사출 노즐로부터 가스가 분출하지 않고, 이산화탄소를 함침한 용융 수지를 만들 수 있었다. 또한, 그 가스 함침 용융 수지를 이용하여, 발포 상태가 양호(보이드, 캐비티 등의 불량이 발생하지 않음)하고, 기포 직경이 균일한 열가소성 수지 발포 성형품을 제조할 수 있었다.

본 발명의 열가소성 수지 성형품의 성형 장치에 따르면, 스크류의 전체 길이를 기존의 성형기의 실린더가 그대로 사용할 수 있는 길이로 유지해서, 비교적 저압으로 안정되고 연속적으로 가스를 공급하여 용융 수지에 함침시킬 수 있어, 물리발포에 의한 열가소성 수지 발포 성형품의 제조를 하기 위한 가스 함침 공정을 저렴하게 실현할 수 있다.

Claims

성형기의 실린더 내에서 스크류의 회전에 의해서 용융 상태로 된 열가소성 수지에 가스 공급구로부터 이산화탄소 가스를 공급하여 함침시키는 가스 함침 공정과, 얻어진 가스 함침 용융 수지로부터 발포 성형품을 얻는 성형 공정을 포함하는 열가소성 수지 성형품의 성형 방법의 실시에 사용되는 장치로서,

가스 함침 공정에 이용되는 스크류는, 상류측에 위치하며 수지를 용융 상태로 하기 위한 것인 수지 용융 부분과, 수지 용융 부분의 하류측에 연속되며 수지 압력을 가스 공급구의 이산화탄소 가스 압력보다 낮게 하기 위한 것인 용융 수지 미충만화 부분과, 용융 수지 미충만화 부분의 하류측에 연속되며 이산화탄소 가스를 공급하여 용융 수지에 함침시키기 위한 것인 가스 함침 부분으로 구성되며,

스크류의 수지 용융 부분은, 상류측에 있으며 스크류 축 직경이 소직경인 분체 수송 부위와, 분체 수송 부위의 하류측에 연속되며 스크류 축 직경이 하류측으로 점차 커지는 압축 용융 부위와, 압축 용융 부위의 하류측에 연속되며 스크류 축 직경이 대직경인 용융 수지 수송 부위로 이루어지며,

스크류의 가스 함침 부분은, 용융 수지 미충만화 부분의 하류단으로부터 점차 스크류 축 직경이 증가하는 테이퍼 부위와, 이보다 하류측에서 스크류 축 직경이 일정한 원주(圓柱) 부위로 이루어지며,

스크류 상류 단부에 가스 도입로가 마련되고; 상기 가스 도입로에 연통하는 가스 공급로가 스크류 내부에 길이 방향으로 관통형상으로 마련되며; 가스 공급구는, 테이퍼 부위의 하류 단부 측의 원주 부위에 있어서, 인접한 스크류 플라이트 사이의 하류측 플라이트 측에 위치하고; 가스 공급로에 체크 밸브가 설치되며; 스크류의 각 부위 및 각 부분의 길이가, 실린더 직경(D)에 대하여,

분체 수송 부위의 길이 L₁ = 5D ~ 10D,

압축 용융 부위의 길이 L₂ = 3D ~ 6D,

용융 수지 수송 부위의 길이 L₃ = 1D ~ 4D,

용융 수지 미충만화 부분의 길이 L₄ = 0.1D ~ 2D,

가스 함침 부분의 길이 L₅ = 4D ~ 10D인 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 성형품의 사출 성형 장치.
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제1항에 있어서, 테이퍼 부위의 길이(L₆)가 실린더 직경(D)에 대하여, L₆= 0.5D ~ 3D인 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 성형품의 사출 성형 장치.