KR100937695B1 - 열가소성 수지 용기의 제조방법 - Google Patents

Abstract

열가소성 수지 시트로부터 플러그에 의하여 컵 형상 용기를 열성형하는 방법에 있어서 상기 열가소성 수지 시트에 있어서의 컵 형상 용기의 입구부(口部) 또는 플랜지부에 대응하는 부분을 플러그에 의하여 프리성형하고 이어서 상기 열가소성 수지 시트의 프리성형한 부분을 클램프하여 본성형하는 열가소성 수지 용기의 제조방법.

이 제조방법에 의하여 용기 바닥부의 두께가 두꺼워지는 것 및 플랜지부의 휘어짐을 개선할 수 있다.

열가소성 수지, 용기, 열성형, 프리성형

Description

열가소성 수지 용기의 제조방법{A method for producing a vessel made of thermoplastic resin}

본 발명은 열가소성 수지의 시트를 열성형하여 얻어지는 용기의 제조방법에 관한 것이며, 특히 용기 바닥부가 두꺼워지고, 또한 플랜지부에 있어서의 휘어짐의 발생을 방지한 용기의 제조방법에 관한 것이다.

열가소성 수지로 이루어진 용기는 내충격성 등이 우수하고 취급이 용이하여 앞으로도 수요의 증대가 예상된다. 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 열가소성 폴리에스테르는 내충격성에 더하여 투명성이 뛰어나고 또한 밀폐(gas barrier)성을 가지므로 각종 용기에 광범위하게 사용되고 있다.

이와 같은 열가소성 수지 용기의 일례로서 연신 또는 미연신의 열가소성 수지의 시트를 열성형하여 이루어지는 플랜지가 형성되어 있는 용기가 있다.

이 종류의 용기의 제조방법으로서는 예를 들면 연화된 폴리에틸렌테레프탈레이트의 시트를 수형(雄型) 플러그를 사용하여 시트의 유리전이점 이상으로 가열된 암형(雌型) 금형내에 압신(壓伸) 접촉시켜서 히트 세트한 후 수형 플러그 위에 슈링크백시켜 냉각제조하는 방법이 있다(특개소 58(1983)-89319호 공보).

이 성형 방법에 의하면 폴리에틸렌테레프탈레이트의 시트를 연신함으로써 투명성이 부여되고 또한 히트 세트시킴으로써 내열성을 향상시킬 수 있다.

그러나 이 제조방법으로는 용기의 바닥부가 과도하게 연신되므로 바닥부 및 그 주변이 얇아져서 특히 딥드로잉(deep drawing) 용기의 제조에 있어서는 부형(賦形)이 곤란해지는 문제가 있었다.

또한 제조된 용기의 플랜지부가 상방향으로 휘어버리는 문제도 있었다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 용기 바닥부가 두꺼워지는 것 및 플랜지부가 휘는 것을 개선한 열가소성 수지 용기의 제조방법의 제공을 목적으로 한다.

이 과제를 해결하기 위하여 본 발명자들은 예의 연구한 결과 플러그에 의하여 열가소성 수지 시트를 용기로 성형하는 공정에 있어서 먼저, 상기 열가소성 수지 시트를 플러그에 의하여 프리성형하고 이어서 상기 열가소성 수지 시트의 프리성형한 부분을 클램프하여 그 후에 플러그를 스트로크 엔드까지 시트에 삽입하여 용기 본체의 본성형(연신성형)을 함으로써 용기 바닥부가 두꺼워지는 것 및 플랜지부가 휘어지는 것이 개선되는 것을 발견하고 본 발명을 완성시켰다.

발명의 개시

본 발명은 열가소성 수지 시트로부터 플러그에 의하여 컵 형상 용기를 열성형하는 방법에 있어서, 상기 열가소성 수지 시트를 플러그에 의하여 프리성형하고 이어서 상기 열가소성 수지 시트의 프리성형한 부분을 클램프하여 본성형하는 열가 소성 수지 용기의 제조방법으로 되어 있다.

또한 클램프를 실시하는 공정은 프리성형과 본성형이 연속되고 있는 동안(플러그의 정지를 수반하지 않는 성형)에 실시해도 되며, 프리성형이 종료(플러그가 일단정지)한 후에 실시해도 된다.

그리고 프리성형에 의하여 수지 시트는 연신되어 있지 않아도 되지만, 프리성형에 의하여 수지 시트에 있어서의 용기의 입구부(口部) 또는 플랜지부에 대응하는 부분을 연신하는 것이 보다 바람직하다.
이와 같이 용기 입구부에 대응하는 부분을 프리성형함으로써 입구부가 배향결정화되고, 성형 후의 휘어짐이 개선된다. 또한 용기 본체의 성형 전에 용기 입구부와 대응하는 부분을 연신함으로써 종래 골조로서 처리되던 부분으로부터 용기측으로 수지를 끌어들일 수 있다. 따라서 용기의 바닥부를 두껍게 할 수 있다.

그리고 본 명세서에 있어서 입구부란 입구부와 그 주변을 포함하는 의미이다.

본 발명의 제조방법은 특히 플랜지가 형성된 컵 형상 용기의 제조에 적합하다. 즉, 본 발명은 열가소성 수지 시트로부터 플러그에 의하여 플랜지가 형성된 컵 형상 용기를 열성형하는 방법에 있어서, 상기 플랜지부와 대응하는 부분의 프리성형을 실시함으로써 플랜지부 및/또는 그 외주와 대응하는 부분으로부터 수지를 끌어들여, 상기 프리성형 후에 열가소성 수지 시트의 상기 연신한 부분을 클램프하여, 플랜지부와 대응하는 부분에 있어서의 수지의 일부를 플랜지 내주 및 외주 방향으로 밀어내는 동시에 플랜지부를 성형하는 공정을 갖는 열가소성 수지 용기의 제조방법으로 되어 있다.

이로써 플랜지부가 배향결정화되고 성형 후의 휘어지는 것을 개선할 수 있다. 또한 용기 본체의 본성형 전에 플랜지부와 대응하는 부분을 프리성형하여 연신함으로써 종래 골조로서 처리되던 부분으로부터 용기측으로 수지를 끌어들일 수가 있으며, 용기의 바닥부를 두껍게 할 수 있다. 그리고 플랜지부를 성형할 때에 클램프된 시트의 플랜지부와 대응하는 부분으로부터 수지가 플랜지부 내측(내주방향) 및 플랜지부 외측(외주방향)으로 흘러들기 때문에 클램프된 플랜지부에 있어서 유동배향이 생기고 배향결정화가 촉진되므로 성형 후의 휘어지는 것을 개선할 수 있다.

그리고 본 명세서에 있어서 플랜지부란 플랜지부와 그 주변을 포함하는 의미이다.

또한 본 발명에 있어서는 플러그에 의한 프리성형시에 성형하는 부분의 외주 즉 용기의 입구부 또는 플랜지부에 대응하는 부분의 외주를 고정하는 공정(이하 프리클램프 공정이라 함)을 갖는 것이 바람직하다.

예를 들면, 1매의 시트로부터 다수의 용기를 동시에 성형할 때는 도 11에 도시한 바와 같이 다수의 성형 금형(91)을 인접하여 배치한 금형장치(90)가 사용된다. 이 경우 성형시에 인접 금형 사이에서 수지 시트의 쟁탈이 발생한다. 또한 어느 특정한 금형이라도 주변의 금형(91)과의 사이 또는 틀체(92)와의 사이의 간격이 다르고, 그들 사이의 수지량도 다르기 때문에 수지를 끌어들이는 양의 차이가 생겨서, 용기의 두께가 용기끼리 및 용기 자체에 있어서 변동하는 문제가 있다.

삭제

이와 같은 관점에서 본 발명은 프리성형부의 외주 즉, 입구부 또는 플랜지부와 대응하는 부분의 외주를 프리클램프하는 공정을 가진 열가소성 수지 용기의 제조방법으로 되어 있다.

이와 같은 프리클램프 공정을 가지면 각 금형간에 있어서의 수지 시트의 쟁탈을 방지할 수가 있다. 또한 금형의 배치로 인한 끌어들이는 수지량의 차이를 해소할 수 있고, 용기의 두께, 중량 등의 균일화를 도모할 수 있다.

이와 반대로 금형과 프리클램프의 사이의 간격에 임의의 차이를 둠으로써 용기의 두께를 부분적으로 제어하는 것도 가능해진다.

그리고 본 발명에 있어서는 열가소성 수지 시트의 최소한 플랜지부에 대응하는 부분에, 예를 들면 실리콘 오일, 팜유, 글라머왁스 등의 식물성유지 등의 윤활제를 도포하는 것이 바람직하다. 내용물에 대한 영향을 적게하고자 하는 경우는 외면에 도포하는 것만으로도 된다.

이와 같이 하면 플랜지부를 성형하기 위하여 시트를 클램프할 때의 하금형과 시트 사이에서의 마찰에 의한 플랜지 바로 밑에 생기는 측벽 외표면의 상처가 적어진다. 또한 클램프된 부분이 찌그러져서 그 부분에서 수지의 일부가 밀려나와 플랜지부의 내측 및 외측에 흘러들어가기 쉬워지므로, 클램프된 플랜지부에서의 수지의 유동배향이 현저해지고, 배향결정화가 촉진되어 플랜지부의 휘어짐을 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 있어서는 열가소성 수지 시트가 최소한 열가소성 폴리에스테르 수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 열가소성 수지 시트는 열가소성 폴리 에스테르 수지 단층이라도 되고, 폴리에스테르 수지를 함유한 다른 수지와의 다층이라도 된다.

이와 같이 하면 열가소성 폴리에스테르 수지는 연신공정, 열고정(히트 세트)공정을 거쳐서, 배향결정화, 열결정화됨으로써 기계강도, 투명성, 내열성이 향상된다.

또한 본발명에 있어서는 열성형이, 열가소성 수지 시트를 열가소성 수지 시트의 결정화 온도 이상으로 가열된 하금형의 형상으로 압축공기 성형하는 동시에 열고정하고, 그 후 성형체 내를 감압하여 축소시키고 최종 용기 형상인 상기 플러그의 형상으로 부형하는 동시에 냉각하는 성형법인 것이 바람직하다.

이와같이 하면, 열가소성 폴리에스테르 수지의 기계강도, 투명성, 내열성이 향상된다.

또한 본 발명에서는 컵 형상 용기의 H/D(높이/입구부 내경)를 1.3 내지 2.1이 되도록 성형하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 종래 용기에 사용되지 않았던 부분의 수지를 사용할 수 있게 된 것은, 용기 바닥부를 두껍게 할 수 있기 때문이다. 단, 1.3보다 작으면 연신이 불충분해지고, 배향결정화가 이루어지지 않아 용기의 투명성이 저하될 우려가 있고, 2.1보다 크면 부형이 곤란해진다. 특히 1.3 내지 1.8이 바람직하다. 즉 딥드로잉 형상의 용기 제조에 적합하다.

또한 본 발명에서는 용기 바닥부의 면적연신배율을 3.5 내지 10배로 하는 것이 바람직하다. 특히 3.5 내지 9배가 바람직하다.

단, 3.5배 미만에서는 배향연신이 불충분해지고, 투명성이 저하되는 동시에 부서지기 쉽고, 10배를 초과하면 얇아져서 강도가 저하되는 동시에 과도한 배향결정화에 의하여 수지가 경화되어 부형이 곤란해질 우려가 있다.

도 1은 본 발명의 제조방법을 실시하기 위한 성형장치의 측단면도이다.

도 2는 열가소성 수지 시트를 고정(프리클램프)하였을 때의 측단면도이다.

도 3은 프리성형공정을 도시한 측단면도이다.

도 4는 열가소성 수지시트의 연신한 부분을 클램프하여 성형하는 공정을 도시한 측단면도이다.

도 5는 연신공정을 도시한 측단면도이다.

도 6은 히트 세트 공정을 도시한 측단면도이다.

도 7은 냉각, 부형공정을 도시한 측단면도이다.

도 8은 이형 공정을 도시한 측단면도이다.

도 9는 타원형 단면형상을 가진 용기를 제조할 때의 성형 장치의 평면도이다.

도 10은 각(角)단면형상을 가진 용기를 제조할 때의 성형 장치의 평면도이다.

도 11은 다수개 성형을 할 경우의 플러그의 위치 관계를 설명하기 위한 평면도이다.

이하 본 발명의 제조방법의 일실시형태에 대하여 설명한다.
그리고 본 발명은 이 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1 내지 도 10은 본 발명의 제조방법을 고상성형법에 적용한 실시형태를 설명하기 위한 도면이다.

도 1은 본 실시형태의 제조방법을 실시하기 위한 고상성형장치예의 개략 측단면도이다.

성형장치(1)는 주로 플러그(11), 하금형(12), 상금형(13), 상프리클램프 금형(14) 및 하프리클램프 금형(15)으로 구성되어 있다.

플러그(11)는 열가소성 수지 시트(16)를 연신 성형하기 위한 것이며, 또한 연신·히트 세트(열고정)한 시트를 수축 부형하기 위하여 최종 성형체의 외형을 가지고 있다. 플러그(11)에는 축방향으로 압축공기 및 감압을 위한 기체통로(111)가 형성되어 있다.

하금형(12)은 플러그로부터 분리된 시트를, 히트 세트하기 위한 것이다. 하금형(12)의 상단면에는 상금형(13)과 협동하여 플랜지부를 성형하는 플랜지 파지면(122)이 형성되어 있다. 또한 하금형(12)의 중심부에는 기체배출 및 공급을 위한 기체통로(121)가 형성되어 있다.

하금형(12)과 플러그(11)는 동축으로 배치되어 있으며 플러그(11)가 하금형(12) 내에 삽입되고 또한 격리되도록 축방향으로 상대적으로 이동할 수 있도록 되어 있다.

상금형(13)은 하금형(12)과 협동하여 플랜지부(입구부)를 성형하는 것이며, 짧은 중공통형상체로 되어 있다. 따라서 상금형(13)은 하금형(12)의 원통형 내면과 거의 같은 직경의 내면(131)을 갖는 동시에, 그 하단면에는 하금형(12)의 플랜지 파지면(122)과 같은 형상의 파지면(132)이 형성되어 있다. 또한 이들 상하 금형의 플랜지 파지면은 평면이라도 되고 필요에 따라 한쪽 내지 양쪽의 금형에 요철을 형성해도 된다.

상프리클램프 금형(14) 및 하프리클램프 금형(15)은 상금형(13) 및 하금형(12)의 외주에 동축으로 형성되어 있으며, 협동하여 열 가소성 수지시트를 고정한다. 그리고 하프리클램프 금형(15)은 플러그(11) 및 하금형(12)과는 독립하여 작동한다.

다음으로 본 실시형태에 관한 용기의 제조방법을 구체적으로 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이 시트(16)는 4변 또는 2변이 클램프되어(도시하지 않음) 상금형(13) 등과 하금형(12) 등의 사이에 고정되어 있다.

이때의 시트의 온도는 사용하는 수지에 따라 다르나, 폴리에스테르 수지의 시트에 있어서는 유리전이점 (Tg) 내지 (Tg + 45)℃로 한다. 시트의 온도가 (Tg + 45)℃보다 높으면 배향결정화가 충분히 일어나지 않으며, 후의 시트 세트 공정에 있어서 열결정화에 의한 백화현상이 발생할 우려가 있으며, Tg℃보다 낮으면 높은 성형력이 필요해질 뿐만 아니라 성형 자체가 어려워지며 성형시에 수지가 과연신 상태가 되어 백화현상이 생길 우려가 있다.

도 2는 상프리클램프 금형(14)과 하프리클램프 금형(15)에 의하여 열가소성 수지시트(16)를 프리클램프하였을 때의 측단면도이다.

시트를 성형 금형 주변에서 클램프함으로써 시트의 클램프된 부분의 내측(프리클램프 영역)과 외측과의 관계를 차단할 수가 있다. 따라서 1매의 시트로부터 다수의 용기를 한번에 성형하는, 이른바 다수개 성형의 제조를 할 때에 다른 클램프 영역의 영향 및 금형간 간격의 차이의 영향을 받는 일이 없다. 이로써 다수개 성형에 의한 용기의 성형에 있어서도 품질(두께 중량 등)이 갖추어진 용기를 제조할 수 있다.

또한 1매의 시트에서 1개의 용기를 제조(1개 성형)할 경우에 있어서도, 상기와 같이 통상 시트(16)는 4변 또는 2변이 틀에 의하여 클램프되어 있으므로, 그 영향이 나타나는 크기의 시트를 사용하는 경우에는 프리클램프를 실시하는 것이 바람직하다. 그러나 성형하는 용기보다 충분히 큰 시트를 사용하는 경우에는 프리클램프 공정을 생략할 수도 있다.

프리클램프 금형의 온도는 바람직하게는 시트 수지의 연화점 또는 융점 이하이며, 필요에 따라 냉각을 실시하여도 된다. 프리클램프 금형을 냉각함으로써 이형(離型)공정 후에 있어서의 시트의 고화(固化)시에 시트의 열변형에 의하여 생기는 용기 변형을 억제할 수 있다.

프리클램프의 금형의 온도로서는 예를 들면 폴리에스테르 수지와 같이 시트가 실질적으로 비결정성 내지 저결정성으로서 얻어지는 경우에는, 프리클램프 금형은 수지의 유리 전이 온도이하로 냉각하는 것이 바람직하다. 한편 폴리프로필렌과 같이 시트가 실질적으로 결정화하여 얻어지는 경우에는 프리클램프 금형은 수지의 연화점 이하로 냉각하는 것이 바람직하다.

여기서 프리클램프의 파지면은 평면이라도 되고, 톱날형상, 요철형상 등의 리브 형상을 형성해도 된다. 리브 형상을 형성함으로써 펀칭 후 시트에 강성을 부여할 수 있으며, 프리클램프 금형을 냉각시켰을 때와 같은 효과를 얻을 수 있다.

도 3은 용기 입구부 또는 플랜지부에 대응하는 부분의 연신을 하고, 입구부의 외주로부터 수지를 끌어들이는 공정(프리성형 공정)을 도시한 측단면도이다.

플러그(11)가 시트(16)를 아래쪽으로 적정량 밀어넣고 있다. 이로써 다음 공정에서 플랜지부(입구부)가 되는 부분이 연신된다. 따라서 플랜지부는 배향결정화하므로 부형 후의 휘어짐을 방지할 수 있다.

또한 이 연신에 의하여 용기 입구부 또는 플랜지부가 될 부분의 외주로부터 수지가 입구부 또는 플랜지부의 내측 영역(성형 영역)으로 끌어들여진다. 이로써 종래에는 용기에 사용되지 않았던 용기 입구부 또는 플랜지부의 외주부분의 수지를 유효하게 이용할 수 있으며, 용기의 바닥부 두께를 두껍게 할 수 있다.

삭제

이때 플러그(11)의 온도는 예를 들면 폴리에스테르 수지 시트의 경우는 70℃ 내지 110℃, 바람직하게는 80℃ 내지 100℃이다.

또한, 플러그(11)의 밀어넣는 양(프리성형량)은 제조하는 용기의 형상(두께, 높이, 바닥면적 등), 프리클램프된 영역, 수지 시트의 두께 등을 고려하여 적당히 조정한다.

상기의 양이 부족한 경우 연신이 불충분해지고 플랜지부의 휘어짐의 개선이 달성되지 않으며, 또한 수지의 끌어들임이 부족하여 제조한 용기의 바닥부를 두껍게 할 수 없게 될 우려가 있다.

한편, 프리성형량이 너무 커지면 수지의 끌어들이는 양이 과다하게 되어, 후의 플러그를 사용한 연신공정에서 용기 전체, 특히 용기 바닥부의 수지에 대하여 충분한 연신을 부여할 수 없으며, 그 결과 성형된 용기는 충분한 배향결정화를 얻을 수 없으며 바닥부에 있어서 백화현상이 발생할 우려가 있다.

도 4는 열가소성 수지 시트의 연신한 부분을 클램프하여 성형하는 공정을 도시한 측단면도이다.

이 공정에서는 하금형(12)이 상승함으로써 상금형(13)과 협동하여 각각의 파지면(122, 132)에서 플랜지부(입구부)를 클램프하여 성형한다. 상금형(13) 및 하금형(12)에 의하여 클램프됨으로써 플랜지부는 유동배향된다. 이때 열가소성 수지 시트의 최소한 플랜지부에 대응하는 부분에 실리콘 오일, 팜유, 글라머 왁스 등의 식물성 유지 등의 윤활제를 도포하면 파지면(122)의 내측의 모서리와 시트 사이에서의 미끄러짐이 좋아지고 플랜지 바로 밑에 생기는 측벽 외표면의 상처가 적어진다. 또한 클램프된 부분이 찌그러져서 그 부분으로부터 수지의 일부가 밀려나와 플랜지부의 내측 및 외측으로 흘러들기 쉬워지므로, 클램프된 플랜지부에서의 수지의 유동배향이 현저해지고 배향결정화가 촉진되며 플랜지부의 휘어짐은 더욱 개선된다.

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이때 상금형의 온도는 예를 들면, 폴리에스테르 수지 시트의 경우는 실온 내지 150℃가 바람직하며, 특히 50℃ 내지 130℃가 바람직하다.

도 5는 용기 본체를 성형하기 위한 연신공정을 도시한 측단면도이다.

이 공정에서는 플러그(11)가 스트로크 엔드까지 하금형(12) 내부로 삽입되므로 시트(16)는 연신되어 배향결정화된다.

도 6은 히트 세트 공정을 도시한 측단면도이다.

이 공정에서는 플러그(11)의 기체통로(111)를 통하여 압축공기를 공급하여, 시트(16)를 하금형(12) 내면에 접촉시킨다. 이때 하금형(12)을 가열해 놓고 시트에 열을 가하여 히트 세트한다. 또한, 이때에 하금형(12)의 기체통로(121)에서 흡기를 해도 되고, 이와같이 하면 시트와 하금형(12)의 밀착이 좋아지고 효과적으로 히트 세트를 하는 것이 가능해진다.

히트 세트시의 하금형(12)의 온도는 폴리에스테르 수지 시트의 경우, 바람직하게는 120℃ 내지 200℃, 특히 바람직하게는 140℃ 내지 180℃이다.

또한, 히트 세트를 하지 않을 경우는 금형온도를 유리전이온도 이하로 하고, 금형에 밀착시킨 상태로 냉각·부형하여 최종 용기로서 꺼내도 된다.

도 7은 냉각·부형 공정을 도시한 측단면도이다.

이 공정에서는 플러그(11)의 기체 통로(111)로부터 공급되는 압축공기를 정지하여, 시트에 자체 수축을 일으키게 한다. 그와 함께 기체통로(111)를 통하여 흡기를 하고 시트와 플러그 사이를 진공으로 하여 시트를 플러그(11)의 외표면의 형상으로 부형한다. 이때, 하금형(12)의 기체통로(121)로부터 압축공기를 공급해도 되며, 이와 같이 하면 밀착이 좋아져서 부형성이 향상된다.

도 8은 이형공정을 도시한 측단면도이다.

이 공정에서는 금형 및 프리클램프 금형을 열고 플러그(11)를 올려 최종 성형체를 꺼낸다.

본 발명의 용기 제조방법은 평면 단면이 도 9에 도시한 바와 같은 타원형 용기 또는 도 10에 도시한 바와 같은 각형 형상의 용기를 제조하는 경우에도 잘 적용할 수 있다.

도 9는 타원단면형상을 가진 용기를 제조할 때의 성형장치의 평면도이며, 도 10은 각(角) 단면형상을 가진 용기를 제조할 때의 성형장치의 평면도이다.
즉, 프리클램프 공정에 있어서 프리클램프 영역의 형상을 조정함으로써 용기의 두께 분포를 제어한다.

예를 들면, 평면단면이 둥근형상의 용기를 제조하는 경우에 있어서는, 상기와 같이 용기의 두께, 중량 등의 균일화를 도모할 때에는 프리클램프 영역은 컵 형 용기의 플랜지 내단(內端)과 서로 같은 모양으로 할 필요가 있다.

한편, 평면단면이 타원형상을 한 용기를 제조하는 경우에는, 용기의 두께가 얇아지기 쉬운 곡률이 큰 부분에 많은 수지를 끌어들이기 위하여, 컵형 용기의 플랜지 내단과 프리클램프 영역과의 간격을 크게 함으로써 두께 분포 제어를 가능하게 하고 있다.

또한, 변두리 부분의 두께가 얇아지기 쉬운 평면단면이 각형(角形)을 이룬 용기를 제조하는 경우도 도 10에 도시한 바와 같이 컵형 용기의 플랜지 내단의 직선부와 프리클램프 영역과의 간격을 크게 함으로써 두께 분포 제어를 가능하게 하고 있다.

또한, 평면이 각형인 용기에 있어서는 장변부는 단변부보다 컵형 용기의 플랜지 내단과 프리클램프 영역과의 간격을 크게 하고 있다.

또한, 분자 배향 등에 의하여 시트가 역학적인 이방성(異方性)을 나타내는 경우에는 이것을 고려한 프리클램프 영역으로 조정함으로써 두께 분포의 제어를 가능하게 한다.

본 발명의 용기 제조방법은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리아미드6, 폴리아미드66, 폴리아미드46 등의 폴리아미드계 수지 등의 결정성 수지로 이루어진 시트 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 환형올레핀계 공중합체 등의 비결정성 수지로 이루어진 시트, 어느 것에도 적용이 가능하다. 또한, 이들 시트로서는 단층 시트 뿐만 아니라 복수 층을 가진 시트라도 된다.

구체적으로는 최소한 1층의 폴리에스테르 층을 가진 폴리에스테르계 수지의 시트를 사용하는 것이 바람직하다.

사용하는 폴리에스테르로서는 방향족 디카르본산을 주체로 하는 카르본산 성분과 지방족 디올을 주체로 하는 알코올 성분에서 유도된 폴리에스테르이며, 바람직하게는 카르본산 성분의 50몰% 이상이 테레프탈산 성분으로 이루어지며, 또한, 알코올 성분이 50몰% 이상이 에텔렌글리콜 성분으로 이루어진 폴리에스테르를 들 수 있다.

이 조건을 만족하는 한 이 폴리에스테르는 호모 폴리에스테르이든 공중합 폴리에스테르이든 또는 이들 2종류 이상의 혼합물이라도 된다.

테레프탈산 성분 이외의 카르본산 성분으로서는 이소프탈산, 나프탈렌디카르본산, P-β-옥시에톡시안식향산, 비페닐-4, 4'-디카르본산, 디페녹시에탄-4, 4'-디카르본산, 5-나트륨술포이소프탈산, 헥사히드로테레프탈산, 아디핀산, 세바신산, 트리멜리트산, 피로멜리트산 등을 들 수 있다.

한편, 에틸렌글리콜 이외의 알코올성분으로서는 1, 4-부탄디올, 프로필렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 1, 6-헥실렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 시클로헥산디메탄올, 비스페놀A의 에틸렌옥사이드 부가물, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨, 소르비탄 등의 알코올 성분을 들 수 있다.

적합한 열가소성 폴리에스테르의 예는 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트가 가장 적합하며, 그 밖에 폴리에틸렌/부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트/2, 6-나프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트/이소프탈레이트나, 이들과 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트/이소프탈레이트, 폴리에틸렌-2, 6-나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트/아디페이트, 폴리에틸렌-2, 6-나프탈레이트/이소프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트/아디페이트 또는 이들의 2종류 이상과의 혼합물 등을 들 수 있다.

폴리에스테르의 분자량은 필름형성 범위의 분자량인 것이 바람직하다. 구체적으로는 용매로서 페놀/테트라클로로에탄 혼합용매를 사용하여 측정한 고유점도[Ⅳ]가 0.5 이상, 특히 0.6 내지 1.5의 범위에 있는 것이 성형성이나 기계적 성질, 내열성 등의 점에서 바람직하다.

폴리에스테르 중에는 에틸렌계 중합체, 열가소성 엘라스토머, 폴리아릴레이트, 폴리카보네이트 등의 개질(改質)수지 성분의 최소한 1종류를 함유시킬 수 있다. 이 개질수지 성분은 일반적으로 폴리에스테르 100중량부당 50중량부 이하, 특히 바람직하게는 5 내지 35중량부의 양으로 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 공지의 플라스틱용 배합제 예를 들면, 산화방지제, 열안정제, 자외선흡수제, 대전방지제, 충전제, 착색제 등을 배합할 수 있다. 성형용기를 불투명화 할 목적으로는 탄산칼슘, 규산칼슘, 알루미나, 실리카, 각종 클레이, 소석고, 탈크, 마그네시아 등의 충전제나 티탄 백색, 황색산화철, 레드옥사이드, 군청, 산화크롬 등의 무기안료나 유기안료를 배합할 수 있다.

열가소성 수지시트는 제조하는 용기에 각종 기능을 부여하기 위하여 폴리에스테르층 이외의 층으로서 가스 배리어성 수지층, 리사이클 폴리에스테르 수지층, 산소흡수성 수지층 등을 가질 수 있다.

다른 수지층은 2층 구성이며, 내층 또는 외층으로서 사용할 수도 있고, 또한 3층 구성으로 중간층으로서 사용할 수도 있다.

또한, 열가소성 수지시트의 두께는 용기의 크기 등에 따라서도 다르지만 0.5 내지 5㎜, 특히 1 내지 3㎜인 것이 용기의 강도나 성형성의 점에서 바람직하다.

본 발명의 제조방법으로 제조한 용기는 바닥부가 두꺼워지고 용기의 자립성이나 자립안정성이 좋다. 또한 면적연신배율도 적당하므로 투명성, 내충격성 및 내열성이 우수하다.

그리고 플랜지부가 배향결정화함으로써 부형성이 향상되고 휘어짐이 개선된다.

이하, 본 발명의 실시예를 나타낸다.

실시예 1

상기 실시형태에서 설명한 방법에 의하여 컵 형상 용기를 제조하였다. 열가소성 수지 시트로서 두께 1.2㎜, 유리전이온도 75℃의 비결정성 폴리에틸렌테레프탈레이트의 시트(미츠이가가꾸(주)사제, 품명: SA135)를 사용하여 다시 시트 표면에는 실리콘 오일(신에쓰실리콘(주)사제, 품명: KM-871P)을 도포하였다.

다음에 나타내는 성형조건으로 제조하였다.

플러그 최외경: 67㎜

플러그 높이: 108㎜

플랜지파지면 외경: 75㎜

프리클램프파지면 내경: 94㎜

프리클램프파지면 단면형상: 평면(폭 1㎜)

하금형치수: 플러그와의 간격이 각부에서 약 1㎜가 되도록 조정

시트온도: 약95℃

플러그온도: 약90℃

상금형온도: 약130℃

하금형온도: 약160℃

상하프리클램프금형온도: 약30℃

히트 세트공정 및 부형시의 압축공기조건: 0.6MPa

제1의 연신에 있어서의 플러그의 삽입량(프리성형량): 23㎜

제조한 컵형상 용기의 형상: 입구부 내경(D) 67㎜, 높이(H) 108㎜, H/D=1.6, 플랜지부의 외형 75㎜, 바닥부 두께 0.28㎜

바닥부의 면적연신배율: 4.3배

본 발명의 효과를 확인하기 위하여 후술하는 평가를 실시하였다. 그 결과를 표1에 나타내었다.

이 성형조건으로는 바닥부가 두꺼워지고 플랜지부에 휘어짐이 없는 양호한 컵형상 용기를 얻을 수 있었다. 또한 프리클램프 하였으므로 용기 측벽 등에 둘레방향의 두께 불균일은 나타나지 않았다.

(평가항목)

1. 용기 바닥부의 두께를 측정하는 동시에 거의 플러그의 형상대로 부형되어 있는지의 여부를 눈으로 확인하여 평가하였다.

2. 용기 전체, 특히 바닥부의 투명성을 눈으로 보아 평가하였다.

3. 플랜지부의 휘어짐을 눈으로 보아 확인하는 동시에 히트 실(heat seal) 덮개에 의하여 히트 실(heat seal) 할 수 있는 수준의 평탄도를 가진 것을 양호하다고 평가하였다.

4. 플랜지부 바로 밑의 측벽에 대하여 상처의 유무, 수지 고임의 유무 등 외관을 평가하였다.

5. 컵을 100℃로 온도 조절된 오븐에 넣어 컵의 표면 온도가 100℃에 도달한 후 10초간 방치하여 오븐에서 꺼냈다. 다음식에 의하여 얻어지는 열처리 전후에서의 가득찬 내용물의 변화율로부터 내열성능을 평가하였다. 또한 이 평가에 있어서 일반적으로 변화율이 2% 이하이면 내열적으로 양호하다고 판단된다.

(열처리전의 내용적량) - (열처리후의 내용적량)

내용량변화율(%)= --------------------------------------------- ×100

(열처리전의 내용적량)

<표 1>

실시예 2

프리클램프를 실시하지 않고, 제1의 연신에 있어서의 플러그의 삽입량을 15㎜로 한 것 외에는 실시예 1과 같은 조건으로 컵 형상 용기를 제조하였다. 실시예 1과 같은 평가를 하여 결과를 표1에 나타내었다.

이 성형조건에서는 실시예 1과 같이 양호한 컵 형상 용기를 얻을 수 있었다.

실시예 3

플랜지부에 해당하는 부분에 실리콘 오일을 도포하지 않은 것 외에는 실시예 1과 같은 조건으로 컵 형상 용기를 제조하였다. 실시예 1과 같은 평가를 하여 결과를 표1에 나타내었다.

이 성형조건에서는 플랜지부 바로 밑의 측벽 외면에 마찰에 의한 상처 모양의 미소한 상처가 보인 것 외에는 양호하였다.

실시예 4

플러그 높이를 90㎜로 하고, 하금형 치수를 플러그와의 간격이 각부에서 약 1㎜가 되도록 조정하여, H/D(용기높이/입구부 내경)를 1.3으로 하고, 제1의 연신에 있어서의 플러그의 삽입량을 5㎜로 한 것 이외에는 실시예 1과 같은 조건으로 컵 형상 용기를 제조하였다. 실시예 1과 같은 평가를 하여 결과를 표 1에 나타내었다.

이 성형조건에서는 실시예 1과 같이 양호한 컵 형상 용기를 얻을 수 있었다.

실시예 5

플러그 높이를 145㎜로 하고, 하금형치수를 플러그와의 간격이 각부에서 약 1㎜가 되게 조정하고, H/D를 2.1로 하여, 제1의 연신에 있어서의 플러그의 삽입량 을 45㎜로 하고, 프리클램프 파지면 내경을 120㎜로 한 것 외는 실시예 1과 같은 조건으로 컵 형상 용기를 제조하였다. 실시예 1과 같은 평가를하여 결과를 표1에 나타내었다.

이 성형조건에서는 실시예 1과 마찬가지로 양호한 컵 형상 용기를 얻을 수 있었다.

실시예 6

제 1의 연신에 있어서의 플러그의 삽입량을 31㎜로 한 것 외에는, 실시예 1과 같은 조건으로 컵 형상 용기를 제조하였다. 실시예 1과 같은 평가를 하여 결과를 표1에 나타내었다.

이 성형조건에서는 실시예 1과 마찬가지로 양호한 컵 형상 용기를 얻을 수 있었다.

실시예 7

제 1의 연신에 있어서의 플러그의 삽입량을 5.4㎜로 한 것 외에는 실시예1과 같은 조건으로 컵 형상 용기를 제조하였다. 실시예 1과 같은 평가를 하여 결과를 표1에 나타내었다.

이 성형조건에서는 실시예 1과 마찬가지로 양호한 컵 형상 용기를 얻을 수 있었다.

비교예 1

프리성형 공정을 생략한 것 외에는 실시예 1과 같은 조건으로 컵 형상 용기를 제조하였다. 그리고 이 경우 각 금형간에 있어서의 수지의 쟁탈을 방지하는 의 미에서의 프리클램프의 효과는 없다. 제조한 용기에 대하여 실시예 1과 같은 평가를 하여 결과를 표1에 나타내었다.

이 성형조건에서는 플랜지부가 위로 향하여 휘어지는 동시에 플랜지의 내측의 수지 고임이 발생하였다. 또한 바닥부의 연신배율이 높고 두께가 얇아졌다.

본 발명에 의하면 용기 바닥부가 두꺼워지는 것 및 플랜지부의 휘어짐을 개선한 열가소성 수지 용기의 제조 방법을 제공할 수가 있다.

Claims (14)

1. 열가소성 수지 시트로부터 플러그에 의하여 컵 형상 용기를 열성형하는 방법에 있어서,

   상기 열가소성 수지 시트의 성형부 외주를 프리클램프 금형으로 고정하며 플러그에 의하여 프리성형하고, 이어서 상기 열가소성 수지 시트의 프리성형한 부분을 상금형 및 하금형에 의하여 클램프하여 본성형하는 열가소성 수지 용기의 제조방법
2. 제 1항에 있어서, 상기 프리클램프 금형의 온도를 열가소성 수지시트의 유리전이온도 이하 또는 연화점 이하로 냉각하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 용기의 제조방법
3. 제 1항에 있어서, 상기 프리성형이 컵 형상 용기의 입구부 또는 플랜지부에 대응하는 부분을 연신하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 용기의 제조방법
4. 제 2항에 있어서, 상기 프리성형이 컵 형상 용기의 입구부 또는 플랜지부에 대응하는 부분을 연신하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 용기의 제조방법
5. 제 3항에 있어서, 상기 클램프시에 플랜지부와 대응하는 부분에 있어서의 수지의 일부를 플랜지 내주 방향 및 외주 방향으로 밀어내는 동시에 플랜지부를 성형하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 용기의 제조방법
6. 제 4항에 있어서, 상기 클램프시에 플랜지부와 대응하는 부분에 있어서의 수지의 일부를 플랜지 내주 방향 및 외주 방향으로 밀어내는 동시에 플랜지부를 성형하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 용기의 제조방법
7. 제 3항에 있어서, 상기 열가소성 수지 시트의 최소한 플랜지부에 대응하는 부분에 윤활제를 도포하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 용기의 제조방법
8. 제 4항에 있어서, 상기 열가소성 수지 시트의 최소한 플랜지부에 대응하는 부분에 윤활제를 도포하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 용기의 제조방법
9. 제 5항에 있어서, 상기 열가소성 수지 시트의 최소한 플랜지부에 대응하는 부분에 윤활제를 도포하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 용기의 제조방법
10. 제 6항에 있어서, 상기 열가소성 수지 시트의 최소한 플랜지부에 대응하는 부분에 윤활제를 도포하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 용기의 제조방법
11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 열가소성 수지 시트가 최소한 열가소성 폴리에스테르 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 용기의 제조방법
12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 열성형이 상기 열가소성 수지 시트를 상기 열가소성 수지 시트의 결정화 온도 이상으로 가열된 하금형의 형상으로 공기 압축 성형하는 동시에 열고정하고,

    그 후 성형체 내를 감압하여 수축시키고 최종 용기 형상인 상기 플러그의 형상으로 부형(賦形)하는 동시에 냉각하는 성형법인 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 용기의 제조방법
13. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 열가소성 수지 용기의 H(높이)/D(입구부 내경)가 1.3 내지 2.1이 되도록 성형하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 용기의 제조방법
14. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 열가소성 수지 용기의 바닥부의 면적연신배율이 3.5 내지 10배가 되도록 성형하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 용기의 제조방법

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