KR100958558B1 - 하프 쉘로부터 중공 플라스틱 물품을 제조하기 위한다단계 방법 - Google Patents

하프 쉘로부터 중공 플라스틱 물품을 제조하기 위한다단계 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중공 플라스틱 물품을 제조하는 방법을 제공하는데,
본 발명의 방법은
(a) 압출 또는 공압출함으로써 튜브 형태의 플라스틱 패리슨을 제조하는 단계,
(b) 플라스틱 패리슨을 절개하여 2개의 평면 부품을 제조하는 단계,
(c) 2개의 몰드 반구에서 평면 부품을 몰딩하여 하프 쉘을 형성하는 단계로서, 제거 가능한 중간 프레임이 적어도 주변 에지를 따라 몰드 반구를 서로 분리하여 반완성품/하프 쉘이 서로 접촉하지 않도록 하는 단계,
(d) 몰드 반구를 개방하여 중간 프레임을 제거하는 단계,
(e) 몰드 반구를 폐쇄함으로써, 하프 쉘이 주변 림을 따라 서로 접촉되도록 하는 단계, 및
(f) 하프 쉘을 결합하여 중공 물품을 형성하는 단계
를 포함한다.

Description

하프 쉘로부터 중공 플라스틱 물품을 제조하기 위한 다단계 방법{MULTISTAGE PROCESS FOR PRODUCING HOLLOW PLASTIC ARTICLES FROM HALF SHELLS}
본 발명은 하프 쉘로부터 중공 플라스틱 물품을 제조하기 위한 다단계 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전술한 방법에 의해 제조될 수 있는 중공 플라스틱 물품들에 관한 것이며, 차량용 플라스틱 연료 탱크로서 사용되는 것과 같은 이들의 용도에 관한 것이기도 하다.
자동차 제조산업 분야에서, 연료 탱크 형태의 중공 플라스틱 물품은 지금까지 일반적으로 사용된 금속 재료로 제조된 탱크를 거의 완전히 대체하였다. 또한, 모든 형태의 휴대용 또는 이동식 용기(예, 가솔린 용기, 플라스틱 병, 플라스틱 드럼 및 가연성 액체, 유해 물질 등에 사용하기 위한 플라스틱 용기)는 근래에 거의 모두 플라스틱으로 제조된다. 플라스틱 용기 및 탱크는 중량/부피 비가 낮고 부식 문제를 회피할 수 있으며 제조 단가가 낮다는 점에서 특히 유용하다.
중공 플라스틱 물품을 제조하기 위하여 다양한 방법이 이용될 수 있다. 회전 소결(rotational sintering)로 공지된 방법 이외에도 대규모 대량 생산에 특히 이용되는 방법은 공압출 블로우 몰딩을 포함하는 블로우 몰딩이다.
연료 관련 배기물과 같은 오존 형성 배기물의 감소를 위한 전세계적인 법적 요구의 존재는 모든 수송 수단이 정지 및 운행 조건에서 연료의 방출을 방지해야 한다는 점을 의미한다. 플라스틱 연료 탱크(PFT)를 생산하기 위해 사용된 플라스틱이 고유의 배리어 특성(barrier property)을 가지지 않는 경우, 침투를 줄이기 위해 추가의 조치(예, 플루오르화(생산 공정 중 또는 생산 공정과는 별도로), 페인팅 또는 코팅, 플라즈마 중합, 블렌드의 사용(Selar(등록상표) 방법), 또는 공압출 방법(다층 복합물내로 다양한 배리어 중합체의 혼입))를 취해야 한다.
그 외에, 연료 시스템으로터의 연료 배기물 회피에 관한 법적 요구를 충족시키기 위해서 탱크 내부에서 부품을 통합할 필요성이 증가한다. 라인 또는 밸브와 같은 이들 부품들은 필요한 임의의 코팅 절차 전 또는 후에 통합될 수 있다. 통합된 부품이 코팅 과정에 의해 손상되지 않는다면, 부품 통합은 코팅 절차 전에만 가능하다. 임의의 부품의 통합 전에 코팅 과정을 수행하는 경우, 코팅은 탱크의 부착 지점(용접점)에서 손상받기 쉽다.
다층 중공 물품을 제조하는 데 사용되는 방법은 전술한 공압출 블로우 몰딩 방법이다. 블로우 몰딩 또는 공압출 블로우 몰딩은 폭넓게 이용되는 기술이지만, 중공 플라스틱 물품의 제조 후에 연료 시스템 구성 요소와 같은 구성 요소를 통합할 수 없거나, 매우 제한된 범위에서 통합할 수 있다는 단점이 있다.
DE 198 14 314에는 소위 용융 압축 방법이 기재되어 있다. 상기 문헌에서는, 블로우 몰딩 플랜트로부터 튜브 형태로 공압출된 패리슨은 몰드 내에 위치되며, 램(ram) 또는 음각 몰드(negative mold)를 이용한 압착에 의해 하프 쉘을 생성시킨다. 이 방법의 단점은 용접 절차 전에 몰드로부터 램을 제거해야 하므로, 용접을 위해 열의 이용이 불가능하다는 점이다. 또한, 압축중 현저한 용융 압축 유동이 몰드 표면에 평행하게 일어나며, 이것이 몰드 및 램의 기하학적 차원을 통한 총 벽 두께의 성공적인 조절을 허용하더라도 대부분 자유 유동하는 배리어 중합체 용융물을 국소적으로 얇게 하여 결국 중공 플라스틱 물품 배리어 작용이 불균일해 질 수 있다.
소위 열성형 방법 또는 트윈 시트(twin sheet) 방법으로 불리우는 선행 기술로서 공지된 다른 제조 방법은 적당한 반완성 시트를 열성형하여 2개의 하프 쉘을 제조함으로써 시작하며, 방법의 제2 단계에서 이들 하프 쉘을 서로 용접한다. 그러나, 이 방법의 근본적인 단점 중 하나는 탱크 하프 쉘의 벽두께 분포를 완전히 조절할 수 없다는 점이다. 벽두께 분포 및 이에 따른 배리어 층 두께 분포의 조절이 부적절하게 되는 이유는 반완성 시트가 균일한 벽두께를 가지며, 따라서 열성형 중 연신비(stretching ratio)에 따라 벽두께 또는 배리어 층 두께의 현저한 국소적 감소가 있을 수 있기 때문이다.
DE 100 42 121에는 먼저 블로우 몰딩 또는 공압출 블로우 몰딩 플랜트상에 튜브 형태의 플라스틱 패리슨을 생성시키고, 이어서 이들을 절개하여 1개 이상의 평면 부품을 생성시키며, 이어서, 형성된 평면 부품을 열성형하여 하프 쉘을 생성시키고 이들을 서로 용접하여 중공 물품을 생성시킴으로써 중공 플라스틱 물품을 제조하는 방법이 개시되었다.
중공 플라스틱 물품을 제조하기 위한 본 발명의 방법의 원리는 블로우 몰딩 또는 공압출 블로우 몰딩 플랜트 상에서 제조된 플라스틱 패리슨을 축방향으로 절 개시키고 형성된 반가공의 평평한 용융 표면 시트를 2개의 열성형 몰드 내에 위치시켜 원하는 형상을 생성시키는 것이다. 상기 방법은 열성형에 사용된 열을 이용하여 서로 용접될 수 있는 2개의 하프 쉘을 생성시킨다. 상기 방법은 구성 요소가 하프 쉘의 내부에서 통합될 때 점점 냉각되어 결과적으로 용접하기 전에 구성 요소를 가열해야 하며, 이는 완성된 PFT의 용접 부위에 스트레스(stress)를 증가시켜서 금이 가도록 하거나 약한 지점을 유발한다는 단점이 있다. PFT의 안정성은 하프 쉘의 핀치-오프(pinch-off) 에지의 특질에 결정적으로 의존하기도 한다. 마찬가지로, 플라스틱 내에 유도된 스트레스는 중공 플라스틱 물품의 기계적 지지 능력에 부정적인 영향을 미친다.
미국 특허 출원 2001/0015513에는 선행 기술의 다른 방법이 기재되었다. 상기 문헌의 단일 단계 방법은 압출된 튜브 형태의 플라스틱 예비 성형품을 절개하여 2개의 영역을 생성시킨 후, 2개의 하프 쉘을 즉시 용접하고 블로우 몰딩함으로써 2부분 블로우 몰딩 플랜트에서 중공 물품을 제조하는 데 사용된다. 로봇에 의해 몰드 반구를 폐쇄시킴과 동시에 중공 물품이 제조되기 때문에, 임의의 통합 부품은 중공 물품내로 도입될 수 있다. 이 방법은 높은 장치 비용 및 조절 비용이 소요된다.
전술한 명세서의 내용은 중공 플라스틱 물품을 제조하기 위한, 선행 기술에서 공지된 방법은 많은 심각한 단점이 있다는 것을 나타낸다.
본 발명의 목적은 중공 플라스틱 물품을 제조하는 방법을 제공할 긴급한 필 요를 충족시키고 전술한 선행 기술의 단점을 제거하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 산업계에서 널리 사용되는 공압출 블로우 몰딩 또는 블로우 몰딩 플랜트를 지속적으로 사용하는 방법을 발전시키는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 후술하는 본 발명의 명세서 내용으로부터 명백히 확인할 수 있다.
본 발명자들은 본 발명의 목적이 청구항 제1항의 방법으로 달성된다는 것을 확인하였다.
본 발명의 방법의 유용한 구체예는 종속항에 기재한 방법에 정의되어 있다.
본 발명은 중공 플라스틱 물품을 제조하는 방법을 제공하는데,
본 발명의 방법은
(a) 압출 또는 공압출함으로써 튜브 형태의 플라스틱 패리슨을 제조하는 단계,
(b) 플라스틱 패리슨을 절개하여 2개의 평면 부품을 제조하는 단계,
(c) 2개의 몰드 반구에서 평면 부품을 몰딩하여 하프 쉘을 형성하는 단계로서, 제거 가능한 중간 프레임이 적어도 주변 에지를 따라 몰드 반구를 서로 분리하여 반완성품/하프 쉘이 서로 접촉하지 않도록 하는 단계,
(d) 몰드 반구를 개방하여 중간 프레임을 제거하는 단계,
(e) 몰드 반구를 폐쇄함으로써, 하프 쉘이 주변 림을 따라 접촉하도록 하는 단계, 및
(f) 하프 쉘을 결합하여 중공 물품을 형성하는 단계
를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 구체예는 필요한 경우 미리 조립된 통합 부품(예, 라인, 밸브, 펌프, 필터 등)이 방법 중 (d)단계 이후에 한 쪽, 필요한 경우 양쪽 모두의 하프 쉘로 도입된다.
본 발명의 목적을 위해, "플라스틱 패리슨"은 1 이상, 바람직하게는 2 이상의 플라스틱층으로 제조되고, 압출 또는 공압출 플랜트로부터 유래하며 용융 열을 보유하는, 압출되고 바람직하게는 튜브 형태인 예비성형물이다. "반완성품"은 패리슨을 절개함으로써 제조된 평면 구조물이며, 이것은 몰드, 즉 블로우 몰딩 몰드 및/또는 열성형 몰드내에 정해진 3차원 공간 구조의 1면이 개방되어 제공된다. 본 발명에 따라, "하프 쉘"은 반완성품을 몰딩하여 형성시키고, 이어서 결합하여 중공 플라스틱 물품을 형성하는 쉘 형태 구조이다.
본 발명의 방법은 중공 플라스틱 물품을 제조하기 위한 선행기술의 공지된 방법의 단점을 제거하는 것으로 확인되었다. 본 발명에 따른 중간 프레임 또는 플레이트 인서트(plate insert)의 사용 및 다양한 폐쇄 지점에서의 몰드 반구의 개폐는 DE 100 42 121에 이미 공지된 방법을 작용 단계로 세분하고, 이는 실질적으로 중공 물품의 내부로 구성 요소를 통합하는 것을 촉진하며, 중공 물품의 품질을 결정적으로 향상시키는 것을 허용한다. 본 발명의 방법은 몰딩되지 않은 반완성품과 실질적으로 접촉하지 않고 중공 물품의 내부에서 상대적으로 큰 구성요소를 문제 없이 통합하는 것도 허용한다.
중공 플라스틱 물품을 제조하기 위한 본 발명 방법의 원리는 블로우 몰딩 플랜트 또는 공압출 블로우 몰딩 플랜트상에서 제조된 플라스틱 패리슨을 축방향으로 절개시키고, 형성된 평면의 용융된 반완성 시트는 2개의 몰드 반구로 도입시키며, 제거가능한 중간 프레임은 몰드의 폐쇄시 주위 에지를 따라 이들을 분리하여, 2개의 반완성 플라스틱 제품 사이에 실질적인 접촉이 없도록 한다. 중간 프레임(도 5)을 사용하면 2개의 하프 쉘이 실질적으로 서로 독립적으로 각각의 몰드 반구내에서 완전히 몰딩되도록 하고, 이어서 중간 프레임을 제거한 후에 하프 쉘을 몰드로부터 제거하지 않고 하프 쉘 상호간에 결합될 수 있다. 이 방법은 심지어 대형 통합 부품도 도입할 수 있으며, 예를 들어 "아직 고온인 때"에 하프 쉘을 용접하는 것도 허용한다(즉, 실질적으로 하프 쉘 전체를 재가열할 필요가 전혀 없다).
본 발명의 중간 프레임의 디자인은 2개의 몰드 반구 사이의 영역을 실질적으로 완전히 충전하는 플레이트 인서트의 디자인 일 수도 있다. 따라서, 본 발명의 목적을 위해, 중간 프레임은 항상 플레이트 형태의 프레임일 수 있다. 중간 프레임 또는 플레이트 인서트는 단일 부품 또는 다중 부품 디자인 일 수 있으며, 이 형상은 몰드의 에지 프로필에 맞아야 한다. 따라서 이것은 몰드 분리에 의해 원하는 곡면을 가질 것이다. 분리 표면이 복잡할 수 있지만, 프레임에 대한 접촉 표면을 선택하는 것은 3차원 프로필(도 5)의 단순성을 최대화하는 것과 같을 수 있다. 분리된 다중 부품 중간 프레임 또는 플레이트 인서트를 각각 사용하는 경우, 상기 부품은 서로 독립적이거나 또는 서로 이동가능하게 결합되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다단계 방법은 제1 단계로, 이미 2 부분으로 분할시킨 패리슨이 각각의 몰드 반구와 프레임 사이에 위치하나 패리슨 또는 반완성품이 서로 직접 접 촉하지는 않는 방식으로 중간 프레임 상에 몰드 반구를 폐쇄시킨다. 제1 단계에서 몰드 반구에 반완성품을 몰딩시킨 후, 이 몰드를 개방하여 중간 프레임을 제거한다. 이 시점에서 후속 중공 물품의 내부에 완전히 접근하므로 대형 통합 부품을 부착하고 이들을 정확히 위치시키는 것이 가능하다.
제2 단계에서, 추가의 폐쇄 이동은 몰드 반구를 함께 최종 폐쇄하도록 하여 반완성품이 서로 직접 접촉하도록 함으로써 결합 또는 용접될 수 있도록 한다. 따라서 용어 "다단계"는 전술한 방법에 사용된다. 전술한 두가지 단계에 있어서, 몰드가 폐쇄된 것으로 간주되는 변위(displacement)는 중간 프레임의 두께에 따라 상이하다.
몰드 반구 사이의 공간으로부터 중간 프레임의 제거는 위치 변경 또는 회전에 의해 일어날 수 있으며, 이 목적을 위해 적당한 로봇이 이용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 방법을 위한 변위/시간 다이아그램을 나타낸다. 평면 부분을 위한 몰딩 사이클은 시점 t0의 개방 몰드에서 시작된다. 몰드 반구내에 반완성품들을 위치시키면, 이들이 중간 프레임 또는 플레이트 인서트상에서 폐쇄되며, 이어서 T1의 기간 동안 2개의 하프 쉘은 블로잉 및/또는 열성형에 의해 내부로부터 성형된다. 이어서 이 몰드는 본 발명의 방법 중 제1 단계의 말미에 재개방된다. T2의 기간 동안, 2개의 하프 쉘 내부의 개방 접근이 이루어지며, 예를 들어 통합 부품을 위치시키거나 하프 쉘의 내부를 코팅시키는 기회가 제공된다. 이와 동시에 중간 프레임이 제거된다. 중간 프레임이 제거된 이 시점에 몰드 반구가 함께 폐쇄되며, 반완성품이 함께 결합되거나 용접된다. 몰드가 폐쇄된 T3의 기간 동안 본 발명의 방법 중 제2 단계는 블로잉을 이용하며, 필요한 경우 열성형하여, 용접된 하프 쉘로부터 형성된 중공 물품의 실질적으로 완전한 성형 및 냉각을 제공한다. 이어서 이 몰드는 재개방되며, T4의 기간 동안 중공 물품은 몰드로부터 제거되고, 중간 프레임이 재삽입되어 사이클이 처음부터 다시 시작되도록 한다.
본 발명의 방법은 중간 프레임을 가진 몰드의 폐쇄 단계인 제1 단계(단계 1), 프레임 없는 몰드의 폐쇄 단계인 제2 단계(단계 2)에서 공정 매개변수를 변화시킴으로써 하프 쉘 몰딩 절차의 특성의 조절을 완전히 자유롭게 할 수 있다. 이는 기간 T1 내지 T4가 가변적이고 각각의 요구조건에 따라 자유롭게 선택될 수 있기 때문에 가능하다.
예를 들어, 단계 1에 대해 선택한 시간(T1)이 중간 프레임이 없는 제2 폐쇄 시간 T3 보다 긴 경우, 그 결과는 실질적으로 열성형에 의해 몰딩한 결과가 된다. 반대의 경우, 제2 폐쇄 시간 T3가 더 긴 경우, 중공 물품이 실질적으로 블로우 몰딩에 의해 형성된다. 이들 사이에 서로에 대한 몰딩 방법의 비율의 임의의 개재 수준, 즉 열성형 절차 및 블로우 몰딩 절차의 임의의 소정 단단계 또는 다단계 조합을 설정할 수 있다.
공정 매개변수의 설정이 단계 1의 크기가 대략 전체 사이클 시간의 크기와 대략 동일한 정도이면, 상기 방법은 후속 완결을 위해 개별적으로 제거되는 열성형된 하프 쉘의 제조와 동일하다. 단계 2에 대한 단계 1의 비율의 적당한 수준(이 수준은 특히 최종 생성물에 의존함)은 소위 EVBM(압출 진공 블로우 몰딩) 절차에 의 한 몰딩이 된다. 단계 1을 위해 선택된 기간(T1)은, 예를 들어 기간 T2에서 부품의 통합이 가능하도록 하기위해 하프쉘이 이들의 형상을 유지할 수 있지만 동시에 플라스틱은 제2 폐쇄 시간 T3 동안에 용접하기에 충분한 정도로 고온인 기간이다. 형상 보유를 향상시키는 한가지 방법은, 예를 들어 몰드를 통하여 동공에 이르는 적당한 구멍을 통하여, 몰드와 플라스틱 사이를 진공 상태로 만드는 것이다. 반대로, 상기 방법의 제1 단계 기간(프레임과 함께 폐쇄)이 크게 단축되어 0에 접근하면, 상기 방법은 공지된 블로우 몰딩 절차와 동일하다.
본 발명의 방법의 가변성은 몰딩 단계를 몰드 및 제조될 중공 물품의 구조적 요구에 정확히 부합할 수 있도록 한다.
또한, 반완성품이 이상적인 방식으로 일정한 두께를 가지고 몰드 반구에 맞도록 하기 위하여, 사용된 개별적 플라스틱의 유변학적 특성에 적합하도록 블로우 몰딩 및 열성형 단계를 선택할 수 있다.
본 발명의 방법에 있어서, 또 다른 특별한 잇점은 중간 프레임을 제거하기 위해 몰드가 개방될 때, 용기 내부에서 구성 요소의 통합을 상당히 촉진하면서 2개의 하프 쉘에 완전히 접근할 수 있다는 점이다. 반완성품 또는 하프 쉘은 몰드 반구내에 존재하기 때문에, 몰드 및 중간 프레임/플레이트 인서트의 적당한 온도 조절은 플라스틱, 특히 중공 물품의 후속되는 내부의 과도한 냉각을 모두 피할 수 있으므로, 용융열을 보유하는 플라스틱에 통합 부품의 직접 용접을 가능하게 하며, 하프 쉘이 후속 단계에서 서로 직접 용접될 수 있을 정도로 충분히 고온이 되도록 보장한다.
또한, 몰딩 단계의 다양한 변화성 때문에, 블로우 몰딩 플랜트에 의한 평면 부품의 제조는 정확하고 재현가능한 벽 두께의 조절 및 높은 디자인 자유도를 허용한다. 공압출 블로우 몰딩 플랜트를 사용하는 경우, 배리어 중합체(barrier polymer)로 제조된 층들은 반완성품내로 통합될 수 있다. 단층 반완성품이 블로우 몰딩 플랜트상에서 제조되는 경우, 예를 들어 플루오르화 또는 페인팅에 의해 배리어 층이 연속적으로 사용될 수 있다. 코팅 절차는 통합 부품의 부착 전후에 몰드를 개방한 후 완전히 접근 가능한 하프 쉘 상에서 수행하는 것이 유리하다.
본 발명의 중간 프레임은 여러가지 기능을 수행한다. 주요 기능은 몰딩 절차 동안에 몰드 반구내 반완성품의 주위 에지를 유지 또는 고정하는 것이다. 프레임은 몰드의 핀치-오프 에지에 의한 반완성품의 핀치-오프 중에 압력을 인가하는 표면으로 작용하기도 한다. 고정 및 핀치-오프 기능은 중간 프레임 및 몰드 모두의 에지 영역의 기하 및 디자인에 의해 결정적으로 영향을 받는다. 본 발명에 있어서, 몰드의 에지는 반완성품과 중간 프레임 사이의 조절된 접촉을 제공하기 위하여 차별된 디자인을 가지는 것이 바람직하다. 반완성품을 밀봉시키는 방법은 제1 몰딩 단계가 종료되기 전에 연속적으로 깨끗한 핀치-오프 용접점의 형성을 방해하지 않으면서 반완성품에 일정 정도 이상 블로잉을 허용하는 것이다.
본 발명의 특히 바람직한 구체예에서, 중간 프레임 또는 프레임 인서트는 적당한 구멍을 통해 압축된 공기를 조절하여 도입하거나 배출시키는 것과 같은 다른 작용을 할 수 있다. 이는 후에 수행될 수세(flushing) 또는 통기 작용도 한다. 스탬프 또는 조(jaw)와 같은 이동가능한 작용 유닛을 포함하는 추가의 작용 유닛이 프레임 상에 배치되거나 프레임 상 또는 그 내부에 통합될 수도 있다. 또한, 중간 프레임은 도입될 구성 요소의 지지체로서 사용될 수도 있다.
중간 프레임의 기능을 지지하기 위해, 중간 프레임은 프레임의 1 이상의 소구역을 냉각하거나 가열하기 위한 장치를 구비할 수 있다. 온도 조절은 시간 및/또는 위치의 함수로서 차이를 제공할 수 있으므로 프레임/플레이트의 특정 영역은 필요한 경우 공정 사이클 동안의 상이한 온도로 조절할 수 있다. 온도 조절 방법의 예는 채널을 통해 적당한 냉각 매체 또는 가열 매체를 통과시키는 것이다. 전기 카트리지 가열기(electrical cartridge heater) 또는 열전대(thermocouple)를 사용하는 것도 가능하다. 몰드의 핀치-오프 에지에 좀 더 큰 균일성 및 스트레스로부터의 자유도를 달성하기 위하여 정확한 온도 조절, 바람직하게는 몰드의 핀치-오프 에지를 가열하는 것이 특히 바람직하다.
열성형 절차 동안, 고정된 반완성품 에지의 부분 국소 냉각이 일어나기 때문에 핀치-오프 절차 중 플라스틱 내에 스트레스가 증가할 수 있으며 기계적 성능 및 핀치-오프 용접점의 품질에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 필요한 경우 완성된 중공 물품을 생성하기 위한 하프 쉘의 후속 용접을 위해 요구되는 용접 온도를 얻기 위해 재가열이 필요할 수 있는데, 이는 냉각의 다른 결과이다. 이는 플라스틱의 스트레스를 유발하는 것과 유사하게 완성된 중공 물품의 금 및 약한 지점을 증가시킬 수 있다. 이런 이유로 본 발명의 바람직한 구체예에서, 하프 쉘의 에지 영역은 국소적으로 가열되거나 국소적으로 온도 조절된다. 몰드의 핀치-오프 에지와 접촉하는 영역내 플레이트 인서트의 온도 조절은 플레이트의 에지 양 쪽에서 수행하거나, 또는 한 쪽에서만 수행하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명은 전술한 절차에 의해 제조될 수 있는 중공 물품도 제공한다. 본 발명은 차량용 플라스틱 연료 탱크, 가솔린 용기, 난방유, 디젤 등의 수송 또는 저장용 플라스틱 탱크, 작물용 살포기 또는 용매 컨테이너와 같은 다목적 차량에 쓰이는 수송 용기, 또는 플라스틱 병 등과 같은 본 발명의 방법에 의해 제조된 중공 플라스틱 물품의 바람직한 용도도 제공한다.
본 발명의 제조 방법의 다른 잇점은 몰딩된 반완성품을 결합하기 전에, 필요한 경우 연료 시스템의 구성 요소와 같은 통합 부품을 하프 쉘의 내부에 어려움 없이 결합할 수 있다는 것이다. 따라서 본 발명은 열성형된 반완성품을 용접하기 전에 예를 들어 탱크내 압력 평형을 위한 통기 라인, 탱크내 액체 평형을 위한 연료 라인, 밸브, 서지 방지 컵(anti-surge cup) 또는 연료 관련 제품 및/또는 연료 센서 모듈과 같은 통합 부품을 하프 쉘의 내부에 부착하는 것을 제공한다.
반완성품은 적당한 접착제에 의한 접착, 고온 용접 또는 이들 양자를 조합하여 결합시킬 수 있다. 용접이 바람직하다. "아직 고온 인 때" 즉, 단계 1에서 몰딩한 후 하프 쉘이 아직 용융열을 보유할 때 반완성품을 용접하며, 단계 2에서 중간 프레임을 제거하여 몰드 반구를 폐쇄함으로써 서로 직접 접촉하도록 한 다음, 플래시 핀치-오프로 하프 쉘을 서로 직접 용접되도록 한다.
본 발명의 방법에 있어서 2개의 반완성품을 결합하기 전에 냉각을 하지 않거나 약간만 냉각하는 것이 유리하다. 본 발명의 특성은 냉각이 주로 외부에서 일어나는 것을 의미한다. 반완성품의 내부, 즉 T3 기간 동안 단계 2에서 접촉하여 용접 되는 에지는 일반적으로 용융열을 보유하고 따라서 연장된 기간 동안 용접 가능하도록 유지된다. 본 방법의 하나의 특히 바람직한 구체예에서는 용융열을 보유하는 (공)압출된 튜브 형태의 패리슨으로부터 중공 플라스틱 물품을 제조하는 데 필요한 추가의 가열 단계 또는 냉각 단계가 필요하지 않다.
본 발명에 따르면, 이는 전술한 바와 같이 중간 프레임에서 냉각 또는 가열하기 위한 장치를 제공하는 것에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 방법의 또 다른 실질적인 잇점은 사용된 공압출 블로우 몰딩 플랜트상에서 플라스틱 패리슨의 벽 두께를 정확히 조절하는 것이 가능하다는 점이다. 공압출 블로우 몰딩 플랜트상에서 패리슨의 벽 두께를 정확히 조절하면 후속 열성형 공정에서 벽 두께의 조절을 현저히 향상시킨다. 플라스틱 패리슨의 직경 또는 원주는 패리슨 다이의 직경에 의해 정해지며, 상기 방법의 후속 단계의 요구 조건에 부합되어야만 한다. 플라스틱 패리슨의 벽 두께는 가변적인 다이 간격을 이용하여 압출공정 동안에 축방향으로 조절할 수 있다. 반경 방향 벽 두께 조절은 적당한 작동기(부분 벽 두께 조절)를 이용하여 변형될 수 있는 가요성 다이 고리 또는 윤곽 형성된 다이/심축 쌍을 이용하여 수행할 수도 있다.
다이로부터 용융 플라스틱을 방출해서 필요한 경우 상기 방법의 후속 단계의 요구조건 및 완성품의 구조에 부합되어야만 하는 소정 길이를 생성하는 동안 또는 그 후에 패리슨을 절개하여 1개 이상, 바람직하게는 2개 이상(예를 들어, 3개 또는 4개)의 평면 부품을 생성한다. 하나의 바람직한 구체예에서 플라스틱 패리슨의 절단은 다이로부터 분리하기 전, 즉 압출 절차가 완성되기 전 또는 그 직후에 수행한다.
다른 특히 바람직한 구체예에서, 플라스틱 패리슨은 절단하기 전에 연신 장치에 의해 압출 방향에 수직인 방향으로 신장된다. 튜브 형태의 패리슨의 한쪽 면만 절개되면, 2개의 하프 쉘이 제조되고 이어서 서로 분리하여 용접하는 방식으로 상부 쉘 및 하부 쉘을 위한 2개의 챔버를 지닌 열성형 몰드에 위치시킬 수 있는 넓은 면적을 가진 반완성품이 생성된다. 튜브 형태의 패리슨의 양쪽면을 절개하여 각각 열성형 몰드내로 몰딩되는 2개의 평면 부위를 얻는 것이 바람직하다. 본 발명은 절개되어 2개 이상의 부분을 생성시키는 패리슨 및 필요한 경우 2개 이상의 서브쉘(subshell)로부터 제조되는 완성품을 제공한다.
이어서 얻어진 플라스틱 부분은 열성형 방법에 의해 추가로 가공되어 하프 쉘 타입의 반완성품을 생성시킨다. 현존하는 공압출 블로우 몰딩 플랜트는 본 발명의 방법에 유용하게 이용될 수 있다. 블로우 몰딩 플랜트에 적당한 절단 유닛, 바람직하게는 로봇 및 열성형 유닛을 보충하는 것이 필요하며, 원칙적으로 열성형, 완성 및 용접 절차를 위해 블로우 몰딩 플랜트에 존재하는 클램핑 유닛(clamping unit)을 사용하는 것도 가능하다.
플라스틱 웹을 분리하는 데 사용된 종래의 강철 블레이드와 같은 절단 장치를 사용하는 것은 심각한 단점이 있는 것으로 확인되었다. 특히, 플라스틱 용융물은 종종 장치 또는 블레이드에 접착된다. 이 접착은 분리 절차 후에 얻어진 용융된 반완성 시트(커튼으로 공지됨) 및 패리슨의 원하지 않는 변형을 유발한다. 많은 경우, 특히 압출 절차를 시작할 때 상류 용융물의 압력이 소정의 절단 절차를 수행하 기에 충분하지 않은 것으로 확인되었다. 절단 장치 또는 나이프에 의해 패리슨상에 유발된 저항은 패리슨상에 현저히 뒤틀림을 일으킬 정도로 큰 경우가 종종 있으며, 이는 특히 압출 절차 즉, 다이로부터 튜브를 방출할 때 그러하다. 이는 얻어진 절단 에지 및 이들 커튼 자체의 상당한 변형도 유발한다.
본 발명의 특히 바람직한 구체예에서, 플라스틱 패리슨을 절단하는 방법은 후술하는 바와 같다.
환상 튜브를 1개 이상의 용융된 반완성 시트(커튼으로 공지됨)로 절단하기 위한 절단 장치는 원칙적으로 소정의 나이프 디자인 또는 나이프 기하를 가질 수 있다. 예를 들어 절단 장치는 필요에 따라 교환가능한 끝이 날카로운 절단 부재를 포함할 수 있다. 끝이 날카로운 장비 뿐만 아니라, 날이 무디거나, 정사각형이거나, 또는 바 형상(bar-shaped)이며 나이프 또는 분리기로서 작용하는 장비를 사용할 수도 있다. 그러나, 패리슨이 방출될 때, 패리슨을 절개하는 삼각형 나이프를 사용하는 것이 특히 이로운 것으로 밝혀졌다.
절단 장치, 나이프, 또는 이들의 부분의 표면 특성은 평활하거나 홈이 있을 수 있다. 요구 조건에 따라 절단 장치 또는 나이프 자체의 일부 또는 전부가 가열되거나 냉각될 수 있다.
삼각형인 것이 바람직한, 사용된 나이프(들)은 고온 플라스틱 용융물의 접착을 방지하기 위한 코팅을 하는 것이 바람직하다. 적당한 코팅은, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 또는 다른 플루오르화 탄화수소를 포함한다.
전술한 문제점은 절단 장치 또는 나이프(들)의 배치를 통해 해결될 수 있다. 원칙적으로 나이프 또는 절단 장치의 배치는 중심축 및/또는 압출 장비의 다이에 위치할 수 있다. 몇몇 경우에 있어서, 패리슨을 다이로부터 방출한 즉시 절단하는 것이 유리한 것으로 판명되었다. 절단 장치 또는 나이프의 배치는 수평 또는 수직일 수 있다.
중심 축 및/또는 다이에 절단 장치를 설치하는 대신, 블로우 몰딩 헤드의 내부에 배치된 흐름 분배기(flow divider)로 플라스틱 용융물을 분리할 수 있다. 이들 흐름 분배기는 패리슨 튜브에 약한 지점을 생성시켜서 패리슨이 저절로 분리되거나 약간의 도움으로 분리되도록 하는 단순한 디스플레이서(displacer)로서 사용될 수 있다.
제2의 가능성은 투명 플라스틱이 흐름 분배기에 의해 제공되는 윈도우 스트립(window strip)을 제조하는 방법과 유사한 방법이다. 튜브를 분리하기 위한 목적으로 사용된 플라스틱은 패리슨의 플라스틱과 비상용성이다. 비상용성 때문에 이렇게 도입된 "분리기 스트립(separator strip)"은 큰 노력 없이 잡아당겨질 수 있으며 이어서 남아있는 튜브 영역(커튼)은 본 발명의 평면으로서 사용된다. 비상용성 중합체의 적당한 예는 폴리아미드, 폴리스티렌, 및 필요한 경우 폴리프로필렌이기도 하다.
튜브 또는 패리슨을 분리하는 또 다른 방법은 글로잉 와이어(glowing wire)를 사용하는 방법이다. 전술한 글로잉 와이어는 고정되거나 이동가능할 수 있다. 용융물 또는 패리슨을 분리하여 커튼으로 만드는 데 레이저도 사용될 수 있다.
나이프, 흐름 분배기, 글로잉 와이어, 및 레이저를 포함하는 전술한 절단 장 치는 엄격한 배치를 가지거나 이동할 수 있다. 재료의 원하지 않는 변위(displacement)를 피하기 위해 이들은 용융물상으로 빠르게 이동할 수도 있다. 반대로 전술한 절단 장치는 이동가능한 디자인일 수 있다.
패리슨이 절단 장치와 마주칠 때 생성되는 저항을 상당히 감소시키는 한가지 방식은 원통형 패리슨에 "약한 지점"을 생성시키는 것이다. 이와 관련하여 패리슨의 베이스 중합체와 비상용성인 중합체를 사용하면 매우 단순한 분리가 가능한 것으로 확인되었다. 이와 관련하여 비상용성은 공압출 중합체에 베이스 중합체의 용접이 발생하지 않는다는 것을 의미한다. 적당한 중합체는 전술하였다.
특히, 매우 두꺼운 벽 두께를 지닌 패리슨 및/또는 매우 고분자량의 재료로 제조된 패리슨의 경우에, 구동 수단을 지닌 절단 장치를 제공하는 것이 유리하다. 두꺼운 벽 두께를 지닌 패리슨을 분리하는 동안 패리슨에 대해 절단 장치 또는 나이프에 의해 유발된 저항은 특히 크므로, 상대적으로 두꺼운 벽 두께를 지닌 패리슨이 절단 장치 위로 유도되면 얻어진 절단 에지에 뒤틀림 또는 주름이 생성될 수 있다(도 3).
전술한 문제점들은 패리슨 및/또는 얻어진 커튼을 인발하거나 이동시키는 구동 시스템을 가진 전술한 절단 장비를 구비함으로써 극복될 수 있는 것으로 확인되었다. 인발 메카니즘은 패리슨 또는 커튼이 절단 장치 위로 당겨지도록 함으로써 전술한 유발된 저항을 상쇄하거나 또는 절단 장치에 의해 패리슨 상에 발생하는 힘을 상쇄한다. 이 방법을 사용하면, 패리슨을 가공하여 고분자량 내지 저분자량 재료 및/또는 고밀도 내지 저밀도 재료로부터 제조된 박후층(thin-and-thick) 벽을 지닌 패리슨을 가공할 수 있다.
특히 바람직한 하나의 인발 시스템은 반완성품당 1개 이상의 롤러형 인발 유닛, 예를 들어 피동 롤러, 및 특히 바람직하게는 공압 부동(floating) 롤러를 포함한다. 피동 유닛 또는 피동 롤러는 패리슨 또는 커튼 상에 장력을 유발한다. 이 장력은 압출 절차에 의해 발생된 압축과 함께 작용하여 패리슨을 소정의 방식으로 절단 장치 상으로 지속적으로 유도 한다.
피동 롤러 또는 롤을 사용하면 패리슨을 분리한 후 패리슨 영역이 절단 나이프로부터 즉시 멀어지므로 접착을 방지한다는 잇점이 있다. 특히 바람직한 구체예에서, 피동 롤러는 절단 장치, 특히 삼각형 절단 나이프내에 통합된다. 또한 피동 롤러는 분리되어, 즉 절단 장치의 외부에 부착될 수도 있다.
각각 충분한 마찰을 보장하거나 또는 열가소성 조성물을 연속적으로 이동시키기 위하여, 피동 유닛은 프로필 또는 홈 또는 적당한 코팅을 가지는 것이 바람직할 수도 있다.
패리슨 또는 패리슨 영역의 피동 유닛에 대한 상대 속도는 피동 유닛의 속도에 유리하도록 0 내지 양의 차이를 나타낼 수 있다. 피동 유닛에 유리하도록 양의 차이가 바람직하다.
다른 바람직한 구체예에서, 패리슨 또는 패리슨 영역(커튼)을 유도하는 장비는 유도 롤러도 포함한다. 이들 유도 롤러는 필요한 경우 구동될 수 있다. 이들 유도 롤러의 용도의 예는 얻어진 패리슨 영역들 사이의 거리를 조절하거나 패리슨 영역을 변형시키고, 특히 평평하게 하는 것이다. 절단 또는 유도 장치는 전술한 피동 롤러 뿐만 아니라 유도 롤러도 구비한다.
특히 바람직한 구동 시스템은 피동 롤러 및 특히 바람직하게는 공압 부동 롤러와 같은 롤러형 구동 유닛을 포함한다. 피동 유닛 또는 피동 롤러는 패리슨 또는 커튼상에 장력을 유발시킨다. 이 장력은 압출 공정에 의해 발생한 압축과 함께 작용하여 소정의 방식으로 패리슨을 절단 장치 상으로 지속적으로 유도한다.
피동 롤러 또는 롤을 사용하는 추가의 잇점은 패리슨의 분리 후 패리슨 영역이 절단 나이프로부터 즉시 멀어져서 임의의 접착을 피한다는 것이다. 하나의 특히 바람직한 구체예에서, 피동 롤러는 절단 장치, 바람직하게는 삼각형 절단 나이프내에 통합된다. 또한, 피동 롤러는 분리하여, 즉 절단 장치 외부에 부착될 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 방법의 개별적인 조작, 특히 패리슨의 분리, 수송, 절단 및 중공 물품 내로 통합 부품의 삽입에 로봇을 사용하는 것을 제공한다.
플라스틱 재료는 고 스트레스 레벨을 가지게 되며 배리어 작용과 같은 요구조건이 엄격하므로, 본 발명의 방법에 의해 제조된 중공 플라스틱 물품은 2개 이상의 층을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 중공 플라스틱 물품은 2개 이상의 층을 가진 구조인 것이 바람직하다. 이들 층은 통상적으로 중공 물품의 내부 표면을 형성하는 지지 베이스 층을 항상 포함한다. 따라서 이 층은 이 용기의 누출 방지 및 기계적 안정성에 결정적으로 중요하다.
특히 바람직한 구체예에서, 제조된 플라스틱 패리슨은 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리아미드, 폴리케톤, 폴리에스테르 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된 중합체 재료로 제조된 1개 이상의 층을 가진다. 제조된 플라스틱 패리슨은 폴리에틸렌, 특히 밀도 0.93 g/cm3 내지 0.97 g/cm3인 폴리에틸렌으로 제조된 1개 이상의 층을 가지는 것이 바람직하다.
다른 바람직한 구체예에서, 플라스틱 패리슨은 2 이상의 층, 바람직하게는 베이스 층, 분쇄재생재료(regrind) 층, 접착 촉진 층 및/또는 배리어 층으로 구성된 구조를 가진다.
완성품 및 패리슨의 층 두께 분포는 층의 개수에 의존한다. 후술하는 것은 본 발명의 방법에 의해 제조된 프라스틱 패리슨의 층 두께 분포이며, 6개의 층으로 구성된 구조를 가진다. 특히 바람직한 구체예는 플라스틱 패리슨을 제조하며 외측에서부터 내측으로,
각각의 경우, 컨테이너 벽의 총 두께를 기준으로
- 5% 내지 30%의 두께인 HDPE로 제조된 층,
- 10% 내지 82%의 두께인 분쇄재생재료 층,
- 1% 내지 5%의 두께인 접착 촉진 층,
- 1% 내지 10%의 두께인 배리어 층,
- 1% 내지 5%의 두께인 접착 촉진 층,
- 10% 내지 40%의 두께인 HDPE로 제조된 층
을 포함하는, 각각 6개의 층으로 구성된 구조를 가진 중공 플라스틱 물품을 제조한다.
적당한 베이스 재료는 밀도가 0.940 g/cm3 내지 0.960 g/cm3, 특히 0.943 g/cm3 내지 0.955 g/cm3, 특히 바람직하게는 0.943 g/cm3 내지 0.950 g/cm 3인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함한다. 본 발명에 적당한 폴리에틸렌 재료의 용융 유동비는 1.5 g/10분 내지 20 g/10분(MFR (190℃/21.6 kg)), 특히 2 g/분 내지 10 g/분, 특히 바람직하게는 3 g/10분 내지 8 g/10분이다. 전술한 다른 중합성 재료도 물론 지지 베이스 재료로 적당하다.
적당한 배리어 재료는 에틸렌-비닐 알콜 공중합체(EVOH), 폴리아미드, 및 폴리에스테르와 같은 다른 배리어 중합체, 특히 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 플루오로중합체, 예를 들어 폴리비닐리덴 플루오르화물, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로-프로필렌-비닐리덴 플루오르화물 공중합체(THV) 및 액정 중합체(LCP)도 포함한다. 다른 적당한 재료는 나노입자를 지닌 전술한 배리어 재료의 혼합물이다. 본 발명의 목적을 위하여, 나노 입자는 원자 층이 삽입된 유기 분자에 의해 분리되어 헐거워진 무기 필로실리케이트이다. 원자층은 중합성 재료에 혼입되어 분리될 수 있으며 입자의 극미세 분포를 일으킬 수 있다. 분산된 입자의 표면은 임의의 침투 분자에 대한 확산 경로를 극도로 증가시킬 수 있으며, 그 결과 침투를 줄일 수 있다.
본 발명에 적당한 접착 촉진제는 극성-개질된 폴리에틸렌(HDPE 또는 LLDPE 및 LDPE)을 포함한다. 극성 개질은 일반적으로 푸마르산, 말레산, 또는 말레산 무수물과 같은 C=C 이중결합을 가진 극성 분자와의 그라프트 공중합의 결과이다. 이 그라프트 폴리에틸렌은 하류 반응(downstream reaction)에서 예를 들어, 아미노기를 도입함에 의해 화학적으로 개질될 수도 있다. 접착 촉진제로서 적당한 다른 재료는 원칙적으로 비닐 아세테이트, 아크릴산 또는 이의 에스테르와 에틸렌의 공중합체이다.
분쇄재생재료 층이라고 불리는 층은 예를 들어 중공 물품을 제조하는 동안 제조되며 잔류 재료 또는 생성 잔류물의 형태를 취하는 플래시라고 공지된 것으로부터 제조되는 것이 바람직하다.
본 발명의 추가의 구체예는 2개의 열성형된 반완성품을 용접하기 전후에 각각 하프 쉘 또는 중공 플라스틱 물품에 추가의 침투 감소 코팅을 생성시키는 것을 제공한다. 침투 감소 코팅은 예를 들어 직접 플루오르화, 페인팅, 또는 플라즈마 중합에 의해 플라스틱 용기에서 얻을 수 있다.
본 발명의 방법의 후술하는 상세한 설명은 가능한 구체예의 실시예를 단순히 포함한다는 사실을 명백히 참조하였다. 본 발명은 본 발명의 방법의 원칙을 유사하게 구체화하는 다른 실시예도 제공한다.
본 발명의 절차의 제1 단계에서, 크루프 카우텍스 마쉬넨바우사에 의해 제조 판매된 6층 공압출 블로우 몰딩 플랜트를 사용하여 플라스틱 패리슨을 먼저 제조하였다. 공압출 방법은 6개의 층으로 구성된 튜브 형태의 패리슨을 생성한다. 패리슨의 층 구조는 전술한 구조와 동일하다(외측에서부터 내측으로 HDPE, 분쇄재생재료, 접착 촉진 층, 배리어 중합체, 접착 촉진 층, HDPE). 패리슨의 층 두께 분포는 전술한 범위와 유사하다.
공압출 방법 동안, 패리슨 벽 두께는, 완성품에 얇은 영역 없이 벽 두께 분포의 최대의 일정성을 제공하는 방식으로 완성품의 기하에 부합된다. 본 명세서에서 패리슨 벽 두께는 시간의 함수로 다이 간격을 조절(WDS)하는 적당한 프로그램에 의해 조절될 수 있으며, 필요한 경우 반경 방향 다이 간격 조절(PWDS)에 의해서도 조절될 수 있다. 벽 두께 분포는 재료의 기계적 성능에 따른 요구 조건에 의존하며, 플라스틱 연료 탱크의 경우에는 소정의 내화 성능에 의존한다. 패리슨 튜브의 직경 또는 원주는 몰드의 요구 조건에 부합될 수 있으며, 다이의 직경을 선택함으로써 어려움 없이 정할 수 있다.
플라스틱 패리슨은 각각의 몰드에 요구되는 길이로 압출된다. 본 발명은 적당한 연신 장치, 가장 간단한 경우, 예를 들어 수직으로 장착되고 수압으로 서로 이동할 수 있는 2개의 바(bar)로 구성된 연신 장치에 의해 압출될 수 있는 패리슨을 제공한다. 평행 또는 서로 임의의 각으로 배치되고 패리슨 튜브의 내부에 위치한 2개의 바는 서로로부터 멀어지는 경우, 패리슨 튜브의 전체 길이의 용융물은 압출 방향에 대해 횡단 방향으로 연신된다. 전술한 연신 장치도 물론 다중 부품 디자인으로서, 패리슨 튜브가 축방향으로 다양하게 조절된 정도의 연신 및 펴짐을 겪도록 한다. 재료를 성형하는 연신 장치의 사용은 공압출 튜브의 조절된 예비 성형 방법뿐만 아니라 패리슨의 벽 두께의 조절 방법도 제공한다.
형성된 플라스틱 패리슨은 압출 헤드의 다이 아래에서 분리된다. 연신되어 연신 장치에 고정된 용융 패리슨은 패리슨 압출 영역으로부터 흔들려서 다음 작동에서 완성품 및 방법의 후속 단계의 요구조건에 맞는 2개 이상의 라인을 따라 절개된다. 이 목적을 위해 고정 장치는 플라스틱 패리슨의 양면에 부착된다. 이들은 절단 절차에서 제조된 패리슨 반구를 고정 및 위치시킬 수 있다. 적당한 고정 장치의 예는 흡입 헤드이다. 용융 튜브의 분리 및 수송은 선행 기술로 공지된 단계이며 EP 0 653 286에 상세하게 기재되어 있다. 플라스틱 패리슨의 축방향 분할은 절단 도구의 3차원 조절이 가능한 로봇을 사용하여 수행한다. 이러한 방법으로 반완성품의 평면 형상을 절단 장치 상으로의 패리슨의 지속적인 유도를 몰드의 에지 만곡부에 일치시킬 수 있으며, 이로써 제조된 플래시의 비율을 최소화하는 것이 가능해진다. 필요한 경우 다이에서 분리하기 전에 압출 방법을 완성 전 또는 직후에 용융 튜브를 축방향으로 절단하는 것이 가능하다. 절단 절차가 압출 방법 동안에 일어나면 평면 부품은 그 자체로 압출 방향에 수직인 방향으로 연신된다.
이어서 다음 단계는 대부분 시트 형상을 가지는 얻어진 평면 부품을 2개의 절단 장치 상으로의 패리슨의 지속적인 유도를 몰드 반구에, 바람직하게는 서로 반대 방향으로 위치시키는 것이다. 로봇이 이 기능을 수행할 수 있다. 필요한 경우, 제조할 중공 플라스틱 물품의 상부 및 하부 각각의 절단 장치 상으로의 패리슨의 지속적인 유도를 몰드 반구는 상이한 형상을 가진다. 제1 단계에서, 2개의 몰드 반구는 중간 프레임상에서 폐쇄되며, 각 몰드 반구가 프레임의 한쪽 면상으로 폐쇄된다. 중간 프레임은 반완성품의 접촉이 방지되도록 디자인 한다. 대기압보다 낮은 압력이 몰드 반구에 인가되며/인가되거나 압축 공기를 폐쇄된 몰드의 중앙으로 주입하여 각각 몰드내로 용융된 반완성품을 흡입하거나 압축 공기에 의해 몰드에 이들을 압착시킨 다음, 여기서 적당한 압력-시간 프로필을 사용하여 용융물에 다중축으로의 연신을 추가로 최적화할 수 있으므로 제조할 하프 쉘의 벽 두께 분배도 추가로 최적화할 수 있다. 또한 절단 장치 상으로의 패리슨의 지속적인 유도를 단계 및 블로우 몰딩 단계를 임의의 필요한 순서 및 조합으로 연속하여 또는 동시에 수행할 수 있다.
반완성품을 몰드 반구내로 몰딩한 후에, 몰드를 개방하여 중간 프레임을 제거한다. 이어서 필요한 경우 통합 부품을 하프 쉘내에서 조립하고/조립하거나 하프 쉘의 내부를 코팅한다. 플라스틱 연료 탱크를 제조하는 동안 탱크내의 압력 평형을 위한 통기 라인, 탱크내 액체 평형을 위한 연료 라인, 밸브, 서지 방지 컵, 또는 탱크 하프 쉘로 연료를 재주입하기 위한 펌프 관련 및/또는 탱크 센서 모듈을 삽입하는 것 및 용융열을 보유하는 내부 표면에 용접하는 것이 가능하다. 또한 이 절차를 위해 로봇을 사용하는 것이 바람직하다. 제조의 최종 단계에서 2개의 몰드를 함께 압착하고 몰드를 다시 폐쇄함으로써 여전히 몰드내에 위치하는 2개의 하프 쉘이 함께 합해져 서로 결합될 수 있으며 이때 중간 프레임이 제거된다. 여기서, 몰드 반구의 한쪽 면에 위치한 2개의 반완성품의 이들 부분은 서로 접촉하며, 용접되는 것이 바람직하다. 몰드 및 이들의 폐쇄이동의 디자인은 하프 쉘이 함께 압축될 때, 재료가 용접 과정 중 적당한 챔버내로 유입될 수 있어 용접점의 기하가 구성 요소 강도 및 연료 투과 저항성의 요구 조건에 부합될 수 있도록 한다. 결합 절차 후 및 필요한 경우 블로우 몰딩 또는 열성형을 통해 추가로 몰딩한 후에 공정 기술에 요구되는 냉각 시간에 따라 탱크를 재몰드할 수 있다.
도 2A는 플라스틱 패리슨을 분할하기 위한 본 발명 장치의 다이아그램이다. 플라스틱 패리슨은 압출 장비의 다이(1)로부터 방출될 때 튜브의 형태이다. 삼각형 단면을 가진 임의로 냉각가능한 본체(3)는 압출 방향에 횡방향으로 배치되며 플라스틱 패리슨을 분할하기 위한 절단 장치 또는 수단으로 기능한다. 이 장비는 그 위에 절단 장치가 부착된 가열가능한 홀더(4)도 포함한다. 절단 장치의 바로 부근에 배치된 2개의 공압 피동 롤(2)은 독창적인 구동 수단으로서 기능한다. 본체(3)의 바로 부근에 장착하는 것은 2개의 얻어진 패리슨 영역(6)이 패리슨을 분리한 직후 절단 장치로부터 멀어져서 장치에 반가공된 시트가 임의로 접착되는 것을 피할 수 있다는 잇점이 있다. 피동 롤(2)에 의해 유발된 장력은 플라스틱 패리슨을 절단 장치 상으로 지속적으로 유도하여 형성되는 반완성 시트는 주름 또는 에지, 즉 절단 에지의 불규칙성이 전혀 없거나 상대적으로 매우 적다.
도 2B는 플라스틱 패리슨을 분할하기 위한 본 발명의 다른 장치의 다이아그램이다. 도 2에 나타낸 장치는, 단지 추가로 설치된 2개의 유도 롤러(5)가 존재한다는 점에서만 도 1의 장치와 다르다. 이들 유도 롤러는 분리 절차 후에 반완성품들(6) 간의 바람직하지 못한 접촉을 회피하고, 또한 도입하고자 하는 구성요소 및 장치에 대해 소정의 자유 공간을 제공한다. 유도 롤러(5)는 압출 방향에 대해 횡단 방향으로 이동할 수 있다. 압출 방향에 대한 횡단 방향으로의 유도 롤러의 이동성은 얻어지는 반완성품들 사이 거리의 제어된 설정을 허용한다. 도 2의 장치에서 피동 롤(2)는 절단 장치(3) 내에 설치되거나 또는 그 장치와 일체화되어 있다.
도 3은 본 발명에 따르지 않은 장치를 (구동 수단 없이) 사용하는 경우 패리 슨의 변형을 자세히 도시한 것이다. 이는 형성된 절단 에지에 상당한 변형 및, 또한 반완성품 자체의 상당한 변형도 일으킨다.
도 4는 본 발명의 장치 및 형성되는 분할된 패리슨 또는 형성되는 반완성 시트를 도시한 것이다. 이들은 에지, 즉 절단 에지에서 주름 또는 불규칙성을 전혀 갖지 않는다. 가공된 중합체는 도 3에 나타낸 것과 동일하다.
도 5는 2개의 하프 쉘(7)간의 중간 프레임(8)을 예시한다.

Claims (26)

  1. 중공 플라스틱 물품을 제조하는 방법으로서,
    (a) 압출 또는 공압출함으로써 튜브 형태의 플라스틱 패리슨을 제조하는 단계,
    (b) 절단 장치 바로 부근에 놓여, 패리슨을 분리한 직후 2 개의 패리슨 영역을 절단 장치로부터 멀어지게 하는 공압 피동 롤러로 플라스틱 용융물을 분리함으로써, 플라스틱 패리슨을 절개하여 2 개의 평면 부품을 제조하는 단계,
    (c) 2개의 몰드 반구에서 평면 부품을 몰딩하여 하프 쉘을 형성하는 단계로서, 제거 가능한 중간 프레임이 적어도 주변 에지를 따라 몰드 반구를 서로 분리하여 반완성품/하프 쉘이 서로 접촉하지 않도록 하는 단계,
    (d) 몰드 반구를 개방하여 중간 프레임을 제거하는 단계,
    (e) 몰드 반구를 폐쇄함으로써, 하프 쉘이 주변 림을 따라 서로 접촉되도록 하는 단계, 및
    (f) 하프 쉘을 결합하여 중공 물품을 형성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 중간 프레임을 제거한 후, 1개 이상의 몰딩된 하프 쉘의 내부에 통합 부품을 부착할 수 있는 것인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 통합 부품은, 탱크내의 압력 평형을 위한 통기 라인, 탱크내 액체 평형을 위한 연료 라인, 밸브, 서지 방지 컵(anti-surge cup), 펌프 관련 모듈, 탱크 센서 모듈, 또는 펌프 관련 및 탱크 센서 모듈인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 평면 부품을 몰드 반구 내에서 열성형 몰딩, 블로우 몰딩, 또는 열성형 및 블로우 몰딩에 의해 몰딩하여 하프 쉘을 형성하는 것인 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하프 쉘의 결합은 접착 결합, 용접, 또는 접착 결합 및 용접에 의해 수행하는 것인 방법.
  6. 제5항에 있어서, 열성형에 의한 열은 하프 쉘을 용접하는 데 이용하는 것인 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하프 쉘을 결합한 후, 열성형 몰딩, 블로우 몰딩, 또는 열성형 및 블로우 몰딩에 의해 중공 물품의 추가의 몰딩을 수행하는 것인 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 사용된 중간 프레임은 2개의 몰드 반구 사이 부분을 완전히 충전하는 플레이트 인서트를 포함하는 것인 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 중간 프레임은 냉각 또는 가열 장비를 구비한 것인 방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 중간 프레임은 몰딩된 하프 쉘의 에지를 조절 가열하기 위한 장비를 구비한 것인 방법.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 중간 프레임은 1개 이상의 몰드 반구의 핀치-오프 에지를 가열하기 위한 장비를 구비한 것인 방법.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 중간 프레임 또는 플레이트 인서트는 단일 부품 또는 다중 부품 디자인의 것인 방법.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (f) 또는 통합 부품의 부착 단계 또는 양 단계 모두에서 추가의 가열 단계 또는 냉각 단계 없이 진행하는 것인 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스틱 패리슨은 중합체 재료로 제조된 1개 이상의 층을 가지는 것인 방법.
  17. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스틱 패리슨은 2개 이상의 층으로 구성된 구조를 가지는 것인 방법.
  18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스틱 패리슨은 외측에서부터 내측으로, 각각의 경우, 컨테이너 벽의 총 두께를 기준으로
    - 5% 내지 30%의 두께인 HDPE로 제조된 층,
    - 10% 내지 82%의 두께인 분쇄재생재료 층,
    - 1% 내지 5%의 두께인 접착 촉진 층,
    - 1% 내지 10%의 두께인 배리어 층,
    - 1% 내지 5%의 두께인 접착 촉진 층,
    - 10% 내지 40%의 두께인 HDPE로 제조된 층
    을 포함하는, 2개 이상의 층으로 구성된 구조를 가지는 것인 방법.
  19. 삭제
  20. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조될 수 있는 중공 플라스틱 물품.
  21. 제20항에 있어서, 차량용 플라스틱 연료 탱크, 가솔린 용기, 난방유 또는 디젤의 수송 또는 저장용 플라스틱 탱크, 또는 다목적 차량에 쓰이는 수송 컨테이너, 또는 용매 컨테이너 또는 플라스틱 병인 중공 플라스틱 물품.
  22. 제11항에 있어서, 중간 프레임은 몰드 반구 둘 다의 핀치-오프 에지를 가열하기 위한 장비를 구비한 것인 방법.
  23. 삭제
  24. 제16항에 있어서, 중합체 재료는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리아미드, 폴리케톤, 폴리에스테르 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 것인 방법.
  25. 제17항에 있어서, 상기 층이 베이스 층, 분쇄재생재료(regrind) 층, 접착 촉진 층 및 배리어 층으로 구성된 군으로부터 선택된 것인 방법.
  26. 삭제
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