KR100969694B1 - 몰드내 피복성형방법 및 몰드내 피복성형품 - Google Patents

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Abstract

피복처리직전까지 수지성형품을 몰드캐비티면(metal mold cavity)에 압압시킴과 동시에,
수지성형품의 형상을 고정하는 제 2 공정의 몰드체결력(mold clamping force)에 의해 발생하는 몰드캐비티의 변형과 제 4 공정의 몰드체결력에 의해 발생하는 몰드캐비티의 변형이 실질적으로 동일하도록, 제 2 공정과 제 4 공정의 몰드체결력을 선정하며,
제 2 공정에서 몰드캐비티의 형상이 몰드체결력에 의해 변형하여도 제 4 공정에서 몰드캐비티의 형상을 동일하게 변형시켜 피복두께를 균일하게 하거나, 또는 제 2 공정의 몰드체결력은 제 1 공정의 몰드체결력 보다 더 작은 몰드체결력을 선정하여 몰드캐비티의 변형량을 감소시켜 균일한 피복두께를 얻어지도록 하는 와관이 우수한 성형품을 성형하는 몰드내피복성형방법이다.
수지성형품(resin mold product), 성형품(mold product), 몰드체결력(mold clamping force), 몰드캐비티(metal mold cavity), 변형(deformation), 피복두께(coat thickness)

Description

몰드내 피복성형방법 및 몰드내 피복성형품{In-mold coat-forming method and In-mold-coated mold product}
본 발명은 몰드내에서 수지를 성형시킨 다음, 수지성형품과 몰드캐비티면(mold cavity surface)사이에 피복제(페인트 라고도 함)을 주입하여 경화 시킴으로써 표면을 피복제에 의해 피복하는 몰드내 피복형성 방법과, 그 방법에 의해 형성된 몰드내 피복 성형품에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 피복두께를 균일하게 하여 외관이 우수한 성형품을 형성하는데 적합한 몰드내 피복성형 방법과, 그 몰드내 피복성형방법에 의해 성형된 몰드내 피복성형품에 관한 것이다.
종래에는 열가소성 수지로 성형한 수지성형품의 장식성을 높이는 방법으로서 도장법(painting)에 의한 가식(decoration)이 자주 사용되었다.
종래에는 사용되고 있는 도장방법은 몰드내에서 사출성형한 성형품을 몰드에서 탈형한 후 스프레이법(spraying)이나 디핑(dipping)법 등에 의해 성형품의 표면에 페인트로 도포를 하는 것이 일반적이었다. 도포된 페인트는 그 다음 건조 시킴으로써 강하고 견고한 피막으로 되어 성형품의 표면을 피복하여, 그 표면을 가식함과 동시에 보호할 수 있었다. 또, 아래에서는 피복제를 페인트와 동일한 용어로 사 용한다.
그러나, 최근에는 상기 도장방법(painting)에 의한 공정의 생략화를 목적으로 하여, 수지의 성형과 피복을 동일한 금형내에서 행하는 몰드내 피복성형방법(in-mold coating)이 제안되었다.
도 12에서는 상기 몰드내 피복성형방법의 하나의 예에 대한 플로챠트(flow chart)를 나타낸다.
도 12에 나타낸 종래의 몰드내 피복성형방법은 기재로서 열가소성 수지를 금형내에 사출성형하여 어느정도까지 수지를 냉각시킨 후, 금형을 미소하게 개방(opening)한 상태로 하여 몰드내에서 성형한 수지성형품과 몰드캐비티(mold cavity)면의 사이에 간극(gap)을 형성시켜, 그 간극에 페인트 주입기(paint-injector)를 사용하여 페인트를 주입한다.
그 다음에, 그 금형을 다시 몰드 체결(clamping)함으로써 그 성형품의 표면에 페인트를 균일하게 스프리딩(spreading)시킨 다음에, 경화시켜 피복하는 것을 특징으로 하는 몰드내피복성형방법이다.
상기 몰드내피복성형방법에 의하면, 열가소성 수지의 성형과 피복을 동일한 금형내에서 실시하기 때문에, 공정의 생략화에 의한 코스트 다운(cost down)이 가능함과 동시에, 부유 상태로 있는 더스트(airborne dust)가 건조전의 피복(도막이라고도 함:wet coating)에 부착하여 불량(defects)으로 되는 등 여러가지의 기술적인 문제점이 거의 없어, 품질이 높은 제품을 얻을 수 있다.
특히,외관에 대하여 품질이 높은 것을 요구하는 자동차의 부품, 예로서 범퍼 (bumpers),도어(doors),도어미러커버(door mirror covers)및 펜더(fendors)등 많은 부품에서는 상기 몰드내피복성형 방법의 이용이 검토되었다.
상기 몰드내 피복성형방법은 예로서,특허문헌으로 일본국특개평11-277577공보(특허문헌1), 일본국특개2000-141407 공보(특허문헌2), 일본국 특개2000-334800 공보(특허문헌3),일본국특개 2001-38737호 공보(특허문헌4)에 기재되어 있다.
그러나, 상기 종래의 방법에 의해 몰드내피복성형방법을 실시한 경우,피복제인 페인트의 주입량이 적을 경우 재몰드체결(reclamping)을 할때 페인트에 몰드체결력(mold-clamping force)을 작용시킬 수 없어, 수지 성형품의 피복면 전체에 균일한 피복을 할 수 없는 문제가 발생한다.
피복두께가 균일하게 되지 않는 원인중 하나는 몰드내에서 성형한 수지가 열수축에 의해 용적이 감소되기 때문이다.
열수축에 의해 성형품의 두께가 엷어지면, 그 몰드캐비티 내에서 수지성형품과 그 몰드캐비티면의 사이에 간극(gap)이 발생하여 소정의 바람직한 막두께에 상당하는 페인트의 주입량으로는 그 간극을 채울수 없게 된다(즉, 그 간극을 채우기가 어렵게 된다).
따라서, 피복면 전체에 걸쳐 페인트를 스프리딩(spreading)할 수 없게 되어 피복이 균일하게 형성될 수 없다.
위에서의 기술적인 문제를 해결하기 위하여, 피복제의 주입량을 증가시킬 경우, 피복제에 대하여 금형표면을 좋게 전사할 수 없는 문제를 해결할 수 있으나, 피복제의 두께를 필요이상으로서 두껍게 되는 문제를 발생한다.
또, 피복 두께가 균일하게 되지 않는 또 하나의 원인은 성형할 때 금형이 변형하는데 있다.
주로 금형은 통상적으로 높은 강성을 갖고 있으나, 몰드체결장치에 의해 몰드체결을 할때 수㎛ ~ 수십㎛의 레벨오더(level order)로 변형한다. 통상의 수지성형에서 그와 같은 정도의 변형은 종종 무시할 수 있다. 그러나, 몰드내피복성형방법에서는 수지성형품의 표면에 수십 ㎛ 정도의 두께로 피복제를 피복하는 것이 일반적이다.
이와 같이, 금형의 변형에 의한 몰드캐비티 형상의 변화가 피복제의 피복두께가 불균일하게 되는 원인중의 하나로 된다.
특히, 종래의 공지된 몰드내 피복성형방법에서는 페인트 주입후 몰드 체결력을 다단(stepwise)으로 변화시켜, 몰드체결을 하는 방법을 취한 경우가 있었으나, 이 방법에서는 몰드 체결력의 크기에 의해 금형의 변형의 정도가 변화되기 때문에 수지성형품의 표면과 몰드 캐비티면 사이의 간격이 변화하여, 피복제의 피복두께가 균일하게 되지 않는다.
여기서, 일반적인 사출성형조건하에서 형성된 수지 성형품을 도 10(a)~도10(d)에서 나타낸바와 같이, 몰드캐비티내에 충전된 용융수지가 열수축함으로써 금형을 개방하지 않아도, 몰드캐비티면과 수지성형품 사이에서 공극(gap)을 형성하는 경우가 있다.
이 공극(gap)의 크기는 몰드캐비티의 형상이나 수지성형품의 두께 치수 등에 영향을 받아 여러가지로 변화하기 때문에, 피복면 전체에 걸쳐 균일한 공극이 형성 하는 것은 극히 희소하다.
따라서, 몰드내피복성형방법을 실시하는 경우 금형을 개방시킴으로써 최저의 피복제 두께를 확보할 필요가 있으나, 금형을 개방하면 열수축에 의해 형성된 공극과 그 금형의 개방에 의해 형성된 공극이 합한 부분은 피복두께가 극단적으로 커지는 바람직하지 않은 문제를 일으킨다.
수지의 열수축량을 커버하기 위하여, 몰드캐비티의 용적량 보다 많은 용적량의 용융수지를 몰드캐비티내에 과대한 충전압력을 가하여 충전할 경우 도11(a)~도11(d)에서 나타낸 바와 같이 과대한 충전압력이 수지 성형품에 두께의 변화분포등을 발생하여 바람직하지 않다.
도11(a)~도11(d)에서 나타낸 종래 기술의 실시예에서는 과대한 사출압력에 의해 수지성형물의 두께가 그 단부(ends)와 게이트부(gate part)근방에서 다르게 된다.
또, 페인트 주입후 재몰드체결 압력을 필요이상으로 크게하면, 리브(rib)나 보스(boss)등 두께부의 표면이 부풀어 오르는 험프(hump)라고 하는 현상이 발생하여 바람직하지 않다.
그 불량(defects)을 방지하기 위하여, 피복제 주입후 몰드 체결력을 저하시킬 필요가 있으나, 수지 사출을 할때 몰드체결력과 피복제 주입후 몰드체결력 사이에 큰차가 있을 경우, 피복 두께의 불균일 현상이 발생하는 문제를 가진다.
본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 피복의 두께를 균일하게 하여 외관이 우수한 성형품을 성형하는데 적합한 몰드내피복성형방법과, 그 몰드내피복성형방법에 의해 성형된 몰드내피복성형품을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 몰드내 피복 성형방법은 첫째로, 볼록형 몰드(male mold)와 오목형 몰드(female mold)에 의해 형성된 몰드캐비티를 가진 금형을 사용하여, 그 몰드캐비티내에 수지성형물을 성형하면서 그 수지 성형품의 표면에 피복을 하는 몰드내피복성형방법에 있어서, 상기 몰드캐비티에 용융수지를 충전하는 제 1공정과, 상기 몰드캐비티에 용융수지물 충전한 후에 그 용융수지의 열수축에 따라 몰드캐비티의 용적량을 감소시켜 용융수지를 부형(shaping)하여 수지성형물을 성형하는 제 2공정과, 그 수지성형품이 피복제의 주입압력과 유동압력에 견디어 낼 수 있는 정도로 고화한 단계에서 금형을 미소하게 개방하여 그 수지 성형품과 몰드캐비티면의 사이에 피복제를 주입하기 위한 공극(gap)를 형성하는 제 3공정과, 그 공극에 피복제를 주입하여 금형을 재 몰드체결하는 제 4공정으로 이루어지며, 제 2 공정과 제 4 공정에서 몰드체력에 의한 금형의 변형이 실질적으로 동일하도록 몰드 체결력을 제어하는 몰드내 피복성형방법을 제공한다.
또, 이 방법예를 본 발명의 제 1의 발명이라고 한다.
이 제 1의 발명에서, 제 2 공정과 제 4 공정에서 사용하는 몰드체결력은 실질적으로 동일한 것이 바람직 하다.
여기서 실질적으로 동일한 몰드체결력이라는 것은 비교하는 몰드체결력 사이에서 몰드체결력을 몰드캐비티의 투영 면적으로 나누어 얻어진 몰드내압끼리의 차이가 5 MPa 이내, 바람직하게는 3MPa 이내, 더 바람직하게는 1MPa 이내의 범위에 있는 것을 말한다.
또, 상기 제 4 공정에서 금형과 몰드 체결하는 몰드 체결력이 상기 피복제에 대하여 주어진 단위 면적당의 압력을 1~20MPa 의 범위, 더 바람직하게는 1~10MPa의 범위로 하는 것이 바람직 하다.
또, 제 2 공정에서 사용하는 몰드 체결력은 제 1 공정에서 사용하는 몰드 체결력과 비교하여 더 적은 몰드 체결력, 더 바람직하게는 제 1 공정에서 사용하는 몰드체결력의 10~50%, 더 바람직하게는 10 ~ 25% 의 몰드 체결력을 사용하는 것이 바람직 하다.
또, 본 발명에 의하면 볼록형 몰드와 오목형 몰드에 의해 형성된 몰드캐비티를 가진 금형을 사용하여, 그 몰드캐비티 내에서 수지성형품을 성형하면서 그 수지성형품의 표면에 피복을 하는 몰드내 피복성형방법에 있어서,
그 몰드캐비티에 용융수지를 충전하는 제 1 공정과, 그 몰드캐비티에 용융수지를 충전한 후 그 용융수지의 열수축에 따라 몰드캐비티의 용적량을 감소시켜 용융수지를 부형(shaping) 하여 수지성형품을 성형하는 제 2 공정과, 그 수지 성형품이 피복제의 주입압력과 유동압력에 견디어 낼 수 있는 정도로 고화한 단계에서 금형을 미소하게 개방하여 그 수지성형품과 몰드캐비티면의 사이에 피복제를 주입하기 위한 공극을 형성하는 제 3 공정과, 그 공극에 피복제를 주입하여 금형을 다시 몰드체력하는 제 4 공정으로 이루어지며, 제 2 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드체결력으로서, 제 1 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드 체결력 보다 적은 몰드 체결력을 사용하는 몰드내 피복 성형방법을 제공한다.
또, 이 발명 실시예를 본 발명의 제2 발명이라고 한다.
이 제 2 발명에서, 상기 제 2 공정에서 금형을 몰드체력하는 몰드체결력은 제 1 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드체결력의 10~50%, 더 바람직하게는 10~25% 이다.
또 바람직하게는 상기 제 2 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드체결력은 단위면적당 몰드내 압력으로 나타낼 때, 2 ~ 15 MPa의 범위, 더 바람직하게는 4.0~10MPa 의 범위이다.
또, 본 발명에 의하면, 볼록형 몰드와 오목형 몰드에 의해 형성되는 몰드캐비티를 가진 금형을 사용하여, 그 몰드 캐비티 내에서 수지성형품을 성형하면서 그 수지성형품의 표면에 피복을 하는 몰드내피복형성방법에 있어서,
상기 몰드캐비티에 용융수지를 충전하는 제1 공정과, 그 몰드캐비티에 용융수지를 충전한 후 그 용융수지의 열수축에 따라 몰드캐비티의 용적량을 감소시켜 용융수지를 부형(shaping)하여 수지성형품을 형성하는 제 2 공정과,
그 수지 성형품이 피복제의 주입압력과 유동압력에 견디어 낼 수 있는 정도로 고화한 단계에서 그 수지성형품과 몰드캐비티면의 사이에 피복제를 주입하는 제 3 공정으로 이루어지며,
상기 제 2 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드체결력으로서 제 3 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드체결력과 실질적으로 동일한 몰드체결력을 사용하는 몰드내피복성형방법을 제공한다.
또, 이 발명의 실시예를 본 발명의 제 3의 발명이라고 한다.
제 3의 발명에서, 제 2 공정과 제 3 공정에서 사용하는 몰드 체결력은 실질적으로 동일한 것이 바람직 하다.
또, 상기 제 3 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드체결력이 상기 피복제에 대하여 주어진 단위 면적당의 압력을 1 ~ 20 MPa의 범위, 더 바람직하게는 1 ~10MPa의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또, 제 2 공정에서 사용하는 몰드 체결력으로는 제1 공정에서 사용하는 몰드체결력과 비교하여 더 적은 몰드체결력, 더 바람직하게는 제 1 공정에서 사용하는 몰드체결력의 10~50%, 더 바람직하게는 10~25% 의 몰드체결력을 사용하는 것이 바람직 하다.
또, 본 발명에 의하면, 볼록형 몰드와 오목형 몰드에 의해 형성된 몰드캐비티를 가진 금형을 사용하여, 그 몰드 캐비티내에서 수지성형품을 성형하면서 그 수지 성형품의 표면에 피복을 하는 몰드내 피복 성형방법에 있어서,
상기 몰드 캐비티에 용융수지를 충전하는 제1 공정과, 그 몰드캐비티에 용융수지를 충전한 후 상기 용융수지의 열수축에 따라 몰드캐비티의 용적량을 감소시켜 용융수지를 부형(shaping)하여 수지성형품을 성형하는 제 2 공정과,
그 수지성형품이 피복제의 주입압력과 유동압력에 견디어 낼 수 있는 정도로 고화한 단계에서 그 수지 성형품과 몰드캐비티면의 사이에 피복제를 주입하는 제 3 공정으로 이루어지며,제 2 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드체결력으로서, 제 1 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드체결력보다 더 적은 몰드체결력을 사용하는 몰드내 피복성형방법을 제공한다.
또, 이 발명의 실시예를 본 발명의 제 4의 발명이라고 한다.
이 제 4 의 발명에서, 상기 제 2 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드체결력은 제 1 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드체결력의 10~50%, 더 바람직하게는 10 ~ 25% 이다.
또 바람직하게는 상기 제 2 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드 체결력은 단위 면적당 몰드내 압력으로 나타낼 때, 2 ~ 15MPa의 범위, 더 바람직하게는 4.0~10MPa의 범위이다.
본 발명에 의하면 상기 제 1 ~ 제 4의 발명에 의해 성형된 몰드내피복성형품을 제공한다.
본 발명에서, 실질적으로 동일한 몰드체결력 이라는 것은 비교하는 몰드체결력 사이에서, 몰드 체결력을 몰드캐비티의 투영면적으로 나누어 얻어진 몰드내압 끼리의 차이가 5MPa이내, 바람직 하게는 3MPa 이내, 더 바람직하게는 1MPa 이내의 범위에 있는 것을 말한다.
또, 본 발명의 제 1 내지 제 4의 발명에서, 제 1공정이라는 것은 소정의 용적의 몰드캐비티가 형성되는 위치까지 가동몰드를 이동시키고, 그 다음에 사출장치를 조작하여 동일한 캐비티에 용융수지를 사출하여, 사출완료후에 바람직한 위치까지 다시 가동몰드를 이동시키는 조작을 포함하는 공정을 말한다.
본 발명의 제 1 또는 제 2의 발명에서, 제 2공정이라는 것은 몰드캐비티에 용융수지를 충전한 후에, 사출한 용융수지의 냉각에 따르는 열수축에 의해 몰드캐비티의 용적량을 감소시켜, 사출하며, 고화한 수지를 부형하여 수지 성형품을 성형하는 조작을 포함하는 공정을 말한다.
본 발명의 제 1 또는 제 2의 발명에서,
제 3 공정이라는 것은 제 2 공정이 종료할 때, 수지 성형품이 피복제의 주입압력과 유동압력에 견디어 낼 수 있는 정도로 고화한 단계에서, 가동몰드를 이동시켜, 금형을 미소하게 개방하여 그 수지성형품과 몰드캐비티면의 사이에 공극을 형성시키는 공정을 말한다.
또, 본 발명의 제 3 또는 제 4의 발명에서, 제 3 공정이라는 것은 제 2 공정이 종료할 때, 수지성형품이 피복제의 주입압력과 유동압력에 견디어 낼 수 있는 정도로 고화한 단계에서, 그 상태를 유지하면서 수지성형품과 몰드캐비티면의 사이에 피복제를 주입하는 조작을 포함하는공정을 말한다.
본 발명의 제 1 또는 제 2의 발명에서, 제 4 공정이라는 것은 제 3 공정에서 형성된 공극(gap)에 피복제를 주입하고, 그 다음 금형을 다시 몰드체결하여 이 상태에서 피복제를 경화시키는 조작을 포함하는 공정을 말한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 몰드내 피복성형용 금형(mold)의 구성을 설명하는 개략 구조를 나타낸 구조도이다.
도 2(a)내지 도 2(d)는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 몰드내 피복성형방법에서의 금형, 수지 및 페인트의 거동(behaviors)을 설명하는 개략설명도 이다.
도 3은 본 발명에 사용하는 몰드내 피복성형장치의 전체 구성을 설명하는 전체 개략 구성도 이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 몰드내 피복성형용 금형의 구성을 설명하는 개략구조를 나타낸 구조도이다.
도 5(a)내지 도 5(d)는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 몰드내 피복성형방법에서의 금형,수지 및 페인트의 거동을 설명하는 개략 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 의한 몰드내 피복성형방법의 플로챠트(flow chart) 이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1 ~ 3과 비교예 1~3 에서 성형한 수지 성형품에서 코팅막 두께의 측정점을 나타내는 도면으로, 수지성형품을 금형(mold)의 개폐방향에서 투영할 때의 투영도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 8과 비교예 6에서 성형한 수지성형품의 단면 형상을 나타낸 도면으로, 코팅막 두께의 측정점을 화살표로 각각 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예 8과 비교예 6에서 성형한 수지성형품의 각 측정점에서 코팅막 두께(coating thickness)(㎛)의 변동을 나타낸 그래프이다.
도 10(a)내지 도 10(d)는 종래의 공지방법에서 금형(mold), 수지 및 페인트의 거동을 설명하는 개략 설명도이다.
도 11(a)내지 도 11(d)는 또다른 종래의 공지방법에 의한 금형(mold),수지 및 페인트의 거동을 설명하는 개략 설명도이다.
도 12는 종래방법의 공지된 몰드내 피복성형방법의 플로챠트이다
첨부 도면에서 사용한 참조번호는 다음에 나타낸 장치. 부품,부위 등을 각각 나타낸다.
10 , 10A : 몰드내 피복성형용 금형
12 , 12A : 고정몰드(고정금형)
14 , 14A : 가동몰드(가동금형)
15 , 15A : 몰드캐비티(mold cavity)
20 : 몰드체결장치(mold-clamping machine)
30 : 사출장치(injection machine)
50 : 페인트 주입기(paint-injector)
51 : 페인트 주입구(paint inlet)
60 : 제어장치
100 : 사출장치(injection apparatus)
아래에서 도면에 따라 본 발명에 의한 몰드내피복성형방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제 1의 실시예에 의한 것으로, 도 1은 이 실시예에 사용한 몰드내 피복성형용 금형의 구성을 설명하는 개략구조를 나타낸 구조도이며, 도 2(a)내지 도 2(d)는 본 실시예에 의한 몰드내 피복성형방법에서 금형, 수지 및 페인트의 거동을 설명하는 설명도이다.
도 3은 본 실시예에 사용한 몰드내 피복성형장치 전체의 구성을 설명하는 전체 구성도이다.
도 4 및 도 5(a)~도 5(d)는 본 발명에 의한 제 2 실시예에 의한 것으로, 도 4는 제 2의 실시예에 사용한 몰드내 피복성형용 금형의 구성을 설명하는 개략구조를 나타낸 구조도이며, 도 5(a)~도 5(d)는 제 2의 실시예에 의한 몰드내피복성형방법에서 금형, 수지 및 페인트의 거동을 설명하는 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제 1~제 2의 실시예에 의한 몰드내 피복성형방법의 플로챠트이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1~3 및 비교예 1~3에서 성형한 수지 성형품에 있어서, 코팅막 두께의 측정점을 나타낸 도면으로, 수지 성형품을 금형의 개폐방향에서 투영한때의 투영도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 8 및 비교예 6에서, 성형한 수지성형품의 단면 형상을 나타낸 도면이며, 코팅막 두께의 측정점은 화살표로 각각 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예 8과 비교예 6에서 성형한 수지성형품의 각 측정점에서 코팅막두께(㎛)의 변동을 나타낸 그래프이다.
도 10(a)~(d)와 도 11(a)~도 11(d)는 종래기술에 의한 금형, 수지 및 페인트의 거동을 설명하는 설명도이다.
도 12는 종래기술에 의한 몰드내 피복성형방법의 플로챠트이다.
본 발명의 제1의 발명에 사용한 몰드내 피복성형용 금형장치 10A(금형10A 라 한다)의 바람직한 하나의 예에 대하여, 아래에서 그 구조를 도 1을 사용하여 개략적으로 설명한다.
본 발명에 의한 금형 10A는 가동몰드 14A, 고정몰드 12A, 페인트 주입기 50을 구비하고 있다.
또, 도 1에 나타낸 실시예의 한 예에서는 가동몰드 14A가 오목형이며, 고정몰드 12A가 볼록형이다.
또, 몰드캐비티 15A의 형상은 도 1에서 그 단면을 나타낸 바와 같이 평판상으로 되어 있다.
그 다음으로, 페인트 주입기 50에 대하여 간단하게 설명한다.
본 실시예에서의 페인트 주입기 50은 가동몰드 14A에 부착시켜, 가동몰드 14A의 몰드캐비티면에 배설된 페인트 주입구 51에 의해 몰드캐비티 15A내에 페인트를 주입할 수 있도록 구성되어 있다.
또, 페인트 주입기 50의 페인트 주입구 51에는 도시하지 아니한 밸브가 부착되어 있어, 기재의 사출성형시에는 그 밸브가 폐쇄 되도록 함으로써, 금형 10A의 몰드캐비티 15A내에 사출시킨 수지가 페인트 주입구 51에서 페인트 주입기 50내에 진입하는 것을 방지한다.
그리고, 본 실시예에서 페인트 주입기 50은 도시하지 않은 구동장치에 의해 구동시켜, 페인트 주입기 50중에서 공급되는 페인트를 소정량 만큼 정확하게 가동 몰드 14A의 몰드캐비티면에서 주입할 수 있도록 구성되어 있다.
또, 본 실시예에서 페인트 주입기 50은 위에서 설명한 바와 같이 가동몰드 14A의 몰드캐비티면에서 페인트를 주입하도록 구성되어 있으나, 이것에 한정된 것은 아니며, 몰드캐비티 15A 내에서 성형한 수지 성형품과 몰드캐비티면의 사이에서 형성한 간극부분에 페인트를 주입하도록 구성할수 있고, 그 조건을 충족하면 페인트 주입기 50은 고정몰드 12A에 부착할 수도 있다.
아래에서 본 발명의 실시예에 의한 몰드내 피복성형 방법의 바람직한 하나의 예를 도 1 ~ 도 3 및 도6을 사용하여 설명한다.
먼저, 제 1 공정으로서 몰드체결장치(mold-clamping machine)20에 의해 금형 10A를 폐쇄하여 몰드캐비티 15A를 형성한다. 이때 몰드캐비티 15A의 용적은 용융수지의 열수축량에 의해 다음에 설명하는 수지 성형품 보다 더 큰 용적을 가진다.
또, 금형 10A는 다음에 설명하는 공정에서 상기 용융수지의 열수축량에 의해 몰드캐비티 15A의 용적을 감소 시킬 수 있는 구조를 필요로 한다.
따라서, 이것을 감안한 금형10A의 구성 배치가 필요하다.
예로서, 먼저 설명한 도 1에서 나타낸, 체결구조(pinch-off structure)의 피팅부(fitting portion)를 가진 금형을 사용함으로써 용융수지의 사출후에 열수축량에 의해 몰드캐비티 15A의 용적을 감소시킬 수 있도록, 고정몰드 12A와 가동몰드 14A를 배치시킬 필요가 있다.
용융수지의 열수축량에 의해 바람직한 수지성형품 보다 용적이 더 큰 몰드캐비티 15A를 형성한 다음, 도 2(a)에서 나타낸 바와 같이 사출 장치30(도시생략)에 의해 기재로 하는 열가소성 수지를 용융상태로 몰드캐비티 15A내로 사출한다(본 실시예에서는 기재로서 내열성 ABS 수지:UMGABS사제품 UT20B를 사용하였음.).
또, 본실시예에서는 용융수지를 충전할 때 몰드캐비티 15A의 용적량이 가급적 변화하지 않도록 하기 위하여 토글(toggle)식 몰드체결기구23(도시생략)에 배치한 몰드체결실린더 22(도시생략)의 유압을 조정하여, 가동반(moving platen)28(도시생략)의 위치가 사출중에 일정하게 되도록 제어 하였다.
그리고, 가동반 28의 위치가 개략적으로 일정하게 되도록 제어 하기 위해 필요한 몰드체결력 P의 최대치를 Pmax로 하여, 수지성형품을 금형개폐방향으로 투사한 경우 투영면적 S로 나눈 단위면적당 면압 Mmax을 아래에 나타낸 식 1에 의해 구하여 50MPa(megapascals)이었다.
상기 면압Mmax은 성형품의 형상이나 크기, 또는 수지의 종류나 용융온도 등 많은 요인에 의해 그 크기가 좌우되나, 저압 성형방법이라고 하는 일부 사출압축 방법 또는 사출 프레스 방법을 제외하면 일반적으로 최소 30MPa 이상이다.
Mmax = Pmax/S (식 1)
이 실시예에서, 몰드캐비티 15A의 용적량이 가급적 변화하지 않도록 가동반 28의 위치를 제어하는 방식으로 하나, 본 발명에 적용될 수 있는 제1 공정의 몰드체결제어 방식은 이것에 한정되지 않으며, 용융수지를 충전할 때 용융수지의 충전압력에 의해 금형 10A가 개방됨으로써 몰드캐비티 15A의 용적이 증가하도록 몰드체결장치를 제어할 수 있다.
몰드캐비티 15A 내에 용융수지의 사출을 완료시킨 후,
제 2 공정으로 들어가, 도 2(b)에서 나타낸 바와 같이 용융수지를 냉각하고, 다음에 설명하는 피복제의 주입압력에 견디어 낼 수 있는 정도까지 고화시키는 공정으로 진입한다.
여기서, 몰드캐비티 15A의 용적은 용융수지의 사출을 완료한 직후 시점에서 용융수지의 열수축량에 의해 다음에 설명하는 수지성형품의 치수용적보다 최소한 더 크다.
또, 이 실시예에서, 제 2 공정에서의 몰드체결력은 제1 공정에서 사용한 몰 드체결력을 1,000 KN(kilo-newton)으로 변화시켜, 수지성형품의 투영면적 S(이실시예에서 2000㎠ 로 하였음)로 나눈 단위면적당 면압을 5MPa로 하였다.
이상태에서 금형 10A 를 몰드 체결하면, 몰드캐비티 15A내 용융수지의 열수축에 따라, 금형 10A가 천천히 폐쇄되어 용융수지가 부형(shaping)된다.
기재가 냉각된 후, 제 3 공정으로 진입하여, 도 2(c)에서 나타낸 바와 같이 금형을 미소하게 개방시킨 상태(제 1 실시예에서는1mm 정도 몰드개방방향으로 가동몰드 14A 를 이동시킨상태)로 하여, 몰드캐비티 15A내에서 성형한 수지성형품과 가동몰드 14A의 몰드 캐비티면의 사이에 공극(gap)을 형성시킨다.
상기 공극을 형성시킨 후, 페인트 주입기 50에 의해 페인트 주입구 51에서 몰드캐비티 15A내에 페인트를 20㎖ 주입하면, 몰드의 개방에 의해 형성된 공극에 유입을 개시한다.
그 다음, 이 실시예에서 사용된 금형으로 성형하는 성형품의 피복 표면적은 2000㎠ 이며, 코팅막 두께(coating thicknces)는 약 0.1mm 정도이다. 또, 제 1 실시예에서 사용된 페인트는 플라글라스(Plaglass)#8000White(일본국, 다이닙폰 도료(주)제품)이다.
페인트를 주입한 다음, 제 4 공정으로 진입하여,
도2(d)에서 나타낸 바와 같이, 가동몰드(moving mold)14A를 고정몰드12A의 방향으로 이동시켜 금형10A을 다시 폐쇄시켜 몰드체결을 함으로써, 공극중의 페인트를 압압하여 스프리딩(spreading)(퍼짐)하면서 유동시켜, 성형품의 표면을 페인트로 피복한다.
제 1 실시예에서 제 4 공정에서의 몰드체결력은 1000KN으로, 이 몰드체결력을 수지 성형품의 투영면적 S 로 나눈 단위 면적당 면압(단위 면적당 몰드내 압력이라함.)은 5 MPa이었다.
여기서, 제 1 실시예에 의한 몰드내 피복방법의 우수한 점에 대하여 아래에서 설명한다.
제 1 실시예에서는 제 2 공정에서 용융수지의 열수축에 따라 몰드캐비티15A의 용적을 감소시키므로 수지 성형품의 피복을 하는 표면의 대부분이 피복을 하기 직전까지 항상 몰드캐비티면에 압압되어 있는 상태로 된다. 이와 같은 상태로 형성한 수지성형품의 표면은 몰드캐비티면의 형상을 정도(precise)좋게 전사 할 수 있고, 피복제의 두께가 균일하지 아니한 종래의 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.
또, 이 실시예에서는 수지성형품의 형상을 고정하는 제 2 공정의 몰드체결력을 제 4 공정의 몰드체결력과 실질적으로 동일하게 되도록 설정한다.
본 발명의 배경기술에서 설명한 바와 같이, 피복제의 두께가 균일하게 되지 않는 원인은 성형할 때 금형의 변형에 있다.
제 2 공정에서의 몰드캐비티 15의 변형모드(mode) 및 변형량을 제 4공정에서의 몰드캐비티15의 변형모드 및 변형량과 근사(close)하도록 함으로써 제 2 공정과 제 4 공정에서의 몰드 체결력은 실질적으로 동일하게 할 수 있다.
결국, 이 방법은 제 2 공정에서 몰드캐비티 15의 형상이 몰드체결력에 의해 다소 변형시켜도, 제 4 공정에서 몰드캐비티15의 형상이 동일하게 변형하기 때문에, 피복제의 두께는 균일하게 되는 우수한 작용효과를 가진다.
따라서, 제 2 공정의 몰드체결력과 제 4 공정의 몰드 체결력을 서로 근접함으로써 상기 효과를 나타내며, 근접하면 근접할수록 효과가 향상된다.
바람직한 범위로는 제 2 공정과 제 4 공정에서의 면압(몰드체결력을 수지성형품의 투영면적 S로 나눈 단위면적당 압력)의 차를 5MPa 이내로 하여, 제 2 공정에서의 몰드체결력과 제 4 공정에서의 몰드 체결력을 거의 동일하게 하며, 또 바람직하게는 상기 면압을 3 MPa이내로 하고, 가장바람직하게는 제 2 공정에서의 몰드체결력과 제 4 공정에서의 상기 면압을 1MPa이내로 하는데 있다.
또, 페인트 주입후 재몰드 체결력을 필요이상으로 높히면 리브(lib)나 보스(boss)등 두께부(thick portion)의 표면에서 부풀어 오르는 험프(hump)라는 현상이 발생하여 바람직하지 않게 되며, 제 4 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드체결력이 상기 피복제에 대하여 주어진 단위 면적당 압력을 1 ~ 20 Mpa의 범위로 하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 1 ~ 10 MPa의 범위로 한다.
다음으로, 본 발명의 제 2 실시예를 앞서 설명한 실시예와 다른 부분을 중심으로 하여 아래에서 설명한다.
제 2 실시예에서 사용한 몰드내 피복성형용 금형장치10(금형10이라고도 함) 에 대하여 아래에서 그 구조를 도 4에 의해 간단하게 설명한다.
본 발명에 의한 금형 10은 앞서 설명한 제1의 실시예에서의 금형 10A와 동일하게 가동몰드14, 고정몰드12와 페인트 주입기 50을 구비하며, 고정몰드12와 가동몰드14가 체결구조(pitch-off strueture)의 피팅부에서 피팅(fitting)시켜, 몰드캐비티15의 전체 주위에 걸쳐 체결부(pitch-off portion)가 형성되어 있다.
금형 10의 몰드캐비티 형상은 도 4에서 그 단면을 나타낸 바와 같이 몰드캐비티 15의 외주에서 몰드폐쇄방향에 따라 형성되어 있는 측벽부분을 가지며, 개구부를 가진 박스형상(box shape)으로 되어 있다.
금형 10은 볼록몰드인 고정몰드 12와 오목몰드인 가동몰드 14가 체결구조(pitch-off stracture)의 피팅부(fiaing portion)로 피팅되며, 그 피팅시킨 상태에서 그 내부에 몰드캐비티 15A 을 형성하는 구조로 되어 있으며, 체결구조의 피팅부(체결부라고도 함)는 몰드캐비티 15의 전 주위에 걸쳐 형성되어 있다.
그리고, 금형 10은 체결부에서 몰드캐비티 15에 충전된수지가 금형 10에서 누출 되는 것을 방지할 수 있다.
또, 페인트 주입기 50의 배치와 구조는 앞서 설명한 실시예와 동일한 것이므로 그 설명을 생략한다.
아래에서, 본 발명에 의한 제 2의 실시예에 의한 몰드내 피복성형방법을 도 5(a)~도 5(d)에 의해 설명한다.
제 2의 실시예에서 몰드내 피복성형방법은 제 1 공정으로서 도 5(a)에서 나타낸 바와 같이 몰드체결장치 20에 의해 금형 10을 폐쇄하여, 몰드캐비티 15을 형성한다.
이때 몰드캐비티 15의 용적은 앞서 설명한 제 1의 실시예와 동일하게, 용융수지의 열수축량에 따라 수지성형품보다 더 큰 용적을 가진다.
그 다음으로, 제 1의 실시예와 동일하게 몰드캐비티 15내에 내열성 ABS수지를 사출시킨 후, 제 2 공정으로 들어가, 도 5(b)에서 나타낸 바와 같이 몰드캐배티 15내의 용융수지의 열수축에 따라 금형 10을 천천히 폐쇄한다.
이 실시예에서, 제 1 공정에서의 체결력과 비교하여 제 2 공정에서의 몰드체결력을 상당히 크게 감소시켜 몰드체결력을 수지성형품의 투영면적 S로 나눈 단위면적당 면압을 더 적게 한다.
즉, 제 2 공정에서의 몰드체결력은 제 1 공정의 몰드 체결력의 10~50%로 하는 것이 바람직 하며, 10~25% 로 하는 것이 더 바람직하다.
이 실시예에서 제 2 공정에서의 면압 M2를 제 1 공정에서의 면압 M1의 10%에 상당하는 5MPa로 하였다.
기재를 냉각한 후 제 3 공정으로 들어가, 도 5(c)에서 나타낸 바와 같이 금형을 미소하게 개방한 상태(이 실시예에서는 약 1mm정도 몰드개방 방향으로 가동몰드 14를 이동시킨상태)로 하여, 몰드캐비티 15내에서 성형한 수지 성형품과 가동몰드14의 몰드캐비티면의 사이에 공극(간극이라고도 함)을 형성한다.
상기 간극을 형성시킨 다음, 페인트 주입기 50에 의해 페인트 주입구 51에서 몰드캐비티 15내로 피복제를 25㎖ 주입하면, 몰드 개방에 의해 형성된 공극과 상기 측벽부에 형성된 공극에 피복제가 유입하기 시작한다.
또, 이 실시예에서 성형되는 성형품의 피복표면적은 2500㎠이며, 피복두께는 0.1mm정도이다.
또, 이 실시예에서 사용되는 피복제는 플라글라스(Plaglass)# 8,000 백색(다이닙폰 도료(주)제품)이다.
피복제(도료)를 주입한 후, 제 4 공정으로 들어가, 도 5(d)에서 나타낸 바와 같이, 가동몰드14를 고정몰드 12의 방향으로 이동시켜 금형10을 다시 폐쇄하여 몰드체결을 함으로써 간극중에 피복제를 압압하여 스프리딩(spreading)(퍼지게 함)하면서 유동시켜 성형품 표면을 피복제로 피복한다.
이 실시예에서, 제 4 공정에서의 몰드체결력을 수지성형품의 투영면적S로 나눈 단위 면적당 면압 M3는 제 2 공정에서의 몰드캐비티의 변형이 실질적으로 동일하도록, 바람직하게는 실질적으로 동일한 면압으로 되도록 선택한다.
이 실시예에서는 제 2공정과 동일한 5MPa를 사용하였다.
여기서, 이 실시예에 의한 몰드내 피복방법의 우수한 점에 대하여 아래에서 설명한다.
이 실시예에서, 제 2 공정에서 용융수지의 열수축에 의해 몰드캐비티 15의 용적을 감소시키므로, 수지성형품은 피복을 하기 직전까지 항상 몰드캐비티면에 압압되어 있는 상태로 된다.
이와 같은 상태에서 성형한 수지성형품의 표면은 몰드캐비티면의 형상을 정도좋게 전사하기 때문에 ,표면이 미려하며, 열수축등에 의해 부분적으로 두께가 엷어지는 것이 감소되는 특징을 가진다.
따라서, 수지성형품의 두께가 열수축에 의해 엷어져 피복이 균일하게 되지 않는 종래의 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.
또, 이실시예에서는 수지성형품의 형상을 고정하는제 2 공정의 몰드체결력을, 제 1 공정의 몰드체결력과 비교하여 상당히 크게 감소 시킨다.
본 발명의 목적에서 설명한 바와 같이, 피복제의 두께가 균일하게 되지 않는또 하나의 원인은 성형할 때 금형의 변형에 있다.
통상적으로, 금형 10의 변형량은 제1 공정에서의 몰드체결력 Pmax에 의해 설계되어 있으므로, 제 2 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드체결력을 제 1 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드체결력 보다 더 감소시킴으로써, 금형의 변형을 억제시켜 성형품의 두께가 균일하게 되는 효과를 얻는다.
실제로 성형을 할때 효과를 확인할 수 있는 바람직한 범위는 제 2 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드체결력을 제 1 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드체결력의 50% 이하로 한 범위이다.
또, 제 2 공정의 몰드체결력을 감소시킴으로써, 수지성형품의 측벽부에 열수축에 의한 작은 공극이 천천히 발생하므로, 측벽부분에도 피복제가 유입될 수 있어 우수한 피복을 형성 할 수 있다.
여기서, 앞서 설명한 바와 같이 제 1 공정에서의 몰드체결력 Pmax는 수지성형품에 대하여 주는 단위 면적당 압력인 면압에 의해 설계되어 있어, 통상적으로 몰드체결력 Pmax 에서 상기 면압이 30MPa 이상으로 되도록 설계되어 있다.
따라서, 제 2 공정에서 몰드체결력이 수지성형품에 대하여 주어진 단위 면적당 압력을 15MPa 이하로 하는 것이 바람직하며, 또 효과를 올린다는 관점에서 10MPa 이하로 하는 것이 바람직하다.
또, 수지성형품의 피복을 하기 직전까지 항상 몰드캐비티면에 압압하는 면압도 필요하므로, 상기 제 2 공정에서의 몰드체결력의 바람직한 범위는 단위 면적당 몰드내 압력은 2~15MPa 이고, 더 바람직한 범위는 4~10MPa 이다.
또, 페인트 주입후 재몰드체결압력을 필요이상으로 높이면, 리브(rib)나 보 스(boss)등 두께부(thick portion)의 표면이 부풀어 오르는 험프(hump)라는 현상이 발생하여 바람직하지 아니하여, 제 4 공정에서 금형을 몰드체결하는 몰드체결력이, 상기 피복제에 대하여 주어진 단위면적당 압력을 1~20MPa의 범위로 하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 1~10MPa 의 범위로 한다.
아래에서, 제 3의 실시예에 의한 몰드내 피복성형방법을 도 2(a)~도 2(d)에 따라 설명한다.
먼저, 제 1 공정으로서 도 2(a)에서 나타낸 바와 같이 몰드체결장치20(도시생략)에 의해 금형 10A을 몰드폐쇄하여, 몰드캐비티15A을 형성한다.
또, 이때 몰드캐비티15A의 용적은 앞서 설명한 실시예와 동일하게, 용융수지의 열수축량에 의해 수지 성형품 보다 더 큰 용적을 가진다.
용융수지의 열수축량에 의해 수지성형품 보다 더 큰용적을 가진 몰드캐비티를 형성시킨 다음, 사출장치30(도 2에서 도시생략)에 의해 기재인 열가소성 수지를 용융상태로 몰드캐비티 15A내로 사출한다(제 3실시예에서는 기재로서 내열성ABS수지:UMGABS 사제품 UT20B).
그리고, 수지를 사출할 때 몰드체결력은 3000KN으로 하였다.
몰드캐비티15A내에 용융수지의 사출을 완료한 후 도2(b)에서 나타낸바와 같이, 제 2 공정으로 들어가 용융수지를 냉각하고, 다음에 설명하는 피복제의 주입압력에 견디어 낼 수 있는 정도까지 고화 시키는 공정으로 들어간다.
여기서, 몰드캐비티15A의 용적은 용융수지의 사출완료 직후의 시점에서 용융수지의 열수축량에 의해 최소 다음에 설명하는 수지성형물의 용적보다 더 크다.
또, 제 3의 실시예에서는 제2 공정에서, 제 1 공정에서의 몰드체결력을 변화시켜 몰드체결력을 1000KN으로 하여 수지성형품의 투영면적S (제3의 실시예에서는 2000㎠ 로 하였음)로 나눈 단위 면적당 면압을 5MPa 로 하였다.
이 상태에서 금형 10A을 몰드체결하면, 몰드캐비티15A내의 용융수지의 열수축에 따라, 금형 10A가 천천히 폐쇄되어 열용융수지가 부형(shapring)된다.
기재가 냉각된 후, 제 3 공정으로 들어가, 페인트 주입기 50에 의해 페인트 주입구 51에서 몰드캐비티 15A 내에 페인트를 20㎖ 주입한다.
이때, 페인트를 주입하는 압력을 높게 설정하여, 페인트의 주입압력에 의해 금형 10A가 미소하게 개방되도록 함으로써, 몰드캐비티15A 내에 페인트를 유동시켜 성형품 표면을 페인트로 피복한다.
또, 제 3의 실시예에서 사용한 금형으로 성형하는 성형품의 피복면적은 2000㎠이며, 코팅막두께(coating thickmers)는 약 0.1mm 정도로 된다.
또, 이 실시예에서 사용한 페인트는 플라글라스(Plaglass)#800 백색(다이닙폰도료(주)제품)이다.
그리고, 제 3 실시예에서는 제 3 공정에서, 몰드체결력을 1000KN 으로 하여 몰드체결력을 수지성형품의 투영면적 S 로 나눈 단위면적당 면압을 5MPa 로 한다.
아래에서, 제 4의 실시예에 의한 몰드내 피복 성형방법을 도 2(a)~도 2(d)에 의해 설명한다.
우선, 제 1 공정으로 도2(a)에서 나타낸 바와 같이 몰드체결장치20(도시생략)에 의해 금형10A를 몰드페쇄하여, 몰드캐비티15A를 형성한다.
그리고, 이때 몰드캐비티15A의 용적은 앞서 설명한 실시예와 동일하게, 용융수지의 열수축량에 따라 수지성형품 보다 더 큰 용량을 가진다.
용융수지의 열수축량에 따라 수지성형품 보다 더 큰 용량을 가진 몰드캐비티 15A를 형성한 후, 사출장치30(도시생략)에 의해 기재로서 열가소성 수지를 용융상태로 몰드캐비티 15A내에 사출한다(제 4의 실시예에서는 기재로서 내열성 ABS수지: UMGABS 사제품 UT20B).
수지를 사출할 때 몰드체결력은 3000KN 으로 하였다.
몰드캐비티15A 내에 용융수지의 사출을 완료한 다음에, 도2(b)에서 나타낸 바와 같이 제 2 공정으로 들어가, 용융수지를 냉각하여 다음에 설명하는 피복제의 주입압력에 견디어 낼 수 있는 정도까지 고화시키는 공정으로 들어간다.
여기서, 몰드캐비티15A의 용적은 용융수지의 사출을 완료한 직후 시점까지, 다음에 설명하는 수지성형품의 치수 용적에 대하여 용융수지의 열수축량에 의해 그 수지성형품 보다 더 크다.
또, 제 4의 실시예에서는 제 2의 공정에서, 제 1 공정에서의 몰드체결력을 변화시켜 몰드체결력을 1000KN으로 하여, 수지성형품의 투영면적S (제4의 실시예에서는 2000㎠ 로 하였음)으로 나눈 단위면적당 면압을 5MPa 로 하였다.
이상태에서 금형 10A를 몰드체결하면,몰드캐비티 15A의 용융수지의 열수축에 따라,금형10A가 천천히 페쇄되어 용융수지가 부형(shaping)된다.
또, 위 실시예에서 설명한 것과 동일한 이유에 의해, 제 2 공정에서는 몰드체결력을 단위면적당 몰드내 압력으로 나타낼 때, 15MPa이하로 하는 것이 바람직하 다.
또, 효과를 높이는 관점에서 10MPa 이하로 하는 것이 바람직하다.
또, 상기 제 2 공정에서 몰드체결력의 더 바람직한 범위로는 단위면적당 몰드내 압력을 2 ~15MPa 의 범위로 한다.
기재를 냉각한 후, 제 3 공정으로 들어가 페인트 주입기 50에 의해 페인트 주입구 51에서 몰드캐비티 15A내에 페인트 20㎖ 주입한다.
이때, 페인트를 주입하는 압력을 높게 설정하여, 페인트의 주입압력에 의해 금형 10A가 미소하게 개방하도록 함으로써, 몰드캐비티 15A내에서 페인트를 유동시켜, 성형품 표면을 페인트로 피복한다.
그리고, 제 4의 실시예에서 사용한 금형으로 성형한 성형품의 피복표면적은 2000㎠이며, 코팅막두께는 약 0.1mm 정도로 된다.
또, 이 실시예에서 사용한 페인트는 폴라글라스(Plaglass)#800 백색(다이닙폰 도료(주) 제품)이다.
그리고, 제 4의 실시예에서는 제 3 공정에서 몰드체결력을 2000KN 으로 하여 몰드체결력을 수지 성형품의 투영면적 S 로 나눈 단위면적당 면압을 10MPa 로 한다.
상기 제 3의 실시예와 제 4의 실시예에서도, 앞서 설명한 제 1 또는 제 2의 실시예와 동일한 이유에 의해, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 금형을 미리 개방한 상태로 하여 페인트를 주입하는 방법만이 아니라, 페인트의 주입압력에 의해 금형을 개방하는 방법 에도 상기 제 3의 실시예와 제 4의 실시예에서 나타낸 바와 같이 적용할 수 있으며, 앞서 설명한 제 1 또는 제 2의 실시예와 동일한 이유에 의해 동일한 효과를 얻을 수 있다.
아래에서, 실시예를 들어 본 발명에 대하여 설명하나, 본 발명은 아래의 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
(실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~3)
도 7에서 나타낸 투영형상(projected shape)을 가지며, 투영면적 약 2,400㎠를 가진 금형을 사용하고, 내열성 ABS 수지(UMGABS사제품, UT20B)를 사용하여 제 2 공정의 몰드체결력을 변화시켜, 상기 ABS수지를 금형에서 성형하였다.
이때, 성형품의 두께를 측정한 결과를 다음의 표1 에 나타낸다.
[표 1]
성형품의 두께
실시예 / 비교예 비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 3
제 1 공정의 몰드체결력
(ton)
850 850 850 850 850 850
제 2 공정의 몰드체결력
(ton)
850 400 300 200 100 50
두께의 최대치(㎜) 3.262 3.186 3.257 3.240 3.243 -
두께의 최소치(㎜) 3.050 2.988 3.141 3.154 3.164 -
최대치와 최소치의 차 0.212 0.198 0.116 0.086 0.079 -
평균치 3.15 3.11 8.20 3.21 3.21 -
표준편차 0.058 0.058 0.038 0.035 0.029 -
표면상태 좋음 좋음 좋음 좋음 좋음 오목한흔적발생
비고 : 오목한 흔적(sink marks)
제 1 공정의 몰드체결력(850ton)에 대하여 제 2 공정에서의 몰드체결력이 50%를 초과하는 비교예 1과 2에서는 성형품의 두께의 편차(variations)가 큰 것에 대하여, 10% ~ 50% 의 범위내에 있는 실시예 1 ~ 3에서는 성형품의 두께의 편차가 더 작아졌다.
또, 10% 미만에 있는 비교예 3에서는 성형품의 표면에 확실하게 싱크막(sink marks:오목한 흔적)의 발생이 확인 되었다.
(실시예 4 ~ 7 및 비교예 4 ~ 5)
동일한 금형을 사용하여 내열성 ABS수지(UMGABS사제품 UT20B)와 페인트(다이닙폰도료(주)제품 PlAGLASS #800 red)를 사용하여, 제 2 공정의 몰드체결력과 제 4 공정의 몰드체결력을 변화시켜 몰드내 피복성형을 실시하였다.
이때 성형품의 코팅막두께(coating thickness)를 측정한 결과를 다음표 2에 나타낸다.
[표 2]
성형조건과 코팅막두께
실시예/비교예 실시예 4 비교예 4 비교예 5 실시예 5 실시예 6 실시예 7
제 1공정의몰드
체결력(ton)
850 850 850 850 850 850
제 2공정의 몰드
체결력(ton)
850 850 100 100 200 100
제 2공정의 몰드
내압(MPa)
36 32 4 4 8 4
제 4공정의 몰드
체결력(ton)
850 100 850 100 200 300
제 4공정의 몰드
내압(MPa)
36 4 36 4 8 13
코팅막두께의 최대치(㎛) 55 100 100 60 50 70
코팅막두께의 최소치(㎛) 35 40 35 30 35 25
차(㎛) 20 60 65 20 15 45
비교예 4와 5에서, 제 2 공정의 몰드체결력과 제 4 공정의 몰드체결력에는 750톤(ton)의 차(difference)가 있다.
이와 같은 차는 몰드내압으로 환산하면 약 30Mpa이다.
이때 코팅두께(coating thickneas)의 최대치와 최소치의 차는 60㎛ 이상이며, 코팅막 두께에서 볼 때 큰 편차를 얻었다.
한편, 실시예 4 ~ 6에서, 제 2 공정의 몰드체결력과 제 4 공정의 몰드체결력을 실질적으로 동일하도록 제어 하였다.
이때 코팅막두께의 차는 15㎛ ~ 20㎛으로, 거의 균일한 코팅막(coating)이 형성되었다.
또 실시예 7에서 몰드내압의 차는 8MPa로, 이 내압(8MPa)은 실시예와 비교예 사이의 중간값 이다.
(실시예 8 및 비교예 6)
사이드커버(side cover)형상(투영면적:약 500㎠)의 금형을 사용하고, 내열성 ABS수지(UMGABS사제품UT20B)와 페인트(다이닙폰도료(주)제품, Plaglass#800 red)를 사용하여, 제 2 공정의 몰드체결력과 제 4 공정의 몰드체결력을 아래의 표3에서 나타낸 바와 같이 변화시켜, 몰드내 피복성형을 실시하였다.
얻어진 성형품의 코팅막두께를 측정한 측정점을 그 단면 형상위에서 각각 화살표로 나타낸 것을 도 8에 나타내며,이때 각 측정점에서 코팅막두께의 변동을 도 9에 나타내었다.
[표 3]
실시예 / 비교예 비교예 6 실시예 8
제 1 공정의 몰드체결력(ton) 200 200
제 2 공정의 몰드체결력(ton) 200 50
제 2 공정의 몰드내압(MPa) 41 10
제 4 공정의 몰드체결력(ton) 50 50
제 4 공정의 몰드내압(MPa) 10 10
몰드내압차 31 0
실시예 8에서는 제 2공정의 몰드체결력이 제 1 공정의 몰드체결력보다 더 작음을 알 수 있다.
도 9의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 제 2 공정의 몰드 체결력을 제 1 공정의 몰드체결력 보다 더 작게 제어한 실시예 8에서는 수지성형품의 양단(ends)의 입면(elevation surfaces)에서의 코팅막두께가 수지성형품의 평면부(flat part)에서의 코팅막두께에 근접하나, 제 2 공정의 몰드체결력을 제 1 공정의 몰드체결력과 동일하게 한 비교예 6에서는 수지성형품의 양단의 입면에서의 코팅막두께는 수지 성형품의 평면부에서의 코팅막두께와 비교하여 현저하게 더 엷어졌다.
본 발명에서는 제 2 공정에서 용융수지의 열수축에 따라 몰드캐비티의 용적을 감소시킴으로써, 수지성형품은 피복을 실시하기 직전까지 항상 몰드캐비티면에 압압되어 있는 상태로 되어 금형표면을 좋게 전사하여 수지성형품의 피복면 전체에 균일한 피복을 실시할 수 있다.
또, 수지성형품의 형상을 고정하는 제 2 공정의 몰드체결력을, 제1 공정의 몰드체결력과 비교하여 크게 감소시켜 50% 이하로 함으로써 금형의 변화량을 억제하여 피복제의 두께를 전체적으로 균일하게 할 수 있는 우수한 효과를 가진다.
또, 수지성형품의 형상을 고정시키는 제 2 공정과 제 4 공정에서의 몰드체결 력을, 이들의 두 공정에서의 몰드캐비티의 변형이 실질적으로 동일하도록, 조정한다.
즉, 제 4공정의 몰드체결력과 동일하게 하여 몰드캐비티15의 변형모드와 변형량을 제 2 공정과 제 4 공정에서 유사하게 함으로써, 제 2 공정에서 몰드캐비티의 형상이 몰드 체결력에 의해 다소 변형하여도 제 4 공정에서 몰드캐비티의 형상이 동일하게 변형되므로, 피복제의 두께가 균일하게 되는 우수한 효과를 가진다.
또, 제 2 공정의 몰드 체결력을 감소시킴으로써, 수지 성형품의 측벽부에 열수축에 의한 미소한 공극이 천천히 발생함으로, 측벽부분에도 피복제가 유입될 수 있어, 우수한 피복을 실시할 수 있다.
위에서 설명한 제 2 공정의 몰드체결력은 수지성형품에 피복을 실시하기 직전까지 항상 몰드캐비티면에 수지 성형품을 압압할 필요가 있어, 단위 면적당 몰드내 압력으로서 나타낼 때, 2 ~ 15MPa 의 범위, 바람직하게는 4 ~ 10 MPa 의 범위로 한다.
또, 페인트 주입후 재몰드체결압력을 필요 이상으로 높히면, 리브(rib) 또는 보스(boss) 등의 두께부의 표면에는 부풀어 오르는 험프(hump)라는 현상이 발생하여 바람직하지 않기 때문에,제 4 공정에서 금형을 몰드 체결하는 몰드체결력이 상기 피복제에 대하여 주어지는 단위 면적당 압력을 1 ~ 20MPa 의 범위로 하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 1 ~ 10MPa의 범위로 한다.
또, 본발명은 금형을 미리 개방 상태로 하여 페인트를 주입하는 방법만이 아니고, 페인트의 주입압력에 의해 금형을 개방한 몰드내 피복 성형방법에도 적용할 수 있어, 동일한 효과를 얻을수 있다.

Claims (15)

  1. 볼록형 몰드(male mold)와 오목형 몰드(female mold)에 의해 형성된 몰드캐비티를 가지는 금형을 사용하여,
    그 몰드캐비티(mold cavity)내에서 수지성형품을 성형하면서 그 수지성형품의 표면에 피복을 하는 몰드내 피복성형방법에 있어서,
    상기 몰드캐비티내에 용융수지를 충전하는 제 1공정과,
    상기 몰드캐비티에 용융수지를 충전한 후 그 용융수지의 열수축에 따라 그 몰드캐비티의 용적량을 감소 시켜 그 용융수지를 부형(shaping)하여 수지성형품을 성형하는 제 2 공정과,
    그 수지성형품이 피복제의 주입압력과 유동압력에 견디어 낼 수 있는 정도로 고화한 단계에서 그 금형을 미소하게 개방하여 수지성형품과 몰드캐비티면의 사이에 피복제를 주입하기 위한 공극(gap)를 형성하는 제 3 공정과,
    그 공극(gap)에 피복제를 주입하여 금형(mold)를 재 체결하는 제 4 공정으로 이루어지며,
    제 2 공정과 제 4 공정에서 사용하는 몰드 체결력(mold clamping forces)을 몰드캐비티(mold cavity)의 투영면적으로 나누어 얻어진 몰드내압 끼리의 차이가 5MPa 이내로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 몰드내피복성형방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 공정에서 사용되는 몰드체결력은 제 1 공정에서 사용되는 몰드체결력 보다 더 작은 것을 특징으로 하는 몰드내피복성형방법
  4. 제 3항에 있어서,
    제 2 공정에서 사용되는 몰드체결력은 제 1 공정에서 사용되는 몰드체결력의 10 ~ 50% 인 것을 특징으로 하는 몰드내피복성형방법
  5. 볼록형 몰드(male mold)와 오목형 몰드(female mold)에 의해 형성된 몰드캐비티를 가지는 금형을 사용하여, 그 몰드캐비티내에 수지성형품을 성형하면서 그 수지 성형품의 표면에 피복을 하는 몰드내피복성형방법에 있어서,
    상기 몰드캐비티에 용융수지를 충전하는 제1 공정과,
    그 몰드캐비티에 용융수지를 충전한 다음에 그 용융수지의 열수축에 따라 그 몰드캐비티의 용적량을 감소시켜 용융수지를 부형(shaping)하여 수지성형품을 성형하는 제 2 공정과,
    그 수지성형품이 피복제의 주입압력과 유동압력에 견디어 낼 수 있는 정도로 고화한 단계에서 그 금형을 미소하게 개방하여 수지성형품과 몰드캐비티면의 사이에 피복제를 주입하기 위한 공극(gap)을 형성하는 제 3 공정과,
    그 공극(gap)에 피복제를 주입하여 금형을 재몰드 체결(clamping)하는 제 4 공정으로 이루어지며,
    제 2 공정에서 사용되는 몰드체결력은 제 1 공정에서 사용되는 몰드체결력 보다 더 작은 것을 특징으로 하는 몰드내 피복성형방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    제 2 공정에서 사용되는 몰드체결력은 제 1 공정에서 사용되는 몰드 체결력의 10% ~ 50% 인 것을 특징으로 하는 몰드내피복성형방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    제 2 공정에 사용되는 몰드 체결력은 단위 면적당 압력으로 2 ~ 15MPa 의 범위인 것을 특징으로 하는 몰드내피복성형방법.
  8. 오목형 몰드(female mold)와 볼록형 몰드(male mold)에 의해 형성된 몰드캐비티를 가지는 금형을 사용하여, 몰드캐비티내에서, 수지성형품을 성형하면서 그 수지성형품의 표면에 피복을 하는 몰드내피복성형방법에 있어서,
    그 몰드캐비티에 용융수지를 충전하는 제 1 공정과,
    그 몰드캐비티에 용융수지를 충전한 다음에 용융수지의 열수축에 따라 그 몰드캐비티의 용적량을 감소시켜 그 용융 수지를 부형(shaping)하여 수지성형품을 성형하는 제 2 공정과,
    상기 수지성형품이 피복제의 주입압력과 유동압력에 견디어 낼 수 있는 정도로 고화한 단계에서 수지 성형품과 몰드 캐비티면의 사이에 피복제를 주입하는 제 3 공정으로 이루어 지며,
    제 2 공정과 제 3 공정에서 사용하는 몰드 체결력을 몰드캐비티의 투영면적으로 나누어 몰드내압 끼리의 차이가 5MPa 이내로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 몰드내피복성형방법.
  9. 삭제
  10. 제 8항에 있어서,
    제 2 공정에서 사용되는 몰드체결력은 제 1 공정에서 사용되는 몰드 체결력 보다 더 작은 몰드 체결력인 것을 특징으로 하는 몰드내 피복성형방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    제 2 공정에서 사용되는 몰드체결력은 제 1 공정에서 사용되는 몰드체결력의 10% ~ 50% 인 것을 특징으로 하는 몰드내 피복성형방법.
  12. 볼록형 몰드(male mold)와 오목형 몰드(female mold)에 의해 형성된 몰드캐비티를 가지는 금형을 사용하여,
    그 몰드캐비티내에서, 수지성형품을 성형하면서 그 수지성형품의 표면에 피복을 하는 몰드내 피복성형방법에 있어서,
    몰드캐비티내에 용융수지를 충전하는 제 1 공정과, 몰드캐비티내에 용융수지를 충전한 후, 용융수지의 열수축에 따라 몰드캐비티의 용적량을 감소시켜 용융수지를 부형(shaping)하여 수지성형품을 성형하는 제 2 공정과,
    수지성형품이 피복제의 주입압력과 유동압력에 견디어 낼 수 있는 정도로 고화한 단계에서 수지성형품과 몰드캐비티면의 사이에서 피복제를 주입하는 제 3 공정으로 이루어지며,
    제 2 공정에서 사용되는 몰드체결력은 제 1 공정에서 사용되는 몰드 체결력보다 더 작은 것임을 특징으로 하는 몰드내피복성형방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    제 2 공정에서 사용되는 몰드체결력은 제 1 공정에서 사용되는 몰드체결력의 10% ~50% 인 것을 특징으로 하는 몰드내피복성형방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    제 2 공정에서 사용되는 몰드 체결력은 단위 면적당 몰드내 압력으로 2 ~ 15MPa의 범위인 것을 특징으로 하는 몰드내피복성형방법.
  15. 제 1, 3~8, 10~14항 중 어느 한 항에 의한 몰드내피복성형방법에 의해 성형되는 몰드내피복성형품.
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