KR101051215B1 - 구조화 시트를 성형하기 위한 프로세스 및 몰드 - Google Patents

Abstract

국부적으로 3차원 돌출형 또는 오목형 구조체(6)를 갖는 시트를 성형하기 위한 시트 성형용 프로세스로서, 블랭크 시트(7)가 몰드의 두 개의 부분 사이에 배치되고, 블랭크 시트의 표면은 3차원 구조체의 음각부(2)에 부합하는 프로세스가 개시된다. 음각부의 주위에 있는 몰드의 표면의 적어도 일부분은, 3차원 구조체가 돌출형인지 또는 오목형인지의 여부에 따라서, 3차원 구조체의 재료를 공급 또는 수납할 수 있는 국부적인 공급부를 형성하도록 의도된 특징부를 갖는다.

3차원 구조체, 시트, 블랭크 시트, 몰드, 음각부, 공급부

Description

구조화 시트를 성형하기 위한 프로세스 및 몰드{PROCESS AND MOULD FOR MOULDING STRUCTURED SHEETS}

본 발명은 구조화 시트를 성형하기 위한 프로세스 및 몰드에 관한 것이다. 용어 "구조화 시트(structured sheet)"는, 본질적으로 2차원을 갖고 따라서 폭 및 길이보다 상당히 작은(적어도 100배 만큼) 두께를 갖는 평면부의 연속 변형으로부터 발생될 수 있고 3차원 구조를 갖는 다수의 부속물을 포함하는 부분을 의미하는 것으로 이해된다. 이들은 예를 들면 시트와 그 일부분으로서 성형되는 체결 리브 또는 시스템일 수 있다. 자동차의 내부 라이닝은 열가소성 재료로 제조되는 이러한 구조화 시트를 종종 포함한다.

이러한 구조화 시트를 제조하는 공지된 수단은 몰드 내에서 용융 재료를 성형하는 것이다. 임의의 플라스틱의 사출 성형 및 알루미늄의 주조의 예는 공지되어 있다. 플라스틱 사출 성형 프로세스에서, 플라스틱은 이송 스크류에서 혼합되고 가열되며 어큐뮬레이터(accumulator) 내에 저장된다. 어큐뮬레이터가 완전히 충전될 때, 내용물은 재료가 냉각되는 온도 조절식의 폐쇄된 몰드 내로 사출된다. 상기 재료가 적합한 기계적 강도를 갖도록 충분하게 낮은 온도에 도달했을 때, 몰드는 개방되고 제품은 방출된다. 그러나 특히 구조화 시트가 얇은 경우, 용융 재 료의 사출에는 높은 압력이 필요하고 따라서 무겁고 고가의 기계를 요구한다.

예를 들면 유럽 특허 제1 153 25호에 설명되어 있는 바와 같이, 압축 성형과 사출 성형을 조합하는 것이 또한 공지되어 있다. 이러한 프로세스에서, 2차원 부분은 압축 성형에 의해 성형되고, 3차원 부분은 사출 성형된다. 그러나 높은 압력을 견딜 수 있는 몰드 및 사출 성형 기계가 여전히 필요하며, 이로 인해 프로세스의 비용이 증가한다.

본 발명의 목적은 저비용 구조화 시트를 제조하기 위한 단순화된 프로세스를 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 국부적으로 3차원의 돌출형 또는 오목형 구조체를 갖는 시트를 성형하기 위한 프로세스에 관한 것이고, 3차원 돌출형 또는 오목형 구조체를 갖는 시트를 성형하기 위한 시트 성형용 프로세스로서, 연하고 유연한 블랭크 시트를 몰드의 두 개의 부분 사이에 배치하고, 여기서 상기 몰드의 표면이 상기 시트를 성형하기 위한 몰드 캐비티와 상기 3차원 구조체의 형상에 대응하는 음각부를 포함한다. 다음 단계로, 상기 블랭크 시트를 압축하고 연하고 유연한 재료가 상기 음각부로 강제로 유입되도록 상기 몰드를 폐쇄하고, 상기 음각부의 주위에 있는 상기 몰드의 표면의 적어도 일부분에, 몰드 캐비티로 돌출하는 특징부(feature)를 제공하고, 상기 특징부로, 상기 몰드가 폐쇄되어질 때 상기 음각부로 재료를 공급할 수 있는 국부 공급부를 형성하도록 한다.

표현 "돌출형 3차원 구조체(projecting three-dimensional structure)"는, 시트와 동일한 재료로 제조되고 이 시트와 일체형이 되는 것이 요구되는 임의의 부속물 또는 부속품을 의미하는 것으로 이해된다. 일반적으로, 이들은 보강 리브이거나, 또는 예를 들면 체결 시스템이다. 이들은 또한 성형 압력을 감소시키도록 의도된 과잉 두께부(overthickness)일 수 있다. 오목형 구조체는 성형 중에 시트 내에 형성된 오목부로서, 임의의 유용한 부속품이 나중에 삽입될 수 있도록 하는 것이다.

국부 "공급부(reservoirs)"를 구성하는 이러한 특징부의 존재는 성형 중에 재료가 따라야만 하는 통로의 길이를 제한하며, 따라서 성형 압력을 감소시키는 것으로 판명되었다. 이는 더 낮은 몰드-클램핑력 및 따라서 경량이며 저가의 기계를 유도한다. 게다가, 3차원 구조체가 돌출형일 때, 더욱 양호한 음각부의 충전이 얻어진다. 구조체가 오목형일 때, 비제어된 과잉 두께부 또는 표면 결함["싱크 마크(sink mark)"]이 예방된다.

본 발명에 따른 프로세스의 제1 바람직한 버전에서, 3차원 구조체는 돌출형이고, 몰드의 특징부는 재료를 음각부 내에 강제로 침투시키고 3차원 구조체를 형성하기 위해, 몰드가 폐쇄될 때 몰드의 두 개의 부분 사이에 제공된 공간을 국부적으로 감소시키도록 의도된 돌출부이다. 따라서, 구조화 시트는 구조체 주위에서 약간 더 얇게 될 수 있다. 돌출부의 두께 및 면적은 3차원 구조체의 체적에 의해 좌우되며, 이들 두께 및 면적의 적(product)은 이 체적과 거의 같거나 가능하다면 약간 커야만 한다(따라서, 공급부의 체적은 구조체를 형성하는데 필요한 재료의 체적과 일치함). 유리하게는, 두께는 시트의 두께의 1% 이상, 바람직하게는 5% 이상, 더욱 바람직하게는 10% 이상이다. 감소율은 시트의 두께의 50% 미만, 바람직하게는 30% 미만, 더욱 바람직하게는 20% 미만으로 잔류되는 것이 추천된다. 2 mm의 두께를 갖는 시트에 대해서, 돌출부의 두께는 이상적으로는 0.2 mm 내지 0.4 mm이고, 국부적으로 1.6 mm 내지 1.8 mm의 시트 두께를 제공한다. 본 발명에 따른 프로세스는 예를 들면 0.5 mm 내지 10 mm와 같이 광범위하게 변하는 두께를 갖는 시트를 성형하는데 적합하다. 그러나, 5 mm 미만, 바람직하게는 4 mm 미만의 두께를 갖는 얇은 시트를 성형하는데 특히 유리하다. 특히 2 mm 내지 3 mm의 총 두께를 갖는 시트에 적합하다. 음각부는 공지된 방식으로 공기 통기 시스템을 구비한다.

본 발명에 따른 프로세스의 제2 바람직한 버전에서, 3차원 구조체는 돌출형이고, 몰드의 표면은 몰드가 폐쇄될 때 수축될 수 있는 돌출부를 갖고, 돌출부는 블랭크 시트의 면적을 국부적으로 증가시킴으로써 돌출형 구조체를 제조하기 위한 재료를 제공한다. 이 수축 가능한 돌출부는 예를 들면 스프링 상에 장착될 수 있다. 몰드가 개방상태일 때, 돌출부는 음각부에 근접한 블랭크 시트를 융기시킨다. 이는 융기된 구역의 플랭크에 해당하는 블랭크 시트의 초과 면적을 발생시킨다. 몰드가 폐쇄될 때, 스프링이 압축되어 돌출부는 몰드 내로 수축된다. 수축 가능한 돌출부는 음각부 부근에 배치됨으로써, 블랭크 시트의 초과량은 긴 거리를 유동할 필요 없이 음각부를 충전하는 역할을 한다. 돌출부의 높이는 3차원 구조체를 형성하는데 필요한 재료의 양과 거의 근접 또는 약간 초과하여 공급하도록 결정된다.

본 발명에 따른 프로세스는, 압력 하의 유동에 의해 3차원 구조체의 성형 및 형성을 할 수 있는 충분한 유동성을 갖는 임의의 재료에 적용될 수 있다. 필요하다면, 이 유동성은 재료의 가열에 의해 얻어질 수 있다.

프로세스를 구현하는 한가지 유리한 방법으로, 블랭크 시트는 유체 플라스틱으로 제조된다. 본 발명에 따른 프로세스는 플라스틱이 파이버를 포함할 때 특히 유리한데, 이 경우에, 공지된 프로세스에서는 재료를 3차원 구조체 상으로 유동시키는 것이 어렵기 때문이다. 이들은 글래스 파이버 또는 임의의 무기질 파이버뿐만 아니라 면직물 또는 목재 파이버와 같은 유기질 파이버일 수도 있다. 플라스틱은 열경화성 또는 열가소성일 수 있다. 바람직하게는, 예를 들면 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 같이 열가소성 플라스틱이 좋다. 재료의 정확한 선택은 3차원 구조체를 적절하게 형성하는데 필요한 유동성 및 또한, 예를 들면, 시트에 적절히 접합시키기 위한 시트의 최종 코팅에 따라 좌우된다. 이 경우에, 요구되는 유동성은 재료를 연화점(softening temperature) 이상으로 가열함으로써 쉽게 얻어질 수 있다. 이 구현 방법에서, 몰드는 양호한 기계적 특성을 가지고 있는 부분을 이형(demoulding) 시키기 위해 이 연화점 이하의 온도로 냉각된다. 몰드가 폐쇄되기 전에 블랭크 시트의 불균질한 조기의 냉각을 방지하기 위하여, 예를 들면 고온 공기의 방사 또는 순환 등 임의의 수단을 이용하는 것이 추천된다.

본 발명에 따른 프로세스는 양쪽의 면에 3차원 구조체를 갖는 구조화 시트를 성형하는데 사용될 수 있다. 그러나, 한가지 특히 유리한 버전에서, 시트는 단지 하나의 면에만 3차원 구조체를 갖는 것이다. 이 버전에서, 블랭크 시트가 유체 플라스틱으로 제조될 때, 기계적 완전성을 향상시키고, 취급을 용이하게 하고 플라스틱이 장비에 고착하는 위험을 감소시키기 위해, 평활하게 유지될 면을 파이버의 층으로 덮는 것이 유리하다. 더욱이, 이 버전에서, 본 발명에 따른 프로세스는 평면 결함이 없는 평활면을 얻는 것을 가능하게 한다. 이는 특히 3차원 구조체가 깊을 때 유리한데, 이 경우에 공지된 프로세스는 싱크 마크가 없는 평활한 시트"백(back)"이 얻어지는 것을 허용하지 않기 때문이다. 본 발명에 따른 프로세스의 이 장점은 재료가 결정질 폴리머일 때 더욱 더 현저하고, 공지된 방식으로는, 결정화할 때 재료의 수축이 대형 리브 또는 과잉 두께부의 반대면에 싱크 마크를 발생시킨다. 이 버전에서, 3차원 구조체를 갖지 않는 면의 훌륭한 표면 처리는 시트의 표면 처리에 부합하는 얇은 가요성 층으로 코팅되는 것을 허용하고, 코팅은 예를 들면 미관상의 용도이다. 코팅은 예를 들면 직물, 가요성 PVC와 같은 플라스틱 시트, 또는 가죽일 수 있다. 이 코팅은 시트의 성형 중에 유리하게 제조될 수 있다.

따라서, 이 버전을 구현하는 한 방법에서, 몰드가 폐쇄되기 전에 가요성 코팅은 평활함을 유지하도록 의도된 블랭크 시트의 면 상에 중첩된다.

이 구현 방법에서, 성형 중에 코팅의 표면 처리의 임의의 변형을 회피하도록, 블랭크 시트와 코팅 사이에 파이버의 층을 배치하는 것이 유리하다. 파이버의 층은 면직물 파이버 또는 글래스 파이버로 형성된 섬유질의 직물인 것이 추천된다.

본 발명에 따른 프로세스에서, 3차원 구조체의 음각부 주위에 재료 저장 기능을 제공하는, 특별한 내부 표면 특징부를 갖는 몰드가 사용된다.

따라서, 본 발명은 또한 상기 3차원 구조체의 음각부를 포함하고, 국부적으로 3차원 돌출형 또는 오목형 구조체를 갖는 시트를 성형하기 위한 몰드에 관한 것이고, 상기 음각부의 주위에 있는 몰드의 표면의 적어도 일 부분은, 3차원 구조체가 돌출형인지 또는 오목형인지의 여부에 따라서, 3차원 구조체의 재료를 공급 또는 수납할 수 있는 국부적인 공급부를 형성하도록 의도된 특징부를 갖는다.

본 발명에 따른 몰드의 추천되는 버전에 따르면, 3차원 구조체는 돌출형이고, 몰드의 특징부는 재료를 음각부 내로 강제로 침투시키고 3차원 구조체를 형성하기 위해, 몰드가 폐쇄될 때 몰드의 두 개의 부분 사이에 남겨진 공간이 국부적으로 감소되도록 의도된 돌출부이다.

본 발명에 따른 몰드에서 3차원 구조체가 돌출형이고, 몰드의 표면은 몰드가 폐쇄될 때 수축될 수 있는 돌출부를 갖는 것이 또한 유리하고, 돌출부는 블랭크 시트의 면적을 국부적으로 증가시키고, 이에 의해 돌출형 구조체를 제조하기 위한 재료를 제공한다.

본 발명의 특정 양태는 첨부 도면의 이하의 설명으로부터 명백해질 수 있다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 프로세스 및 몰드의 다양한 양태를 도시하고 있는 도면.

도 5a는 공지된 성형 프로세스를 도시하고 있는 도면이고, 도 5b는 본 발명에 따른 프로세스 및 몰드의 바람직한 버전을 도시하고 있는 도면.

도 1은 본 발명에 따른 몰드의 음각부(2) 및 프로세스와 바람직한 버전의 돌출부(1)를 도시하고 있는 도면.

도 2 내지 도 4는 목재 파이버 충전(wood-fibre-filled) 폴리프로필렌으로 제조된 블랭크 시트와 가요성 PVC 코팅(4) 사이에 배치된 글래스 파이버 직물, 3차원 구조체를 포함하지 않는 평활면(5) 및 다른 면에 위치된 3차원 구조체(6)를 도시하고 있는 도면.

도 5a 및 도 5b는 3차원 구조체의 코팅(4), 블랭크 시트(7), 수축 가능한 돌출부인 가동 특징부(10) 및 음각부(2)를 도시하고 있는 도면으로서, 도 5b는 스프링(8)에 의해 작동되는 수축 가능한 가동 특징부가 블랭크 시트(7)에 플랭크(9)의 외형(appearance)을 발생시키고, 이에 의해 음각부(2)를 충전하기 위한 재료의 공급을 구성하는 것을 도시하고 있는 도면.

이하의 예는 본 발명을 설명하는데 도와주는 역할을 한다.

1.5 mm의 두께 및 1.06의 상대 밀도를 갖는 케나프 파이버(kenaf fibres) 및 폴리프로필렌의 직물로 덮여 있고, 30%의 목재 파이버가 충전된 폴리프로필렌의 시트(2.5 × 250 × 250 mm의 치수를 갖는 BP, HCW, MFI 20)가 취해져서 도 1에 도시되어 있는 몰드 상에 배치된다. 음각부(2) 주위에서, 몰드는 0.5 mm 두께의 돌출부(1)를 갖는다. 1200 g/m²의 밀도를 갖는 가요성 PVC로 구성되어 있는 코팅이 글래스 파이버 직물의 상부에 배치된다. 블랭크 시트는 210℃의 온도로 예열된다. 몰드는 조절 유체의 순환에 의해 50℃의 온도에서 유지되어 있다. 몰드는 이후에 폐쇄되고, 30초의 시간 동안 588.4 kN(60 tonnes)의 힘이 가해진다. 몰드가 개방된 이후에, 도 4에 도시되어 있는 3차원 구조체(6)를 갖고 있는 시트가 얻어진다.

Claims (12)

1. 3차원 돌출형 또는 오목형 구조체(6)를 갖는 시트를 성형하기 위한 시트 성형용 프로세스로서,

   a) 연하고 유연한 블랭크 시트(7)를 몰드의 두 개의 부분 사이에 배치하고, 여기서 상기 몰드의 표면이 상기 시트를 성형하기 위한 몰드 캐비티와 상기 3차원 구조체(6)의 형상에 대응하는 음각부(2)를 포함함,

   b) 상기 블랭크 시트(7)를 압축하고 연하고 유연한 재료가 상기 음각부(2)로 강제로 유입되도록 상기 몰드를 폐쇄하는 시트 성형용 프로세스에 있어서,

   c) 상기 음각부의 주위에 있는 상기 몰드의 표면의 적어도 일부분에, 몰드 캐비티로 돌출하는 특징부(feature)를 제공하고,

   d) 상기 특징부로, 상기 몰드가 폐쇄되어질 때 상기 음각부(2)로 재료를 공급할 수 있는 국부 공급부를 형성하도록 하는 단계를 포함하며,

   상기 3차원 구조체는 돌출형이고, 상기 특징부는 상기 몰드 캐비티로 미끄럼가능하게 돌출 또는 수축하기 위한, 상기 몰드가 폐쇄될 때 수축될 수 있는 가동 특징부(10)이며, 상기 몰드 캐비티로 돌출하는 가동 특징부(10)는 플랭크(9)의 외형에 의해 상기 블랭크 시트(7)의 면적을 국부적으로 증가시키고, 이에 의해 상기 몰드가 폐쇄되어질 때 상기 돌출형 구조체(6)를 제조하기 위한 재료를 제공하는 것을 특징으로 하는 시트 성형용 프로세스.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 3차원 구조체는 돌출형이고, 상기 몰드의 특징부는 상기 재료를 상기 음각부(2) 내로 강제로 침투시키고 3차원 구조체(6)를 형성하기 위해, 상기 몰드가 폐쇄될 때 상기 몰드의 두 개의 부분 사이에 제공된 공간이 국부적으로 감소되도록 의도된 돌출부(1)인 것을 특징으로 하는 시트 성형용 프로세스.
3. 삭제
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 블랭크 시트는 유체 플라스틱으로 제조되는 것을 특징으로 하는 시트 성형용 프로세스.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 유체 플라스틱은 연화점 이상으로 예열 되어 있는 열가소성이고, 상기 몰드는 연화점 이하의 온도에서 조절되어 있는 것을 특징으로 하는 시트 성형용 프로세스.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 시트는 단지 하나의 면에만 3차원 구조체(6)를 갖는 것을 특징으로 하는 시트 성형용 프로세스.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 몰드가 폐쇄되기 전에, 가요성 코팅이 평활하게 유지되도록 의도된 상기 블랭크 시트(7)의 면 상에 중첩되는 것을 특징으로 하는 시트 성형용 프로세스.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 시트(7)와 상기 코팅 사이에는 파이버의 층이 배치되는 것을 특징으로 하는 시트 성형용 프로세스.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 파이버의 층은 섬유질의 직물인 것을 특징으로 하는 시트 성형용 프로세스.
10. 3차원 돌출형 또는 오목형 구조체(6)를 갖는 시트를 성형하기 위한 시트 성형용 몰드로서,

    연하고 유연한 블랭크 시트(7)는 몰드의 두 개의 부분 사이에 배치되어 있고, 상기 몰드의 표면은 상기 시트를 성형하기 위한 몰드 캐비티와 상기 3차원 구조체(6)의 형상에 대응하는 음각부(2)를 포함하는 시트 성형용 몰드에 있어서,

    상기 몰드 캐비티로 돌출하는 특징부는 상기 음각부의 주위에 있는 상기 몰드의 표면의 적어도 일부분에 제공되어 있고,

    상기 특징부는, 상기 몰드가 폐쇄되어질 때 상기 음각부(2)로 재료를 공급할 수 있는 국부 공급부를 형성하도록 되어 있으며,

    상기 3차원 구조체는 돌출형이고, 상기 특징부는 상기 몰드 캐비티로 미끄럼가능하게 돌출 또는 수축하기 위한, 상기 몰드가 폐쇄될 때 수축될 수 있는 가동 특징부(10)를 갖고, 상기 몰드 캐비티로 돌출하는 가동 특징부(10)는 플랭크(9)의 외형에 의해 상기 블랭크 시트(7)의 면적을 국부적으로 증가시키고, 이에 의해 상기 몰드가 폐쇄되어질 때 상기 돌출형 구조체(6)를 제조하기 위한 재료를 제공하는 것을 특징으로 하는 시트 성형몰드.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 3차원 구조체는 돌출형이고, 상기 몰드의 특징부는 상기 재료를 상기 음각부(2) 내로 강제로 침투시키고 3차원 구조체를 형성하기 위해, 상기 몰드가 폐쇄될 때 상기 몰드의 두 개의 부분 사이에 남겨진 공간이 국부적으로 감소되도록 의도된 돌출부인 것을 특징으로 하는 시트 성형용 몰드.
12. 삭제

Images