KR101212125B1

KR101212125B1 - 열가소성 수지의 사출발포 성형방법

Info

Publication number: KR101212125B1
Application number: KR1020087005909A
Authority: KR
Inventors: 아키오 오카모토; 가즈아키 미야모토
Original assignee: 우베 고산 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2012-12-13
Also published as: CA2618845C; WO2007023859A1; JP2007054993A; KR20080046182A; JP4569417B2; US20090134541A1; CA2618845A1; US7740776B2

Abstract

(1) 사출장치(30)에서 발포제 함유 가소화 수지를 몰드 캐비티(mold cavity)(10a)내에 사출하여 충전하는 공정과,

(2) 발포제 함유 가소화 수지를 몰드 캐비티(10a) 내에 사출/충전한 직후, 몰드(10)의 체결력(clamp force)을 풀어 놓아(releasing), 몰드 캐비티(10a)내 발포제 함유 가소화 수지의 압력을 풀어 놓는 공정과.

(3) 몰드 캐비티(10a)내 발포제 함유 가소화 수지의 압력을 풀어 놓은 상태(pressure-released state)를 소정시간 동안 유지하는 공정과.

(4) 몰드 캐비티(10a)를 확대하여 발포제 함유 가소화 수지를 발포시키는 공정과,

(5) 몰드 캐비티(10a)를 확대한 상태에서 발포제 함유 가소화 수지를 냉각 유지하는 공정으로 이루어지는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법이다.

열가소성 수지, 사출발포 성형방법, 몰드 캐비티, 발포제 함유 가소화 수지, 사출, 충전.

Description

열가소성 수지의 사출발포 성형방법{METHOD FOR FOAM INJECTION MOLDING OF THERMOPLASTIC RESIN}

본 발명은 열가소성 수지의 사출발포 성형방법(method for injection foaming molding)에 관한 것이다.

더 자세하게 말하면, 본 발명은 바람직한 기포직경(bubble diameter)과 밀도를 가지며 좋은 표면상태를 나타내는 사출발포 성형품(injection-molded foam producet)을 간단하며, 안전하고 효율적으로 얻을 수 있는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법에 관한 것이다.

수지의 내부에 다수의 기포가 존재하는 발포성형품은 경량성, 단열성, 흡음성 및 동일질량에서의 강성(rigidity) 등 우수한 물성을 나타내기 때문에 여러 가지 분야에서 사용된다.

특히, 최근에는 경량화(weight reduction)가 원료 코스트, 수송비용 등 코스트의 감소에 직접적으로 연결되어 있어 중요시되고 있다.

따라서, 발포성형품의 응용분야를 더 확대하였다.

수지의 발포 성형방법은 수지에 혼합하는 발포제의 종류에 의해 물리적 발포방법과 화학적 발포방법으로 분류된다.

그 물리적 발포방법에서는 물리발포제(physical foaming agents)인 질소 및 카본 디옥사이드 등 불활성 가스와, 탄화수소 및 플루오로카본 등 기화성 물질(volatile substances)을 사용한다.

한편, 그 화학적 발포방법에서는 화학 발포제로 아조(azo) 화합물 및 니트로소(nitroso) 화합물 등 유기 발포제와, 소듐 비카르보네이트 등 무기 발포제를 사용한다.

이와 같은 상기 발포방법을 수지의 성형방법으로 사용하는 사출성형방법에 적용한 사출발포 성형방법(injection foaming molding method)에서는 발포제와 수지를 혼합시킨 발포제 함유 용융수지를 몰드 캐비티(mold cavity) 내에 사출 충전(injection/filling)시켜 그 수지를 발포시킴으로써, 성형품의 내부에 약 80~300μm 정도의 기포 직경을 가진 사출발포성형품(injection-molded foam product)을 얻을 수 있다.

수지의 발포 성형방법으로, 예로서 올레핀 수지(olefin resin)에 화학 발포제 또는 물리 발포제를 혼합하여, 그 얻어진 혼합물을 용융시키고, 쇼트-숏법(short-shot method)(저압법)을 사용하여 성형품의 내부에 기포(bubbles)를 가진 발포성형품을 얻는 하나의 성형방법(molding method)이 개시되었다(특허문헌 1 참조).

그 특허문헌 1에서 개시된 방법의 경우, 하나의 성형장치(molding apparatus)는 압출기(extruder), 아큐물레이터(accumulator) 및 몰드(mold)로 구성되어 있다.

상기 성형장치에서, 질소가스 등 불활성가스, 탄화수소 또는 플루오로카본 등 휘발성 물질 등 물리발포제 또는 화학발포제와 수지를 혼합한 발포제 함유 용융수지를 상기 압출기로 상기 아큐물레이터에 공급(feeding)한 다음에, 그 아큐물레이터에 공급된 상기 발포제 함유 용융수지를 상기 몰드 내에 사출시켜, 상기 발포제 함유 용융수지를 발포시킴으로써 성형품의 내부에 기포를 가진 사출발포성형품(injection-molded foam product)을 얻는다.

한편, 물리발포제를 사용함으로써 발포성형품을 얻는 방법으로, 예로서 압출기 호퍼(extruder hopper)에서 공기등기체와, 기화성물질 등을 수지의 공급과 동시에 가압하에 공급하여 수지의 용융과, 기포의 함유(inclusion) 및 분산을 스크루 압출기(screw extruder)로 실시하는 방법이 개시되었다(특허문헌 2 참조).

특허문헌 2에서 개시된 방법에서는 폴리에틸렌을 사용하여, 공기를 압력 약 0.69~0.78MPa(7~8㎏f/㎠)에서 공급함으로써 독립기포(isolated bubbles)를 함유한 스폰지형상 물질(spongy substance)의 압출 성형품을 얻는다.

발포성가스(blister gas)로서 불활성가스인 카본 디옥사이드를 초임계 상태(supercritical state)로 사용하여 발포성형품을 얻는 방법으로, 예로서 공지의 화학발포제 또는 물리발포제를 사용하여 발포성형품의 내부에 형성된 기포의 밀도(단위체적당 기포수)와 비교하여, 기포밀도를 현저하게 증가시키는 방법이 개시되었다(특허문헌 3 참조).

특허문헌 3에서 개시된 방법에서는 초임계 유체(supercritical fluid)의 승압장치(pressurizer), 그 초임계 유체의 공급장치 및 가스봄베(gas bomb)로 구성된 시스템을 성형장치에 부착시켜, 그 성형장치의 가소화 실린더(plasticizing cylinder)에서 초임계 상태에서의 카본 디옥사이드를 주입하여 용융수지 중에 용해시킴과 동시에, 주입된 카본 디옥사이드를 용해시킨 용융수지를 몰드(mold) 내에 사출 충전하여 그 수지를 발포시켜, 성형품 내부가 마이크로셀(microcell)로 칭하는 1μm 이하의 초미세공질(ultrafine microporosity)을 가진 수지성형품을 얻는다.

특허문헌 1 : 일본국 특 공소 44-6080 공보(JP-A-S44-006080)

특허문헌 2 : 일본국 특 공소 43-9913 공보(JP-A-S43-009913)

특허문헌 3 : 일본국 특 표평 6-506724 공보(JP-K-H06-506724)

[발명의 개시]

그러나, 위에서 설명한 특허문헌 1~3에서 개시된 방법들은 다음의 문제가 있다.

특허문헌 1에서 개시된 방법은 수지와, 아조 화합물 또는 니트로소 화합물 등 유기화학발포제를 공급하여 성형할 때, 열분해에 의해 부식성 암모니아, 카본 모노옥사이드, 수증기, 시안산, 이소시안산 등이 분해 생성물로서 발생하여, 이들의 분해 생성물이 대기중으로 방출됨과 동시에 성형품 중에 잔류되는 문제가 있었다.

분해 생성물이 발생하지 않는 물리 발포제인 탄화수소 또는 플루오로카본 등 기화성 물질을 공급하여 성형을 실시할 경우, 그 기화성 물질은 환경오염 및 환경파괴 물질이므로, 대기중으로의 배출이 규제되는 문제가 있다.

또, 특허문헌 1에서 개시된 방법은 그 발포제 함유 용융수지 중에 기체가 미세하게 분산되지 않아 바람직한 기포밀도와 기포직경을 가진 발포 성형품을 얻기가 어려운 문제가 있다.

또, 특허문헌 3에 개시된 방법은 초임계 유체의 발생장치와 공급장치를 필요로 하여, 이들의 장치는 고압가스를 이들의 장치에서 처리하기 때문에 법적규제를 받아 설비의 도입 및 취급이 복잡하게 되는 문제가 있다.

또 더 나아가서, 스킨층(skin layer)의 상태와 더 확대하여 제품의 표면상태가 반드시 양호한 것으로 되지 않는 문제가 있다.

본 발명은 위에 설명한 종래기술의 문제를 감안하여 이루어진 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 바람직한 기포 직경과 밀도를 가지며 양호한 표면상태를 나타내는 사출발포성형품을 간단하게(simply), 안전성 있게 그리고 효율적으로 얻을 수 있는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법을 제공하는데 있다.

또, 본 발명의 또 다른 목적은 환경에 따라 부하(impact)가 낮은 열가소성 수지의 사출발포 성형방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 위에서 설명한 목적을 달성하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명에 의해 아래에서 열가소성 수지의 사출발포 성형방법을 제공한다.

[1] 가소화한 열가소성 수지에 발포제를 혼합시킨 발포제 함유 가소화 수지를 사출하는 사출장치와, 상기 사출장치에서 사출된 상기 발포제 함유 가소화 수지를 확대 축소할 수 있는 용적(volume)을 가진 몰드 캐비티(mold cavity)에 충전(filling)하는 몰드(mold)를 사용하여, 상기 발포제 함유 가소화 수지로 충전시 킨 상기 몰드 캐비티를 확대(expanding)함으로써 상기 발포제 함유 가소화 수지를 발포성형(foam-molding)시키는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법에 있어서, 다음 공정(step)(1)~(5)로 이루어짐을 특징으로 하는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법.

(1) 상기 사출장치에서 상기 발포제 함유 가소화 수지를 몰드 체결상태(mold-clamped state)에 있는 상기 몰드 캐비티(mold cavity) 내에 사출하여 충전하는 공정(step).

(2) 상기 발포제 함유 가소화 수지를 상기 몰드 캐비티 내에 사출하여 충전한 직후, 상기 몰드의 몰드 체결력(clamping force)을 감소하여(releasing), 상기 몰드 캐비티내 상기 발포제 함유 가소화 수지의 압력을 방출하는 공정(step).

(3) 상기 몰드 캐비티내 발포제 함유 가소화 수지의 압력방출 상태(pressure-released state)를 소정시간 동안 유지하는 공정(step).

(4) 상기 몰드 캐비티를 확대(expanding)하여 상기 발포제 함유 가소화 수지를 발포하는 공정(step) 및

(5) 상기 몰드 캐비티를 확대시킨 상태에서 상기 발포제 함유 가소화 수지를 냉각하여 유지하는 공정.

[2] 상기 기재사항 [1]에 의한 열가소성 수지의 사출발포 성형방법에서, 상기 공정(2)에서 상기 몰드의 몰드 체결력 감소 속도(rate of releasing the clamping fore)의 감소 1,000~20,000KN/sec로 하는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법.

[3] 상기 기재사항 [1] 또는 [2]에 의한 열가소성 수지의 사출발포 성형방법에서, 상기 공정(3)에서 상기 몰드의 몰드 체결력 감소 상태(clamping-force-released state)를 유지하는 소정의 시간(몰드 체결력의 감소 상태 유지시간)을 0.1~10초(seconds)로 하는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법.

[4] 상기 기재사항 [1]~[3]의 어느 하나의 기재사항에 의한 열가소성 수지의 사출발포 성형방법에 있어서, 상기 공정(4)에서, 상기 몰드 캐비티를 확대하는 속도(확대속도)를 0.01~10㎜/sec로 하는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법.

[5] 상기 기재사항 [1]~[4] 중 어느 하나의 기재사항에 의한 열가소성 수지의 사출발포 성형방법에 있어서, 상기 발포제로서 발포성가스(foaming gas)를 사용하고, 상기 발포성가스를 상기 사출장치에 0.1MPa이상, 1.0MPa이하의 압력으로 공급하며, 상기 사출장치에 존재하는 가소화 전 또는 가소화 후의 상기 열가소성 수지에 상기 발포성가스를 접촉시킴으로써 상기 열가소성 수지에 상기 발포제를 혼합(blending)시키는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법.

본 발명에 의해, 바람직한 기포 직경과 밀도를 가지며, 양호한 표면상태를 나타내는 사출발포성형품을 간편하며, 안전성이 있고 효율적으로 얻을 수 있는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법을 제공한다.

또, 환경에 대한 부하(impact)가 낮은 열가소성 수지의 사출발포 성형방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 의한 열가소성 수지의 사출발포 성형방법에 사용되는 횡형 체결타입(horizontal clamping type)의 사출성형장치로서 하나의 실시형태의 전체구성을 개략적으로 나타낸 설명도이다.

도 2는 도 1에 나타낸 사출성형장치의 실시형태에서 사용되는 몰드(mold)에 가하여지는 각 공정에서의 압력크기(몰드의 풀어 놓은상태(mold-released state)에서 몰드의 체결상태(mold-clamped state)까지)를 개략적으로 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명에 의한 열가소성 수지의 사출발포 성형방법에서 사용되는 발포성가스 공급장치(foaming gas supply device)의 하나의 예의 기본구성을 개략적으로 나타낸 설명도이다.

부호설명

1 : 고정반(fixed platen) 2 : 가동반(movable platen)

3 : 고정 몰드(fixed mold) 4 : 가동 몰드(movable mold)

10 : 몰드(mold) 10a : 몰드 캐비티(mold cavity)

20 : 몰드 체결장치(clamping apparatus)

30 : 사출장치(injection apparatus)

31 : 가소화 실린더(plasticizing cylinder)

32 : 스크루(screw)

33 : 스크루 이동수단(screw movement device)

34 : 스크루 회전수단(screw rotation device)

35 : 호퍼(hopper) 36 : 노즐(nozzle)

40 : 발포성가스 공급수단(foaming gas supply device)

41 : 공기 공급원(air supply source)

42 : 카본 디옥사이드 공급원(carbon dioxide supply source)

43 : 발포성가스 공급장치(foaming gas supply apparatus)

45 : 공기 압축기(air compressor)

46 : 압력조정밸브(pressure control valve)

47 : 첵크밸브(check valve) 48 : 압력계(pressure gauge)

51 : 카본 디옥사이드 봄베(carbon dioxide bomb)

52 : 압력조정밸브(pressure control valve)

54 : 압력계(pressure gauge) 55 : 첵크밸브(check valve)

56 : 개폐밸브(on-off valve) 57 : 개폐밸브(on-off valve)

58 : 전자방향 제어밸브(solenoid directional control valve)

59 : 전자방향 제어밸브

61 : 기포핵 형성제 공급장치(bubble-core-forming agent supply apparatus)

62 : 기포핵 형성제 공급장치

70 : 제어장치(controlling apparatus)

71 : 사출제어부(injection control portion)

72 : 몰드체결 제어부(clamping control portion)

100 : 횡 몰드체결 타입의 사출성형장치(horizontal clamping type injection molding apparatus)

[발명의 실시예]

본 발명을 실시하기 위하여 아래에서 본 발명의 예를 도면에 따라 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 열가소성 수지의 사출발포 성형방법에 사용되는 횡 몰드 체결타입(horizontal clamping type)의 사출성형장치의 하나의 실시예로서 전체구성을 개략적으로 나타낸 설명도이다.

도 2는 도 1에서 나타낸 사출성형장치의 실시예에서 사용되는 몰드(mold)에 가하는 각 공정(step)에서의 압력크기(magnitude of pressure)[몰드의 풀어 놓은 상태(mold-released state)에서 몰드의 체결상태(mold-clamped state)까지]를 개략적으로 나타내는 그래프이다.

도 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 열가소성 수지의 사출발포 성형방법은 가소화한 열가소성 수지에 발포제를 함유시킨 발포제 함유 가소화 수지를 사출하는 사출장치(30)와, 그 사출장치(30)에서 사출시킨 발포제 함유 가소화 수지를 용적을 확대 축소할 수 있는(variable volume) 몰드 캐비티(mold cavity)(10a)에 충전하는 몰드(mold)(10)를 사용하여, 그 발포제 함유 가소화 수지가 충전된 몰드 캐비티(10a)를 확대(expanding)함으로써, 발포제 함유 가소화 수지를 발포성형시키는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법으로, 아래 기재의 공정(step)(1)~(5)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

(1) 사출장치(30)에서 발포제 함유 가소화 수지를 몰드의 체결상태에 있는 몰드 캐비티(10a) 내에 사출하여 충전(injecting/filling)하는 공정(공정 (1)).

(2) 발포제 함유 가소화 수지를 몰드 캐비티(10a) 내에 사출하여 충전시킨 직후, 몰드(10)의 몰드 체결력(clamping force)을 감소하여(releasing), 몰드 캐비티(10a) 내 발포제 함유 가소화 수지의 압력을 방출하는 공정(공정 (2)).

(3) 몰드 캐비티(10a) 내 발포제 함유 가소화 수지에서의 압력의 방출 상태(pressure-released state)를 소정시간 동안 유지하는 공정(공정 (3)).

(4) 몰드 캐비티(10a)를 확대(expanding)하여 그 발포제 함유 가소화 수지를 발포시키는 공정(공정 (4)).

(5) 몰드 캐비티(10a)를 확대한 상태에서 발포제 함유 가소화 수지를 냉각하여 유지하는 공정(공정 (5)).

각 공정을 아래에서 구체적으로 설명한다.

(공정 (1))

공정 (1)에서는 사출장치(30)에서 발포제 함유 가소화 수지를 몰드의 체결상태에 있는 몰드 캐비티(10a) 내에 사출하여 충전한다.

공정 (1)에서 발포제 함유 가소화 수지를 조제(preparation)하는 방법의 예에는 발포제로서 기포핵 형성제(bubble-core-forming agent)와 발포성가스의 혼합체(mixture)를 사용하여, 이 혼합체를 사출장치(30)의 공급부(supply portion)(호퍼:hopper)(35) 또는 가소화부(plasticizing portions)(가소화 실린더 및 스크루)(31,32)에 통상적인 압력 0.1MPa 이상, 1.0MPa 이하, 바람직하게는 0.5~0.9MPa로 공급하는 방법을 포함할 수 있다.

그 혼합체(발포성가스)의 공급압력이 0.1MPa 이하인 경우 바람직한 기포 밀도와 기포 직경을 얻을 수 없다.

그 공급압력이 0.1MPa 이상인 경우, 발포 셀(foam cells)이 조대화(coarse)되어, 그 성형품의 부위(sites)에 따라 발포배율(foaming magnification)에 큰 차이가 있는 등 이상(즉, 불규칙성: irregularities)이 발생할 수 있어, 그 성형품의 외관(appearance) 불량이 스월마크(swirl marks)에 의해 현저하게 된다.

또 그 혼합체(발포성가스)의 공급압력을 0.1MPa 이상 1.0MPa 이하로 특정함으로써, 발포성가스를 초임계 상태(supercritical state)로 사용하는 종래의 공지된 초임계 유체의 발생장치와 그 초임계 유체의 공급장치를 필요로 하지 않는다.

그 혼합체 또는 발포성 가스는 그 사출장치(30)의 공급부(호퍼)(35) 또는 가소화부(가소화 실린더 및 스크루)(31 및 32)에 공급압력을 제어한 상태(도 1에서 제어장치(70)를 나타낸다.)로 공급하는 것이 바람직하다.

그 제어장치(70)는 다음에 아래에서 설명한다.

본 발명에서 사용되는 열가소성 수지의 예로는 폴리스티렌수지, AS수지 및 ABS수지 등 스티렌계 수지; 폴리에틸렌수지 및 폴리프로필렌수지 등 올레핀계 수지; 폴리에틸렌 테레프탈레이트수지 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 등 폴리에스테르계 수지; 폴리아세탈수지; 폴리카르보네이트수지, 변성 폴리페닐렌에테르수지; 및 올레핀계 열가소성 엘라스토머 등을 열거할 수 있다.

이들의 열가소성 수지는 용도 등에 따라 1종류 단독으로, 또는 2종류 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.

또, 이들의 열가소성 수지에는 필요에 따라 가소제, 박리제(release agent), 대전방지제(antistatic agent), 난연제(flame retardant), 발포제 등 여러 가지의 첨가제; 물성을 개량하기 위한 여러 가지의 필러(fillers), 글라스 파이버(glass fibers), 카본 파이버 등; 착색제, 염료 등을 혼합한 다음 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 적합한 발포성가스의 예로는 공기, 카본 디옥사이드(이산화탄소)가스, 질소가스, 또는 이들의 혼합가스를 들 수 있다.

특히, 얻어진 성형품의 성상(properties)의 관점에서, 공기 또는 카본 디옥사이드가스가 더 바람직하다.

이들의 발포성 가스를 선택할 때에는 그 수지의 내산화성(oxidation resistance)을 고려하는 것이 바람직하다.

수지의 일부에 산화하기 쉬운 하나의 기(group)를 가진 수지에 대해서는 공기 이외 가스를 사용하는 것이 바람직하다.

예로서, 폴리프로필렌수지 등 내산화성에 대하여 문제가 없는 수지의 경우 공기를 사용하는 것이 입수의 용이성 면에서 바람직하다.

또, 발포성가스를 0.1MPa 이상 1.0MPa 이하의 압력으로 주입함으로써 환경에 유해한(환경에 주는 부하(load)가 크다.) 발포제 또는 도입 및 취급이 복잡하여 법적규제를 받는 초임계 유체 등의 발생장치와 공급장치를 사용함이 없이, 바람직한 기포 밀도와 기포 직경을 가지며 유해한 분해 생성물의 잔류가 없는 열가소성 수지의 사출발포성형품을 간단하며, 안전성이 있고 효율적으로 얻을 수 있다.

기포핵 형성제(bubble-core-foaming agent)의 예에는 산화철(iron oxide), 칼슘 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 글라스 파이버, 탈크(tale), 소듐 히드로겐카르보네이트(소듐 비카르보네이트) 등 무기물의 미분말(fine powders); 징크스 테아레이트 및 마그네슘 스테아레이트 등 유기산의 금속염; 시트르산 및 타르타르산 등 유기산을 들 수 있다.

이들의 기포핵 형성제는 1종류 단독으로 또는 2종류 이상의 혼합물로 사용할 수 있다.

그 기포핵 형성제는 사전에 수지에 혼합한 상태로 그 사출장치에 공급할 수 있다. 또 그 발포성 가스와 함께 혼합가스의 상태에서 그 기포핵 형성제를 공급할 수 있다.

그 사출장치(30)에서 혼합체 또는 발포성가스의 공급위치(또는 장소)(supply place)는 그 사출장치(30)의 공급부(호퍼)(35) 또는 가소화부(가소화 실린터 및 스크루)(31 및 32)(예로서, 발포제 함유 용융수지 중에서)로 한다.

따라서, 그 발포성가스와 기포핵 형성제는 그 발포제 함유 용융수지 중에서 충분하게 분산시켜 혼합시킬 수 있다.

또, 그 혼합체 또는 발포성가스가 그 사출장치(30)의 가소화부(가소화 실린더 및 스크루)(31 및 32)에 공급되는 경우, 그 발포성 가스와 기포핵 형성제를 그 가소화 수지 중에 더 확실하게 분산시켜 혼합시킬 수 있기 때문에 그 가소화부(가소화 실린더 및 스크루)(31 및 32)에서 배설된 스크루를 2-단 스크루(stage screw)로 하는 것이 바람직하다.

그 스크루(32)는 가소화 수지와 발포성가스 및 기포핵 형성제의 분산성 및 혼합성을 향상시키는 관점에서, 고분산성(high-dispersion) 스크루를 구비하는 것이 바람직하다.

(공정 (2))

공정 (2)에서는 발포제 함유 가소화 수지를 몰드 캐비티(10a) 내에 사출하여 충전(filling)시킨 직후 그 몰드(10)의 몰드 체결력(clamping force)을 감소하여(releasing), 그 몰드 캐비티(10a) 내 발포제 함유 가소화 수지의 압력을 방출한다.

공정 (2)에서는 그 사출 및 충전 직후 몰드(10)의 몰드 체결력을 감소하여 그 몰드 캐비티(10a) 내 발포제 함유 가소화 수지의 압력을 방출하기 때문에, 종래에 공지되어 있는 사출충전을 한 후 일정 압력을 그대로 소정시간 유지하면서 몰드(10)의 몰드 체결력을 감소시키는 방법 또는 압력의 방출 속도를 몇가지 방식(ways)으로 조정하는 방법과 비교하여, 발포 셀(foam cells)의 개시점(starting points)으로 되는 발포 핵(foaming cores)의 형성 수(number of formation)(발포핵 수)가 증가하여 미세 발포 셀의 집합(aggregation)과 배율이 높은 발포(high-magnification foaming)를 가능하도록 한다.

그 발포핵 수는 압력 저하 속도에 비례하여 증가하기 때문에 높은 레벨에서 그 몰드의 체결력의 곰소 속도를 설정하는 것이 바람직하다.

따라서, 사용되는 열가소성 수지의 적용범위가 확대되어, 높은 강도와 경량화 모두가 우수한 성형품을 얻을 수 있다.

여기서, 그 몰드(10)의 몰드 체결력의 감소 속도는 1,000~20,000KN/sec로 하는 것이 바람직하다.

그 속도가 1,000KN/sec 이하일 경우. 발포핵 수가 작아져, 불충분하게 된다.

그 속도가 20,000KN/sec를 초과할 경우, 발포핵 수의 증가가 둔화하는 경향(downward trend)를 나타내어, 장치에 쇼크(shock) 등 문제가 발생한다.

(공정 (3))

공정 (3)에서는 몰드 캐비티(10a) 내 발포제 함유 가소화 수지의 압력을 방출한 상태를 소정시간 동안 유지한다.

공정 (3)에서, 그 압력의 방출 상태를 소정의 시간 동안 유지하기 때문에 스킨층(skin layer)의 두께를 용이하게 조정할 수 있다.

또, 그 발포제 함유 가소화 수지의 수지 신장점도(resin extension viscosity)와 발포 팽창력(foaming expansion force) 사이의 밸런스(balance)를 용이하게 조정할 수 있다.

따라서, 표면상태가 좋은 스킨 층과, 이어서 그 다음 성형품을 얻을 수 있다.

여기서, 그 압력의 방출 상태를 유지하는 시간(몰드의 체결력을 감소시킨 상태의 유지시간)은 0.1~10초(seconds)로 하는 것이 바람직하다.

그 시간이 0.1초(seconds) 이하인 경우, 스킨층의 두께 조정이 불충분하게 된다. 또 그 발포제 함유 가소화 수지의 수지 신장점도와 발포 팽창력간의 밸런스가 붕괴된다.

그 시간이 10초를 초과할 경우, 그 수지의 냉각과 고화(solidification)가 과도하게 진행되기 때문에 발포가 어렵게 된다.

(공정 (4))

공정 (4)에서는 몰드 캐비트(10a)를 확대하여 그 발포제 함유 가소화 수지를 발포시킨다.

여기서, 그 몰드 캐비티(10a)를 확대하는 속도(확대속도)는 그 수지 신장점도와 발포 팽창력 사이의 밸런스를 고려하여 설정하며, 0.01~10㎜/sec로 하는 것이 바람직하다.

그 속도가 0.01㎜/sec 이하일 경우, 바람직한 기포 셀 직경과 기포 밀도를 얻기가 어려워진다.

그 속도가 10㎜/sec을 초과할 경우, 그 수지 신장점도와 발포 팽창력 사이의 밸런스가 붕괴되어 그 기포 셀이 조대화(coarse)된다.

그 몰드 캐비티(10a)를 확대하는 방법은 다음에 아래에서 설명한다.

(공정 (5))

공정 (5)에서는 그 몰드 캐비티(10a)를 확대한 상태에서 발포제 함유 가소화 수지를 냉각하여 유지한다.

공정 (5)에서는 몰드 캐비티(10a)를 확대한 상태에서 그 발포제 함유 가소화 수지를 냉각하여 유지하기 때문에 바람직한 기포 셀 직경과 기포 밀도의 상태를 냉각하여 고화할 수 있다.

여기서, 그 발포제 함유 가소화 수지를 냉각하여 유지하는 시간(냉각 및 유지시간)은 그 몰드를 개방하여 성형품을 탈형시켜 꺼낼 때 성형품이 팽창(2차 팽창)하지 않는 상태로 되는 시간 이상의 시간에서 설정한다.

도 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 횡 몰드 체결타입의 사출 성형장치(horizontal clamping type injection apparatus)의 하나의 실시예를 아래에서 구체적으로 설명한다.

본 발명에서 사용되는 횡 몰드 체결타입의 사출성형장치(100)는 하나의 몰드(mold)(10)와, 하나의 몰드 체결장치(clamping apparatus)(20)와, 하나의 사출장치(injection apparatus)(30)와, 하나의 발포성가스공급수단(foaming gas supply device)(40)과 제어장치(70)로 구성되어 있다.

그 몰드(10)는 고정반(fixed platen)(1)에 부착된 고정몰드(3)와 가동반(movable platen)(2)에 부착된 가동몰드(4)로 구성되어 있다.

그 고정몰드(3)와 가동몰드(4)는 하나의 반 압입구조(semi-positive structure)를 구성하여 피팅부(fitting portion)에서 서로 피팅(fitting)된다.

그 고정몰드(3)에 형성된 캐비티면(cavity surface)과 그 가동몰드(4) 내에 피팅된 상태(fitted state)에서 형성된 캐비티 면은 조합시켜 하나의 몰드 캐비티(mold cavity)(10a)를 형성하여 구성되어 있다.

그 반 압입구조의 피팅부는 몰드 캐비티(10a)의 전체 주면(entire perimeter)에 걸쳐 형성되어, 사출충전 후 몰드 캐비티(10a)를 확대하여도 몰드 캐비티(10a) 내에 충전한 상기 수지가 몰드(10)에서 유출(leaking out)되는 것을 방지한다.

상기 몰드 체결장치(20)는 몰드(10)의 몰드개방(mold releasing)과 몰드체결(mold-clamping)을 하는 몰드체결 실린더(clamping cylinder)(22)를 구비한다.

그 가동몰드(4)는 고정몰드(3)에 대하여 타이바(tie bar)(도시생략)의 안내 에 따라 전진 후진할 수 있도록 구성되어, 몰드 캐비티(10a)의 용적(volume)을 확대 축소할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예에는 몰드(10)를 소정의 스트록(stroke)에 의해 열(opened) 때에도 그 몰드 캐비티(10a) 내에 충전된 상기 수지가 누출(leaking)되지 않는 반 압입구조(semi-positive structure)의 몰드(10)를 사용하나, 이것에 한정되어 있는 것은 아니다. 그 몰드가 발포성형에 적용할 수 있는 것이면 다른 몰드, 예로서 평압구조(flash structure)를 가진 몰드를 사용할 수 있다.

또, 본 발명의 실시예에서는 직압식 몰드체결장치(straight hydraulic clamping apparatus)를 가진 횡 몰드체결타입의 사출성형장치를 사용하나, 토글식(toggle type) 몰드체결장치, 또는 전동 서보모터식(electric servomotor type) 또는 수직형 몰드체결타입(vertical clamping type)의 사출성형장치를 사용할 수 있다.

상기 사출장치(30)는 하나의 가소화 실린더(31)와, 그 가소화 실린더(31) 내에 내장시켜 플라이트(flights)를 가진 하나의 스크루(screw)(32)와, 그 가소화 실린더(31) 내에 성형재료를 공급하는 호퍼(hopper)(35)를 구비한다.

그리고, 상기 스크루(32)를 전진 후진하는 하나의 스크루 이동수단(screw movement deivce)(33)과 상기 스크루(32)를 회전시켜 구동하는 스크루 회전수단(screw rotation device)(34)이 설정되어 있다.

또, 하나의 발포성가스 공급수단(foaming gas supply device)(40)에서 공급부(호퍼)(35) 또는 가소화부(가소화 실린더 및 스크루(31 및 32) 내 그 발포제 함 유 용융수지 중에 발포성가스를 공급하도록 구성되어 있다.

그리고, 그 가소화 실린더(31)의 외주면(outer perimeter surface)상에 하나의 히터(도시생략)가 부착되어 있다.

그 사출장치(30)는 스크루 회전수단(34)에 의해 그 스크루(32)가 회전함으로써, 그 호퍼(35)에서 가소화 실린더(31) 내에 펠릿형상 성형재료를 공급하는 구성으로 되어 있다.

그 공급된 펠릿형상 성형재료는 가소화 실린더(31)에 부착된 히터에 의해 가열되고, 또 스크루(32)의 회전에 의해 혼련(kneading) 및 압축작용을 받아 그 발포성가스와 기포핵 형성제를 분산하고 혼합하며 용융시켜, 스크루(32)의 전방으로 보내어진다.

스크루(32)의 전방으로 보내어진 발포성가스와 기포핵 형성제를 분산시켜 혼련시킨 발포제 함유 용융수지는 스크루 이동수단(33)에 의해 전진 스크루(32)에 의해, 가소화 실린더(31)의 선단에 부착된 노즐(36)에서 그 몰드 내로 사출시켜 충전시킬 수 있다.

기포핵 형성제로서 산화철(iron oxide), 칼슘 실리케이트, 징크 스테아레이트 및 마그네슘 스테아레이트로 이루어진 그룹에서 선택한 최소 1종의 무기물의 미분말을 사용할 경우, 다음에 설명하는 기포핵 형성제 공급장치(61,62)에서 사전에 설정된 성형조건에 의한 적합한 양을 공급할 수 있다.

본 발명의 실시예의 사출장치(30)에서는 스크루 이동수단(33)을 유압실린더로 하고, 스크루 회전수단(34)을 유압모터로 하나, 이것들로 한정하지 않는다.

전동 서모보터를 사용하는 스크루 이동수단과 스크루 회전수단을 사용할 수도 있다.

또, 본 발명의 실시예에서는 가소화와 사출을 1개의 스크루로 실시하는 인라인 스크루 방식(inline screw type)의 사출장치를 가진 구성으로 한다.

그러나, 가소화와 사출을 각각의 기구(mechanisms)로 실시하는 프레가소화 방식(preplasticization type)의 사출장치를 사용할 수 있다.

또, 본 발명의 실시예에서는 그 스크루(32)의 형상을 2단 스크루(two-stage screw)로 하였다.

그러나, 예로서, 그 발포성가스의 공급위치를 호퍼(35)로 할 경우 1단 스크루(a single-stage screw)를 사용할 수 있다.

그 발포성가스 공급수단(40)은 하나의 공기 공급원(41)과, 하나의 이산화탄소 공급원(42) 및 발포성가스 공급장치(43)를 구비한다.

그 공기 공급원(41)과 이산화탄소 공급원(42)은 공급로에 의해 연결되어 있다.

그 발포성가스 공급수단(40)은 사출장치(30)의 가소화 실린더(31)와 호퍼(35)에 설정된 가스공급구(gas supply ports)에 접속된 발포성가스 공급로를 구비하여, 제어장치(70)의 명령에 의해 그 사출장치(30)에 발포성가스를 공급한다.

그 기포핵 형성제를 공급하는 기포핵 형성제 공급장치(61 및 62)는 발포성가스 공급장치(43)와 사출장치(30)에 연결된 공급로의 말단?근방에 설치시켜, 발포성가스 중에서 예로서 산화철, 칼슘 실리케이트, 징크 스테아레이트 및 마그네슘 스테아레이트로 이루어진 그룹에서 선택한 최소 1종의 무기물의 미분말을 공급하는 구성으로 되어 있다.

도 3에서 나타낸 바와 같이, 발포성가스 공급수단(40)은 공기 공급원(41)과, 이산화탄소 공급원(42) 및 발포성가스 공급장치(43)로 구성되어 있다.

부호 31은 가소화 실린더이고, 부호 32는 스크루이며, 부호 61 및 62는 발포성가스 중에 기포핵 형성제를 공급하는 기포핵 형성제 공급장치이다(도 1에서와 같이 동일한 부호를 가진다.).

그 공기 공급원(41)은 하나의 공기 압축기(45)와, 하나의 압력조정밸브(46)와, 하나의 첵크밸브(47) 및 하나의 압력계(pressure gauge)(48)를 구비한다.

그 이산화탄소 공급원(42)은 하나의 이산화탄소 봄베(51)와, 하나의 압력조정밸브(52)와, 하나의 압력계(54) 및 하나의 첵크밸브(55)를 구비한다.

그 발포성가스 공급장치(43)는 개폐밸브(56 및 57)와, 전자방향성 제어밸브(solenoid directional control valves)(58 및 59)를 구비한다.

그 공기 공급원(41)은 공기 압축기(45)로 압축시킨 공기를 압력조절밸브(46)로 감압하고, 첵크밸브(47)를 통해 발포성가스 공급장치(43)로 공급하는 구성으로 되어 있다.

그 발포성가스 공급장치(43)에 공급된 공기는 개폐밸브(56)와 전자방향성 제어밸브(58,59)를 통하여 가소화 실린더(31) 및/또는 호퍼(35)에서 사출성형장치(30)내로 공급할 수 있다.

그 개폐밸브(56)를 열 때 압력조정밸브(46)에 의해 소정의 압력으로 감압시 킨 공기는 첵크밸브(47)를 통해 발포성가스 공급장치(43)로 공급된다.

그 발포성가스 공급장치(43)로 공급된 공기는 전자방향성 제어밸브(58)를 얻어 가소화 실린더(31)의 거의 중앙부에 설정된 공급구(supply port)를 통하여 그 발포제 함유 용융수지 중에 보낼 수 있고(feeding), 또 별도로 전자방향성 제어밸브(59)를 열어 호퍼(35)에 설정된 가스 공급구(gas supply port)를 통하여 보낼 수 있다(feeding).

본 발명의 실시예의 구성에서, 그 공기 압축기(45)는 공기원(air source)으로 사용할 수 있는 구성으로 할 수 있다.

그러나, 공장 공기(plant air)를 공기원으로 사용할 수 있는 경우, 그 공장 공기를 소정의 압력으로 감압시켜 직접 발포성가스 공급장치(43)로 연결하는 구성으로 할 수 있다.

한편으로, 그 이산화탄소 공급원(42)은 그 이산화탄소 봄베(51) 내의 이산화탄소의 압력을 압력조정밸브(52)로 감압하여 그 얻어진 이산화탄소를 첵크밸브(55)를 통해 그 발포성가스 공급장치(43)로 공급하는 구성으로 되어 있다.

그 발포성가스 공급장치(43)에 공급된 이산화탄소는 개폐밸브(57)와 전자방향성 제어밸브(58 및 59)를 통해 가소화 실린더(31)와 호퍼구(hopper port)에서 사출성형장치(30)로 공급(송입)시킬 수 있다.

그 개폐밸브(57)를 열 경우, 압력조정밸브(52)에 의해 소정의 압력으로 감압시킨 이산화탄소는 첵크밸브(55)를 통하여 발포성가스 공급장치(43)로 공급된 이산화탄소는 전자방향성 제어밸브(58)를 열어 놓음으로써 가소화 실린더(31)의 거의 중앙부에 설정된 공급구를 통하여 상기 용융수지 중으로 공급(송입)할 수 있고, 또 별도로 전자방향성 제어밸브(59)를 열어 놓음으로써 호퍼(35)에 설정된 가스 공급구(gas supply port)를 통하여 공급(송입)할 수 있다.

그 발포성가스로서 질소를 사용할 경우 질소 공급원은 도 3에서 나타낸 바와 같이 이산화탄소 공급원(42)과 동일한 구성을 가진다.

그 구성에서는 그 이산화탄소 봄베(51)를 질소원으로서 질소 봄베로 대치시킨 것이다.

또, 예로서, 그 질소 공급원을 사용하지 않고, 그 공기 공급원(41)에 가스 투과 막을 가진 질소 가스 세퍼레이터를 구비하여, 공기 중의 질소를 분리시켜 공기 압축기(45)에 공급한다.

도 1에서 나타낸 바와 같이, 제어장치(70)는 성형재료의 가소화와, 발포성가스 및 기포핵 성형제로서 산화철, 칼슘 실리케이트, 징크 스테아레이트 및 마그네슘 스테아레이트로 이루어진 그룹에서 선택한 최소 1종의 무기물의 미분말의 공급과, 몰드(10)내로 발포제 함유 용융수지의 사출을 제어하는 사출제어부(71)와, 몰드(10)의 개폐와 몰드 체결력을 제어하는 몰드 체결 제어부(72)와; 타이머(timers) 등으로 구성되어 있다.

그 몰드 체결 제어부(72)는 그 수지의 발포공정을 개시할 때 몰드 캐비티(10a)의 용적이 소정의 용적으로 되도록 가동반(2)의 위치의 이동위치와 이동속도의 설정부를 구비한다.

또, 그 몰드 체결 제어부(72)는 발포공정을 완료할 때까지 가동반(2)의 위치 를 유지하도록 제어할 수 있다.

그 발포공정에는 몰드 캐비티(10a)내 그 수지의 충전 완료(공정 (1)의 완료)를 검출한 직후 몰드(10)의 몰드 체결력을 감소하여(releasing) 그 몰드 캐비티(10a)내 발포제 함유 가소화 수지의 압력을 방출하는 공정(공정 (2))과, 몰드 캐비티(10a)내 발포제 함유 가소화 수지의 압력 방출 상태(pressure-released state)를 소정시간 동안 유지하는 공정(공정 (3))과, 몰드 캐비티(10a)를 확대하여 발포제 함유 가소화 수지를 발포시키는 공정(공정 (4))을 포함한다.

최종적으로, 그 몰드 캐비티(10a)를 확대한 상태에서 그 발포제 함유 가소화 수지를 냉각하여 유지한다(공정 (5)).

이들의 공정을 실시 중에 있을 때 스킨층과 발포핵이 형성된다. 그 몰드 체결력의 감소의 속도가 증가할수록 형성된 발포핵의 수가 증가한다.

또, 그 몰드 캐비티(10a)의 확대 속도는 그 성형수지의 신장점도(extension viscosity)에 의해 설정된다.

그 신장점도가 낮을 경우 그 확대 속도는 낮은 레벨에서 설정되고 그 신장점도가 높을 경우 그 확대속도는 높은 레벨에서 설정되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에서, 기포핵 형성제로서 시트르산 또는 타르타르산, 알루미늄 실리케이트, 글라스 파이버, 탈크 등 하나의 유기산과 하나의 성형재료를 혼합시켜 사출성형장치에 공급할 경우, 그 기포핵 형성제를 분말형상으로 하여 그 성형재료에 드라이-블렌딩(dry-blending)하는 방법과, 그 기포핵 형성제를 마스터 배치(master batch)화 하여 그 성형재료에 첨가하는 방법 등을 사용할 수 있다.

위에서 설명한 횡 몰드 체결타입의 사출성형장치(100)를 사용하여 사출성형을 하는 경우 공정의 흐름(flow)을 아래에서 구체적으로 설명한다.

도 1에서 나타낸 몰드 체결 실린더(22)의 피스톤 헤드측에 압유(pressure oil)를 공급하여 피스톤 로드를 전방향으로 이동시킨다.

따라서, 가동반(2)을 고정반(1) 쪽으로 이동시켜 그 몰드(10)를 몰드 체결(mold-clamping)하여 이 상태를 유지한다.

그 몰드에 가한 몰드 체결력은 그 수지를 충전할 때 그 수지의 충전압력에 의해 그 몰드(10)가 열려지지 않도록 하는데 필요한 최소치로 하는 것이 에너지 소비 또는 성형장치의 수명의 관점에서 바람직하다.

몰드 체결(mold-clamping)을 완료시킨 후, 그 수지는 사전에 설정한 사출충전량, 사출압력 및 사출속도를 기준으로 하여 몰드 캐비티(10a)내에 사출충전시킨다.

압유(pressure oil)를 스크루 회전수단(34)에 공급하여 스크루(32)를 회전시킨다. 호퍼(35)에서 공급된 성형재료는 가소화 실린더(31)에 부착된 히터(heater)에 의해 가열시키며, 스크루(32)의 회전에 의해 혼련 및 압축작용을 받아 용융시키고, 그 발포성가스와 기포핵 형성제를 분산 혼합시켜 스크루(32)의 전방으로 보낸다.

그 스크루(32)의 전방으로 보낸 발포성가스와 기포핵 형성제를 분산 혼합시킨 발포제 함유 용융수지를 스크루 이동수단(33)에 압유를 공급하여 스크루(32)를 전진시킴으로써 몰드 캐비티(10a)에 사출충전시킬 수 있다.

그 수지의 충전을 완료한 직후, 그 몰드 체결 실린더(22)의 피스톤 헤드측에 작용시킨 압유를 감압하여 몰드 체결력을 감소시키고 그 얻어진 상태를 소정시간 동안 유지시킨다.

그 다음, 몰드 체결 실린더(22)의 피스톤 로드측에 그 압유를 공급하여 피스톤 로드를 후진 이동시킴으로써, 가동반(2)을 고정반의 반대방향으로 이동시켜 몰드(10)를 풀어 놓아(mold-releasing), 몰드 캐비티(10a)의 용적을 확대한다.

그 몰드 캐비티(10a)의 용적 확대는 몰드 체결 제어부(72)에 구비되어 있는 가동반(2)의 위치를 이동시키는 위치와 속도의 설정부의 설정치에 따라 제어한다.

그 가동반(2)은 사전에 설정된 위치에서 정지되며, 그 위치는 가동반(2)이 몰드내 수지 발포압력에 의해 후퇴하지 않도록 유지한다.

위에서 설명한 바와 같이 몰드 용적의 확대 제어를 실행함으로써 몰드 캐비티(10a)의 용적을 확대시키기 때문에, 그 몰드 캐비티(10a) 내 수지압력은 감소하기 시작하며, 동시에 수지의 내부에서 발포가 발생하기 시작한다.

성형품의 미리 설정된 냉각시간 동안 몰드 캐비티(10a)의 용적을 유지한 냉각공정을 실행한 후, 그 몰드(10)는 성형품을 탈형하여 제거하는 위치까지 후퇴시켜 발포성형품을 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 그 몰드(10)를 겨우 연(open) 상태라도 고정몰드(3)와 가동몰드(4)는 피팅부(fitting portion)에서 서로 피팅된다.

따라서, 그 몰드 캐비티(10a)내 발포제 함유 용융수지는 몰드(10)의 밖으로 유출되지 않는다.

본 발명을 실시예에 따라 아래에서 더 구체적으로 설명한다.

실시예 1

사출성형장치로서, 전 전동토글식(all electric toggle type) 사출성형기(일본국, 우베 머시너리 코포레이션 엘티디 제작, 상품명: MD350S-IV-i9. 5A/DP, 몰드 체결력 3,430KN, 스크루 직경 52㎜)를 사용하였으며,

열가소성 수지로서 폴리프로필렌(일본국, 프라임 폴리머(주) 제조, 상품명: 자동차 내장 그레이드(grade) MRF35, 첨가제로서 고무 및 탈크 포함)을 사용하였다.

기포핵 성형제로서 소듐 비카르보네이트와 시트르산의 혼합 타입(EIWA CHEMICAL IND. CO., LTD.의 제조품)을 사용하였으며, 발포성가스로서 공기를 하였다.

이들을 가소화 실린더내 가소화 수지 중에서 0.8MPa의 압력으로 주입하였다.

가소화 스크루에 있어서, 스크루 선단에 믹싱헤드(mixing head)를 장착한 2단 스크루(two-stage screw)를 사용하였다.

성형품은 350 × 220㎜의 자동차 내장품(글로브 박스 아우터:glove box outer)으로, 충전할 때 몰드 캐비티 두께가 1.8㎜의 것을 사용하였다.

성형조건에 있어서, 그 수지온도는 200℃로 설정하였으며, 몰드 온도는 40℃로 설정하였고, 몰드 체결력(clamping force)은 3,430KN으로 설정하였으며, 사출율(injection rate)은 250g/sec로 설정하였다.

상기 설명한 조건하에서, 발포제 함유 가소화 수지를 몰드 캐비티 내에 사출하여 충전한 직후, 몰드의 몰드 체결력을 감소하여(releasing rate) 1,000KN/sec로 하였다.

몰드 체결력의 감소 상태(clamping-released state)는 그 감소 상태 유지시간으로 4초간 유지하였다.

그 몰드 캐비티는 확대속도 2㎜/sec에서 확대하였다.

또, 그 발포제 함유 가소화 수지는 몰드 캐비티를 확대한 상태에서 35초간 냉각시키고 유지하였다.

얻어진 발포성형품에 대하여, 발포상태와 외관상태는 육안으로 평가하였다. 그리고 가소화 능력(plasticization capability)(성형할 때 그 수지의 계량시간을 의미함)은 다음에 설명하는 비교예 4의 경우와 상대비교하여 평가하였다.

그 결과를 다음 표 1에서 나타낸다.

발포상태의 평가에 대하여 ○는 미세 발포셀의 집합체가 얻어진 경우를 나타내며, △는 부분적으로 거친 셀이 혼재하여 있는 집합체가 얻어진 경우를 나타내고, ×는 거친 셀(coarse cells) 또는 내부 캐비티(internal cavitiy)를 가진 집합체가 얻어진 경우를 나타낸다.

그 성형품 외관에 대하여, ○는 실버 스트릭(silver streak)이 관찰되지 않은 경우를 나타내며, △는 실버 스트릭이 약간 관찰되는 경우를 나타내고, ×는 실버 스트릭이 많이 관찰되었거나 면 전사성(surface transfer property)이 빈약(poor)한 경우를 나타낸다.

화학 발포성형(chemical foam molding)의 가소화 능력은 비교예 4의 가소화 능력을 1로 하여 상대비교를 하였다.

실시예 1에서 얻어진 성형품 셀 층의 발포상태는 바람직한 기포 밀도와 기포 직경을 가진 미세 발포셀의 집합체이었다.

스월마크(swirl marks)가 거의 없어(실버 스트릭이 약간 관찰되었으나) 외관상태도 좋았다(good).

그리고 기포핵 형성제로서 소듐 비카르보네이트와 시트르산의 혼합 타입을 사용하고 발포성가스로서 공기를 사용하였기 때문에 성형할 때 유해한 분해 생성물이 발생하지 않았다.

따라서, 유해한 분해 생성물의 잔류가 없는 열가소성 수지의 발포성형품을 얻을 수 있었다.

실시예 2~6

주입가스(infusion gas)의 종류, 주입가스압, 몰드의 체결력의 감소 속도(releasing rate), 몰드의 체결력의 감소 상태 유지시간, 확대속도(몰드의 풀어 놓는 속도) 및 발포 배율을 다음 표 1에서 나타낸 값으로 변화시키는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건으로 설정하였다.

그 결과를 표 1에 나타낸다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6
주압가스의 종류	CO₂	CO₂	N₂	CO₂	N₂	압축공기
주입가스 압	8.0	8.0	8.0	0.9	0.9	0.7
몰드의 체결력 감소 속도	1,000	1,500	1,000	1,000	1,000	1,000
몰드의 체결력 감소상태 유지시간	4	2	4	4	4	4
확대속도	2	4	1	2	1	2
발포배율	3.3	3.0	3.4	2.3	2.4	2.2
발포상태	○	○	○	○	○	○
제품 외관	△	△	△	○	○	○
가소화 능력	0.4	0.4	0.4	0.8	0.8	0.8

표 1에서의 단위에 대하여, 주입가스압이 [MPa]이고, 몰드의 체결력 감소 속도가 [KN/sec]이며, 몰드의 체결력 감소 상태 유지시간이 [sec]이고, 확대속도(몰드의 풀어 놓는 속도)가 [㎜/sec]이다.

(비교예 1~4)

주입가스의 종류, 주입가스압, 몰드의 체결력 감소 속도(clamping force releasing rate), 몰드의 체결력 감소 상태 유지시간, 확대속도(몰드의 풀어 놓는 속도) 및 발포배율을 표 2에 나타낸 값으로 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1에서 같은 조건으로 설정하였다.

특히, 실시예 1에서와 대조하여, 몰드의 체결력 감소 상태 유지시간을 0초(sec)에서 설정하였으며, 몰드의 체결력 감소 후 소정시간 동안 유지하지 않고 즉시 몰드 캐비티를 확대하였다.

그 결과를 다음 표 2에 나타낸다.

	대비예 1	대비예 2	대비예 3	대비예 4
주압가스의 종류	CO₂	N₂	N₂	화학발포제
주입가스 압	8.0	8.0	8.0	-
몰드의 체결력 감소 속도	1,000	1,000	1,500	1,000
몰드의 체결력 감소 상태 유지시간	0	0	0	0
확대속도	12	12	0.5	12
발포배율	3.0	3.1	2.4	1.7
발포상태	×	×	△	△
제품 외관	×	×	×	○
가소화 능력	0.4	0.4	0.4	1.0

표 2에서의 단위에 대하여, 주입가스압이 [MPa]이고, 몰드의 체결력 감소 속도가 [KN/sec]이며, 몰드의 체결력 감소 상태 유지시간이 [sec]이고, 확대속도(몰드의 풀어 놓는 속도)가 [㎜/sec]이다.

본 발명에 의한 열가소성 수지의 사출발포 성형방법은 경량성(lightweight properties), 단열성, 흡음성 및 동일질량에서의 강성(rigidity) 등 물성이 우수한 열가소성 수지의 사출발포성형품을 필요로 하는 여러 가지의 산업분야에서 적합하게 이용된다.

Claims

가소화한 열가소성 수지에 발포제를 혼합시킨 발포제 함유 가소화 수지를 사출하는 사출장치와, 상기 사출장치에서 사출된 상기 발포제 함유 가소화 수지를 용적을 확대 축소시킬 수 있는 몰드 캐비티 내에 충전하는 몰드를 사용하여, 상기 발포제 함유 가소화 수지로 충전된 몰드 캐비티를 확대시켜 상기 발포제 함유 가소화 수지를 발포성형시키는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법에 있어서,

다음 공정(1) ~ (5)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법.

(1) 상기 사출장치에서 상기 발포제 함유 가소화 수지를 몰드 체결상태(mold-clamped state)에 있는 상기 몰드 캐비티 내에 사출하여 충전하는 공정;

(2) 상기 발포제 함유 가소화 수지를 상기 몰드 캐비티내에 사출하여 충전한 직후, 상기 몰드의 몰드 체결력을 감소하여, 상기 몰드 캐비티내 발포제 함유 가소화 수지의 압력을 방출하는 공정;

(3) 상기 몰드 캐비티내 발포제 함유 가소화 수지의 압력 방출 상태를 소정의 시간 동안 유지하는 공정;

(4) 상기 몰드 캐비티를 확대하여 상기 발포제 함유 가소화 수지를 발포시키는 공정;

(5) 상기 몰드 캐비티를 확대한 상태에서 상기 발포제 함유 가소화 수지를 냉각하여 유지하는 공정.
제 1항에 있어서,

상기 공정 (2)에서 몰드의 체결력 감소 속도를 1,000~20,000KN/sec로 하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법.
제 1항에 있어서,

상기 공정 (3)에서 가소화 수지의 압력 방출 상태 유지시간(몰드의 체결력 감소 상태를 유지하는 소정의 시간)을 0.1~10초로 하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법.
제 1항에 있어서,

상기 공정 (4)에서 상기 몰드 캐비티를 확대하는 속도를 0.01~10㎜/sec로 하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법.
제 1항에 있어서,

상기 발포제로서 발포성가스를 사용하여, 그 발포성가스를 상기 사출장치에 압력 0.1MPa 이상, 1.0MPa 이하로 공급하여, 상기 사출장치에 존재하는 가소화 전 또는 가소화된 후의 상기 열가소성 수지와 상기 발포성가스를 접촉하도록 함으로써 상기 발포제가 상기 열가소성 수지 중에 함유하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지의 사출발포 성형방법.