KR101278133B1 - 이종배율 발포 성형장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이종배율 발포 성형장치 및 방법에 관한 것으로, 금형의 내부에 에어커튼이 형성되도록 고압공기를 분사하는 고압공기 분사구멍이 형성된 고정측 캐비티와, 상기 고압공기 분사구멍에서 분사된 고압공기가 배출되는 고압공기 배출구멍이 형성된 이동측 코어를 포함하여 구성된 이종배율 발포 성형장치와, 고압공기의 분사에 의해 금형의 내부에 에어커튼을 형성하고 그 에어커튼에 의해 형성된 경계부의 양쪽에 이종배율 발포용 수지를 각각 공급하여 이종배율 발포 성형체를 제조하는 이종배율 발포 성형방법을 제공한다.

이종배율, 발포, 성형, 에어커튼

Description

이종배율 발포 성형장치 및 방법{Foaming apparatus and method having multi-layers of different magnifying ratio}

도1 및 도2는 종래의 방법에 의한 이종배율 발포 성형방법을 설명하기 위한 도면;

도3은 본 발명의 이종배율 발포 성형방법에 의한 이종배율 발포 성형체를 제조하기 위한 장치의 구성을 개념적으로 나타낸 도면;

도4는 본 발명의 장치를 이루는 고정측 캐비티와 이동측 코어의 내면에 형성된 가이드홈의 형상을 나타낸 도면;

도5 내지 도7은 본 발명의 장치를 이루는 이동측 코어의 고압공기 배출구멍에 대한 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10 : 캐비티

11, 21 : 가이드홈

12 : 고압공기 분사구멍

20 : 코어

22 : 고압공기 배출구멍

26 : 대경부

27 : 소경부

본 발명은 이종배율 발포 성형장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 에어커튼에 의해 형성된 경계를 기준으로 이종 배율의 발포가 이루어지는 이종배율 발포 성형장치 및 방법에 관한 것이다.

이종배율 발포 성형체는, 예컨대 자동차의 앞, 위쪽에 설치되는 범퍼커버와 지지빔 사이의 업소버에 적용되며, 상대적으로 저밀도를 갖는 부위와 상대적으로 고밀도를 갖는 부위가 일체로 형성된 구성을 갖는다.

이러한 이종배율 발포 성형체를 제조하기 위한 다양한 방법이 알려져 있다.

가장 기본적인 방법은, 다른 밀도를 갖도록 성형된 제품을 접착이나 용융에 의해 서로 고정시키는 기술이다.

그러나, 이 기술은 접착이나 용융을 위한 별도의 공정이 필요하여 제품 단가를 상승시키는 요인이 되는 것은 물론, 제품의 품질이 열악한 단점을 갖는다.

다른 방법으로서, 일본국 특개평 1-257018호에는 발포특성이 다른 복수의 수지를 동시에 다른 사출공에서 성형금형으로 사출하여 성형하는 기술이 제시되어 있다.

그러나, 이 기술은 발포특성이 다른 복수의 수지 사이의 경계부가 명확하게 형성되지 않을 뿐만 아니라 그 경계부의 위치가 매우 가변적이어서 표준화된 제품 의 제조가 곤란하다는 단점을 갖는다.

또 다른 방법으로서, 일본국 특개평 11-334501 및 미국특허 5,252,270호 등에는 실린더(4) 등의 기구에 의해 작동되는 격벽(5)에 의해 발포특성이 다른 복수의 수지 사이의 경계부를 형성하는 기술이 제시되어 있다. 상기 격벽(5)은 판재 모양을 이루거나, 핀이 일정 간격 떨어진 모양을 가질 수 있다.

이러한 기술은 크게 두 가지 형태로 분류되며, 첫 번째 형태는 도1에 도시된 것처럼, 이종밀도의 원재료를 갖는 2개의 압력충진호퍼(1)(2)가 구비된 구성의 것이며, 두 번째 형태는 도2에 도시된 것처럼, 한 종류의 원재료를 갖는 하나의 압력충진호퍼(3)가 구비된 구성의 것이다. 그리고, 후자의 형태를 갖는 구성에서는 첫 번째 충진시 모든 챔버의 인젝터가 열린 상태이며, 두 번째 충진시 낮은 밀도를 갖는 챔버의 인젝터가 닫힌 상태로 유지되게 함으로써 이종배율 발포 성형체의 제조가 이루어진다.

그러나, 격벽(5)을 이용하여 발포특성이 다른 복수의 수지 사이의 경계부를 형성하는 상기의 기술은, 실린더 등의 기구가 금형에 설치되어 금형의 전체 구조가 복잡해지고, 특히 성형시 접착계면이 취약한 단점을 갖는다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고압의 에어를 분사하여 형성되는 에어커튼을 이용하여 발포특성이 다른 복수의 수지 사이의 경계부를 이루도록 하여 이종배율 발포 성형체를 제조할 수 있는 이종배율 발포 성형장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 발명은, 이종배율 발포용 수지를 금형의 내부로 공급하여 이종배율 발포 성형체를 제조하도록 구성된 이종배율 발포 성형장치로서, 금형의 내부에 에어커튼이 형성되도록 고압공기를 분사하는 고압공기 분사구멍이 형성된 고정측 캐비티와, 상기 고압공기 분사구멍에서 분사된 고압공기가 배출되는 고압공기 배출구멍이 형성된 이동측 코어를 포함하여 구성된 이종배율 발포 성형장치를 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 고압공기의 분사에 의해 금형의 내부에 에어커튼을 형성하고 그 에어커튼에 의해 형성된 경계부의 양쪽에 이종배율 발포용 수지를 각각 공급하여 이종배율 발포 성형체를 제조하는 이종배율 발포 성형방법을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도3은 본 발명의 이종배율 발포 성형방법에 의한 이종배율 발포 성형체를 제조하기 위한 장치의 구성을 개념적으로 나타낸 도면이다.

고정측 캐비티(10)와, 이동측 코어(20)의 사이에 소정의 공간이 형성되며, 이 공간에 발포특성이 다른 복수의 수지를 공급함으로써 이종배율 발포 성형체가 제조된다.

상기 고정측 캐비티(10)에는 금형의 내부로 고압공기를 분사하기 위한 고압공기 분사구멍(12)이 형성되며, 이 고압공기 분사구멍(12)에는 각각 밸브(16)가 갖춰진 고압공기 공급관(14)이 연결된다.

그리고, 상기 고압공기 공급관(14)은 미도시된 고압공기 공급원으로부터 고 압공기를 제공받도록 연결된다.

상기 이동측 코어(20)에는 상기 고압공기 분사구멍(12)에서 분사된 고압공기를 외부로 배출시키기 위한 고압공기 배출구멍(22)이 형성되며, 이 고압공기 배출구멍(22)은 상기 고압공기 분사구멍(12)에서 분사된 고압공기의 경로 상에 있도록 배치된다.

이러한 고압공기 배출구멍(22)의 크기는 금형 내부로 공급되는 수지의 크기보다 작게 형성되어 수지가 고압공기 배출구멍(22)을 통해 외부로 배출되지 않게 한다.

이와 같이 고압공기 분사구멍(12)을 통해 분사되어 상기 고압공기 배출구멍(22)을 통해 배출되는 고압공기는 금형의 내부에서 발포특성이 다른 복수의 수지 사이의 경계부를 이루는 에어커튼(18)을 형성한다.

상기 고압공기 분사구멍(12)에서 분사되어 상기 고압공기 배출구멍(22)으로 이동하는 고압공기의 통로를 이루는 상기 고정측 캐비티(10)와 이동측 코어(20)의 내부 표면에는 도4에 도시된 것처럼 나사산 모양의 가이드홈(11)(21)이 형성될 수 있으며, 이러한 가이드홈(11)(21)은 고압공기의 진행 방향을 따라 연속되어 고압공기에 의한 에어커튼의 형성에 도움이 된다.

물론, 상기에서 고압공기를 분사하는 것으로 설명하고 있지만, 이에 한정하고자 하는 취지는 아니며, 고온증기 등 기타 유체에 의해 에어커튼을 형성하는 것도 본 발명의 범주에 포함됨은 당연하다.

또한, 상기 고압공기 배출구멍은 다양한 모양으로 형성될 수 있다.

즉, 도5에 도시된 고압공기 배출구멍(22A)은 여러 개의 슬릿 모양으로 형성되며, 도6에 도시된 고압공기 배출구멍(22B)은 여러 개의 원형 구멍으로 형성되며, 도7에 도시된 고압공기 배출구멍(22C)은 내경의 크기가 상대적으로 크게 형성된 대경부(26)와 내경의 크기가 상대적으로 작게 형성된 소경부(27)로 이루어진다.

그리고, 상기 에어커튼(18)에 의해 형성되는 경계부 양쪽에는 각각 발포특성이 다른 복수의 수지가 공급되는 수지공급관(24)(25)이 설치되며, 이 수지공급관(24)(25)은 고정측 캐비티(10) 또는 이동측 코어(20)에 설치된다.

상기 수지공급관(24)(25)은 압력충진호퍼(31)(32)에 연결되어 각각 수지를 공급받는다.

상기 압력충진호퍼(31)(32)에 충진된 수지는 EPP, EPE, EPS 등으로 이루어지며, 특히 저배율 제품은 충돌시 에너지 흡수력이 높아 자동차 범퍼 코어에 적합하다.

이러한 장치를 이용한 이종배율 발포 성형방법은 다음과 같이 수행될 수 있다.

전체적인 공정은 금형의 내부로 수지(비드)를 충진하는 단계와, 금형에 충진된 수지를 가열하는 단계와, 가열이 완료된 후 금형을 냉각하는 단계와, 제품을 금형으로부터 빼내는 이형 단계를 포함한다.

먼저, 금형의 내부로 수지를 충진하는 단계를 수행한다.

금형의 내부로 수지를 충진하기 전에, 금형내 잔유 수분을 고압공기에 의해 제거하여 비드의 충진을 용이하게 하는 프리 블로워(Free Blower) 단계와, 비드를 열분해하여 충진시 에어의 배출과 금형내에 비드의 충진을 용이하게 하는 크래킹 단계를 수행한다.

계속하여, 금형의 내부로 비드를 충진하는 단계를 수행한다.

이러한 비드 충진 단계가 이루어지고 상기 냉각 단계를 수행하기 전에, 피더 및 호스 내에 잔류하는 비드를 고압공기에 의해 호퍼로 회수하는 블로우 백(Blow Back) 단계를 수행한다.

다음, 금형에 충진된 수지를 가열하는 단계를 수행한다.

이러한 가열은, 일방가열, 역일방가열, 양면가열 및 보열을 포함한다.

일방가열은, 증기의 흐름 방향을 캐비티에서 코어로 향하도록 하는 것으로, 비드가 충진될 때 비드 사이의 에어를 외부로 배출하고 또한 비드를 약하게 융착되게 한다.

역일방가열은, 증기의 흐름 방향을 코어에서 캐비티로 향하도록 하는 것으로, 일방가열에 의한 열균형을 맞추는 기능을 한다.

양면가열은, 캐비티측과 코어측에서 동시에 가열이 이루어지며, 비드의 융점에 인접하는 고열로 가열하여 성형품이 제조되게 한다.

보열은, 드레인밸브와 증기밸브를 닫아 금형을 외부와 차단시킴으로써 성형품 전체의 융착을 균일화한다.

다음, 가열이 완료된 후 금형을 냉각하는 단계를 수행한다.

이러한 냉각은 예비냉각, 제1 수냉각, 제2 수냉각 및 방냉을 포함한다.

예비냉각은, 드레인밸브를 닫은 상태로 금형 내부로 냉각수를 넣은 후 내압 을 낮추는 과정이다.

제1 수냉각은, 캐비티와 코어금형을 동시에 물로 냉각시킴에 의해 성형품이 냉각되게 한다.

제2 수냉각은, 코어금형만을 물로 냉각시킴에 의해, 캐비티 금형과의 온도 균형을 맞추는 기능을 한다.

방냉은, 수냉을 종료하고 에어에 의한 냉각에 의해 수행된다. 금형 온도로 성형품을 냉각하고 또한 냉각의 균일화가 이루어진다.

다음, 제품을 금형으로부터 빼내는 이형 단계를 수행한다.

이러한 이형은 제1 이형, 제2 이형 및 이젝터를 포함한다.

제1 이형은, 금형과 성형품의 표면을 이형시킬 때 이형을 용이하게 하기 위해, 금형을 닫고 압축 에어를 주입함에 의해 이루어진다.

제2 이형은, 성형품을 캐비티 쪽으로 붙도록 하기 위해 코어 쪽에서 에어를 주입하는 것에 의해 이루어진다.

이젝터는, 금형 개방 도중에 캐비티 쪽에서 에어를 주입하고 성형품을 캐비티 금형에서 쉽게 이형되도록 이젝터 핀이 사용된다.

특히, 본 발명의 경우, 금형의 내부로 비드를 충진할 때, 고압의 에어를 분사함에 의해 금형의 내부에서 에어커튼이 형성되게 하고, 이 에어커튼은 금형의 내부에서 발포특성이 다른 복수의 수지 사이의 경계부를 형성한다.

상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 이종배율 발포 성형장치 및 방법에 의 하면, 고압의 에어를 분사하여 에어커튼을 형성함으로써 그 에어커튼에 의해 발포특성이 다른 복수의 수지 사이의 경계부를 이루도록 하여, 이종배율 발포 성형체를 제조할 수 있다.

특히, 격판 등에 의해 기계적으로 경계부를 형성하는 것과 비교할 때 경계부에서의 공극 발생이 없기 때문에 경계부에서의 강도가 향상되는 우수한 효과를 갖는다.

Claims (6)

1. 이종배율 발포용 수지를 금형의 내부로 공급하여 이종배율 발포 성형체를 제조하도록 구성된 이종배율 발포 성형장치로서,

   금형의 내부에 에어커튼이 형성되도록 고압공기를 분사하는 고압공기 분사구멍(12)이 형성된 고정측 캐비티(10)와,

   상기 고압공기 분사구멍(12)에서 분사된 고압공기가 배출되는 고압공기 배출구멍(22)이 형성된 이동측 코어(20)를 포함하여 구성된 이종배율 발포 성형장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 고정측 캐비티(10)와 이동측 코어(20)의 내면에는 상기 고압공기 분사구멍(12)에서 고압공기 배출구멍(22) 쪽으로 이동하는 방향으로 길게 형성된 나사산 모양의 가이드홈(11)(21)이 구비됨을 특징으로 하는 이종배율 발포 성형장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고압공기 배출구멍은, 여러 개의 슬릿 모양으로 형성됨을 특징으로 하는 이종배율 발포 성형장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고압공기 배출구멍은, 여러 개의 원형 구멍이 일정 간격 떨어져 배치된 모양으로 형성됨을 특징으로 하는 이종배율 발포 성형장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고압공기 배출구멍은, 내경의 크기가 상대적으로 크게 형성된 대경부(26)와 내경의 크기가 상대적으로 작게 형성된 소경부(27)로 이루어짐을 특징으로 하는 이종배율 발포 성형장치.
6. 고압공기의 분사에 의해 금형의 내부에 에어커튼을 형성하고 그 에어커튼에 의해 형성된 경계부의 양쪽에 이종배율 발포용 수지를 각각 공급하여 이종배율 발포 성형체를 제조하는 것을 특징으로 하는 이종배율 발포 성형방법.

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