KR101515611B1 - 성형체의 제조방법 및 블리스터 발생을 억제하는 방법 - Google Patents

성형체의 제조방법 및 블리스터 발생을 억제하는 방법 Download PDF

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Abstract

사용되는 액정성 수지 조성물의 종류에 관계없이 블리스터의 발생을 억제할 수 있는 동시에 성형체의 생산성을 한계 가까이까지 높일 수 있는 성형체의 제조방법 및 블리스터의 발생을 억제하는 방법을 제공한다.
소정의 성형 조건으로 액정성 수지 조성물을 사출성형한 경우에, 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)과, 스프루의 출구지름과 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)와의 관계를 소정 형식의 함수(Vcmax=f(φs/φn))로 도출하고, Vcmax<f (φs/φn)를 만족하는 조건으로 액정성 수지 조성물을 사출성형 한다.

Description

성형체의 제조방법 및 블리스터 발생을 억제하는 방법{METHOD FOR PRODUCING MOLDED BODY AND METHOD FOR SUPPRESSING GENERATION OF BLISTER}
본 발명은, 액정성 수지 조성물을 사출성형하여 이루어지는 성형체의 제조방법, 및 액정성 수지 조성물을 사출성형 할 때의 블리스터 발생을 억제하는 방법에 관한 것이다.
엔지니어링 플라스틱이라 불리는 일군의 플라스틱은 높은 강도를 가져 금속부품에 대체되고 있다. 그 중에서도 액정성 수지라 불리는 일군의 플라스틱은 결정구조를 유지하면서 용융되기 때문에 결정구조에 근거하는 고강도와, 고화시 결정구조가 크게 변화되지 않는다는 점에서 용융시와 고화시의 체적 변화가 작고, 성형 수축이 작다는 이점이 있다.
상기와 같은 액정성 수지는 성형성 및 내열성이 우수하여 소형 전자부품의 구성 재료로서 바람직하게 사용되고 있다. 그 중에서도 상기 액정성 수지와 무기 충전재를 적절히 용융 혼련시키면 내열성 등을 높인 액정성 수지 조성물을 얻을 수 있다고 알려져 있다.
예를 들면 액정성 수지에 유리섬유나 탄소섬유로 대표되는 섬유상 보강재나, 실리카, 운모, 클레이, 글래스비즈 등의 무기 분립체 등을 충전(充塡)한 액정성 수지 조성물은, 유동성과 기계적 강도의 균형이 양호하기 때문에 박육부(薄肉部) 또는 복잡한 형상을 가지는 전기ㆍ전자부품에 적합한 재료가 된다. 상기와 같은 액정성 수지 조성물은, 릴레이 부품, 코일 보빈, 커넥터, 볼륨 부품, 정류자나 세퍼레이터 등의 모터 부품 또는 코일, 수정 진동자, IC 칩 등의 소자 등의 seal재 등에 사용되고 있다.
상기와 같은 액정성 수지 조성물은 매우 우수한 재료로서 다양한 용도에 이용될 수 있다. 그러나 액정성 수지 조성물은 성형시 개선해야 할 문제가 있다. 이러한 액정성 수지 조성물의 성형시의 문제점이란, 성형시에 용융 상태에 있는 액정성 수지 조성물이 공기나 재료에서 발생되는 가스를 말아들여 성형품 내부에 기포가 포함된다는 것이다. 성형품 내부에 기포가 포함되면, 열처리 등으로 성형품이 고온에 노출되는 경우에 기포내의 공기나 가스가 팽창하여 성형품 표면이 불룩해진다. 이와 같이 성형품 표면이 불룩해지는 것을 블리스터라 한다.
상기와 같은 블리스터의 발생을 억제하기 위한 대책으로서, 수지 조성물의 용융 압출시에 가스배출구(vent hole)로부터 충분히 탈기할 것, 성형시에 성형기에 수지 조성물을 오래 체류시키지 않을 것 등을 들 수 있다. 그러나 이러한 성형시의 조건 등의 변경만으로는 충분히 블리스터의 발생을 억제할 수 없다.
그래서, 상기 블리스터 발생을 억제하기 위하여 액정성 수지 조성물을 개량할 것, 액정성 수지 조성물을 개량하는 동시에 성형 조건을 개량할 것 등이 행하여지고 있다. 예를 들면 특허문헌 1(일본 특허 공개 2003-211443호 공보)에는, 피혼련 재료로부터 휘발분을 제거하기 위한 개방구와 한 쌍의 2조 스크루를 구비하는 혼련기로 특정양의 무기 충전제를 포함하는 특정한 액정성 수지 조성물을 용융 혼련하여 얻는 하중 처짐 온도 230℃ 이상의 액정 폴리에스테르 조성물의 제조방법에 있어서, 상기 혼련기 스크루 교합율을 1.60 이상으로 조정하는 액정성 수지 조성물의 제조방법이 개시되어 있다. 상기 특허문헌 1에 기재된 기술에 의하면, 액정성 수지 조성물의 융점ㆍ하중 처짐 온도 등의 기본적 내열성을 유지하면서 내블리스터성이 우수한 액정성 수지 조성물을 제공할 수 있다고 되어 있다.
1. 일본 특허 공개 2003-211443호 공보
상기한 바와 같이, 블리스터의 발생을 억제하기 위한 검토는 왕성하게 이루어지고 있다. 상기 액정성 수지 조성물을 개량하는 방법에서는 용도에 적합한 물성인지 아닌지의 검토가 필요하다. 즉, 어느 특정한 용도로 바람직한 액정성 수지 조성물의 블리스터 발생을 억제할 경우, 종래의 재료를 개선하는 방법에서는 상기 액정성 수지 조성물이 변경되기 때문에, 이와 같이 변경된 액정성 수지 조성물이 원하는 물성을 구비하는지의 여부에 대한 재검토를 할 필요가 있다. 그래서, 상기 물성 검토를 실시할 필요가 없도록, 사용하는 액정성 수지 조성물의 종류에 관계없이 블리스터 발생을 억제하기 위한 기술이 요구되고 있다.
또한, 액정성 수지 조성물을 사출성형할 때 사출 속도를 낮게 하면, 블리스터의 발생을 억제할 수 있다. 그러나, 성형품의 생산성 향상의 관점에서 사출 속도를 높게 하는 것이 강력히 요구되고 있다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 사용되는 액정성 수지 조성물의 종류에 관계없이, 블리스터의 발생을 억제할 수 있는 동시에 성형체의 생산성을 한계 가까이 까지 높일 수 있는 성형체의 제조방법 및 블리스터의 발생을 억제하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은, 성형시의 용융 상태의 액정성 수지 조성물이 공기를 말아들인다는 점에 착안하여, 이상과 같은 과제를 해결하기 위하여 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과 블리스터 발생의 주요 원인이 되는 공기의 말아들임은 스프루에서 일어난다는 것을 발견하고, 또한 블리스터가 발생되지 않는 최대 사출용량(Vcmax)과, 스프루의 출구지름과 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)와의 관계를 소정 형식의 함수(Vcmax=f(φs/φn))로 도출하여, Vcmax<f(φs/φn)를 만족하는 조건으로 액정성 수지 조성물을 사출성형 함으로써 상기 과제를 해결할 수 있음을 찾아내어 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 보다 구체적으로 본 발명은 이하의 것을 제공한다.
(1) 소정의 성형 조건으로 액정성 수지 조성물을 사출성형 한 경우에, 성형체 표면에 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)1을 측정하는 공정과, 상기 소정의 성형 조건 중 스프루의 출구지름(φs)과 노즐의 출구지름(φn)과의 비(φs/φn)를 변경하여 상기 액정성 수지 조성물을 사출성형 한 경우에, 성형체 표면에 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)2을 측정하는 공정과, 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)과, 스프루의 출구지름과 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)와의 관계를 소정 형식의 함수(Vcmax=f(φs/φn))로 도출하는 공정를 포함하고, Vcmax(cm3/sec)<f(φs/φn)를 만족하는 조건으로 액정성 수지 조성물을 사출성형 하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
(2) 상기 소정 형식의 함수가, 하기의 식(I)로 표시되고, 또한 하기식 (II)을 만족하는 성형 조건으로 액정성 수지 조성물을 사출성형하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 성형체의 제조방법.
Vcmax(cm3/sec) <-45(φs/φn)+240···(I)
φn < 3mm ···(II)
(3) 상기 노즐의 출구지름(φn)이 2mm 이하인 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 성형체의 제조방법.
(4) 상기 액정성 수지 조성물은, 유리섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3)의 어느 한 항에 기재된 성형체의 제조방법.
(5) 상기 스프루의 출구지름과 상기 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)가 4.5 이하인 (1) 내지 (4)의 어느 한 항에 기재된 성형체의 제조방법.
(6) 스프루의 출구지름(mm)과 노즐의 출구지름(mm)의 비(φs/φn)를 소정값 이하로 함으로써, 액정성 수지 조성물을 사출성형 할 때의 블리스터 발생을 억제하는 방법.
(7) 상기 소정값이 4.5 이하이고 상기 노즐의 출구지름(φn)이 3mm 이하인 (6)에 기재된 블리스터 발생을 억제하는 방법.
본 발명에 의하면, 가능한 한 사출용량이 많은 조건을 용이하게 이끌어 낼 수 있다. 사출용량이 많아지면, 수득되는 성형품의 생산성은 높아진다. 이로 인해, 액정성 수지 조성물을 성형할 때 성형품의 생산성을 한계 가까이 까지 높일 수 있다. 또한 본 발명은, 사용하는 액정성 수지 조성물에 제한이 없다. 따라서 재료변경에 의한 물성의 재검토도 필요하지 않아 용이하게 액정성 수지 조성물을 성형하여 이루어지는 성형품의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 러너, 스프루 및 노즐이 접속된 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는, 비(φs/φn)와 사출용량(Vcmax)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은, 실시예의 비(φs/φn)와 사출용량(Vcmax)의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 대하여 상세하게 설명하나, 본 발명이 이하의 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적 범위 내에서 적절히 변경을 가해 실시할 수 있다.
본 발명의 성형체의 제조방법은, 소정의 성형 조건으로 액정성 수지 조성물을 사출성형한 경우에 성형체 표면에 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)1을 측정하는 공정(이하, "제1 사출용량 측정공정"이라고도 한다)과, 상기 소정의 성형 조건 중 스프루의 출구지름(φs)과 노즐의 출구지름(φn)의 비(φs/φn)를 변경하여 상기 액정성 수지 조성물을 사출성형한 경우에, 성형체 표면에 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)2을 측정하는 공정(이하, "제2 사출용량 측정공정"이라고도 한다)과, 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)과, 스프루의 출구지름과 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)와의 관계를 소정 형식의 함수(Vcmax=f(φs/φn))로 도출하는 공정(이하, "관계식 도출공정"이라고도 한다)과, Vcmax<f(φs/φn)를 만족하는 조건으로 액정성 수지 조성물을 사출성형 하는 공정(이하, "사출성형공정"이라고도 한다)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
<제1 사출용량 측정공정>
제1 사출용량 측정공정이란, 소정의 성형 조건으로 액정성 수지 조성물을 사출성형한 경우에, 성형체 표면에 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)1을 측정하는 공정이다. 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량을 측정하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 스프루의 출구지름과 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)를 소정값으로 고정하고, 블리스터가 발생될 때까지 사출용량의 조건을 단계적으로 상승시켜 가면서 블리스터가 발생된 사출용량의 조건보다 한 단계 낮은 사출용량의 조건을 "블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)"이라고 결정할 수 있다. 단계적으로 사출용량의 조건을 상승시킬 때에, 사출용량을 어느 정도의 간격으로 올려 최대의 사출용량을 측정할 것인가는 사용하는 액정성 수지 조성물 등에 의해 적절히 변경된다. 본 발명에서는, 후술하는 바와 같이, 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)과 스프루의 출구지름과 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)와의 관계를 구하는 것에 특징이 있다. 본 공정에서는, 상기 관계를 구하기 위해 필요한 소정의 비(φs/φn)에서의 최대의 사출용량(Vcmax)을 구한다. 본 공정에서 구한 상기 비와 사출용량을 (φs/φn)1, (Vcmax)1이라고 한다.
도 1은, 러너, 스프루 및 노즐이 접속된 상태를 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 스프루 출구지름은 스프루와 러너의 접속부의 스프루지름이다. 또한 도 1에 나타낸 바와 같이, 노즐 출구지름은 노즐 선단 출구의 노즐 내경이다.
"성형체 표면에 블리스터가 발생한다"에 대해서는, 블리스터가 발생할 것인가 아닌가의 판단을 어떻게 실시할 것인지는 특별히 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 소정의 성형 조건으로 사출성형에 의해 5개 이상의 성형체를 성형하고, 모든 성형체에 대하여 피크 온도 280℃의 리플로우 처리(예를 들면 실시예에 기재된 조건으로 실시하는 리플로우 처리)를 실시하고, 예를 들면 육안 관찰로 하나라도 블리스터가 발생하면, "블리스터가 발생한다"고 평가하는 판단 방법이 바람직하다. 동일한 소정의 성형 조건으로 사출성형하여 5개 이상의 성형체의 블리스터를 평가함으로써 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)과, 스프루의 출구지름과 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)와의 관계를 보다 정확한 관계식으로 나타낼 수 있다.
[소정의 성형 조건]
소정의 성형 조건이란, 성형기의 종류, 금형온도, 사출 속도, 스크루 회전수 등의 사출성형시의 조건이다. 이들 조건은, 사용하는 액정성 수지 조성물의 종류에 따라 적절히 바람직한 조건으로 변경된다. 본 공정에서는 사출용량의 조건만을 변경시켜 사출성형을 반복함으로써 성형체 표면에 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량을 측정한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)과, 스프루의 출구지름과 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)와의 관계를 구한다. 따라서, 본 발명에서는 성형체 표면에 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량을 측정한다. 사출 속도 등이 아닌 사출용량을 측정하여 상기 관계를 구하는 방법이라면, 다양한 스크루 지름의 성형기에 응용 가능하다는 이점이 있다.
스프루의 출구지름과 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)는 후술하는 바와 같이, 4.5 이하인 것이 바람직하다.
본 발명은, 액정성 수지 조성물을 사출성형 할 때, 성형체 표면에 블리스터가 발생되지 않는 조건을 도출할 수 있다. 상기 성형체 표면의 블리스터는, 노즐의 출구지름이 3mm 미만인 경우에 발생되기 쉬운 경향이 있다. 따라서, 노즐의 출구지름을 3mm 미만으로 하는 소정의 성형 조건인 경우에, 본 발명의 성형체의 제조방법을 이용하는 것이 유용하다. 또한, 노즐의 출구지름을 3mm 이상의 조건으로 하면, "드롤링(drooling)"등의 문제가 발생한다. 그 결과, 많은 액정성 수지 조성물에서는 노즐 지름을 3mm 미만으로 설정할 필요가 있다. 따라서, 본 발명은 매우 많은 액정성 수지 조성물에 대하여 유용하다. 여기서 "드롤링"이란 노즐로부터 용융 수지가 유출되는 현상을 말한다. 특히, 본 발명의 성형체의 제조방법에 의하면, 노즐의 출구지름이 2mm 이하인 조건으로도 블리스터나 드룰링 등의 다른 문제를 발생시키지 않고, 높은 생산성으로 액정성 수지 조성물을 성형하여 이루어지는 성형체를 얻을 수 있다. 또한 노즐의 출구지름은, 유동성을 확보한다(금형 캐비티내에 수지를 완전히 충전시킨다)는 관점에서 1mm 이상인 것이 바람직하다.
[액정성 수지 조성물]
본 발명에 사용되는 액정성 수지란, 광학이방성 용융상을 형성할 수 있는 성질을 가지는 용융 가공성 폴리머를 가리킨다. 이방성 용융상의 성질은, 직교 편광자를 이용한 관용의 편광검사법에 의해 확인할 수 있다. 보다 구체적으로 이방성 용융상의 확인은, Leitz 편광현미경을 사용하고, Leitz 핫 스테이지에 올린 용융 시료를 질소분위기 하에서 40배의 배율로 관찰함으로써 실시할 수 있다. 본 발명에 적용할 수 있는 액정성 수지는 직교 편광자 사이에서 검사했을 때, 가령 용융 정지 상태일지라도 편광은 통상 투과시키고 광학적으로 이방성을 나타낸다.
상기와 같은 액정성 수지로서는 특별히 한정되지 않으나, 방향족 폴리에스테르 또는 방향족 폴리에스테르 아미드인 것이 바람직하고, 방향족 폴리에스테르 또는 방향족 폴리에스테르 아미드를 동일 분자쇄 중에 부분적으로 포함하는 폴리에스테르도 그 범위에 있다. 이들은 60℃에서 펜타플루오로페놀에 농도 0.1중량%로 용해시켰을 때, 바람직하게는 적어도 약 2.0dl/g, 더욱 바람직하게는 2.0~10.0dl/g의 대수점도(I.V.)를 가지는 것이 사용된다.
본 발명에 적용할 수 있는 액정성 수지로서의 방향족 폴리에스테르 또는 방향족 폴리에스테르 아미드로서 특히 바람직한 것은, 방향족 히드록시카르복실산, 방향족 히드록시아민, 방향족 디아민의 군에서 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 구성 성분으로 포함하는 방향족 폴리에스테르, 방향족 폴리에스테르 아미드이다.
보다 구체적으로는,
(1) 주로 방향족 히드록시카르복실산 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 폴리에스테르;
(2) 주로 (a) 방향족 히드록시카르복실산 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상과, (b) 방향족 디카르복실산, 지환족 디카르복실산 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상과, (c) 방향족 디올, 지환족 디올, 지방족 디올 및 그 유도체의 적어도 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 폴리에스테르;
(3) 주로 (a) 방향족 히드록시카르복실산 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상과, (b) 방향족 히드록시아민, 방향족 디아민 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상과, (c) 방향족 디카르복실산, 지환족 디카르복실산 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 폴리에스테르아미드;
(4) 주로 (a) 방향족 히드록시카르복실산 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상과, (b) 방향족 히드록시아민, 방향족 디아민 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상과, (c) 방향족 디카르복실산, 지환족 디카르복실산 및 그 유도체의 1종 또는 2종 이상과, (d) 방향족 디올, 지환족 디올, 지방족 디올 및 그 유도체의 적어도 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 폴리에스테르아미드 등을 들 수 있다. 또한 상기의 구성 성분에, 필요에 따라 분자량 조정제를 병용할 수 있다.
본 발명에 적용할 수 있는 상기 액정성 수지를 구성하는 구체적 화합물의 바람직한 예로서는, p-히드록시벤조산, 6-히드록시-2-나프토인산 등의 방향족 히드록시카르복실산, 2,6-디히드록시나프탈렌, 1,4-디히드록시나프탈렌, 4,4'-디히드록시비페닐, 하이드로퀴논, 레조르신, 하기 일반식(I) 및 하기 일반식(II)로 표시되는 화합물 등의 방향족 디올; 테레프탈산, 이소프탈산, 4,4'-디페닐디카르복실산, 2,6-나프탈렌디카르복실산 및 하기 일반식(III)로 표시되는 화합물 등의 방향족 디카르복실산; p-아미노페놀, p-페닐렌디아민 등의 방향족 아민류를 들 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112011092016284-pct00001
(X:알킬렌(C1~ C4), 알킬리덴, -O-, -SO-, -SO2-, -S-, -CO-에서 선택되는 기이다.)
[화학식 2]
Figure 112011092016284-pct00002
[화학식 3]
Figure 112011092016284-pct00003
(Y:- (CH2)n- (n=1~4), -O (CH2)nO- (n=1~4)에서 선택되는 기이다.)
본 발명에 사용되는 액정성 수지 조성물은, 2종류 이상의 액정성 수지를 포함하는 것일 수 있고, 액정성 수지 이외의 수지를 포함하는 것일 수도 있다. 또한 핵제, 카본 블랙, 무기소성안료 등의 안료, 산화방지제, 안정제, 가소제, 윤활제, 이형제 및 난연제 등의 첨가제를 첨가하여 원하는 특성을 부여한 조성물도 포함된다.
특히, 본 발명의 성형체의 제조방법은, 무기 충전제를 포함하는 액정성 수지 조성물을 이용하는 경우에 적합하다. 사용 가능한 무기 충전제는 특별히 한정되지 않으며, 종래 공지의 것을 사용할 수 있다. 종래 공지의 무기 충전제로는, 예를 들면 섬유상 충전제로서, 아스베스토스 섬유, 실리카 섬유, 실리카ㆍ알루미나섬유, 알루미나섬유, 지르코니아 섬유, 질화붕소섬유, 질화규소섬유, 붕소섬유, 티탄산칼륨섬유, 또한 스테인레스, 알루미늄, 티탄, 동, 놋쇠 등의 금속의 섬유상 물질 등의 무기질 섬유상 물질을 들 수 있다. 분립(粉粒)상 충전제로는, 카본 블랙, 흑연, 실리카, 석영분말, 글래스비즈, 밀드글래스파이버, 글래스 벌룬(glass balloon), 유리가루, 규산칼슘, 규산알루미늄, 카올린, 활석, 클레이, 규조토, 규회석과 같은 규산염, 산화철, 산화티탄, 산화아연, 삼산화안티몬, 알루미나와 같은 금속의 산화물, 탄산칼슘, 탄산마그네슘과 같은 금속의 탄산염, 황산칼슘, 황산바륨과 같은 금속의 황산염, 기타 페라이트, 탄화규소, 질화규소, 질화붕소, 각종 금속분말 등을 들 수 있다. 이들 무기 충전제의 여러 종류를 포함하는 것도 본 발명에 사용 가능한 액정성 수지 조성물에 포함된다. 또한, 판상 충전제로는, 운모, 글래스 플레이크, 각종 금속박 등을 들 수 있다. 이들 무기 충전제 중에서는 후술하는 바와 같이, 유리섬유, 활석의 사용이 바람직하다.
<제2 사출용량 측정공정>
제2 사출용량 측정공정이란, 상기 제1 사출용량 측정공정에서의 소정의 성형 조건 중 스프루의 출구지름(φs)과 노즐의 출구지름(φn)의 비(φs/φn)를 변경하여 상기 액정성 수지 조성물을 사출성형 한 경우에, 성형체 표면에 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)을 측정하는 공정이다. 본 공정에서 설정한 상기 비(φs/φn)와 본 공정에서 구한 상기 사출용량(Vcmax)을, 각각 (φs/φn)2, (Vcmax)2라고 한다. 본 발명에서는, 후술하는 바와 같이 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)과, 스프루의 출구지름과 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)와의 관계를 구한다. 상기 제1 사출용량 측정공정에서 얻어지는 (φs/φn)1, (Vcmax)1에 더하여, 본 공정에서 얻어지는 (φs/φn)2, (Vcmax)2를 구함으로써, 비(φs/φn)와 사출용량(Vcmax)과의 관계를 구할 수 있다. 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량의 측정 방법은, 제1 사출용량 측정공정의 경우와 마찬가지로 특별히 한정되지 않는다.
사출용량(Vcmax)은, 30(cm3/s) 이상인 것이 바람직하다. 사출용량이 30(cm3/s)보다 낮은 경우는 생산성의 관점에서 액정성 수지를 취급할 때 통상 성형하지 않는 영역이다.
제2 사출용량 측정공정 후에, 비(φs/φn)를 더욱 변경하여 제3 사출용량 측정공정을 실시하여 성형체 표면에 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)3을 측정하는 것이 바람직하다. 많은 데이터를 이용함으로써 비(φs/φn)와 사출용량(Vcmax)과의 관계를 보다 정확하게 구할 수 있기 때문이다. 또한, 상기의 제2 사출용량 측정공정 후에 실시하는 측정에서의 사출용량(Vcmax)은, 30(cm3/s) 이상인 것이 바람직하다. 후술하는 관계식에서 보다 정확하게 구할 수 있기 때문이다.
<관계식 도출공정>
관계식 도출공정이란, 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)과, 스프루의 출구지름과 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)와의 관계를 소정 형식의 함수(Vcmax=f(φs/φn))로 도출하는 공정이다. 본 발명의 특징의 하나는, 상기 비 (φs/φn)와, 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)과의 사이에 상관 관계가 있음을 찾아내고, 더욱이 상기 관계식이 많은 액정성 수지 조성물에 적용될 수 있음을 찾아낸 것에 있다.
구체적인 관계식의 도출 방법은, 제1 사출용량 측정공정에서 얻은 (φs/φn)1, (Vcmax)1과, 제2 사출용량 측정공정에서 얻은 (φs/φn)2, (Vcmax)2로부터, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 근사 함수(Vcmax=f(φs/φn))를 구한다. 근사 함수의 형식으로는 특별히 한정되지 않으며, 멱승 근사, 대수 근사, 선형 근사, 다항식 근사, 지수 근사 등을 들 수 있다. 근사 함수는 종래 공지의 방법으로 구할 수 있다. 예를 들면 마이크로소프트ㆍ엑셀표 계산 소프트를 이용하는 방법으로 구할 수 있다.
특히, 비(φs/φn)와 사출용량(Vcmax)과의 관계는, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 사출용량이 어느 일정값 보다 낮아지면, 어떠한 비(φs/φn)에서도 블리스터를 발생시키지 않는 상태가 된다. 통상 "어느 일정값"이란 30(cm3/s)이다. 이 때문에, 성형 조건의 검토에 중요한 부분은 30(cm3/s) 이상인 부분이다. 가능한 한 사출용량이 큰 조건에서 성형체를 제작함으로써 성형체의 생산성을 높이기 위한 발명이기 때문이며, 30(cm3/s) 이상의 높은 사출용량 조건에서 블리스터의 발생 우려가 있기 때문이다. 따라서, 상기 관계식은, 어떠한 비(φs/φn)에서도 블리스터가 발생되지 않는 사출용량(통상, 30(cm3/s)) 이상의 데이터로부터 구하는 것이 바람직하다. 특히, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 사출용량(Vcmax)이 일정해지기 전의 데이터(상기 소정의 비 미만의 데이터)에서만, 선형 근사에 의해 비(φs/φn)와 사출용량(Vcmax)과의 관계를 도출함으로써 용이하게 정확한 관계식을 얻을 수 있다(도 2(b) 중의 a, b는 상수).
액정성 수지 조성물에는, 상술한 바와 같이 무기 충전제를 함유할 수 있다. 유리섬유의 배합은 물성 향상을 위해 흔히 이루어지는데, 본 발명은 유리섬유를 함유하는 액정성 수지 조성물에 대해서도 바람직하게 적용할 수 있다. 그리고, 유리섬유를 포함하는 액정성 수지 조성물의 경우에는, 비(φs/φn)와 사출용량(Vcmax)과의 관계가 Vcmax(cm3/sec)=-45(φs/φn)+240이 되는 경향이 있다. 특히 상기 관계식은 유리섬유를 포함하는 많은 액정성 수지 조성물에 적용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 근사 함수를 구할 때에는, 상기 비(φs/φn)와 사출용량(Vcmax)의 보다 많은 데이터로부터 근사 함수를 구함으로써 보다 정확한 관계식을 구할 수 있다. 특히 3점 이상의 데이터를 사용함으로써 보다 정확하게 관계식을 구할 수 있다. 그리고, 비(φs/φn)와 사출용량(Vcmax)의 데이터는, 어떠한 비(φs/φn)에서도 블리스터가 발생되지 않는 사출용량(통상, 30(cm3/s)) 이상의 데이터인 것이 바람직하다.
또한, 스프루 지름과 노즐 지름의 비(φs/φn)의 하한에 대해서는, 비(φs/φn)가 1.2 이상인 것이 유동성 유지라는 이유에서 바람직하다.
<사출 성형공정>
사출 성형공정이란, Vcmax(cm3/sec)<f(φs/φn)를 만족하는 조건으로 액정성 수지 조성물을 사출 성형하는 공정이다. 원하는 성형 조건에 더하여, Vcmax(cm3/sec)<f(φs/φn)를 만족하는 스프루의 출구지름, 노즐의 출구지름, 사출용량으로 조정하여 성형체의 제조를 실시하는 공정이다. 즉 도 2(a), (b)의 사선부분의 영역으로부터 스프루의 출구지름, 노즐의 출구지름, 사출용량의 조건을 설정한다. 원하는 성형 조건이란, 상기 "소정의 성형 조건"에서 설명한 바와 같이 금형온도, 스크루 회전수 등이며, 원하는 성형 조건은 통상 제1 사출용량 측정공정에서 설정한, 이용되는 액정성 수지 조성물 등으로부터 결정되는 소정의 성형 조건이다.
상기한 바와 같이, 도 2(a), (b)의 사선부분의 영역으로부터 스프루의 출구지름, 노즐의 출구지름, 사출용량의 조건을 설정하는데, 설정시에는 드룰링 등의 다른 문제를 발생시키지 않고, 우수한 성형품을 얻을 수 있는 범위에서 상기의 조건을 설정한다.
특히, 스프루의 출구지름과 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)가 4.5 이하인 조건을 선택함으로써 높은 사출용량에서도 블리스터가 발생되지 않는 경향이 있다. 따라서, 비 (φs/φn)가 4.5 이하인 조건으로 사출성형을 실시하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 스프루의 출구지름(mm)과 노즐의 출구지름(mm)의 비(φs/φn)를 소정값 이하로 함으로써, 가능한 한 높은 사출용량의 조건에서 액정성 수지 조성물을 사출성형 할 때의 블리스터 발생을 억제할 수 있다. 블리스터는 노즐의 출구지름이 3mm 미만인 경우에 발생되기 쉬운 경향에 있다. 따라서 본 발명의 블리스터 발생을 억제하는 방법은, 노즐의 출구지름이 3mm 미만의 조건인 경우에 특히 유용하다. 또한, 상기 비(φs/φn)가, 1.2 이상의 범위에서 성형을 실시하는 것이 유동성 유지라는 이유에서 바람직하다.
또한, 상술한 바와 같이 액정성 수지 조성물을 사출성형할 경우, 노즐의 출구지름은 1.0mm 이상 3mm 미만으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 노즐 지름의 범위는 1.2mm 내지 1.5mm이다. 또한, 상기한 바와 같이 스프루의 출구지름과 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)는, 1.2 내지 4.5인 것이 바람직하다. 여기서 노즐의 출구지름이 1.2mm인 경우, 스프루의 출구지름은 1.44mm 내지 5.4mm가 바람직하다. 그리고, 노즐의 출구지름이 1.5mm인 경우, 스프루의 출구지름은 1.8mm 내지 6.75mm인 것이 바람직하다. 그 결과, 스프루의 출구지름은, 1.44mm 내지 6.75mm인 것이 바람직하다. 통상 액정성 수지 조성물을 성형할 때 이용되는 스프루의 출구지름은 7.0mm정도이다. 용융 상태에 있는 액정성 수지 조성물은 유동성이 높다. 이 때문에, 스프루의 출구지름을 작게 설정할 수 있다. 그러나 스프루의 출구지름을 너무 작게 설정하면 용융 수지가 흐르기 어려워지고, 용융 상태에서 유동성이 높은 액정성 수지라 하더라도 성형품의 생산성이 저하된다. 이 때문에, 종래에는 용융 수지의 흐름을 저해하지 않도록 충분한 여유를 가지고 스프루의 출구지름이 설정되었다. 본 발명에서는, 용융 수지의 흐름을 저해하지 않으면서 블리스터 등의 문제가 발생되지 않는 범위에서 사출용량이 가능한 한 높은 조건에서 성형을 실시할 수 있다. 그 결과 고품질의 성형품을 높은 생산성으로 얻을 수 있다. 또한, 성형 후에 스프루의 부분에 남아, 이 부분에서 고화된 액정성 수지 조성물은 재이용된다. 본 발명의 성형체의 제조방법에 의하면, 스프루의 출구지름을 종래의 것보다 작게 할 수 있기 때문에, 스프루 부분에 남는 수지의 체적도 작아져 재이용해야 하는 액정성 수지 조성물의 양을 억제할 수 있다. 그 결과 재이용에 대한 노력이나 시간이 경감되어 고품질의 성형체의 생산성이 높아진다.
이러한 효과를 얻을 수 있는 것은, 스프루의 출구지름과 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)를 조정함으로써 노즐로부터 토출된 용융 수지가 스프루의 입구 부근에서 스프루의 내벽면에 붙고, 용융 수지가 이러한 내벽면을 따라 스프루의 출구까지 진행하기 때문에, 스프루 내에 공기를 말아들이기 어려워져 성형품 내에 기포가 혼입되는 것을 막을 수 있기 때문이라고 생각된다.
실시예
이하에, 실시예를 들어서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<재료>
액정성 수지 조성물 1: 액정성 수지(폴리플라스틱스사 제조, 벡트라 E950i), 융점 336℃, 용융 점도 30Paㆍs(350℃, 전단속도 1000/s에서 측정)에 유리섬유 30질량%을 배합한 액정성 수지 조성물
액정성 수지 조성물 2: 액정성 수지(폴리플라스틱스사 제조, 벡트라 E950i), 융점 336℃, 용융 점도 30Paㆍs (350℃, 전단속도 1000/s에서 측정)에 유리섬유 20질량% 및 활석 15질량%을 배합한 액정성 수지 조성물
<실시예 1>
[제1 사출용량 측정공정]
액정성 수지 조성물 1, 2를 사용하여, 노즐의 출구지름을 1.5mm로 고정하고, 비(φs/φn)1을 2, 그 밖의 성형 조건은 하기에 나타낸 성형 조건으로 하여, 사출성형기 (「α-50-C」 Fanuc사 제조)를 이용하여 사출성형을 실시하였다. 또한, 사출용량에 대해서는, 26.5(cm3/sec), 39.8(cm3/sec), 53.1(cm3/sec), 66.3(cm3/sec) 79.6(cm3/sec), 92.9(cm3/sec), 106.1(cm3/sec), 119.4(cm3/sec), 132.7(cm3/sec), 145.9(cm3/sec), 159.2(cm3/sec)로, 낮은 것에서부터 순서대로 각 사출용량의 조건에 대해서 5샷의 성형을 실시한 후, 피크 온도 280℃의 리플로우 처리(상세한 조건은 후술한다)를 실시하여 5개의 성형품 중에서 육안 관찰로 블리스터가 발생되는 것을 확인할 수 없으면, 더욱 높은 사출용량의 조건으로 5샷의 성형을 실시하여 동일한 리플로우 처리를 실시하고, 블리스터가 발생될 때까지 육안으로 평가하여 블리스터가 발생되지 않는(육안으로 전혀 관찰되지 않음) 최대의 사출용량(Vcmax)을 구하였다. 제1 사출용량 측정공정의 결과를 표 1에 나타낸다.
(성형 조건)
스크루 지름: φ26mm
스크루 회전수: 100rpm
배압: 3MPa
보압(保壓)력: 50MPa
보압시간: 1초
냉각시간: 5초
석백(suck back): 3mm
사이클 시간: 15초
실린더 온도: 340℃-340℃-330℃-320℃
금형온도: 80℃
(리플로우 조건)
장치: 적외선 리플로우 로 (「RE-300」, 일본펄스기술연구소 제조)
프리히트존 온도설정: 150℃×3분
히트존 온도설정: 218℃×2분
가열 로 통과시간: 5분
성형품 표면 피크 온도: 280℃
(성형품 표면 피크 온도는, 리플로우 가열 조건으로 성형품 표면에 열전쌍을 장착하여 측정한 가장 높은 온도이다.)
<제2 사출용량 측정공정>
비(φs/φn)를 2에서 3.3으로 변경한 것 이외는 제1 사출용량 측정공정과 동일한 방법으로 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량을 구하였다. 제2 사출용량 측정공정의 결과를 표 1에 나타낸다.
또한, 이하에 나타낸 바와 같은 비(φs/φn)의 값에서의 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량을 구하였다. 비(φs/φn)를 4.7로 변경하고, 제1 사출용량 측정공정과 동일한 방법으로 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량을 구하였다. 비(φs/φn)를 6으로 변경하고, 제1 사출용량 측정공정과 동일한 방법으로 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량을 구하였다. 비(φs/φn)를 7.3으로 변경하고, 제1 사출용량 측정공정과 동일한 방법으로 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량을 구하였다. 이들의 결과도 표 1에 나타낸다. 그리고 표 1의 결과를 그래프화 한 것을 도 3에 나타낸다.
<관계식 도출공정>
액정성 수지 조성물 1, 2와 비(φs/φn)와 사출용량(Vcmax)의 관계는, 동일한 거동을 나타내었다. 그래서, 비(φs/φn)의 값이 2, 3.3, 4.7의 액정성 수지 조성물 1, 2의 데이터를 이용하고, 비(φs/φn)와 사출용량(Vcmax)과의 관계를 나타내는 근사식을, 마이크로소프트ㆍ엑셀표 계산 소프트를 이용하는 방법으로 선형함수를 구하였다. 얻어진 선형함수는, Vcmax=-45(φs/φn)+240(도 3중의 파선)이었다.
Figure 112011092016284-pct00004
이상과 같이, 본 발명의 제조방법을 이용함으로써, 가능한 한 사출용량의 조건을 높일 수 있다. 또한 본 발명의 제조방법은, 사용되는 액정성 수지 조성물의 종류에 관계없이 적용할 수 있다. 그 결과, 재료변경 등의 개량을 하지 않고, 블리스터의 발생을 억제할 수 있는 동시에 성형체의 생산성을 용이하게 한계 가까이 까지 높일 수 있다.

Claims (7)

  1. 소정의 성형 조건으로 액정성 수지 조성물을 사출성형 한 경우에, 성형체 표면에 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)1을 측정하는 공정과,
    상기 소정의 성형 조건 중 스프루의 출구지름(φs)과 노즐의 출구지름(φn)과의 비(φs/φn)를 변경하여 상기 액정성 수지 조성물을 사출성형 한 경우에, 성형체 표면에 블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)2을 측정하는 공정과,
    블리스터가 발생되지 않는 최대의 사출용량(Vcmax)과, 스프루의 출구지름과 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)와의 관계를 소정 형식의 함수(Vcmax=f(φs/φn))로 도출하는 공정을 포함하고,
    Vcmax(cm3/sec)<f(φs/φn)를 만족하는 조건으로 액정성 수지 조성물을 사출성형 하고,
    상기 노즐의 출구지름(φn)이 3mm 미만인 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 소정 형식의 함수가, 하기의 식(I)로 표시되고,
    하기식 (II)을 만족하는 성형 조건으로 액정성 수지 조성물을 사출성형 하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
    Vcmax(cm3/sec) <-45(φs/φn)+240···(I)
    φn<3mm ··· (II)
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 노즐의 출구지름(φn)이 2mm 이하인 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 액정성 수지 조성물은, 유리섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 스프루의 출구지름과 상기 노즐의 출구지름의 비(φs/φn)가 4.5 이하인 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
  6. 스프루의 출구지름(mm)과 노즐의 출구지름(mm)의 비(φs/φn)를 4.5 이하로 하고, 상기 스프루의 출구지름(φs)을 1.44mm 내지 6.75mm로 함으로써, 액정성 수지 조성물을 사출성형 할 때의 블리스터 발생을 억제하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 노즐의 출구지름(φn)이 3mm 이하인 블리스터 발생을 억제하는 방법.
KR1020117027703A 2009-04-28 2010-04-06 성형체의 제조방법 및 블리스터 발생을 억제하는 방법 KR101515611B1 (ko)

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