KR101819886B1

KR101819886B1 - 질소가스 사출 시스템 및 이를 이용한 질소가스 사출 방법

Info

Publication number: KR101819886B1
Application number: KR1020170079596A
Authority: KR
Inventors: 김지원; 명대희
Original assignee: 김지원
Priority date: 2017-06-23
Filing date: 2017-06-23
Publication date: 2018-01-19

Abstract

본 발명은 질소가스 사출시 발생하는 불량률을 현저히 줄이기 위한 질소가스 사출 시스템과 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘한다.
즉, 질소가스 사출시 용융수지 주입량과 가스 투입시점의 정밀 조절이 가능해짐으로써 질소가스 투입시 발생하는 불량률을 현저히 낮출 수 있다.

Description

질소가스 사출 시스템 및 이를 이용한 질소가스 사출 방법 {omitted}

본 발명은 질소가스 사출시 발생하는 불량률을 현저히 줄이기 위한 질소가스 사출 시스템과 그 방법에 관한 것이다.

가스 사출 성형은 전기전자 외장품, 하우징 류에서부터 자동차 부품에 이르기까지 다양하게 개발되어 주목을 받고 있는 기술이다. 이 기술의 시작은 발포성형의 단점을 보완하고자 하는 차원에서 출발하였으나 제품의 표면에 기포 층이 형성되지 않고 고등급의 매끈한 표면을 얻을 수 있으며, 저압성형 및 케비티 내부 압력을 균일한 분포를 유지하여 휨을 방지하고 싱크마크를 없애는 등 제품의 특성에 따라 다양한 효과를 얻을 수 있는 기술이다.

이 공정은 가스와 열가소성 수지의 이중구조를 갖는 사출성형공정으로 성형품 내부에 빈 공간을 형성시켜 줌으로써 기존의 사출공정에 비하여 구조적강도가 탁월하고 싱크 마크가 없으며 부품의 일체화가 가능하고 낮은 압력으로 성형이 가능하기 때문에 작은 형체력으로 큰 제품을 성형할 수 있게 하였다.

프로세스의 기본 개념은 용융된 플라스틱 수지 내부에 불활성 기체인 질소를 일정량, 설정된 압력에 따라 사출하여 가스의 유체흐름을 만드는 기술이다.

이 가스는 발포성형과 달리 용융된 플라스틱과 섞이지 않는다. 이 가스는 플라스틱 내부의 용융된 층을 따라 흐르며 이 흐름에 대한 저항이 낮은 방향으로 즉 용융된 상태의 점도가 낮은 곳으로 흐른다. 이것은 모든 유체 흐름의 기존 현상이며 점도에 따른 표면 장력의 효과로써 이 가스의 흐름이 용융된 층의 내부에 있도록 한다.

공개특허 제10-2004-0085032호 (2004.10.04.)

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 다음과 같다.

즉, 질소가스 사출 공정에서 질소가스 투입시 발생하는 불량률을 낮추기 위해 용융수지 주입량과 가스 투입시점의 정밀 조절이 가능한 사출 시스템 및 사출 방법을 제시하고자 한다.

본 발명은 위와 같은 과제를 해결하기 위하여,

질소가스 사출 시스템을 이용한 질소가스 사출 방법에 있어서, 상기 질소가스 사출 시스템은 금형(400)에 용융수지를 주입하는 사출기(100); 사출기(100)에 의해 용융수지가 주입되는 금형(400) 내부로 질소가스를 고압으로 공급하는 질소공급부(200); 질소공급부(200)로 수분 또는 먼지 또는 유분을 제어한 공기를 제공하는 드라이어(300);를 포함하고, 상기 사출기(100)는 플라스틱수지를 공급하는 호퍼(110), 금형(400)이 장착되는 금형장착부(120), 호퍼(110)로부터 공급되는 플라스틱수지를 용융시키는 가열실린더(130), 가열실린더(130)의 내부에서 용융수지를 전진시키며 전단에는 스크류헤드(141)가 형성된 스크류(140), 스크류헤드(141)에 장착되며 공급되는 용융수지의 양을 일정하게 유지시킴과 동시에 용융수지의 역류를 방지하는 체크링(150), 가열실린더(130)의 전단에서 금형(400)으로 용융수지를 주입하는 노즐(160)을 포함하되, 상기 체크링(150)은 직경(R1)이 90mm, 길이(L1)가 95mm로 형성되고, 상기 스크류(140)는 나사산을 제외한 기둥의 외경(R2)이 60mm, 나사산을 포함한 전체 외경(R3)이 70mm로 형성되며, 상기 질소공급부(200)는 순도(몰수의 백분율) 97~99.5%의 질소를 발생시키는 질소발생기(210), 질소발생기(210)에서 발생된 질소를 300바(bar)의 고압으로 압축하는 질소압축기(220), 260~290바(bar)의 압력으로 질소압축기(220)에서 압축된 질소를 금형(400)으로 공급하는 질소공급기(230), 질소공급기(230)에 의한 질소 공급 시간과 압력을 제어하는 가스사출제어기(240)를 포함하며, 상기 질소공급기(230)는 15㎾ 20HP의 고압콤프레셔(231)와 1㎥ 용량의 저장탱크(232)로 구성되는 것을 특징으로 할 때, 상기 질소가스 사출 방법은 원재료를 호퍼(110)로 투입하여 80℃에서 2시간동안 건조시키는 제1단계; 사출기의 가열실린더(130)를 240℃로 예열하고 금형(400)을 장착시키는 제2단계; 질소발생기(210)에서 순도(몰수의 백분율) 97~99.5%의 질소를 제조하여 저장탱크(232)에 저장한 후 고압콤프레셔(231)로 공급하는 제3단계; 제2단계에서 예열된 사출기를 이용하여 금형(400)에 원재료를 투입하는 제4단계; 제4단계에서 원재료가 80% 투입되었을 때 금형 가스핀을 통해 압력 260~290바(bar)로 질소를 공급하는 제5단계; 게이트를 가공하는 제6단계;로 구성되되, 상기 제5단계에서의 질소 공급은 1~2초간의 시간지연 후 1~2초간 본격 공급 압력(260~290바)의 75~85%의 압력으로 질소를 공급한 뒤, 본격 공급 압력(260~290바)으로 질소를 공급하는 것을 특징으로 하는 질소가스 사출 방법을 제시한다.

삭제

본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘한다.

즉, 질소가스 사출시 용융수지 주입량과 가스 투입시점의 정밀 조절이 가능해짐으로써 질소가스 투입시 발생하는 불량률을 현저히 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 질소가스 사출 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면.
도 2는 사출기의 주요부를 도식화하여 나타낸 도면.
도 3은 체크링의 규격에 따른 사출물의 결과를 나타낸 사진.
도 4는 본 발명에 의한 질소가스 사출 방법에 대한 순서도.

이하 첨부된 도면을 바탕으로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 다만 본 발명의 권리범위는 특허청구범위 기재에 의하여 파악되어야 한다. 또한 본 발명의 요지를 모호하게 하는 공지기술의 설명은 생략한다.

본 발명의 질소가스 사출 시스템은 도 1과 같이 사출기(100), 질소공급부(200) 및 드라이어(300)로 구성된다.

사출기(100)는 금형(400)에 용융수지를 주입하는 역할을 하며 호퍼(110), 금형장착부(120), 가열실린더(130), 스크류(140), 체크링(150), 노즐(160)을 주요 구성으로 한다. 규격은 650톤의 사출기로서, 차량 앞유리 양쪽에 부착되는 윈드 쉴드 사이드 몰딩(wind shield side moulding)을 사출성형하는 것을 예로 들 수 있는데, 사출품의 중량은 각각 100g에 불과하여 350톤 사출기에서도 성형이 가능할 수 있으나, 고압의 질소가스를 투입하여 생산해야 하므로 블록 및 코어 두께 보완 측면에서 650톤의 사출기를 사용한다.

상기 금형(400)에는 사출기(100)에 의해 용융수지가 주입되는 게이트(410)와 질소공급부(200)에 의해 질소가스가 주입되는 가스채널(420)이 형성된다.

금형장착부(120)에 금형(400)을 장착하며, 호퍼(110)로 플라스틱수지를 공급하여 가열실린더(130)에서 용융시킨 뒤 가열실린더 전단의 노즐(160)을 통해 금형(400)으로 용융수지를 주입한다.

가열실린더(130)의 내부에는 도 2와 같이 스크류(140)와 체크링(150)으로 구성되는데, 스크류(140)는 가열실린더(130)의 내부에서 용융수지를 전진시키며 전단에는 스크류헤드(141)가 형성되어 노즐(160)을 통해 용융수지가 주입되도록 밀어넣는 역할을 하며, 체크링(150)은 스크류헤드(141)에 장착되며 공급되는 용융수지의 양을 일정하게 유지시킴과 동시에 용융수지의 역류를 방지하는 역할을 한다.

이 때 체크링(150)은 외경(R1)보다 길이(L1)가 같거나 더 길도록 설계하는데, 바람직하게는 90파이(외경 90mm) 체크링 기준으로 95mm가 되도록 한다. 또한 통상적으로 스크류(140)의 전체 외경은 체크링(150)과 대응되나 본 발명에서는 스크류(140)의 외경(R3)을 체크링(150)의 75~80% 정도(나사산을 제외한 스크류 기둥의 외경(R2)은 65~70%)로 더 작게 설계함으로써 사출품 불량률을 저감시키게 되는데, 90파이 체크링 기준으로 스크류(140)는 나사산을 제외한 기둥의 외경이 60mm, 나사산을 포함한 전체 외경이 70mm가 되도록 한다. 즉, 도 2에서 각 수치를 정리하면 R1=90mm, L1=95mm, R2=60mm, R3=70mm 이다. 스크류외경 사이즈를 줄이면 사출물 계량범위가 넓어지게 되고, 체크링의 길이를 늘려 역류를 더욱 효과적으로 방지할 수 있어 중량이 일정하게 유지될 수 있으며 용융수지의 투입량을 미세하게 조정할 수 있게 된다.

질소공급부(200)는 사출기(100)에 의해 용융수지가 주입되는 금형(400) 내부로 질소가스를 고압으로 공급하는 역할을 하며, 질소발생기(210), 질소압축기(220), 질소공급기(230), 가스사출제어기(240)로 구성된다.

질소발생기(210)에서 발생되는 질소는 순도(몰수의 백분율) 97~99.5%의 질소이며, 질소압축기(220)에서 질소를 300바(bar)의 고압으로 압축된다.

질소압축기(220)에서 압축된 질소는 질소공급기(230)에 의해 260~290바(bar)의 압력으로 금형(400)으로 공급되며, 이러한 질소의 공급 시간과 압력은 가스사출제어기(240)에서 제어된다.

상기 질소공급기(230)는 15㎾ 20HP 이상의 고압콤프레셔(231)와 1㎥ 용량의 저장탱크(232)로 구성함이 바람직하다. 15㎾ 20HP 이하의 콤프레셔를 사용할 경우 질소공급이 불안정하여 성형 불량이 발생하게 된다.

드라이어(300)는 질소공급부(200)로 수분 또는 먼지 또는 유분을 제어한 공기를 제공하는 역할을 한다.

본 발명의 질소가스 사출 시스템을 이용하여 질소가스 사출을 하는 방법은 다음과 같다(도 4 참고).

제1단계 : ABS수지 등의 원재료를 호퍼로 투입하여 80℃에서 2시간동안 건조시킨다.

제2단계 : 사출기의 가열실린더를 240℃로 예열하고 금형을 금형장착부에 장착시킨다.

제3단계 : 질소발생기에서 순도(몰수의 백분율) 97~99.5%의 질소를 제조하여 저장탱크에 저장한 후 고압콤프레셔로 공급한다. 저장탱크의 용량은 1㎥, 고압콤프레셔의 압력은 300바(bar)로 예시할 수 있다.

제4단계 : 제2단계에서 예열된 사출기를 이용하여 금형에 원재료를 투입한다.

이 때, 사출은 런너, 게이트를 포함하여 금형의 각 부위별로 속도와 압력을 달리하는 다단사출로 진행하여 제팅이나 실버 등의 불량이 발생하지 않도록 한다(사출은 5단계, 보압은 2단계로 진행함이 바람직).

제5단계 : 원재료가 일부 투입되었을 때 금형의 가스채널을 통해 질소를 공급한다. 이 때 질소 공급 압력은 다단으로 하여 상대적으로 낮은 압력으로 1차 공급 후 압력을 높이는 것이 바람직하다.

구체적으로는 원재료가 80% 투입되었을 때 압력 260~290바(bar)로 질소를 공급하는데, 1~2초간의 시간지연 후 1~2초간 본격 공급 압력의 75~85%의 압력으로 질소를 공급한 뒤 본격 공급 압력(100%)로 지정시간동안 질소를 공급한다. 이 때 공급되는 질소는 모두 기체(gas)를 의미한다.

제6단계 : 사출품을 금형에서 탈거하여 니퍼 등의 장비로 게이트를 가공한다.

이하 체크링의 규격에 따른 윈드 쉴드 사이드 몰딩 사출물의 결과를 정리하였다.

(단위:mm)	비교예1	비교예2	비교예3	실시예
R1	90	90	90	90
L1	43	43	81	95
R2	80	70	70	60
R3	90	80	80	70

도 3을 참고하여 보면 비교예 1~3에서는 사출물에서 질소가스 주입시 불량이 발생하고, 불량률이 20% 이상으로 매우 높은 것을 확인할 수 있다. 반면 실시예에서는 불량률이 10% 이하로 현저히 떨어지고 사출물의 상태도 매우 양호한 것으로 나타났다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100 : 사출기
110 : 호퍼
120 : 금형장착부
130 : 가열실린더
140 : 스크류
141 : 스크류헤드
150 : 체크링
160 : 노즐
200 : 질소공급부
210 : 질소발생기
220 : 질소압축기
230 : 질소공급기
231 : 고압콤프레셔
232 : 저장탱크
240 : 가스사출제어기
300 : 드라이어
400 : 금형
410 : 게이트
420 : 가스채널

Claims

질소가스 사출 시스템을 이용한 질소가스 사출 방법에 있어서,

상기 질소가스 사출 시스템은
금형(400)에 용융수지를 주입하는 사출기(100);
사출기(100)에 의해 용융수지가 주입되는 금형(400) 내부로 질소가스를 고압으로 공급하는 질소공급부(200);
질소공급부(200)로 수분 또는 먼지 또는 유분을 제어한 공기를 제공하는 드라이어(300);를 포함하고,

상기 사출기(100)는
플라스틱수지를 공급하는 호퍼(110),
금형(400)이 장착되는 금형장착부(120),
호퍼(110)로부터 공급되는 플라스틱수지를 용융시키는 가열실린더(130),
가열실린더(130)의 내부에서 용융수지를 전진시키며 전단에는 스크류헤드(141)가 형성된 스크류(140),
스크류헤드(141)에 장착되며 공급되는 용융수지의 양을 일정하게 유지시킴과 동시에 용융수지의 역류를 방지하는 체크링(150),
가열실린더(130)의 전단에서 금형(400)으로 용융수지를 주입하는 노즐(160)을 포함하되,

상기 체크링(150)은 직경(R1)이 90mm, 길이(L1)가 95mm로 형성되고,
상기 스크류(140)는 나사산을 제외한 기둥의 외경(R2)이 60mm, 나사산을 포함한 전체 외경(R3)이 70mm로 형성되며,

상기 질소공급부(200)는
순도(몰수의 백분율) 97~99.5%의 질소를 발생시키는 질소발생기(210),
질소발생기(210)에서 발생된 질소를 300바(bar)의 고압으로 압축하는 질소압축기(220),
260~290바(bar)의 압력으로 질소압축기(220)에서 압축된 질소를 금형(400)으로 공급하는 질소공급기(230),
질소공급기(230)에 의한 질소 공급 시간과 압력을 제어하는 가스사출제어기(240)를 포함하며,

상기 질소공급기(230)는
15㎾ 20HP의 고압콤프레셔(231)와 1㎥ 용량의 저장탱크(232)로 구성되는 것을 특징으로 할 때,

상기 질소가스 사출 방법은
원재료를 호퍼(110)로 투입하여 80℃에서 2시간동안 건조시키는 제1단계;
사출기의 가열실린더(130)를 240℃로 예열하고 금형(400)을 장착시키는 제2단계;
질소발생기(210)에서 순도(몰수의 백분율) 97~99.5%의 질소를 제조하여 저장탱크(232)에 저장한 후 고압콤프레셔(231)로 공급하는 제3단계;
제2단계에서 예열된 사출기를 이용하여 금형(400)에 원재료를 투입하는 제4단계;
제4단계에서 원재료가 80% 투입되었을 때 금형 가스핀을 통해 압력 260~290바(bar)로 질소를 공급하는 제5단계;
게이트를 가공하는 제6단계;로 구성되되,

상기 제5단계에서의 질소 공급은
1~2초간의 시간지연 후 1~2초간 본격 공급 압력(260~290바)의 75~85%의 압력으로 질소를 공급한 뒤,
본격 공급 압력(260~290바)으로 질소를 공급하는 것을 특징으로 하는
질소가스 사출 시스템을 이용한 질소가스 사출 방법.
삭제
삭제