KR101973630B1 - 수지역류 가스 인젝션을 이용한 수지 성형물 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 인젝션을 이용한 수지 성형물 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캐비티 내로 주입한 수지에 가스를 주입(인젝션)하여 수지 성형물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 수지 성형물 제조 방법은 상형과 하형으로 구성되며, 내부에 캐비티가 형성되며, 캐비티의 일측 종단은 케이트와 연결되며, 캐비티의 타측 종단은 가스 핀과 연결되는 성형틀의 상기 게이트로 상기 캐비티 내부에 만충되도록 수지를 주입하는 단계; 상기 가스 핀을 이용하여 상기 캐비티 내부로 가스를 주입하는 단계; 상기 캐비티 내부로 주입한 가스를 가스 핀을 통해 외부로 배출하는 단계; 및 상기 가스를 외부로 배출한 이후 상기 상형과 하형을 분개하여 상기 캐비티에 형성된 수지 성형물을 추출하는 단계를 포함하며, 상기 가스 주입에 의해 상기 게이트로 배출된 수지를 가열하기 위한 하트런너가 게이트와 용융된 수지를 공급하는 노즐 사이에 형성된다.

Description

수지역류 가스 인젝션을 이용한 수지 성형물 제조 방법{Resin molding manufacturing method using the resin backflow gas injection}

본 발명은 수지역류 가스 인젝션을 이용한 수지 성형물 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캐비티 내로 주입한 수지에 가스를 주입(인젝션)하여 내부 용융수지를 성형기로 역류시켜 중공 수지 성형물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 수지 성형물을 성형하는 사출 성형기는 수지를 용융한 형체 실린더로부터 수지원료를 매니폴드로 주입시키고, 주입된 수지는 매니폴드 내에 분기 형성된 수지유로를 따라 균등하게 분배되어 매니폴드의 하부에 결합된 하나 이상의 노즐로 각각 공급되어 제품 성형틀인 상ㆍ하 코어가 형성하는 성형공간 즉, 캐비티로 주입하는 장치이다.

도 1은 종래 제품 성형틀을 이용하여 수지 성형물을 제조하는 과정을 도시한 도면이다.

도 1에 의하면, 수지 성형물을 제조하는 과정은 준비단계, 수지 주입단계, 가스 주입단계 및 성형 완료 단계로 구분된다. 준비단계는 수지 성형물을 제조하기 위해 준비하는 단계이며, 수지 주입단계는 수지 성형물을 제조하기 위해 캐비티 내부로 수지를 주입하는 단계이다. 이 경우 캐비티 내부로 주입되는 수지는 캐비티에 완충되는 것이 아니라 추후 가스 주입단계에서 주입되는 가스를 고려하여 캐비티 내에 일부만 주입된다.

가스 주입단계는 수지가 주입된 노즐(게이트)을 통해 캐비티 내부로 가스를 주입하는 단계이다. 가스 주입에 의해 수지는 캐비티의 내부 종단까지 주입된다. 물론 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 가스 주입에 의해 캐비티의 내면에만 주입된 수지가 위치하며, 캐비티의 중앙에는 수지가 위치하지 않는다.

상술한 과정을 통해 내부가 빈 캐비티 형상의 수지 성형물이 제조된다. 하지만 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 캐비티 내부에 주입된 수지는 캐비티 내면에 일정한 두께를 갖도록 주입되는 것이 아니라, 불균일하게 캐비티 내면에 주입된다. 부연하여 설명하면, 주입된 수지의 말단부에 고화층이 생기기 전에 가스가 주입(침투)되어 미성형 구간이 발생하게 된다. 즉, 캐비티 내면에 주입된 수지가 위치하지 않는 부분이 발생되며, 이런 이유로 인해 제조된 수지 성형물의 불량률이 높아지게 된다.

한국공개특허 제2016-0021240호(수지 몰드 금형 및 수지 몰드 장치) 한국공개특허 제213-0135330호(수지 성형 제품에 대한 성형 금형 및 성형 방법)

본 발명이 해결하려는 과제는 수지 성형물의 불량을 최소화하는 수지 성형물을 제조하는 방법을 제안함에 있다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 백화 현상이 발생하지 않는 수지 성형물을 제조하는 방법을 제안함에 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 캐비티 내부로 주입된 수지를 성형기로 역류시켜 재활용하는 방안을 제안함에 있다.

이를 위해 본 발명의 수지 성형물 제조 방법은 상형과 하형으로 구성되며, 내부에 캐비티가 형성되며, 캐비티의 일측 종단은 케이트와 연결되며, 캐비티의 타측 종단은 가스 핀과 연결되는 성형틀의 상기 게이트로 상기 캐비티 내부에 만충되도록 수지를 주입하는 단계; 상기 가스 핀을 이용하여 상기 캐비티 내부로 가스를 주입하는 단계; 상기 캐비티 내부로 주입한 가스를 가스 핀을 통해 외부로 배출하는 단계; 및 상기 가스를 외부로 배출한 이후 상기 상형과 하형을 분개하여 상기 캐비티에 형성된 수지 성형물을 추출하는 단계를 포함하며, 상기 가스 주입에 의해 상기 게이트로 배출된 수지를 가열하기 위한 하트런너가 게이트와 용융된 수지를 공급하는 노즐 사이에 형성된다.

본 발명에 따른 수지 성형물 제조 방법은 성형틀의 일측 종단에서 수지를 주입하며, 수지 만충 후 성형틀의 타측 종단에서 가스를 주입함으로써 수지 성형물의 불량을 최소화한다. 또한, 본 발명은 가스를 주입할 경우, 가스가 성형틀의 일측 종단까지만 주입함으로써 수지 성형물에 백화 현상이 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.

특히, 본 발명은 가스 주입으로 인해 배출된 수지를 하트런너에서 재가열하여 다음 수지 성형물을 제조에 사용함으로써 기존과 동일하게 수지가 낭비되지 않는다는 장점이 있다.

도 1은 종래 제품 성형틀을 이용하여 수지 성형물을 제조하는 과정을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 성형틀을 이용하여 수지 성형물을 제조하는 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 과도하게 주입된 가스에 의해 수지 성형물 표면에 백화 현상이 발생한 예를 도시하고 있다.
도 4는 캐비티 내부로 주입한 가스를 외부로 배출하지 않은 상태에서 성형틀을 분개한 경우, 수지 성형물의 불량을 나타내고 있다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 수지 성형물을 제조하는 성형틀 및 게이트를 도시하고 있다.
도 6은 수지 사출시간에 따른 수지 역류율을 나타내고 있다.
도 7은 가스 압력에 따른 수지 역류율을 나타내고 있다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 성형틀을 이용하여 수지 성형물을 제조하는 과정을 도시한 도면이다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 성형틀을 이용하여 수지 성형물 제조하는 과정에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 2에 의하면, 성형틀을 이용하여 수지 성형물을 제조하는 과정은 준비 단계, 수지 주입 단계, 가스 주입 단계 및 성형 완료 단계를 포함한다. 물론 상술한 단계 이외에 다른 공정이 본 발명에서 제안하는 성형틀을 이용하여 수지 성형물을 제조하는 과정에 포함될 수 있다.

준비단계는 수지 성형물을 제조하기 위해 준비하는 단계이다. 본 발명과 관련하여 성형틀은 두 개의 주입 부분을 포함한다. 즉, 성형틀은 일측에 캐비티의 일측 종단과 연결되는 게이트가 위치하며, 타측에 캐비티의 타측 종단과 연결되는 가스 핀이 위치한다. 부연하여 설명하면, 종래 성형틀은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 일측에 캐비티의 일측 종단과 연결되는 하나의 주입부분이 위치하는 반면, 본원 발명은 캐비티의 일측 종단에 연결되는 게이트와 캐비티의 타측 종단에 연결되는 가스 핀을 포함하는 2개의 주입 부분이 포함된 성형틀을 제안한다.

수지 주입단계는 수지 성형물을 제조하기 위해 게이트를 이용하여 캐비티 일측 종단에서 캐비티 내부로 수지를 주입한다. 본 발명은 종래 기술과 달리 캐비티 내부에 일부만 충진 되도록 수지를 주입하는 것이 아니라 캐비티 내부에 만충되도록 수지를 캐비티 내부로 주입한다. 도 2에 의하면 수지 주입단계에서 캐비티 내부에 수지가 만충(완전 충진)되어 있음을 알 수 있다. 이를 위해 본 발명은 캐비티가 형성된 부분의 부피를 사전에 측정하고, 측정된 부피에 해당하는 수지를 캐비티 내부로 주입한다.

수지 주입단계를 통해 설정된 수지가 캐비티 내부로 주입되면, 즉, 주입된 수지의 말단부가 캐비티의 종단부에 도달하면 가스 주입단계를 수행한다.

가스 주입단계는 가스 핀을 이용하여 캐비티 타측 종단에서 캐비티 내부로 가스를 주입한다. 본 발명은 종래 기술과 달리 캐비티의 일측 종단과 연결된 게이트를 이용하여 캐비티 내부로 가스를 주입하는 것이 아니라 캐비티의 타측 종단과 연결된 가스 핀을 이용하여 캐비티 내부로 가스를 주입한다.

가스 핀을 이용하여 캐비티 내부로 가스를 주입하면, 캐비티 내부에 만충된 수지의 일부는 게이트를 통해 외부로 회수된다. 또한, 본 발명은 가스가 캐비티 내부로 원활하게 주입하기 위해 게이트를 통해 수지를 일시적으로 흡입한다. 이와 같이 게이트를 통해 수지를 일시적으로 흡입함으로써 가스는 캐비티 내부로 원활하게 주입된다.

본 발명의 가스 주입단계는 가스가 캐비티의 일측 종단에 도달할 때까지 계속해서 주입한다. 특히 본 발명은 가스가 캐비티의 일측 종단에 도달할 때까지 계속해서 주입하며, 주입된 가스가 게이트까지 주입되지 않도록 가스가 캐비티의 일측 종단에 도달하면 가스 주입을 중단한다. 가스가 게이트까지 과도하게 주입되는 수지 성형물에 백화 현상이 발생한다.

부연하여 설명하면, 가스가 게이트까지 과도하게 주입된 경우, 게이트 상에 위치하는 수지는 가스와 혼재하게 된다. 가스와 혼재된 상태에서 수지가 다음 수지 성형물을 제조하기 위해 캐비티 내부로 주입되는 수지 성형물에 백화 현상이 발생한다.

도 3은 과도하게 주입된 가스에 의해 수지 성형물에 백화 현상이 발생한 예를 도시하고 있다. 도 3에 의하면, 수지 성형물에 백화 현상이 발생하였음을 알 수 있다. 따라서 수지 성형물에 백화 현상이 발생하지 않도록 가스는 캐비티 일측 종단까지만 주입되도록 한다.

성형 완료 단계는 상형과 하형으로 구성된 성형틀을 분개한 후 수지 성형물을 추출한다. 성형 완료 단계는 수지 성형물을 추출하기 이전에 캐비티 내부로 주입한 가스를 외부로 배출한다. 캐비티 내부로 주입한 가스를 외부로 배출하지 않는 경우, 성형틀 분개 시 수지 성형물에 터짐 현상이 발생한다.

도 4는 캐비티 내부로 주입한 가스를 외부로 배출하지 않은 상태에서 성형틀을 분개한 경우, 수지 성형물을 나타내고 있다. 도 4에 의하면, 수지 성형물은 캐비티 내부(특히 수지 내부)에 주입된 가스의 압력에 의해 수지 성형물에 터짐 현상이 발생하였음을 알 수 있다.

따라서 수지 성형물의 터짐 현상을 차단하기 위해서는 캐비티 내부로 주입된 가스는 일정 시간 유지한 상태에서 성형틀을 분개하기 직전에 캐비티 내부로 주입한 가스를 제거한다. 즉, 캐비티 내부에 주입된 가스를 제거한 후 성형틀을 분개한다.

본 발명은 기존과 달리 캐비티 내부로 주입된 수지는 캐비티 외부로 배출되며, 배출된 수지는 다른 수지 성형물을 제조하기 위해 캐비티 내부로 다시 주입된다. 이와 같이 본 발명은 수지가 캐비티 내부로 주입 및 배출 단계를 수행하므로, 캐비티 외부로 배출된 수지를 재가열하는 과정을 반드시 수행해야 한다.

즉, 기존 캐비티를 이용한 수지 성형물 제조는 캐비티 내부로 주입된 수지는 다시 캐비티 외부로 배출되지 않으므로 용융상태의 수지를 제조하기 위해 스크류에서만 수지 펠렛을 가열한다. 즉, 이후 용융상태의 수지가 캐비티 내부로 이동되는 노즐 상에는 별도의 가열 수단을 부가할 필요가 없었다.

이에 비해 본원 발명은 상술한 바와 같이 캐비티 내부로 주입된 수지는 다시 캐비티 외부인 노즐로 배출되므로 노즐 상에 수지를 가열하는 수단이 반드시 필요하다.

도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 수지 성형물을 제조하는 성형틀 및 게이트를 도시하고 있다.

도 5에 의하면, 수지를 가열하는 히터런너(504)가 노즐(506)과 게이트(502) 상에 형성되어 있음을 알 수 있다. 즉, 용융 상태의 수지는 노즐, 히터런너 및 게이트를 통해 성형틀의 캐비티 내부로 주입되며, 주입된 수지의 일부는 게이트, 히터런터 및 노즐 순으로 배출된다. 히터런너는 캐비티(성형틀) 외부로 배출된 수지를 재가열하며, 재 가열된 수지는 성형틀의 캐비티 내부로 주입된다.

도 6은 수지 사출시간에 따른 수지 역류율을 나타내고 있으며, 도 7은 가스 압력에 따른 수지 역류율을 나타내고 있다.

도 6에 의하면, 수지의 사출시간이 2.2초 이하인 경우 역류율이 100%(성형 캐비티 8개 모두 수지 역류 충족)이며, 수지의 사출시간이 2.2초를 초과하는 경우에는 역류율이 100% 미만이 된다. 즉, 수지의 사출시간이 길어지는 경우, 수지의 역류율이 100% 미만이 되므로, 수지의 사출시간은 2.2초 이하인 경우가 바람직하다.

또한, 도 7에 의하면, 주입되는 가스의 압력이 150bar 이상인 경우 역류율이 100%(성형 캐비티 8개 모두 수지 역류 충족)가 되며, 150bar 미만인 경우에는 역류율이 100% 미만이 된다. 따라서 수지의 사출시간은 1.5초인 상태에서 주입되는 가스의 압력은 150bar 이상인 것이 바람직하다.

이하에서는 사출 설비 및 사출 조건에 대해 알아보기로 한다.

밸브 게이트(게이트, Valve Gate)는 수지의 사출이 완료된 후 게이트의 닫힘 기능이 비활성화되는 것이 요구된다. 즉, 수지의 사출이 완료된 후 캐비티 내부에 주입된 수지의 일부가 게이트 방향으로 역류되어야 한다. 따라서, 밸브 게이트는 수지의 역류를 위해 게이트 닫힘 기능이 비활성화되는 것이 요구된다. 즉, 밸브 게이트 제어부는 특정 조건하에서 닫힘 기능이 작동하도록 밸브 게이드를 제어한다.

역류 조건은 역류되는 수지의 양에 부합하는 공간 확보가 요구되며, 스크류를 일정 거리 강제 후퇴시켜 수지가 역류할 공간을 확보하거나, 스크류의 전진 부하를 제거한 후 역압(수지역류 압력)에 따라 스크류가 후퇴하도록 설정할 수 있다. 또한, 오브 플로워 구조 및 슬라이드 코어 적용한 후에 오브 플로워 구역으로 수지 역류를 진행한다.

수지의 사출 조건은 밸브 게이트의 경우 캐비티 별로 역류되는 수지의 양이 상이하므로, 수지 역류 정도에 따라 닫힘 제어가 필요하다. 즉, 수지의 역류 완료 후 실린더 내 가스가 유입되지 않도록 해야 하며, 상술한 바와 같이 실린더 내 가스가 유입되면 제품 백화 및 포밍(Foaming) 현상이 발생한다. 또한, 역류 조건은 스크류 강제 후퇴 제어 시 수지 역류량에 부합하도록 강제후퇴 거리 설정이 필요하나, 스크류 전진 부하 제거 시에는 강제후퇴 거리 설정이 불필요하다. 즉, 스크류 후퇴 제한(Limit) 기능이 있는 사출기의 경우 수지 역류량에 부합하도록 후퇴 거리를 설정하여 제품의 불량 발생을 방지한다.

이외에도 수지 역류 성형시 밸브 게이트 닫힘 이전에 가스 주입(역류)이 선행되어 수지의 역류가 진행되어야 한다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

502: 게이트 504: 하트런너
506: 노즐

Claims (3)

1. 상형과 하형으로 구성되며, 내부에 캐비티가 형성되며, 캐비티의 일측 종단은 게이트와 연결되며, 캐비티의 타측 종단은 가스 핀과 연결되는 성형틀의 상기 게이트로 상기 캐비티 내부에 만충되도록 수지를 주입하는 단계;
   상기 가스 핀을 이용하여 상기 캐비티 내부로 가스를 주입하는 단계;
   상기 캐비티 내부로 주입한 가스를 가스 핀을 통해 외부로 배출하는 단계; 및
   상기 가스를 외부로 배출한 이후 상기 상형과 하형을 분개하여 상기 캐비티에 형성된 수지 성형물을 추출하는 단계를 포함하며,
   상기 가스 주입에 의해 상기 게이트로 배출된 수지를 가열하기 위한 하트런너가 게이트와 용융된 수지를 공급하는 노즐 사이에 형성됨을 특징으로 하는 수지 성형물 제조 방법.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 수지의 주입시간은 2.2초 이하이며, 상기 가스의 주입 압력은 150bar 이상이며,
   상기 가스를 주입하는 단계는,
   수지 성형물에 백화 현상이 발생하는 것을 차단하기 위해 주입된 가스가 상기 캐비티의 일측 종단에 도달하면 가스 주입을 중단함을 특징으로 하는 수지 성형물 제조 방법.

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