KR102224363B1 - 고경도 코팅막이 형성된 플라스틱 시트 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일면에 고경도 코팅막이 형성된 플라스틱 시트 소재에 대하여 고경도 코팅막의 손상이나 깨짐 현상없이 상기 시트 소재를 다양한 형상으로 성형할 수 있는 고경도 코팅막이 형성된 시트 소재 성형 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 고경도 코팅막이 형성된 시트소재 성형 방법은, 1) 고경도 코팅막이 형성된 플라스틱 시트 소재를 예열 온도로 가열하여 예열하는 단계; 2) 제1 성형 위치에서 전단계에서 예열된 상기 플라스틱 시트 소재를 상부에 하부 금형 형상이 형성된 제1 하부 몰드 상에 로딩하는 단계; 3) 상기 플라스틱 시트 소재가 로딩된 상기 제1 하부 몰드 상으로 상부 몰드를 하강시키면서 체결하여 상기 플라스틱 시트 소재를 성형 온도로 가열하고, 상기 제1 하부 몰드에 형성된 1차 진공 성형부를 이용하여 상기 플라스틱 시트 소재를 상기 하부 금형 형상으로 1차 진공 성형하는 단계; 4) 상기 플라스틱 시트 소재의 온도를 동일하게 유지한 상태에서 상기 제1 하부 몰드를 제2 성형 위치로 이동시키는 단계; 5) 상기 제2 성형 위치에서 제1 냉각 온도로 유지한 상태에서 상기 제1 하부 몰드 상부를 시트 이동부로 가압하면서 상기 플라스틱 시트 소재를 2차 성형 및 1차 냉각하는 단계; 6) 전단계에서 2차 성형 및 1차 냉각된 상기 플라스틱 시트 소재를 냉각지그로 이동시킨 후 2차 냉각 온도로 냉각하는 단계;를 포함한다.

Description

고경도 코팅막이 형성된 플라스틱 시트 성형 방법{A METHOD FOR FORMING THE PLASTIC SHEET HAVING HIGH HARDNESS COAING LAYER}

본 발명은 시트 소재 성형 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일면에 고경도 코팅막이 형성된 플라스틱 시트 소재에 대하여 고경도 코팅막의 손상이나 깨짐 현상없이 상기 시트 소재를 다양한 형상으로 성형할 수 있는 고경도 코팅막이 형성된 시트 소재 성형 방법에 관한 것이다.

최근에는 전세계적으로 무선 통신 기술을 기반으로 하여 스마트폰을 비롯한 다양한 모바일 기기의 사용이 폭발적으로 증가하고 있다. 따라서 전세계 전자업체들은 이러한 폭발적 수요 증가에 대응하기 위하여 다양한 모바일 기기들을 개발하여 공급하고 있으며, 이들 모바일 기기들은 무선 통신 방식이 진화함에 따라 함께 변화 및 진화하고 있다.

현재 우리나라를 비롯한 통신 선진국들은 5세대 무선 통신 기술을 도입하기 위한 준비를 하고 있으며, 2019년부터 상용화 서비스를 시작하는 계획을 가지고 있다.

그런데 이렇게 5세대 무선 통신 기술이 전면 도입되면 현재 모바일 기기에 사용되는 금속 재질의 커버 소재들은 사용이 어려워지며, 이를 대체할 수 있는 플라스틱 소재의 개발이 요구되고 있다.

따라서 금속 재질의 커버 소재들만큼 충분한 강도와 경도 등의 기계적 특성을 구비하는 플라스틱 커버 소재들의 개발에 대한 다양한 시도들이 이루어지고 있으나, 이에 대한 상용화된 기술을 아직 전무한 상태이다.

본 발명이 해결하고자는 기술적 과제는 일면에 고경도 코팅막이 형성된 플라스틱 시트 소재에 대하여 고경도 코팅막의 손상이나 깨짐 현상없이 상기 시트 소재를 다양한 형상으로 성형할 수 있는 고경도 코팅막이 형성된 시트 소재 성형 방법을 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 고경도 코팅막이 형성된 시트소재 성형 방법은, 1) 고경도 코팅막이 형성된 플라스틱 시트 소재를 예열 온도로 가열하여 예열하는 단계; 2) 제1 성형 위치에서 전단계에서 예열된 상기 플라스틱 시트 소재를 상부에 하부 금형 형상이 형성된 제1 하부 몰드 상에 로딩하는 단계; 3) 상기 플라스틱 시트 소재가 로딩된 상기 제1 하부 몰드 상으로 상부 몰드를 하강시키면서 체결하여 상기 플라스틱 시트 소재를 성형 온도로 가열하고, 상기 제1 하부 몰드에 형성된 1차 진공 성형부를 이용하여 상기 플라스틱 시트 소재를 상기 하부 금형 형상으로 1차 진공 성형하는 단계; 4) 상기 플라스틱 시트 소재의 온도를 동일하게 유지한 상태에서 상기 제1 하부 몰드를 제2 성형 위치로 이동시키는 단계; 5) 상기 제2 성형 위치에서 제1 냉각 온도로 유지한 상태에서 상기 제1 하부 몰드 상부를 시트 이동부로 가압하면서 상기 플라스틱 시트 소재를 2차 성형 및 1차 냉각하는 단계; 6) 전단계에서 2차 성형 및 1차 냉각된 상기 플라스틱 시트 소재를 냉각지그로 이동시킨 후 2차 냉각 온도로 냉각하는 단계;를 포함한다.

그리고 본 발명에서 상기 3) 단계는, a) 상기 상부 몰드와 제1 하부 몰드를 체결하여 성형 공간을 형성하는 단계; b) 상기 성형 공간 내부의 온도를 성형 온도로 가열하여 상기 플라스틱 시트 소재를 변형가능한 상태로 만드는 단계; c) 상기 1차 진공 형성부를 이용하여 상기 플라스틱 시트 소재를 하부로 진공 흡입하여 무접촉 방식으로 상기 플라스틱 시트 소재를 1차 성형하는 단계;의 소단계들로 나뉘어 진행되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 4) 단계는, d) 상기 제1 하부 몰드의 온도를 동일하게 유지한 상태에서 상기 상부 몰드를 상승시키는 단계; e) 상기 제1 하부 몰드를 회전시켜 제1 성형 위치에서 제2 성형 위치로 이동시킴과 동시에, 상기 제1 하부 몰드와 대향되는 위치에 배치되는 제2 하부 몰드를 제1 성형 위치로 이동시키는 단계;의 소단계로 진행되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 5) 단계는, f) 하면에 상부 금형 형상이 형성된 상기 시트 이동부를 상기 제1 하부 몰드 상면에 결합시키는 단계; g) 상기 플라스틱 시트 소재를 1차 냉각온도로 유지한 상태에서 상기 시트 이동부로 상기 플라스틱 시트 소재를 가압하고, 상기 1차 진공 성형부를 이용하여 진공 성형을 동시에 수행하여 2차 성형하는 단계;의 소단계로 나뉘어 진행되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 6) 단계는, h) 상기 시트 이동부를 이용하여 상기 플라스틱 시트 소재를 상기 냉각 지그로 이동시키는 단계; i) 상기 시트 이동부와 상기 냉각 지그를 결합시킨 상태에서 상기 플라스틱 시트 소재를 2차 냉각 온도로 냉각하는 단계;의 소단계로 나뉘어 진행되는 것이 바람직하다.

본 발명의 시트 소재 성형 방법에 따르면 일면에 개별 시트 소재에 대한 가열 및 온도 제어로 최소한의 에너지를 사용하면서도 고경도 코팅막이 형성된 플라스틱 시트 소재에 대하여 고경도 코팅막의 손상이나 깨짐 현상없이 상기 시트 소재를 다양한 형상으로 성형할 수 있는 현저한 효과를 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명이 일 실시예에 따른 시트 소재의 구조를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시트 소재 성형 방법의 공정을 도시하는 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 진공 성형 공정의 세부 공정을 도시하는 공정도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 성형 위치로의 이동 공정의 세부 공정을 도시하는 공정도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 성형 및 1차 냉각 공정의 세부 공정을 도시하는 공정도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시트 소재 성형 장치의 각 구성요소들의 구조를 도시하는 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 고경도 코팅막이 형성된 시트 소재 성형 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 시트 소재를 준비하는 단계(S100)로 시작된다. 본 실시예에서 성형하는 소재(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 전체적으로 얇은 플레이트(plate) 형상을 가지는 시트 소재이며, 다양한 재질의 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 이러한 플라스틱 시트 소재(1)는 롤 형태로 제작되어 필요한 크기 및 모양으로 재단되어 준비된다. 따라서 도 1에서는 직사각형 형태를 도시하였지만, 그 외의 다양한 형상으로 준비될 수 있는 것이다.

이때 상기 시트 소재(1)의 일면에는 도 1에 도시된 바와 같이, 고경도 코팅막(2)이 형성된다. 여기에서 고경도 코팅막(2)이라 함은 연필 경도 5H 이상의 경도를 가지는 코팅막을 말한다. 그리고 상기 시트 소재(1)의 타면에는 도 1에 도시된 바와 같이, 인쇄층, 전도층 등의 다른 기능성 막(3)이 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 이러한 시트 소재에서 고경도 코팅막(2)이 형성된 면이 하측을 향하도록 세팅한 상태에서 성형 공정이 진행된다.

그리고 상기 시트 소재(1)는 다수장이 매거진에 수직으로 적층된 상태에서 준비되며, 상기 시트 소재를 도 6에 도시된 바와 같이, 다수장이 매거진(112)에 적층된 상태에서 최상층 시트 소재가 항상 동일한 높이에 위치하도록 상기 매거진을 승강시키면서 상기 시트 소재를 공급하는 것이 바람직하다.

다음으로는 도 2에 도시된 바와 같이, 시트 소재를 예열하는 단계(S200)가 진행된다. 이 단계(S200)에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 시트 소재를 예열 지그(120)에 올려 놓은 상태에서 상기 시트 소재(1)에 대하여 예열 온도로 가열한다. 본 실시예에 따른 성형 방법에서는 상기 시트 소재(1)를, 시트 소재가 자유 변형이 가능한 성형 온도로 가열한 상태에서 성형 작업을 수행하는데, 상기 예열 지그(120)는 성형 작업 전에 미리 상기 시트 소재의 온도를 성형 온도보다는 낮은 예열 온도로 가열하는 것이다.

한편 본 실시예에서 이 예열 단계(S200)에서는 예열이 이루어지는 동안에 상기 시트 소재(1)의 정확한 로딩 위치를 확정하기 위하여 상기 시트 소재의 위치를 미세하게 변경하는 얼라인(align) 단계가 더 진행될 수도 있다.

다음으로는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 시트 소재를 1차 진공 성형하는 단계(S400)가 진행된다. 물론 이 1차 진공 성형 단계(S400) 수행 전에 상기 시트 소재를 1차 성형이 이루어지는 제1 성형 위치로 로딩하는 단계(S300)가 더 진행되어야 한다. 즉, 이 단계(S300)에서는 상기 예열 단계(S200)에서 정확한 위치로 얼라인되고 예열된 시트 소재(1)를 위치 변경없이 그대로 이동시켜 1차 성형부(140)로 이동시킨다.

그리고 상기 1차 진공 성형 단계(S400)에서는 구체적으로 예열된 시트 소재를 제1 성형 위치(P1)에서 하부 금형(142)에 안착시킨 상태에서 상부 금형(144)을 하강시켜 성형 공간을 형성하는 단계(S410)와, 밀폐된 성형 공간 내부를 가열하여 성형 온도로 가열하여 자유 변형 가능한 상태로 만드는 단계(S420)와, 상기 시트 소재의 하측에서 진공 흡입하여 하부 금형(142) 형상으로 변형시키는 단계(S430)의 소단계들로 나뉘어 진행되는 것이 바람직하다.

이렇게 개별 시트 소재에 대한 가열과 진공 흡입 방법으로 1차 성형하게 되면, 최소한의 에너지를 사용하면서도 정밀한 온도 제어가 가능하여 상기 시트 소재는 자중에 의한 처짐과 진공 흡입에 의한 자연스러운 변형에 의하여 고경도 코팅막에 손상이 가지 않는 상태에서 성형이 가능한 장점이 있다.

다음으로는 도 2에 도시된 바와 같이, 1차 진공 성형된 시트 소재를 제2 성형 위치(P2)로 이동시키는 단계(S500)가 진행된다. 본 실시예에서 1차 진공 성형 단계(S400)에서의 하부 금형(142)과 2차 성형 단계(S600)에서의 하부 금형(162)은 공정 진행 과정에서 상기 시트 소재를 안착한 상태에서 매우 정밀하게 상기 시트 소재의 온도가 변화하지 않도록 온도 제어를 수행하여야 시트 소재에 특히, 고경도 코팅막에 손상이 발생하지 않는다.

따라서 본 단계(S500)는 도 4, 6에 도시된 바와 같이, 1차 성형 위치와 2차 성형 위치 사이에 시트 소재의 이동없이, 제1 성형 위치(P1)에서 상부 몰드(144)만이 상승하는 단계(S510)와, 상기 1차 성형 위치(P1)에서의 하부 금형(142)이 2차 성형 위치(P2)로 회전하여 그대로 이동하고 동시에 2차 성형 위치(P2)의 하부 금형이 1차 성형 위치(P1)로 회전하여 돌아오는 단계(S520)의 소단계들로 나뉘어 진행되는 것이 바람직하다.

다음으로는 도 2에 도시된 바와 같이, 시트 소재를 가압하여 2차 성형한 후 1차 냉각 온도로 냉각하는 단계(S600)가 진행된다. 즉 본 단계(S600)에서는 상기 1차 진공 성형 단계(S400)에서 1차 성형된 시트 소재를 전달받아 성형 온도를 유지한 상태에서 가압하여 2차 성형하고 나서 최종 성형된 시트 소재를 1차 냉각하는 것이다.

이를 위하여 본 단계(S600)는 구체적으로 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 금형(142)에 1차 성형된 시트 소재를 안착시킨 상태에서 상부 금형(164)이 구비된 시트 이동부(180)를 하부 금형(142)에 결합시키는 단계(S610)와, 상기 시트 이동부(180)를 이용하여 상기 시트 소재를 가압하여 상기 시트 소재를 최종적으로 성형하는 단계(S620)와, 2차 성형이 완료된 상태에서 상기 시트 소재의 재변형을 방지하기 위하여 성형된 시트 소재에 대하여 성형 온도 이하로 냉각하는 1차 냉각하는 단계(S630)의 소단계들로 나뉘어 진행되는 것이 바람직하다.

한편 본 실시에에서 상기 시트 소재에 대한 2차 성형 과정에서는 상기 시트 이동부(180)에 의한 가압과 진공 흡입력에 의한 진공 성형이 동시에 이루어지는 것이 바람직하다.

다음으로는 도 2에 도시된 바와 같이, 전 단계(S600)에서 2차 성형된 시트 소재를 2차 냉각부(170)로 이동시켜 2차 냉각 온도로 냉각하는 단계(S700)가 진행된다. 이 단계(S700)에서는 이동 중에 변형이 일어나지 않을 정도로만 1차 냉각된 성형 완료 시트 소재 전체에 대하여 균일하고 완전한 2차 냉각을 실시하는 것이다.

마지막으로 도 2에 도시된 바와 같이, 전 단계(S700)에서 2차 냉각된 시트 소재를 외부로 배출하는 단계(S800)가 진행된다. 이 단계(S800)에서는 성형이 완료된 시트 소재를 연속적으로 외부로 안전하게 배출한다.

본 실시예에서 전술한 예열 단계(S200)에서 2차 냉각 단계(S700)까지는 외기가 차단된 하우징 내부에서 이루어지는 것이 공정 관리가 유리하여 바람직하다.

1 : 시트 소재 2 : 고경도 코팅막
3 : 기능성 막
100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 시트 소재 성형 시스템
110 : 시트소재 적층부 120 : 예열부
130 : 제1 시트 공급부 140 : 1차 성형부
150 : 제2 시트 공급부 160 : 2차 성형부,
170 : 2차 냉각부 180 : 배출부
190 : 제2 시트 이동부

Claims (5)

1) 연필 경도 5H 이상의 경도를 가지는 고경도 코팅막이 형성된 플라스틱 시트 소재를 예열 지그에 올려놓은 상태에서 예열 온도로 가열하여 예열하는 단계;
2) 동일한 하부 금형 형상을 가지고 대칭되는 위치에 설치되는 제1 하부 몰드와 제2 하부 몰드를 교번적으로 제1 성형 위치와 제2 성형 위치로 이동시키면서, 제1 성형 위치에서 전단계에서 예열된 상기 플라스틱 시트 소재를 상부에 하부 금형 형상이 형성된 제1 하부 몰드 또는 제2 하부 몰드 상에 이동시켜 로딩하는 단계;
3) 상기 플라스틱 시트 소재가 로딩된 상기 제1 하부 몰드 또는 제2 하부 몰드 상으로 상부 몰드를 하강시키면서 체결하여 상기 플라스틱 시트 소재를 성형 온도로 가열하고, 상기 제1 하부 몰드 또는 제2 하부 몰드에 형성된 1차 진공 성형부를 이용하여 상기 플라스틱 시트 소재를 상기 하부 금형 형상으로 1차 진공 성형하는 단계;
4) 상기 플라스틱 시트 소재의 온도를 동일하게 유지한 상태에서 상기 제1 하부 몰드를 제2 성형 위치로 이동시키는 단계;
5) 상기 제2 성형 위치에서 제1 냉각 온도로 유지한 상태에서 상기 제1 하부 몰드 또는 제2 하부 몰드 상부를 시트 이동부로 가압하면서 상기 플라스틱 시트 소재를 2차 성형 및 1차 냉각하는 단계;
6) 전단계에서 2차 성형 및 1차 냉각된 상기 플라스틱 시트 소재를 냉각지그로 이동시킨 후 2차 냉각 온도로 냉각하는 단계;를 포함하는 고경도 코팅막이 형성된 플라스틱 시트 성형 방법.

제1항에 있어서, 상기 3) 단계는,
a) 상기 상부 몰드와 제1 하부 몰드 또는 제2 하부 몰드를 체결하여 성형 공간을 형성하는 단계;
b) 상기 성형 공간 내부의 온도를 성형 온도로 가열하여 상기 플라스틱 시트 소재를 변형가능한 상태로 만드는 단계;
c) 상기 1차 진공 성형부를 이용하여 상기 플라스틱 시트 소재를 하부로 진공 흡입하여 무접촉 방식으로 상기 플라스틱 시트 소재를 1차 성형하는 단계;의 소단계들로 나뉘어 진행되는 것을 특징으로 하는 고경도 코팅막이 형성된 플라스틱 시트 성형 방법.

제2항에 있어서, 상기 4) 단계는,
d) 상기 제1 하부 몰드 또는 제2 하부 몰드의 온도를 동일하게 유지한 상태에서 상기 상부 몰드를 상승시키는 단계;
e) 상기 제1 하부 몰드를 회전시켜 제1 성형 위치에서 제2 성형 위치로 이동시킴과 동시에, 상기 제1 하부 몰드와 대향되는 위치에 배치되는 제2 하부 몰드를 제1 성형 위치로 이동시키는 단계;의 소단계로 진행되는 것을 특징으로 하는 고경도 코팅막이 형성된 플라스틱 시트 성형 방법.

제3항에 있어서, 상기 5) 단계는,
f) 하면에 상부 금형 형상이 형성된 상기 시트 이동부를 상기 제1 하부 몰드 상면에 결합시키는 단계;
g) 상기 플라스틱 시트 소재를 1차 냉각온도로 유지한 상태에서 상기 시트 이동부로 상기 플라스틱 시트 소재를 가압하고, 상기 1차 진공 성형부를 이용하여 진공 성형을 동시에 수행하여 2차 성형하는 단계;의 소단계로 나뉘어 진행되는 것을 특징으로 하는 고경도 코팅막이 형성된 플라스틱 시트 성형 방법.

제4항에 있어서, 상기 6) 단계는,
h) 상기 시트 이동부를 이용하여 상기 플라스틱 시트 소재를 상기 냉각 지그로 이동시키는 단계;
i) 상기 시트 이동부와 상기 냉각 지그를 결합시킨 상태에서 상기 플라스틱 시트 소재를 2차 냉각 온도로 냉각하는 단계;의 소단계로 나뉘어 진행되는 것을 특징으로 하는 고경도 코팅막이 형성된 플라스틱 시트 성형 방법.

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