KR102226470B1 - 구조적 발포 성형에 의해 성형품을 제조하는 방법, 팽창된 열가소성 물질의 성형품 및 그의 용도 - Google Patents

구조적 발포 성형에 의해 성형품을 제조하는 방법, 팽창된 열가소성 물질의 성형품 및 그의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열가소성 물질을 용융시킴으로써 중합체 용융물(18)을 제공하고, 중합체 용융물(18)에 발포제(22)를 충전하고, 발포제(22)가 충전된 중합체 용융물(18)을 압력 하에 몰드(28)의 공동부(26)로 사출하여, 플라스틱 용융물(18)이 공동부(26)를 통해 전진하는 용융 선단(34) 뒤에서 공동부(26)를 충전하는, 구조적 발포 성형에 의해 성형품(50)을 제조하는 방법에 관한 것이며, 여기서 중합체 용융물(18)을 몰드(28)의 공동부(26)로 사출하는 사출 속도는, 사출 성형 작업 동안 적어도 한 시점에서, 최대 0.15초의 시간 지연으로 용융 선단(34)의 구획을 뒤따르는 영역(40)에서, 공동부(26) 내의 중합체 용융물(18)의 내부 압력이 발포제(22)의 임계 압력보다 높도록 설정된다. 본 발명은 또한 팽창된 열가소성 물질의 성형품(50)에 관한 것이며, 여기서 성형품(50)은 유동 방향에 대해 수직인 방향에서 측정된 광택 수준에 대한 유동 방향에서 측정된 광택 수준의 평균 비가 1.9 미만, 바람직하게는 1.5 미만, 특히 1.2 미만인, 팽창된 열가소성 물질에 의해 형성되는 시각적으로 구조화된 표면 영역을 갖는다. 본 발명은 또한 이러한 성형품의 용도에 관한 것이다.

Description

구조적 발포 성형에 의해 성형품을 제조하는 방법, 팽창된 열가소성 물질의 성형품 및 그의 용도 {METHOD FOR PRODUCING A MOULDED PART BY STRUCTURAL FOAM MOULDING, MOULDED PART OF AN EXPANDED THERMOPLASTIC MATERIAL AND USES THEREFOR}
본 발명은 열가소성 물질을 용융시킴으로써 플라스틱 용융물을 제공하고, 플라스틱 용융물에 발포제를 로딩하고, 플라스틱 용융물이 공동부를 통해 전진하는 용융 선단 뒤에서 공동부를 충전하도록 하는 방식으로, 발포제가 로딩된 플라스틱 용융물을 압력 하에 몰드의 공동부로 사출하는, 구조적 발포 성형에 의해 성형품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 발포된 열가소성 물질로 제조된 성형품, 특히 구조적 발포 성형에 의해 제조된 성형품, 바람직하게는 상기에 언급된 방법에 의해 제조될 수 있는 성형품에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 상기 성형품의 용도에 관한 것이다.
사출-성형 방법 (구조적 발포 성형) 또는 압출 방법 (발포 압출)으로 열가소성 물질계를 발포시키는 것은 수십년 동안 선행 기술이었다. 여기서 화학적 발포 방법과 물리적 발포 방법 사이에는 원칙적으로 차이가 있다. 화학적 발포의 경우, 과립 형태의 한정된 양의 적합한 발포제가 열가소성 물질에 첨가되고, 사출-성형 또는 압출 방법 동안의 고온에 의해 반응하여, 기체를 유리시키며, 이는 열가소성 물질의 발포를 유발한다.
사출 방법을 위해 주로 사용되는 물리적 발포의 경우에, 발포제를 첨가하기 위한 다양한 산업적인 방법이 존재한다. 친숙한 방법의 예는 플라스틱 용융물의 이송을 위해 사용되는 스크류의 영역에서 액체 플라스틱 용융물에 초임계 상태의 기체, 예컨대 질소 또는 이산화탄소를 도입하는 것으로 이루어진다. 특이적으로 설계된 스크류 기하형상으로 인해, 열가소성 물질의 사출 전에 고압 하에 철저한 혼합이 달성되고, 플라스틱 용융물 (초임계 용액) 중에서 기체의 매우 균일한 분포가 달성된다. 플라스틱 용융물이 스크류로부터 몰드의 공동부로 통과할 때, 플라스틱 용융물에서 상당한 압력 강하가 발생하여, 초임계 기체가 미임계 상태로 전환되고, 팽창하여 작은 기포를 형성할 수 있고, 따라서 열가소성 물질의 발포를 유발할 수 있다. 이렇게 제조된 성형품은 작은 기포에 의해 제공된 미세다공성(microcellular) 구조를 갖는 코어를 갖는다.
발포된 열가소성 물질의 특성은 압착 사출-성형되거나 또는 압출된 열가소성 물질의 특성과 상당히 상이하다. 발포 방법을 사용하는 빈번한 이유는 성형품의 부피를 동일하게 유지시키면서, 성형품의 중량을 감소시킬 수 있기 때문이다. 더욱이 중량을 기반으로 하는 특이적인 기계적인 특성, 예를 들어 특히 굴곡 강성도(flexural stiffness) 및 비틀림 강성도(torsional stiffness)가 상당히 개선될 수 있다.
발포된 열가소성 물질의 또 다른 이점은 발포제-로딩된 플라스틱 용융물이 몰드의 공동부에서 발포 동안 처리되지 않은 플라스틱 용융물보다 더 낮은 점도를 갖는다는 것이다. 따라서 특히 길고 협소한 유동 경로를 갖는 성형품을 보다 양호하게 충전하는 것이 가능하다.
발포된 열가소성 물질은 언급된 기계적인 이점 및 레올로지 이점을 가질뿐만 아니라 매우 양호한 단열 거동을 갖는다. 따라서 발포되지 않은 플라스틱에 비해서 추가적인 중량 감소를 갖기 때문에, 두꺼운 벽 두께 및 매우 양호한 단열 특성을 갖는 유용한 설계로 성형품을 제조하는 것이 또한 가능하다.
발포 방법, 특히 또한 구조적 발포 성형의 주요 단점은, 이러한 방법에 의해 제조된 성형품이 매우 불균일하고 거친 표면을 갖는다는 것이다. 성형품의 불균일한 표면은 발포 방법 동안 발생할 수 있는 매우 광범위한 표면 결함으로부터 유래된다. 이러한 결함은 매우 많은 인자에 좌우되며, 현재 선행 기술에서는 예측이 어렵다. 예를 들어 가공 파라미터, 예컨대 사출 속도, 몰드 온도, 기체 로딩 등이 강한 영향력을 갖지만; 성형품 자체의 기하형상, 예를 들어 성형품의 두께, 형상 불규칙성 또는 필렛(fillet), 벽 두께, 치수의 급격한 변화 등이 또한 표면 결함에 상당한 영향력을 가질 수 있다.
성형품의 외관을 개선하기 위해, 성형품 상의 표면 결함을 감추기 위한 다양한 시도가 다양한 수준의 성공으로 선행 기술에서 행해졌다. 예를 들어, 발포 압출의 경우, 발포된 코어의 결함을 감추는 발포되지 않은 공압출된 층을 사용하는 것이 가능하다. 구조적 발포 성형의 경우, 예를 들어, 몰드의 공동부 내에서, 용융 선단에서 발포제-로딩된 플라스틱 용융물로부터 기체가 발생하는 것을 방지하는 역압(counterpressure)을 사용하여, 결집 외부 층이 형성될 수 있도록 하는 것이 가능하다. 더욱이 몰드 벽의 고온이 제조된 성형품의 표면 품질에 이로운 효과를 갖는다는 것을 발견하였다. 단순한 성형품 기하형상의 경우, 더욱이 포일을 빈번하게 몰드의 공동부에 삽입하고, 이어서 발포 열가소성 물질로 몰드내-코팅하고, 발포된 표면을 감춘다. 그러나 표면 결함을 감추기 위한 이러한 방법은 일부 경우에 매우 복잡하고, 때로는 부분적으로만 성공적이거나 또는 성형품의 표면의 특성에 영향을 미친다.
선행 기술에서, 원칙적으로는 구조적 발포 성형 방법에 의해 제조된 성형품이 상당히 필요한데, 그 이유는 그 물질이 상기에 기술된 이로운 특성을 갖기 때문이다. 그러나, 동시에 이러한 성형품은 시각적으로 매력적인 표면을 갖고, 구체적으로는 가능한 한 제조 공정의 복잡한 변질을 갖지 않도록 의도된다.
상기에 기술된 선행 기술로부터 출발하여, 본 발명의 목적은 구조적 발포 성형에 의해 성형품을 제조하는 방법을 제공하고, 또한 구조적 발포 성형에 의해 제조된 성형품을 제공하는 것이며, 이것은 특히 상기에 기술된 선행 기술의 단점을 회피하면서, 성형품의 시각적으로 매력적인 표면을 달성할 수 있다.
이러한 목적은 열가소성 물질을 용융시킴으로써 플라스틱 용융물을 제공하고, 플라스틱 용융물에 발포제를 로딩하고, 플라스틱 용융물이 공동부를 통해 진행하는 용융 선단 뒤에서 공동부를 충전하도록 하는 방식으로, 발포제가 로딩된 플라스틱 용융물을 압력 하에 몰드의 공동부로 사출하고, 최대 0.15 s의 시간적 분리로 용융 선단의 구획을 뒤따르는 영역에서, 사출 절차 동안 적어도 한 시점에서 공동부 내의 플라스틱 용융물의 내부 압력이 발포제의 임계 압력보다 높도록 하는 방식으로 플라스틱 용융물을 몰드의 공동부로 사출하는 사출 속도를 조정하는, 구조적 발포 성형에 의해 성형품을 제조하는 방법으로 본 발명에서 적어도 어느 정도 달성된다.
구조적 발포 성형에서, 발포제-로딩된 플라스틱 용융물은 압력 하에 몰드의 공동부로 사출된다. 이를 위해, 몰드는 적어도 1개의 사출 개구를 갖는데, 이것에는 몰드의 사출 개구를 통해 플라스틱 용융물을 사출하기 위한 사출 장치가 부착되어 있다. 몰드의 공동부는 제조될 성형품의 반대 형상에 상응하는 성형 영역, 및 또한 적어도 1개의 사출 개구를 성형 영역에 연결하는 적어도 1개의 공급 채널을 포함한다. 복수의 사출 개구가 존재하는 경우, 상응하게 복수의 공급 채널이 존재할 수 있다. 공급 채널은 또한 적어도 1개의 사출 개구를 복수의 성형 영역 사이트에 연결하는 분포기 채널로서 설계될 수 있다. 용어 스프루(sprue)는 사출 후 공급 채널에서 고화되고, 실제 성형품에 연결된 플라스틱 용융물을 기술하는 데 사용된다. 목적하는 형상을 갖는 실제 성형품을 수득하기 위해, 이러한 스프루는 통상적으로는 성형품의 추가 사용 전에, 예를 들어, 소잉(sawing), 브레이크-오프(break-off), 절단 등에 의해 제거된다. 용어 게이트 마크(gate mark)는 스프루로부터 실제 성형품으로의 전이(transition)를 기술하는 데 사용된다.
가소성 용융물을 몰드의 공동부로 사출하는 사출 속도는 여기에서 플라스틱 용융물이 몰드의 사출 개구로 이송되는 속도를 의미한다. 예를 들어, 스크류 컨베이어를 사용하여 플라스틱 용융물을 몰드의 사출 개구로 이송할 수 있다. 스크류 컨베이어의 스크류는 먼저 요구되는 플라스틱 용융물의 양을 이송하여 스크류의 앞의 공동부 내에서 공동부를 충전할 수 있다. 사출 동안, 이어서 스크류는 앞으로 병진 운동(translation)하여, 그것은 피스톤 방식으로 플라스틱 용융물을 사출 개구를 통해 몰드의 공동부로 밀어 넣는다. 여기에서 사출 속도는 스크류가 앞으로 이동하는 속도에 상응한다.
스크류의 특정 병진 운동 속도를 위해, 사출 개구로 이송되는 플라스틱 용융물의 양은 또한 특정 스크류 컨베이어의 단면에 좌우되기 때문에, 상기에 기술된 방법에서 설정될 사출 속도는 장비 의존성이다. 따라서, 특정 몰드에 대해 설정되어야 하는 사출 속도는 몰드의 기하형상뿐만 아니라 플라스틱 용융물을 몰드의 사출 개구에 이송하는 기계의 기하형상에 좌우될 수 있다. 이제, 각각의 경우에 규정된 몰드, 규정된 플라스틱 용융물, 및 플라스틱 용융물을 사출 개구에 이송하기 위한 규정된 기계에 대해 설정되어야 하는 사출 속도를 결정하는 것이 가능하다.
플라스틱 용융물의 내부 압력은 플라스틱 용융물에서의 위치-의존적인 국지적인 동적 배압(backpressure)을 의미한다. 사출 절차 동안, 사출 속도에 좌우되는 압력 분포가 플라스틱 용융물에서 발생하고, 여기에서 플라스틱 용융물의 내부 압력은 플라스틱 용융물의 도입을 위한 공동부의 사출 개구와 용융 선단 사이에서 감소한다. 용융 선단에서 플라스틱 용융물의 내부 압력은 몰드의 아직 충전되지 않은 공동부로서의 잔류부 내의 기체의 임의의 역압으로 인해 발생하고, 따라서 통상적으로는 상대적으로 작고, 특히 0 bar 또는 주변압/대기압에 가깝다.
여기에서 용융 선단의 구획은 바람직하게는 용융 선단의 일관된 구획, 예를 들어 특히 공동부의 하위영역(subregion)으로 전진 이동하는 용융-선단 구획을 의미한다. 최대 0.15 s의 시간적 분리로 이러한 용융-선단 구획을 뒤따르는 영역은, 플라스틱 용융물 내에서, 주어진 시점에서 공동부 내에 존재하는 위치에 배열되고, 용융 선단의 상응하는 구획이 이러한 시점의 최대 0.15 s 전에 존재하는 영역을 의미한다. 즉, 이러한 영역의 상응하는 용융 선단 구획으로부터의 공간적 분리는, 용융 선단 구획이 최대 0.15 s 내에 이동한 거리에 상응한다. 예를 들어, 용융 선단의 상응하는 구획이 공동부를 통해 100 mm/s의 일정한 속도로 이동하는 경우, 상응하는 영역과 용융 선단 사이의 거리는 최대 (100 mm/s)ㆍ(0.15 s) = 15 mm인 것이 허용된다. 따라서, 용융 선단 구획의 속도가 더 큰 경우에는, 용융 선단 구획의 속도가 더 작은 경우에 비해 상응하는 영역의 용융 선단 구획으로부터의 공간적 분리가 더 큰 것이 허용된다.
발포제의 임계 압력은 그 압력보다 높은 압력에서 발포제가 플라스틱 용융물과 초임계 용액으로 존재하는 압력을 의미한다. 임계 압력을 초과하는 압력에서, 발포제는 기체상과 액체상 사이의 1차 상 전이를 나타내지 않고, 대신에 단지 더 높은, 일반적으로는 2차 상 전이를 나타낸다. 임계 압력은 사용된 발포제에 좌우되며, 예를 들어 질소의 경우 33.9 bar이고, 이산화탄소의 경우 73.8 bar이다.
이 영역에서 플라스틱 용융물의 온도, 및 발포제의 온도 각각은 특히 또한 발포제의 임계 온도보다 높다. 임계 온도는 예를 들어 질소의 경우 -146.95℃이고, 이산화탄소의 경우 31.0℃이고, 이것은 결과적으로 임의의 경우에 구조적 발포 성형에서 전형적으로 접하는 공정 온도를 초과한다.
본 발명의 목적을 위해, 상기에 기술된 방법이 구조적 발포 성형에 의해 표면이 시각적으로 매력적인 외관을 갖는 성형품을 제조할 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 방법에 의해 제조될 수 있는 성형품은 얼음 표면 (얼음 외관)이 연상되는 시각적으로 구조화된 표면을 갖는다.
지금까지 선행 기술로부터 공지된 방법은 원칙적으로 예를 들어, 표면 결함을 감춤으로써 성형 표면의 광학적 구조화를 회피하는 것을 시도하였지만, 본 발명은 표면 구조화가 시각적으로 매력적인 성형 표면을 수득하도록 제어된 방식으로 사용될 수 있다는 발견을 기초로 한다. 상기에 기술된 방법 및 구체적으로는 특히 기술된 사출-속도 설정이 얼음 표면의 구조를 복제하는 성형품의 광학 표면 구조화를 달성한다는 것을 발견하였다. 따라서 본 방법에 의해 제조될 수 있는 성형품은 이전 방법에 의해 제조된 시각적으로 균질한 성형 표면과 대조적으로 시각적으로 구조화된 매력적인 성형 표면을 갖는다.
다양한 물질, 성형품 형상, 및 성형품 두께를 사용한 실험에서, 기술된 사출 속도 설정은 상당히 넓게 적용가능하고, 따라서 상기에 기술된 방법은 상응하는 외관을 갖는 매우 다양한 성형품을 제조할 수 있다는 것을 발견하였다.
본 방법은 열가소성 물질의 용융을 통해 플라스틱 용융물을 제공한다. 이를 위해, 예를 들어 개별 용융 오븐이 제공되거나 또는 예를 들어 압출기의 열가소성 물질 또는 플라스틱 용융물을 이송하는 데 사용되는 스크류 컨베이어의 가열된 용융 영역이 존재할 수 있다. 열가소성 물질은 예를 들어 용융 오븐 또는 용융 영역에 펠릿의 형태로 도입될 수 있고, 그곳에서 열가소성 물질의 융점을 초과하는 온도로 가열될 수 있다.
본 방법은 플라스틱 용융물에 발포제를 로딩한다. 이는, 발포제를 플라스틱 용융물에 도입하고, 플라스틱 용융물을 몰드의 공동부에서 발포한다는 것을 의미한다. 발포제는 기체의 형태로 직접 물리적으로 플라스틱 용융물에 도입될 수 있다. 가능한 대안은 발포제를 위한 출발 물질을 플라스틱 또는 플라스틱 용융물에 (예를 들어, 펠릿 또는 분말 형태로) 도입하고, 예를 들어 열에 노출되는 경우, 바람직하게는 화학 반응의 진행으로 실제 기체 발포제를 형성하는 것이다.
본 방법은 플라스틱 용융물이 공동부를 통해 전진하는 용융 선단 뒤에서 공동부를 충전하도록 하는 방식으로, 발포제-로딩된 플라스틱 용융물을 압력 하에 몰드의 공동부로 사출한다. 이 단계의 처음에, 공동부는 초기에 비어있거나 또는 기체-충전되어 있다. 이어서, 플라스틱 용융물이 개구를 통해 공동부로 밀어 넣어지고, 공동 내에 점진적으로 분포되도록 하는 방식으로, 구체적으로 압력을 외부에서 적용하면서, 플라스틱 용융물을 구멍을 통해 몰드의 공동부로 사출한다. 용융 선단은 공동부를 통해 이동하는 플라스틱 용융물의 선단 경계 영역을 의미한다.
사출 절차가 끝나고, 발포된 열가소성 물질이 고화된 후, 성형품은 몰드로부터 제거될 수 있다. 적어도 1개의 공급 채널의 영역에서, 이어서 성형품은 공급 채널에서 고화된 플라스틱 용융물로 제조되고, 성형품의 추가 사용 전에 제거될 수 있는 스프루를 갖는다.
방법에서, 플라스틱 용융물을 몰드의 공동부로 사출하는 사출 속도는, 최대 0.15 s의 시간적 분리로 용융 선단의 구획을 뒤따르는 영역에서, 사출 절차 동안 적어도 한 시점에서 공동부 내의 플라스틱 용융물의 내부 압력이 발포제의 임계 압력보다 높도록 하는 방식으로 조정된다.
선행 기술의 구조적 발포 성형 방법에서, 압력은 플라스틱 용융물 내에서 사출 개구로부터 계속 상당히 비교적 낮아지기 때문에, 발포제는 용융 선단이 도달되기 훨씬 전에 초임계 상태로 전환된다. 따라서, 플라스틱 용융물로부터의 기체의 발생은 용융 선단으로부터 비교적 먼 거리에서 시작되어, 본질적으로 용융 선단의 영역에서 플라스틱 용융물의 층류(laminar flow)를 생성한다. 이것은 층형이고, 보다 균질하거나 또는 줄무늬가 있는 표면 외관으로 이어진다.
사출 속도에 대해 상기에 언급된 기준이 충족되는 경우, 발포제가 플라스틱 용융물 중에서 초임계 상태로 존재하는 영역 (초임계 영역)이 용융 선단에 가까워진다. 실험은, 0.15 s 미만의 시간적 분리가, 용융 선단의 영역에서 플라스틱 용융물의 난류를 적어도 어느 정도로 달성하기 때문에, 표면의 광학적 구조화를 제공하여 얼음 외관을 제공한다는 것을 보여주었다. 더욱이 실험은 초임계 영역의 용융 선단으로부터의 시간적 분리가 0.15 s보다 크자마자, 얼음 외관이 더이상 달성되지 않는 것을 보여주었다.
관련 영역에서 플라스틱 용융물의 내부 압력은 사출 절차 동안 적어도 한 시점에서 발포제의 임계 압력보다 높아야 한다. 얼음 외관을 갖는 시각적으로 매력적인 표면은 상기에 기술된 사출-속도 기준이 사출 절차 동안 한 시점에서 충족되는 경우에도 수득된다는 것을 발견하였다. 이러한 시점은, 사출 절차의 시작 시에 존재하고, 구체적으로 특히 공동부의 20% 미만, 바람직하게는 10% 미만, 특히 5% 미만이 플라스틱 용융물에 의해 충전되는 시점인 것이 바람직하다.
용융 선단의 영역 내의 관련 시점에서 생성된 난류는 충분히 강해서 상기 시점 이후에 계속되고, 플라스틱 용융물에서 매력적으로 광학적으로 구조화된 표면을 형성한다는 것을 발견하였다. 그러나, 표면의 보다 균일한 구조화된 외관은, 상기에 기술된 사출-속도 기준이 더 긴 기간에 걸쳐서, 특히 전체 사출 시간의 25% 초과, 바람직하게는 50% 초과, 특히 75% 초과에 걸쳐서 충족되는 경우 달성될 수 있다. 상기에 기술된 기준이 적어도 1개의 공급 채널에서 충족되는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 게이트 마크에서 시작하여 즉시 성형품 상에서 얼음 외관을 달성하는 것이 가능하다.
상기에 기술된 사출-속도 조정은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 압력 센서, 특히 내부-몰드-압력 센서라 공지된 것이 몰드의 공동부 내에 제공될 수 있고, 이것은 사출 동안 다양한 위치에서 공동부 내의 플라스틱 용융물의 내부 압력을 측정할 수 있다. 사출 속도를 변경하고, 센서의 도움으로 압력 프로파일을 측정함으로써, 플라스틱 용융물에서 목적하는 내부 압력 프로파일이 달성되는 양호하게 규정된 사출 속도에 대한 값을 설정하는 것이 가능하다. 이러한 목적에 적합한 내부-몰드-압력 센서의 예는 키스틀러 인스트루먼트 게엠베하(Kistler Instrumente GmbH) (독일 오스필데른 소재)로부터 입수가능한 6183BCE 내부-몰드-압력 센서이다.
대안적으로, 요구되는 사출 속도는 또한 사출 절차의 레올로지 시뮬레이션을 사용하여, 특히 컴퓨터를 사용하여 측정될 수 있다. 이러한 유형의 시뮬레이션을 사용함으로써, 주어진 몰드 및 열가소성 용융물의 주어진 조성에 대해서, 다양한 사출 속도에 대한 플라스틱 용융물에서의 내부 압력 프로파일을 계산하는 것이 가능하다. 계산된 프로파일에 기초하여, 이어서 목적하는 내부 압력 프로파일이 시뮬레이션에서 달성되는 사출 속도를 선택하는 것이 가능하다. 이러한 유형의 시뮬레이션을 수행하기에 적합한 장비의 예는 오토데스크 인크.(Autodesk Inc.) (미국 산 라파엘 소재)로부터 입수가능한 "오토데스크 (R) 시뮬레이션 몰드플로우 (R)(Autodesk (R) Simulation Moldflow (R))" 레올로지 시뮬레이션 소프트웨어이다. 사출 절차의 레올로지 시뮬레이션의 구체적 예는 첨부된 도면의 내용 내의 하기 아래 부분에서 기술된다.
더욱이, 상기에 기술된 목적은 특히 구조적 발포 성형, 바람직하게는 상기에 기술된 방법에 의해 제조된 발포된 열가소성 물질로 제조된 성형품을 통해 본 발명에서 적어도 어느 정도 달성되며, 여기서 성형품은 발포된 열가소성 물질에 의해 형성된 광학적으로 구조화된 표면 영역을 갖고, 유동 방향에 대해 수직인 방향에서 측정된 광택 수준에 대한 유동 방향에서 측정된 광택 수준의 평균 비는 1.9 미만, 바람직하게는 1.5 미만, 특히 1.2 미만이다.
표현 "성형품의 유동 방향에 대해 수직인 방향에서의 광택 수준에 대한 유동 방향에서 측정된 광택 수준의 평균 비"는 하기 측정 규칙을 기초로 기술된 측정 방법에 의해 측정된 파라미터를 의미한다:
1. 사용될 수 있는 측정 장비는 DIN 67530에 따라서 측정하는 광학 측정 장비 중 임의의 것이다.
2. 광택 수준은 DIN 67530에 따라서 60°의 입사각 및 반사각으로 측정한다.
3. 측정은 연구될 성형 표면 영역 상의 6개의 상이한 측정 사이트에서 수행한다.
4. 측정 사이트의 배열은 기원부로부터, 즉 사출 성형 동안 게이트의 위치로부터 시작함으로써 결정한다. 연구되는 성형품이 복수의 게이트 마크를 갖는 경우, 각각의 게이트 마크는 측정 범위를 결정하기 위한 출발 지점으로서의 역할을 할 수 있다.
5. 측정 범위는 최대 유동 경로 길이를 기초로 결정한다. 최대 유동 경로 길이는 성형품의 게이트 마크와 그로부터 가장 먼 거리의 지점 (유동 최종 지점) 사이의 거리이다. 연구되는 성형품이 복수의 게이트 마크를 갖는 경우, 상이한 게이트 마크로부터의 유동 선단의 용접선을 또한 유동 최점 지점으로서 사용할 수 있다.
6. 하기 7. 내지 9.로 기술된 측정된 절차를 각각의 게이트 마크에 대해 수행해야 한다.
7. 측정 범위는 다음과 같다:
최대 유동 경로 길이의 10 내지 25% 범위에서 2개의 측정 지점, 40 내지 60% 범위에서 2개의 측정 지점, 75 내지 90% 범위에서 2개의 측정 지점.
8. 각각의 측정 범위에서 개별 측정 지점들 사이의 거리는 우세한 유동 경로 폭의 적어도 25%여야 한다.
9. 각각의 측정 지점에 대해서, 측정 장비는 각각 유동 방향 및 유동 방향에 대해 수직인 방향에서 3회의 광택 수준 측정을 수행해야 한다. 광택 수준 측정 각각에 대해 사용된 측정 면적은 적어도 7 x 7 mm이다.
10. 각각의 측정 i의 경우, 유동 방향에 대해 수직인 방향에서의 광택 수준 GqFR,i에 대한 유동 방향에서의 광택 수준 GiFR,i의 광택 수준 비를 VG,i = GiFR,i / GqFR,i로 계산한다.
11. 이어서, 이전에 측정된 광택 수준 비 전부의 평균 값을 계산한다:
Figure 112016040384987-pct00001
.
Figure 112016040384987-pct00002
는 유동 방향에 대해 수직인 방향에서의 광택 수준에 대한 유동 방향에서 측정된 광택 수준의 평균 비이다.
파라미터는 바람직하게는 평탄한 표면 영역에서 측정된다. 이러한 광택 수준 측정을 위해 사용될 수 있는 측정 장비의 예는 비크-가드너 게엠베하(BYK-Gardner GmbH) (독일 게레츠리트 소재)로부터 입수가능한 헤이즈-글로스(haze-gloss) AG-4601이다. 그러나, 파라미터는 약간 굴곡진 표면 영역에서 측정될 수도 있다. 이어서, 이러한 목적에 적합한 측정 장비를 사용함으로써 광택 수준 측정을 수행할 수 있고, 예는 젠터 게엠베하 테스팅 인스투르먼츠(Zehnter GmbH Testing Instruments) (스위스 시싸하 소재)로부터 입수가능한 ZGM 1020 광택 측정계이다.
상기에 기술된 측정 방법에서 용어 "유동 방향에서의 광택 수준 측정"은 측정 영역에서 반사율 측정 동안 입사 빔과 반사 빔의 평면과 성형 표면의 교차선이 성형품의 제조 동안 측정 영역에서 용융 선단의 이동 방향에 본질적으로 평행한 것을 의미한다. 표현 "유동 방향에 대해 수직인 방향에서의 측정"은 측정 영역에서 반사율 측정 동안 입사 빔과 반사 빔의 평면과 성형 표면의 교차선이 성형품 제조 동안 측정 영역에서 용융 선단의 이동 방향에 대해 본질적으로 수직인 것을 의미한다. 성형품에서 여기에서 용융 선단의 이동 방향은 게이트 마크의 위치에 좌우되는데, 플라스틱 용융물은 게이트 마크로부터 측정 영역으로 유동한다.
선행 기술로부터 공지된 방법에 의해 제조된 성형품은 줄무늬가 있는 외관을 갖는 표면을 나타내는데, 그 이유는 용융 선단의 영역에서의 플라스틱 용융물의 본질적인 층류로 인한 것이다. 여기에서 줄무늬는 본질적으로 게이트로부터 플라스틱 용융물의 유동 방향, 즉 사출 절차 동안 용융 선단의 이동 방향으로 연장된다. 이러한 줄무늬는, 유동 방향에서, 즉 본질적으로 줄무늬의 방향에서의 광택 수준이 유동 방향에 대해 수직인 방향에서의 광택 수준보다 더 높도록 하는 방식으로, 성형 표면의 방향 의존성 광택 수준에 영향을 미친다. 따라서, 이러한 성형품에서 광택 수준 비는 2를 초과한다.
이와 대조적으로, 얼음 외관을 갖는 시각적으로 매력적으로 구조화된 표면을 갖는 성형품, 예를 들어 특히 상기에 기술된 방법에 의해 제조될 수 있는 것은 최대 1.9, 특히 최대 1.5, 또는 특별하게는 최대 1.2의 광택 수준 비를 갖는다. 얼음 외관을 제공하는 난류형의 광학 표면 구조로 인해, 국지적인 반사율 차이가, 유동 방향 및 유동 방향에 대해 수직인 방향에서 유사한 광택 수준을 제공하는 방식으로 서로를 보상하여, 1에 더 가깝거나 또는 1에 가까운 광택 수준 비를 제공한다. 따라서, 본 발명의 성형품의 시각적으로 매력적인 구조화된 표면은 광택 수준 비의 방식에 의해 객관적으로 특징분석될 수 있다.
성형품의 표면 영역은 발포된 열가소성 물질을 통해 형성된 광학적 구조화를 갖는다. 광학적 구조화는 표면 영역의 광학 특성이 전체 표면 영역에 걸쳐서 일정한 것이 아니라, 대신에 표면 영역에서 표면의 적어도 하나의 광학 특성, 특히 표면의 국지적인 광택 수준이 표면 영역에 걸쳐서 달라진다는 것을 의미한다. 광학적 구조화는 발포된 열가소성 물질을 통해 형성된다. 따라서, 광학적 구조화는 예를 들어 추가로 광학적으로 구조화된 추가 층, 예를 들어 필름 또는 유색 층을 통해서가 아니라, 실제 발포된 열가소성 물질로부터 생성된다는 것이 명백하다. 발포된 열가소성 물질이 표면 영역을 직접 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 발포된 열가소성 물질이 표면의 광학적 구조화를 계속 형성하는 경우, 열가소성 물질 위에 본질적으로 투명한 층을 배열하는 것이 또한 가능하다.
방법 및 성형품의 다른 실시양태가 각각 하기에 기술되어 있다. 상기 실시양태의 특징부는 여기에서 그 방법 및 그 성형품 각각으로 제한되지 않으며; 그 방법을 위해 거기에 기술된 특징부는 성형품에 상응하게 적용될 수 있으며, 그 역도 가능하다.
방법의 한 실시양태에서, 플라스틱 용융물의 내부 압력이 사출 절차 동안 적어도 한 시점에서 발포제의 임계 압력보다 높은 영역이, 최대 0.1 s, 특히 최대 0.05 s의 시간적 분리로 용융 선단의 구획을 뒤따른다. 그 영역의 용융 선단으로부터의 시간적 분리가 최대 0.15 s인 경우, 성형품의 하위영역에서 시각적으로 매력적인 표면 구조화가 달성된다는 것을 발견하였다. 선택된 상응하는 시간적 분리가 훨씬 더 작은 경우, 바람직하게는 0.1 s 미만, 특히 0.05 s 미만인 경우, 전체 성형 표면 상에 얼음 외관을 갖는 상응하게 매력적인 표면 구조화를 달성하는 것이 본질적으로 가능하다.
방법 및 성형품 각각의 또 다른 실시양태에서, 열가소성 물질은 투명 플라스틱, 특히 폴리카르보네이트 (PC), 폴리스티렌 (PS), 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 스티렌-아크릴로니트릴 (SAN), 시클로올레핀 공중합체 (COC), 투명 폴리아미드 (PA), 예를 들어 PA MACMI 12, PA NDT/INDT, PA MACM 12, PA MACM 14, PA PACM 12, PA 6I, PA 6I/6T, 투명 폴리에스테르, 예를 들어 A-PET (무정형 PET, 5%의 시클로헥산디메탄올 또는 네오펜틸 글리콜을 갖는 PET), PEN (폴리에틸렌 나프탈레이트), PTT (폴리트리메틸렌 테레프탈레이트), PETG (테레프탈산; 에틸렌 글리콜 / 시클로헥산디메탄올), 테레프탈산과 시클로헥산디메탄올 및 테트라메틸시클로부탄디올로 제조된 폴리에스테르, 및 이들 중합체의 혼합물의 군으로부터 선택된 투명 플라스틱 또는 이러한 군으로부터의 적어도 1종의 플라스틱을 포함하는 투명 플라스틱이다. 투명 플라스틱이 사용되는 경우, 생성된 성형품의 표면은 적어도 어느 정도 투명하게 유지되기 때문에, 훨씬 더 아래에 놓인 표면 구조물이 외부에서 가시적이다. 이것은 구조물의 밀도를 표면에서 가시적이게 증가시키고, 따라서 실현가능한 얼음 외관을 갖는 표면 구조화를 달성한다. 열가소성 물질의 투명도는 1 mm 두께에 대해 ISO 13468-2에 따라서 측정되는 경우 바람직하게는 적어도 25%, 바람직하게는 적어도 50%, 특히 바람직하게는 적어도 75%, 특히 적어도 86%의 광 투과율에 상응한다.
방법 및 성형품 각각의 또 다른 실시양태에서, 열가소성 물질은 폴리카르보네이트 (PC), 폴리스티렌 (PS), 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 스티렌-아크릴로니트릴 (SAN), COC (시클로올레핀 공중합체)의 군으로부터의 중합체, 투명 폴리아미드 (PA), 폴리비닐 클로라이드 (PVC), 폴리페닐렌 에테르 (PPE), 및 그의 혼합물의 군으로부터 선택되거나 또는 적어도 이러한 군으로부터의 플라스틱을 포함한다.
시각적으로 매력적인 표면 구조화에 대한 특히 양호한 결과는 하기에 기술된 폴리카르보네이트 조성물을 사용하여 달성되었다.
본 발명의 목적을 위해, 폴리카르보네이트는 호모폴리카르보네이트 및 코폴리카르보네이트뿐만 아니라 예를 들어 EP-A 1,657,281에 기술된 바와 같은 폴리에스테르 카르보네이트이다.
방향족 폴리카르보네이트는 예를 들어, 디페놀과 카르보닐 할라이드, 바람직하게는 포스겐 및/또는 방향족 디아실 디할라이드, 바람직하게는 벤젠디카르복실산의 디할라이드의 반응을 통해, 임의로는 사슬 종결제, 예를 들어 모노페놀을 사용하고, 임의로는 삼관능성이거나 또는 삼관능성을 초과하는 분지화제, 예를 들어 트리페놀 또는 테트라페놀을 사용하여, 계면 방법에 의해 제조된다. 또 다른 가능한 제조 방법은 디페놀과 예를 들어 디페닐 카르보네이트의 반응을 통한 용융 중합 방법을 사용한다.
본 발명에서 사용될 폴리카르보네이트는 원칙적으로 디페놀, 탄산 유도체 및 임의로는 분지화제로부터 공지된 방식으로 제조된다.
폴리카르보네이트의 합성 방법은 일반적으로 다수의 공개물에 공지 및 기술되어 있다. EP-A 0 517 044, WO 2006/072344, EP-A 1 609 818, WO 2006/072344, 및 EP-A 1 609 818, 및 그 문헌들에 인용된 문헌이 예를 들어 폴리카르보네이트의 제조를 위한 계면 방법 및 용융 방법을 기술한다.
방향족 폴리카르보네이트 및/또는 방향족 폴리에스테르 카르보네이트를 제조하기 위한 디페놀은 바람직하게는 하기 화학식 I의 것이다.
<화학식 I>
Figure 112016040384987-pct00003
상기 식에서,
A는 단일 결합, C1 내지 C5-알킬렌, C2 내지 C5-알킬리덴, C5 내지 C6-시클로알킬리덴, -O-, -SO-, -CO-, -S-, -SO2-, 또는 C6 내지 C12-아릴렌이고, 그 상에는 헤테로원자를 임의로 포함하는 추가의 방향족 고리가 축합될 수 있거나,
또는 하기 화학식 II 또는 III의 모이어티이고,
<화학식 II>
Figure 112016040384987-pct00004
<화학식 III>
Figure 112016040384987-pct00005
B는 각각의 경우에 C1 내지 C12-알킬, 바람직하게는 메틸 또는 할로겐, 바람직하게는 염소 및/또는 브로민이고,
x는 서로 독립적으로 각각 0, 1 또는 2이고,
p는 1 또는 0이고,
R5 및 R6은 각각의 X1에 대해 독립적으로 선택될 수 있고, 서로 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C6-알킬, 바람직하게는 수소, 메틸 또는 에틸이고,
X1은 탄소이고,
m은 4 내지 7의 정수, 바람직하게는 4 또는 5이되, 단 적어도 1개의 원자 X1, R5 및 R6은 동시에 알킬이다.
바람직한 디페놀은 히드로퀴논, 레소르시놀, 디히드록시디페놀, 비스(히드록시페닐)-C1-C5-알칸, 비스(히드록시페닐)-C5-C6-시클로알칸, 비스(히드록시페닐) 에테르, 비스(히드록시페닐)술폭시드, 비스(히드록시페닐)케톤, 비스(히드록시페닐)술폰 및 α,α'-비스(히드록시페닐)디이소프로필벤젠, 및 또한 그의 고리-브로민화된 유도체 및/또는 고리-염소화된 유도체이다.
특히 바람직한 디페놀은 4,4'-디히드록시비페닐, 비스페놀 A, 2,4-비스(4-히드록시페닐)-2-메틸부탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산, 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3.3.5-트리메틸시클로헥산, 4,4'-디히드록시디페닐 술피드, 4,4'-디히드록시디페닐 술폰 및 또한 그의 이브로민화된 유도체 및 사브로민화된 유도체 또는 그의 염소화된 유도체, 예를 들어 2,2-비스(3-클로로-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)프로판 또는 2,2-비스(3,5-디브로모-4-히드록시페닐)프로판이다. 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 (비스페놀 A)이 특히 바람직하다.
디페놀은 단독으로 또는 임의의 목적하는 혼합물의 형태로 사용될 수 있다. 디페놀은 문헌으로터 공지되어 있거나 문헌으로부터 공지된 방법에 의해 수득될 수 있다.
열가소성 방향족 폴리카르보네이트를 제조하기에 적합한 사슬 종결제의 예는 페놀, p-클로로페놀, p-tert-부틸페놀 또는 2,4,6-트리브로모페놀, 또는 다른 장쇄 알킬페놀, 예컨대 DE-A 2 842 005에 따른 4-[2-(2,4,4-트리메틸펜틸)]페놀, 4-(1,3-테트라메틸부틸)페놀 또는 알킬 치환기 내에 총 8 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 모노알킬페놀 또는 디알킬페놀, 예를 들어 3,5-디-tert-부틸페놀, p-이소옥틸페놀, p-tert-옥틸페놀, p-도데실페놀 및 2-(3,5-디메틸헵틸)페놀 및 4-(3,5-디메틸헵틸)페놀이다. 사용될 사슬 종결제의 양은 일반적으로 사용되는 각각의 디페놀의 총 몰량을 기준으로 0.5 mol% 내지 10 mol%이다.
열가소성 방향족 폴리카르보네이트의 평균 몰 질량 (질량 평균 Mw, GPC (폴리카르보네이트 표준품을 사용한 겔 투과 크로마토그래피)를 통해 측정)은 10,000 내지 200,000 g/mol, 바람직하게는 15,000 내지 80,000 g/mol, 특히 바람직하게는 20,000 내지 38,000 g/mol이다.
열가소성 방향족 폴리카르보네이트는 특히 바람직하게는 사용된 디페놀 전부를 기준으로 0.05 내지 2.0 mol%의 삼관능성 화합물 또는 삼관능성을 초과하는 화합물, 예컨대 3개 이상의 페놀 기를 갖는 것을 도입시킴으로써 임의의 공지된 분지화 유형을 가질 수 있다. 선형 폴리카르보네이트를 사용하는 것이 바람직하며, 비스페놀 A를 기재로 하는 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
적합한 물질은 호모폴리카르보네이트뿐만 아니라 코폴리카르보네이트이다. 성분 A에 따른 본 발명의 코폴리카르보네이트를 제조하기 위한 또 다른 가능성은 히드록시아릴옥시 말단 기를 갖는 폴리디오르가노실록산을 사용될 디페놀의 총 양을 기준으로 1 내지 25 중량%, 바람직하게는 2.5 내지 25 중량%로 사용하는 것이다. 이것은 공지되어 있고 (US 3 419 634), 문헌으로부터 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 폴리디오르가노실록산-함유 코폴리카르보네이트가 마찬가지로 적합하고; 폴리디오르가노실록산-함유 코폴리카르보네이트의 제조는 예를 들어 DE-A 3 334 782에 기술되어 있다.
비스페놀 A 호모폴리카르보네이트와 동시에, 바람직한 폴리카르보네이트는 비스페놀 A와, 디페놀의 총 몰량을 기준으로 15 mol% 이하의 바람직하거나 또는 특히 바람직한 것으로서 언급된 것, 특히 2,2-비스(3,5-디브로모-4-히드록시페닐)프로판이 아닌 디페놀의 코폴리카르보네이트이다.
방향족 폴리에스테르 카르보네이트를 제조하기에 바람직한 방향족 디아실 디할라이드는 이소프탈산, 테레프탈산, 및 디페닐 에테르 4,4'-디카르복실산 및 나프탈렌-2,6-디카르복실산의 디아실 디클로라이드이다.
이소프탈산의 디아실 디클로라이드와 테레프탈산의 디아실 클로라이드의 1:20 내지 20:1 비의 혼합물이 특히 바람직하다.
폴리에스테르 카르보네이트의 제조는 또한 이관능성 산 유도체로서 카르보닐 할라이드, 바람직하게는 포스겐의 사용을 동반한다.
방향족 폴리에스테르 카르보네이트를 제조하는 데 사용될 수 있는 사슬 종결제는 상기에 언급된 모노페놀뿐만 아니라 그의 클로로탄산 에스테르 및 또한 방향족 모노카르복실산의 아실 클로라이드인데, 이것은 임의로는 C1 내지 C22-알킬 기 또는 할로겐 원자에 의해 치환될 수 있으며; 지방족 C2 내지 C22-모노아실 클로라이드가 또한 여기에서 사슬 종결제로서 사용될 수 있다.
사슬 종결제의 양은 페놀 사슬 종결제의 경우에는 디페놀의 몰을 기준으로, 그리고 모노아실 클로라이드 사슬 종결제의 경우에는 디아실 클로라이드의 몰을 기준으로 각각의 경우에 0.1 내지 10 mol%이다.
방향족 폴리에스테르 카르보네이트의 제조는 또한 1종 이상의 방향족 히드록시카르복실산을 사용할 수 있다.
방향족 폴리에스테르 카르보네이트는 선형일 수 있거나 또는 임의의 공지된 분지화 유형을 가질 수 있으며 (이와 관련하여 DE-A 2 940 024 및 DE-A 3 007 934를 참고하기 바람), 여기에서는 선형 폴리에스테르 카르보네이트가 바람직하다.
사용될 수 있는 분지화제의 예는 (사용된 디아실 디클로라이드를 기준으로) 0.01 내지 1.0 mol%의 양의 삼관능성 이상의 아실 클로라이드, 예를 들어 트리메조일 트리클로라이드, 시아누로일 트리클로라이드, 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르보닐 테트라클로라이드, 1,4,5,8-나프탈렌테트라카르보닐 테트라클로라이드 또는 피로멜리토일 테트라클로라이드, 또는 사용된 디페놀을 기준으로 0.01 내지 1.0 mol%의 양의 삼관능성 또는 다관능성 페놀, 예컨대 플로로글루시놀, 4,6-디메틸-2,4,6-트리(4-히드록시페닐)헵트-2-엔, 4,6-디메틸-2,4,6-트리(4-히드록시페닐)헵탄, 1,3,5-트리(4-히드록시페닐)벤젠, 1,1,1-트리(4-히드록시페닐)에탄, 트리(4-히드록시페닐)페닐메탄, 2,2-비스[4,4-비스(4-히드록시페닐)시클로헥실]프로판, 2,4-비스(4-히드록시페닐이소프로필)페놀, 테트라(4-히드록시페닐)메탄, 2,6-비스(2-히드록시-5-메틸벤질)-4-메틸페놀, 2-(4-히드록시페닐)-2-(2,4-디히드록시페닐)프로판, 테트라(4-[4-히드록시페닐이소프로필]페녹시)메탄, 1,4-비스[4,4'-디히드록시트리페닐)메틸]벤젠이다. 페놀 분지화제는 디페놀과 함께 초기 충전물로서 사용될 수 있고, 아실 클로라이드 분지화제는 아실 디클로라이드와 함께 도입될 수 있다.
열가소성 방향족 폴리에스테르 카르보네이트 내의 카르보네이트 구조 단위의 비율은 목적에 따라서 달라질 수 있다. 카르보네이트 기의 비율은 에스테르 기 및 카르보네이트 기 전부를 기준으로 바람직하게는 100 mol% 이하, 특히 80 mol% 이하, 특히 바람직하게는 50 mol% 이하이다. 방향족 폴리에스테르 카르보네이트의 에스테르 분획 및 또한 그의 카르보네이트 분획은 블록의 형태이거나 또는 다중축합물 내에서 랜덤 분포를 가질 수 있다.
열가소성 방향족 폴리카르보네이트 및 폴리에스테르 카르보네이트는 단독으로 또는 임의의 목적하는 혼합물로 사용될 수 있다.
방법의 또 다른 실시양태에서, 플라스틱 용융물에 기체, 특히 질소 및 이산화탄소를 도입함으로써 플라스틱 용융물에 발포제를 물리적으로 로딩한다.
발포제의 물리적인 로딩이 방법에서 바람직한데, 그 이유는 이러한 방법이 화학적 발포제에 의해 유발되는 플라스틱, 특히 폴리카르보네이트의 분해를 회피할 수 있고, 또한 발포제로부터의 잔류물로 인해 유발되고/유발되거나 플라스틱의 분해에 의해 유발되는 플라스틱 용융물의 탈색, 특히 황변 탈색을 회피할 수 있기 때문이다.
대안적으로는 플라스틱 용융물에 발포제를 화학적으로 로딩하는 것이 또한 가능한데, 이것은 발포제 출발 물질을 열가소성 물질에 첨가하고, 이어서, 예를 들어 열에 대한 노출을 통해 유도된 화학 반응에 의해 플라스틱 용융물 내에 기체 발포제를 형성하는 것이다. 발포제를 위한 출발 물질을 용융 전의 플라스틱 펠릿에 첨가하거나, 또는 달리는 발포제를 위한 출발 물질을 예를 들어 분말 또는 펠릿으로서 또는 달리는 액체 형태로 실제 플라스틱 용융물에 첨가할 수 있다. 이러한 화학적 발포제의 예는 5-페닐테트라졸 (예를 들어 트라마코 게엠베하(TRAMACO GmbH) (독일 피네버그 소재)로부터 트라셀 IM 2240 스탠다드(Tracel IM 2240 Standard)로서 입수가능함), 또는 폴리카르복실산과 탄소 성분으로 제조된 제제 (예를 들어 클라리언트 인터내셔널 엘티디.(Clariant International Ltd.) (스위스 무텐즈 소재)로부터 히드로세롤(Hydrocerol) ITP 833으로서 입수가능함)이다.
발포제의 농도는 바람직하게는 적어도 0.01 중량%이다.
방법의 또 다른 실시양태에서, 공동부로의 사출 전에, 발포제-로딩된 플라스틱 용융물의 농도는 화학적 발포제의 경우 0.5 내지 3 중량%이고, 물리적 발포제의 경우 0.2 내지 1 중량%이다.
방법의 또 다른 실시양태에서, 몰드의 설계는, 플라스틱 용융물의 유동 방향에서, 공동부의 단면이 10%를 초과하게 협소화되지 않고, 바람직하게는 전혀 협소화되지 않도록 하는 설계이다. 단면 협소화는, 플라스틱 용융물의 유동 방향에서의 공동부의 단면의 감소를 의미한다. 이러한 유형의 단면 협소화는, 단면 협소화 뒤에 얼음 외관을 갖는 구조화된 표면이 추가로 형성되지 않도록 하는 방식으로, 용융 선단의 영역에서 열가소성 물질의 층류화(laminarization)로 이어질 수 있다. 플라스틱 용융물은 본래 그것이 공동부의 에지에 도달할 때까지만 유동하고, 따라서 공동부의 에지에서 단면의 최종 협소화는 여기에서 무시된다.
몰드의 설계는 바람직하게는 공급 채널로부터 공동부의 성형 영역으로의 전이 동안 (즉, 제조될 구성요소의 게이트 마크에서), 공동부의 단면이 적어도 25%, 바람직하게는 적어도 50%가 상당히 확장되도록 하는 설계이다. 단면의 이러한 확장 유형은 용융 선단의 영역에서 급격한 압력 감소를 촉진시키기 때문에, 전이 시의 플라스틱 용융물의 내부 압력 프로파일에 대해 상기에 기술된 기준 준수를 촉진시킨다. 신속한 압력 감소는 특히 바람직하게는 공급 채널로부터 성형 영역으로의 전이 시의 단면을 적어도 150%, 특히 적어도 250% 증가시킴으로써 추가로 촉진될 수 있다.
방법의 또 다른 실시양태에서, 몰드는 필름 게이트용으로 또는 직접 게이트용으로 설계되어 있다. 필름 게이트는, 단면이 실제 성형품의 방향으로 증가하는 게이트를 의미한다. 이러한 게이트 유형은 공급 채널의 단면이 한 방향, 적어도 공동부의 성형 영역으로 이어지는 최종 구획에서 상당히 증가하는 경우 생성되어, 열가소성 용융물의 넓은 유동 선단을 제공한다. 직접 게이트는 공급 채널의 단면이 본질적으로 일정하거나 또는 약간만 증가하는 경우 생성된다. 몰드가 복수의 공급 채널을 갖는 경우, 공급 채널 전부는 필름 게이트용으로 설계될 수 있거나, 또는 공급 채널의 전부는 직접 게이트용으로 설계될 수 있다. 필름 게이트용으로 설계된 공급 채널과 직접 게이트용으로 설계된 공급 채널의 조합이 더욱이 또한 가능하다. 필름 게이트의 경우, 단면의 큰 증가는 공급 채널이 끝나기 전의 영역에서 일어나기 때문에, 플라스틱 용융물의 내부 압력 프로파일에 대해 상기에 언급된 기준 준수는 공급 채널이 끝나기 전에 촉진된다. 직접 게이트의 경우, 단면의 큰 증가는 공급 채널로부터 성형 영역으로의 전이 시에 일어나기 때문에, 게이트 마크의 영역에서 플라스틱 용융물의 내부 압력 프로파일에 대해 상기에 언급된 기준 준수를 촉진한다.
성형품의 또 다른 실시양태에서, 발포된 열가소성 물질을 통해 형성된 광학 표면 구조화를 갖는 표면 영역은 성형품의 전체 표면 중 적어도 30%의 비율을 차지한다. 본 발명, 특히 상기에 기술된 방법을 사용하면, 얼음 외관을 갖는 매력적인 구조화된 표면을 갖는 특히 넓은 성형 표면을 비롯하여, 임의의 목적하는 성형 표면의 설계를 본질적으로 허용하는 방식으로, 얼음 외관을 갖는 이러한 유형의 시각적으로 구조화된 표면을 제조하기 위한 파라미터를 특이적으로 설정하는 것이 가능하다. 상응하는 표면 영역은 성형품의 전체 표면 중 바람직하게는 적어도 50%, 또는 보다 바람직하게는 적어도 70%이다.
성형품의 또 다른 실시양태에서, 성형품의 두께는 1 내지 20 mm, 바람직하게는 2 내지 12 mm, 특히 2 내지 8 mm 범위이다. 1 mm, 바람직하게는 2 mm의 최소 두께로 인해, 넓은 면적에 걸쳐서 매력적으로 구조화된 표면의 전개를 허용하는 방식으로 플라스틱 용융물 내에서 안정한 난류를 달성하는 것이 가능하다. 성형품 두께가 더 얇은 경우, 비교적 넓은 면적에 걸쳐서 플라스틱 용융물의 난류를 달성하는 것이 어렵다고 증명되었다.
상기에 기술된 목적은 더욱이 상기에 기술된 성형품을 가구 또는 조명 부재, 제품 케이싱, 특히 휴대전화 커버 물품의 구성요소로서, 또는 컵, 보울 및 보호 커버, 쿨박스 또는 쿨박스를 위한 클래딩 부품으로서, 또는 냉장 및 신선 제품, 특히 물류 부문을 위한 다중 사용 용기로서 사용함으로써 본 발명에서 적어도 어느 정도 달성된다.
방법, 성형품 및 그의 용도의 다른 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참고로 복수의 실시양태의 하기 설명으로부터 명백하다.
도면은
도 1에서 본 발명의 방법의 한 실시양태로 방법을 수행하기 위한 장치의 다이아그램을 나타내고,
도 2a에서, 본 발명의 방법의 실시양태를 수행하는 동안 플라스틱 용융물의 사출 동안 도시된, 도 1의 장치의 몰드를 나타내고,
도 2b에서, 도 2a로부터의 확대 상세도를 나타내고,
도 3a 및 3b에서, 시트 성형품을 위한 몰드 공동부의 평면도 및 단면도를 나타내고,
도 4a 및 4b에서, 보울 형상의 성형품을 위한 몰드 공동부의 평면도 및 단면도를 나타내고,
도 5에서, 다양한 사출 속도에 대해 도 3a 및 3b로부터의 몰드에서 시뮬레이션된 내부 압력 프로파일을 나타낸 그래프를 나타내고,
도 6에서, 다양한 사출 속도에 대해 도 4a 및 4b로부터의 몰드에서 시뮬레이션된 내부 압력 프로파일은 나타낸 그래프를 나타내고,
도 7a 및 7b에서, 본 발명의 성형품 및 또한 비교 성형품의 성형 표면의 영상을 나타낸다.
도 1은 예를 들어 본 발명의 방법의 실시양태로 방법을 수행하는 데 사용될 수 있는 유형의 구조적 발포 성형 장치를 나타낸다.
장치(2)는 중공 실린더로서 설계된 컨베이어 튜브(6)를 갖고, 컨베이어 튜브(6) 내에 회전식으로 장착된 구동 수송 스크류(8)를 갖는 스크류 컨베이어(4)를 포함한다. 더욱이, 장치(2)는 플라스틱 펠릿(12)의 투입을 위한 공급 넥(feed neck) (10)을 갖는다. 펠릿(12)은 컨베이어 튜브(6)에서 플라스틱을 그의 융점을 초과하는 온도로 가열하여 플라스틱 용융물(18)을 생성하기 위해, 수송 스크류(8)에 의해 공급 영역으로부터 가열 부재(16)를 갖는 용융 영역(14)으로 수송된다. 플라스틱 용융물(18)은 컨베이어 튜브(6)에서 수송 스크류(8) 앞에 존재하고 발포제 투입구(20)가 배열된 영역에 추가로 수송되며, 발포제 투입구를 통해 발포제(22) (예를 들어 이산화탄소 또는 질소)가 컨베이어 튜브(6)에서 플라스틱 용융물(18)에 도입될 수 있다. 사출 절차를 수행하기 위해, 수송 스크류(8)는 발포제(22)가 로딩된 플라스틱 용융물(18)이 사출 개구(24)를 통해 몰드(28)의 공동부(26)로 사출되도록 하는 방식으로 사출 개구의 방향으로 병진 운동된다. 이어서, 플라스틱 용융물(18)은 공동부(26)를 통해 전진하는 용융 선단 뒤에서 스프레딩(spreading)하여, 공동부(26)를 충전한다. 이러한 사출 절차 동안, 발포제가 로딩된 플라스틱 용융물(18)은 발포제로 인해 발포한다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 방법의 실시양태를 수행하는 동안 플라스틱 용융물을 사출하는 동안 도 1로부터의 장치(2)의 몰드(28)의 측면으로부터의 단면을 도시한다. 도 2b는 여기에서 도 2a로부터의 확대 상세도를 나타낸다.
몰드(28)의 공동부(26)는 현재 경우에 필름 게이트용으로 설계된 공급 채널(30), 및 또한 요구되는 성형품의 외부 형상에 상응하는 성형 영역(32)을 포함한다.
방법을 수행하는 동안, 발포제-로딩된 플라스틱 용융물(18)은 사출 개구(24)를 통해 공동부(26)로 사출된다. 이어서, 플라스틱 용융물은 공동부(26)를 통해 전진하는 용융 선단(34) 뒤에서 공동부(26)를 충전하고, 구체적으로 이것은 공급 채널(30)의 영역에서 먼저 진행되고, 이어서 공동부의 성형 영역(32)에서 진행된다. 플라스틱 용융물(18)을 공동부(26)로 사출하는 것은 압력 하에 수행되며, 그 결과 사출 개구(24)의 위치로부터 용융 선단(34)으로 연장되는 압력 구배가 설정된다. 내부 압력이 발포제의 임계 압력을 초과하는 플라스틱 용융물(18)의 영역에서, 발포제는 플라스틱 용융물(18)과 초임계 용액으로 존재한다. 내부 압력은 사출 개구(24)로부터 용융 선단(34)까지 감소하기 때문에, 플라스틱 용융물(18)의 내부 압력은 지점(36)에서 발포제의 임계 압력보다 낮아지고, 따라서 이 지점(36)과 용융 선단(34) 사이에서 발포제는 더이상 플라스틱 용융물(18)과 초임계 용액으로 존재하지 않기 때문에, 기포(38)를 발생시킨다.
사출 속도, 즉 플라스틱 용융물(18)을 사출 개구(24)로 사출하기 위해 수송 스크류(8)가 사출 개구(24)의 방향으로 이동하는 속도는, 용융 선단(34)과, 플라스틱 용융물이 발포제의 임계 압력보다 높은 내부 압력을 보유하고 따라서 발포제가 초임계 상태로 존재하는 영역(40) 사이의 시간적 분리가 최대 0.15 s이도록 하는 방식으로 조정된다. 이러한 시간적 분리는 용융 선단(34)이 0.15 s 이내에 이동한 공간적인 거리에 상응한다.
실험은, 초임계 발포제를 갖는 영역(40)과 용융 선단(34) 사이의 이러한 유형의 작은 분리가, 생성된 성형품이 얼음 외관을 갖는 심미적인 시각적으로 구조화된 표면을 갖도록 하는 방식으로, 용융 선단(34)의 영역에서 난류를 유발한다는 것을 보여주었다.
도 3a 및 3b는 시트 성형품을 위한 몰드 공동부(50)의 평면도 (도 3a) 및 단면도 (도 3b)를 나타낸다. 공동부(50)는 성형 영역(52) 및 공급 채널(54)을 포함한다. 공급 채널(54)은 사출 개구(56)로부터 연장되는데, 그를 통해 사출 절차 동안, 플라스틱 용융물은 초기에는 튜브형 구획(58)이고, 그 다음은 성형 영역(52)까지 연장된 연속적으로 넓어지는 편평한 구획(60)인 몰드로 사출된다. 공급 채널(54)의 단면의 폭은, 플라스틱 용융물이 사출되는 경우 균일하고 넓은 용융 선단이 형성되도록 하는 방식으로, 성형 영역(52)까지 연장된 편평한 구획(60)에서 상당히 증가한다. 이러한 공급 채널의 유형으로 제조된 게이트는 또한 필름 게이트라 지칭된다. 특히 실제 성형품으로부터 플라스틱 용융물의 고화된 스프루 영역을 더 용이하게 제거하는 것을 허용하는 역할을 하는 약간의 단면 협소부(62) 이후에, 단면은 공급 채널(54)로부터 성형 영역(52)으로의 전이 시에 급격하게 증가한다. 이것은 특히 전이 시의 성형 영역(52)에 비해서 비교적 작은 폭의 공급 채널(54)을 통해 그리고 또한 간단한 단면 협소부(62)를 통해 도움을 받는다. (현제 경우에 전이가 큰 측면-대-측면 비를 갖는 직사각형 면적에 상응하는 경우에도) 선행 기술은 일반적으로 공동부(50)에 의해 제조된 성형품에서 공급 채널(54)의 성형 영역(52)으로의 전이를 위해 용어 게이트 마크(64)를 사용한다.
표 1은 도 3a 및 3b에 예로서 도시된 공동부(50)의 치수를 나타낸다.
<표 1> 시트 성형품에 대한 공동부의 기하형상
Figure 112016040384987-pct00006
사출 절차 동안, 사출 개구(56)로 사출된 플라스틱 용융물은 공동부(50)를 통해 전진하는 용융 선단(66) 뒤에서 공동부(50)를 충전한다. 용융 선단(66)은 여기에서 튜브형 구획(58)을 통해 먼저 전진하고, 그 다음 공급 채널(54)의 편평한 구획(60)을 통해 전진하고, 그 후 이것은 이제 성형 영역(52)을 통해 전진한다. 도 3a 및 3b는 용융 선단(66)의 위치를 예를 들어 용융 선단(66)이 성형 영역(52)에 이미 들어간 시점에 대해 도시한다.
도 4a 및 4b는 보울 형상의 성형품에 대한 몰드 공동부(70)의 평면도 (도 4a) 및 단면도 (도 4b)이다. 공동부(70)는 성형 영역(72) 및 공급 채널(74)을 포함한다. 공급 채널(74)은 사출 개구(76)로부터 연장되는데, 그를 통해 플라스틱 용융물이 성형 영역(72)까지 원뿔형의 방식으로 약간 넓어지는 튜브형 구획(78)에서 사출 절차 동안 몰드로 사출된다. 이러한 유형의 공급 채널(74)로부터 생성된 게이트는 또한 직접 게이트라 지칭된다. 공급 채널(74)의 성형 영역(72)으로의 전이는 본질적으로 성형 영역(72)의 벽 구획에 대해 수직인 방향, 즉 사출된 성형품의 벽을 형성하는 영역에 대해 수직인 방향으로 진행된다. 원뿔형 구획(78)에서의 약간의 단면 증가 이후에, 따라서 단면은 공급 채널(74)로부터 성형 영역(72)으로의 전이 동안 갑자기 증가한다. 공급 채널(74)로부터 성형 영역(72)으로의 전이는 공동부(70)에 의해 제조된 성형품을 위한 게이트 마크(80)라 지칭된다. 성형 영역(72)은 베이스 영역(82) 및 에지 영역(84)을 포함하고, 이들은 각각 공동부(70)에 의해 제조될 수 있는 용기의 베이스 및 에지를 형성한다.
표 2는 도 4a 및 4b에서 예로서 도시된 공동부(70)의 치수를 언급하고 있다.
<표 2> 보울 형상의 성형품에 대한 공동부의 기하형상
Figure 112016040384987-pct00007
사출 절차 동안, 사출 개구(76)로 사출된 플라스틱 용융물은 공동부(70)를 통해 전진하는 용융 선단(86) 뒤에서 공동부(70)를 충전한다. 용융 선단(86)은 여기에서 먼저 공급 채널(74)을 통해 전진하고, 그 다음 성형 영역(72)을 통해 전진한다. 도 4a 및 4b는 예를 들어 용융 선단(86)이 성형 영역(72)에 이미 들어간 시점에 대한 용융 선단(86)의 위치를 나타낸다.
도 3a와 3b 및 4a와 4b에 도시된 몰드 공동부(50) 및 (70) 각각에 대해서, 사출 절차 동안 플라스틱 용융물의 내부 압력 프로파일을 측정하기 위해, 다양한 사출 속도에서 사출 절차에 대한 레올로지 시뮬레이션을 수행하였다.
여기에서 레올로지 시뮬레이션은 각각의 경우에 다음과 같이 수행하였다:
"오토데스크(R) 시뮬레이션 몰드플로우(R) 인사이트 2013 에프씨에스-란타넘_에프씨에스(Autodesk(R) Simulation Moldflow(R) Insight 2013 FCS-lantanum_fcs)" 프로그램을 사출 시뮬레이션 계산을 위해 사용하였다. 언급된 치수를 갖는 도 3a와 3b 및 4a와 4b에 도시된 몰드 공동부(50) 및 (70)를 먼저 컴퓨터 프로그램에서 반복 검증하였다.
이어서 사출 절차의 시뮬레이션을 위해 다음 파라미터를 더욱이 정의하였다:
시뮬레이션을 위해 사용하기 위해 선택된 플라스틱은 바이엘 머티어리얼사이언스 아게(Bayer MaterialScience AG) (독일 레버쿠젠 소재)로부터 입수가능한 폴리카르보네이트 마크롤론(Makrolon) AL2647이었다. 이러한 플라스틱의 시뮬레이션을 위해 사용된 물질 파라미터는 특히 상기 컴퓨터 프로그램의 사용자를 위해 바이엘 머티어리얼사이언스 아게 (독일 레버쿠젠 소재)에 의해 제공된 마크롤론 AL2647에 대한 물질 데이타베이스 파일로부터의 파라미터였다.
특히, 플라스틱 용융물의 점도 η (Pa·s 단위)의 시뮬레이션은 하기 수학식의 크로스(Cross)-WLF 점도 모델을 사용하였다
Figure 112016040384987-pct00008
여기서,
Figure 112016040384987-pct00009
이고, T는 온도 (K 단위)이고, T* = D2 + D3p는 유리 전이 온도 (K 단위)이고, A2 = A3 + D3p이고, p는 압력 (Pa 단위)이고,
Figure 112016040384987-pct00010
은 전단 속도 (s-1 단위)이고, 개별 파라미터는 표 3에 따라서 선택하였다.
<표 3> 크로스-WLF 점도 모델에 대한 파라미터
Figure 112016040384987-pct00011
플라스틱 용융물의 열역학 거동, 즉 온도 T (K 단위) 및 압력 p (Pa 단위)에 대한 플라스틱 용융물의 비부피 v의 의존성에 대해서는, 하기 수학식과 함께 2-도메인 테이트(2-domain Tait) pvT 모델을 사용하였다.
Figure 112016040384987-pct00012
상기 식에서, T > Tt인 경우
Figure 112016040384987-pct00013
이고, T≤Tt인 경우
Figure 112016040384987-pct00014
이고, 여기서 Tt(p)=b5+b6p이고, C=0.0894이고, 개별 파라미터는 표 4에 따라서 선택하였다.
<표 4> 2-도메인 테이트 pvT 모델에 대한 파라미터
Figure 112016040384987-pct00015
시뮬레이션을 위해 제공된 마크롤론 AL2647 밀도 값은 더욱이 용융물의 경우 1.0329 g/cm³이고, 고체-상태 밀도의 경우 1.1965 g/cm³이다.
발포제 (이러한 경우 질소)는 시뮬레이션의 간략화를 위해 무시하였는데, 그 이유는 실험은 발포제를 무시하는 경우에도 시뮬레이션이 유용하고 대등한 내부 압력 분포 결과를 제공하는 것을 보여주었기 때문이었다.
하기 표 5는 시뮬레이션을 위해 사용된 다른 파라미터를 언급한다.
<표 5> 다른 시뮬레이션 파라미터
Figure 112016040384987-pct00016
시뮬레이션은 50 mm의 스크류 직경을 갖는 스크류 컨베이어를 사용하여 사출 절차를 시뮬레이션하였다. 스크류의 병진 운동을 통해 각각의 공동부로 사출된 플라스틱 용융물의 양을 각각의 경우에 각각 공동부(50) 및 (70)의 상응하는 부피에 적절하도록 조정하였다.
2개의 공동부(50) 및 (70) 각각에 대해서, 사출 절차를 각각 20, 40, 60, 80, 및100 mm/s의 사출 속도로 시뮬레이션하였다. 여기에서 사출 속도는 각각의 경우에 사출 절차 동안 스크류가 병진 운동하는 속도에 상응한다. 따라서 공동부로 사출되는 1초 당 부피는 사출 속도와 스크류 컨베이어의 단면 ( = πD2/4, 여기서 D = 50 mm)의 곱셈값으로부터 계산된다.
각각의 경우에, 사출 절차는 그의 시작부 (즉, 용융 선단의 위치가 각각 사출 개구(56) 및 (76)일 때)부터 용융 선단(66) 및 (86)에 대해 각각 도 3a와 3b 및 도 4a와 4b에 도시된 위치 (즉, 각각의 용융 선단(66) 및 (86) 각각이 각각 성형 영역(52) 및 (72)에 들어갈 때)까지 시뮬레이션하였다.
시뮬레이션을 사용하여 각각의 경우에 도 3a와 3b 및 도 4a와 4b에 도시된 시점에서 (즉, 각각의 용융 선단이 성형 영역에 들어간 후) 플라스틱 용융물의 내부 압력 프로파일을 측정하였다. 다양한 사출 속도에 대한 내부 압력 프로파일을 도 3a 및 3b로부터의 공동부에 대한 것은 도 5에 그래프로 나타내고, 도 4a 및 4b로부터의 공동부에 대한 것은 도 6에 그래프로 도시한다.
도 5 및 6의 그래프는 플라스틱 용융물에서의 국지적인 내부 압력을 공동부 내의 위치의 함수로서 나타낸다. 공동부에서의 위치는 여기에서 초 단위의 시간으로서 횡축에 도시한다. 0 s에서의 시점은 각각의 경우에 플라스틱 용융물의 내부 압력이 현재 경우에 플라스틱 용융물을 위해 사용된 질소 발포제의 임계 압력인 33.9 bar 미만으로 낮아지는 공동부에서의 위치에 상응하며, 이 압력은 도 5 및 6에서 수평선으로 도시되어 있다. 이제 각각의 경우에 t > 0인 특정 시간은 공동부에서 플라스틱 용융물의 작은 부피의 위치에 상응하는데, 여기에서 기간 t 전의 상기 부피의 위치는 여전이 위치 t = 0 s였다. 예를 들어, 상기 부피의 유동 속도가 v에서 일정한 경우, 위치 t = 0으로부터의 유동 방향을 따르는 공간적 분리 s는 s = v·t로부터 계산된다.
도 5 및 6에서 용융 선단의 (시간적) 위치는 각각의 곡선이 본질적으로 0 bar의 압력 (또는 주변압/대기압)으로 낮아지는 지점, 즉 횡축과의 교차점에 상응한다. 용융 선단의 영역에서, 플라스틱 용융물은 본질적으로 공동부의 아직 충전되지 않은 영역으로부터 임의의 유의한 역압을 받지 않고, 따라서 용융 선단에서의 압력은 본질적으로 0 bar (또는 주변압/대기압)로 갑자기 낮아진다.
도 5 및 6에서의 시간 축은 t = 0 s가 압력이 임계 압력 미만으로 낮아지는 위치에 상응하도록 하는 방식으로 표준화되어 있기 때문에, 용융 선단 (또는 그의 구획)과, 플라스틱 용융물의 내부 압력이 발포제의 임계 압력보다 높은 영역 사이의 시간적 분리는 도 5 및 6으로부터 직접 판독할 수 있으며; 이러한 시간적 분리는 즉 용융 선단의 시간적 위치에 정확하게 상응한다.
본 발명에서, 이러한 시간적 분리는 최대 0.15 s, 바람직하게는 최대 0.1 s, 보다 바람직하게는 최대 0.05 s인 것이 허용된다. 이러한 제한은 도 5 및 6에서 수직선에 의해 강조된다. 여기에서 0.15 s와 0.1 s 사이의 영역이 전이 영역이라 지칭되는데, 그 이유는 이러한 시간적 분리를 사용하면, 얼음 외관을 갖는 목적하는 표면 구조화가 매우 일반적으로 수득되지만, 때로는 전체 성형품을 통해 매우 균일하지는 않다. 0.1 s 미만, 분명하게는 0.05 s 미만의 시간적 분리의 경우, 얼음 외관을 갖는 목적하는 표면 구조화가 전체 표면에 걸쳐서 달성될 수 있다.
이제 도 5 및 6으로부터 상기에 언급된 조건을 충족하는 사출 속도를 판독하는 것이 가능하다.
시트 구성요소의 경우, 도 5는 20 mm/s의 사출 속도는 너무 작은 것을 보여주는데, 그 이유는 여기에서 임계 내부 압력 영역과 용융 선단 사이의 시간적 분리가 거의 30 s이기 때문이다. 40 mm/s의 값은 전이 영역이고, 60, 80, 또는 100 mm/s의 사출 속도가, 얼음 외관을 갖는 목적하는 표면 구조화가 이러한 사출 속도 값으로 신뢰할 만하고, 본질적으로 전체 표면에 걸쳐서 달성될 수 있도록 하는 방식으로, 요구되는 기준을 준수한다.
보울 형상의 구성요소의 경우, 도 6은 20 mm/s의 사출 속도는 전이 영역에 도달하는 반면, 적어도 40 mm/s의 사출 속도가, 얼음 외관을 갖는 목적하는 표면 구조화가 이러한 사출 속도 값으로 신뢰할 만하고, 본질적으로 전체 표면에 걸쳐서 달성될 수 있도록 하는 방식으로, 요구되는 기준을 준수하는 것을 보여준다.
상기에 기술된 사출 절차를 시뮬레이션하였을 뿐만 아니라 실제로 수행하였다.
이를 위해, 아르부르크 게엠베하 운트 코카게(ARBURG GmbH & CoKG) (독일 로스버그 소재)로부터 입수가능하고, 스크류 직경이 50 mm인 아르부르크 올라운더(ARBURG Allrounder) 570C 스크류 컨베이어에 부착된, 도 3a와 3b 및 도 4a와 4b에 상응하는 2개의 몰드를 사용하였다.
바이엘 머티어리얼사이언스 아게 (독일 레버쿠젠 소재)로부터 입수가능한 마크롤론 AL2647 폴리카르보네이트 펠릿을 스크류 컨베이어에 충전하였고, 여기에서 이것을 300℃의 온도로 가열하여 플라스틱 용융물을 형성하였다. 이어서, 스크류 컨베이어의 스크류를 각각의 경우에 사용하여 스크류를 둘러싼 중공 실린더에서 각각의 몰드 공동부의 부피에 적절하도록 개작된 부피를 스크류의 몰드-대면 단부의 앞의 위치에 수송하였다.
사출 절차 동안, 이어서 스크류를 각각의 경우에, 플라스틱 용융물을 스크류 컨베이어로부터 각각 사출 개구(56) 및 (76)를 통해 각각 몰드(50) 및 (70)의 공동부로 사출하도록 하는 방식으로, 앞으로, 즉 몰드의 방향으로 적절한 사출 속도로 병진 운동시켰다. 플라스틱 용융물을 공동부에서 발포시키기 위해, 각각의 사출 개구로 사출하기 직전에, 플라스틱 용융물에 더욱이 0.60 중량%의 질소를 로딩하였다.
상기에 기술된 방식으로 제조된 시트 성형품의 경우, 얼음 외관을 갖는 목적하는 표면 구조화는 20 mm/s의 사출 속도에서는 달성되지 않았고, 40 mm/s의 사출 속도에서는 표면의 일부에 걸쳐서 달성되었고, 60 mm/s 이상의 사출 속도에서는 전체 표면에 결쳐서 달성된 것을 발견하였다.
상기에 기술된 방식으로 제조된 보울 형상의 성형품의 경우, 얼음 외관을 갖는 목적하는 표면 구조화는 20 mm/s의 사출 속도에서는 표면의 일부에 걸쳐서 달성되었고, 40 mm/s 이상의 사출 속도에서는 전체 표면에 걸쳐서 달성된 것을 발견하였다.
실험 전체에서는, 얼음 외관을 갖는 목적하는 표면 구조화는 플라스틱 용융물의 내부 압력 프로파일에 대한 상기에 언급된 기준 준수가 달성된 이러한 사출 속도에서 달성된 것을 발견하였다.
도 7a는 60 mm/s의 사출 속도로 제조된 (본 발명의) 시트 성형품의 표면을 나타낸다. 도 7b는 비교를 위해 20 mm/s의 사출 속도로 제조된 (본 발명이 아닌) 시트 성형품의 표면을 나타낸다.
도 7b의 본 발명으로 제조되지 않은 성형품의 표면은 규칙적으로 줄무늬가 있는 층형 표면 구조를 나타내는 반면, 도 7a의 본 발명으로 제조된 성형품에 대한 결과는 얼음 외관이 연상되는 목적하는 난류형 표면 구조화이다.
본 발명의 표면 구조 (예를 들어 도 7a)와 본 발명이 아닌 표면 구조 (예를 들어 도 7b) 사이의 객관적인 차이는, 상기에 기술된 측정 방법을 기초로 하는 유동 방향에 대해 수직인 방향에서의 광택 수준에 대한 유동 방향에서 측정된 광택 수준의 평균 비를 측정함으로써 달성될 수 있다.
비크-가드너 게엠베하 (독일 게레츠리트)로부터 입수가능한 헤이즈-글로스 AG-4601 광택 수준 측정 장비를 사용하여 상기에 기술된 시험 방법에 따라서 본 발명으로 제조된 일련의 성형품 및 일련의 비교 구성요소 및 특히 도 5 및 6으로부터의 성형품에 대한 광택 수준 비를 측정하였다.
표 6은 각각의 경우에서 본 발명으로 제조된 3개의 성형품 (A 내지 C) 및 본 발명으로 제조되지 않은 3개의 비교 성형품 (D 내지 F)에 대한 6개의 측정 지점에서 유동 방향에 평행한 방향에서의 광택 수준 측정 결과 및 유동 방향에 대해 수직인 방향에서의 광택 수준 측정 결과를 나타낸다. 여기에서 본 발명으로 제조된 성형품은 도 7a에 도시된 표면 구조화와 대등한 난류형 표면 구조화를 갖지만, 본 발명으로 제조되지 않은 성형품은 각각의 경우에 도 7b에 도시된 표면 구조화와 대등한 줄무늬가 있는 층형 표면 구조화를 갖는다.
표 7의 광택 수준 측정치의 단위는 상기에 언급된 장비에 의해 사용된 광택 수준 단위에 상응한다. 이것은 현재 경우에는 언급되지 않았는데, 그 이유는 최종 분석에서 유일하게 중요한 인자는 광택 수준의 비이기 때문이다.
<표 6> 광택 수준 측정 결과
Figure 112016040384987-pct00017
표 6으로부터의 결과는 유동 방향에 대해 수직인 방향에서의 광택 수준에 대한 유동 방향에 평행한 방향에서의 광택 수준의 표 7에 열거된 비를 제공한다.
<표 7> 광택 수준 비 및 평균 광택 수준 비
Figure 112016040384987-pct00018
개별 측정 지점에 대해 평균낸 광택 수준 비는 본 발명의 표면 구조와 본 발명이 아닌 표면 구조 사이의 객관적인 차이에 대한 결정적인 인자이다. 상기 비는 표 7의 마지막 행에 언급되어 있다.
표 7로부터, 본 발명으로 제조된 성형품 A 내지 C에 대한 평균 광택 수준 비는 1.9 미만, 특히 1.5 미만, 어느 정도 사실로는 1.2 미만이지만, 본 발명으로 제조되지 않은 성형품 D 내지 F에 대한 평균 광택 수준 비는 2 초과, 사실 현재 경우에는 2.1을 초과하는 것을 인지할 수 있다.
따라서 평균 광택 수준 비를 사용한 기준은 본 발명의 성형품과 본 발명이 아닌 성형품 사이의 객관적인 차이를 허용한다.

Claims (18)

  1. - 열가소성 물질을 용융시킴으로써 플라스틱 용융물(18)을 제공하고,
    - 플라스틱 용융물(18)에 발포제(22)를 로딩하고,
    - 플라스틱 용융물(18)이 공동부(26)를 통해 전진하는 용융 선단(34) 뒤에서 공동부(26)를 충전하도록 하는 방식으로, 발포제(22)가 로딩된 플라스틱 용융물(18)을 압력 하에 몰드(28)의 공동부(26)로 사출하는,
    구조적 발포 성형에 의해 성형품(50)을 제조하는 방법이며,
    - 최대 0.15 s의 시간적 분리로 용융 선단(34)의 구획을 뒤따르는 영역(40)에서, 사출 절차 동안 적어도 한 시점에서 공동부(26) 내의 플라스틱 용융물(18)의 내부 압력이 발포제(22)의 임계 압력보다 높도록 하는 방식으로, 플라스틱 용융물(18)을 몰드(28)의 공동부(26)로 사출하는 사출 속도를 조정하는 것을 특징으로 하는,
    구조적 발포 성형에 의해 성형품(50)을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 사출 절차 동안 적어도 한 시점에서 플라스틱 용융물(18)의 내부 압력이 발포제(22)의 임계 압력보다 높은 영역(40)이, 최대 0.1 s, 또는 최대 0.05 s의 시간적 분리로 용융 선단(34)의 구획을 뒤따르는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열가소성 물질이 투명 플라스틱, 또는 폴리카르보네이트 (PC), 폴리스티렌 (PS), 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 스티렌-아크릴로니트릴 (SAN), 시클로올레핀 공중합체 (COC), 투명 폴리아미드 (PA), 투명 폴리에스테르, 또는 A-PET (무정형 PET, 5%의 시클로헥산디메탄올 또는 네오펜틸 글리콜을 갖는 PET), PEN (폴리에틸렌 나프탈레이트), PTT (폴리트리메틸렌 테레프탈레이트), PETG (테레프탈산; 에틸렌 글리콜 / 시클로헥산디메탄올), 테레프탈산과 시클로헥산디메탄올 및 테트라메틸시클로부탄디올로 제조된 폴리에스테르, 및 이들 중합체의 혼합물의 군으로부터 선택되거나 또는 이러한 군으로부터의 적어도 1종의 플라스틱을 포함하는 투명 플라스틱인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열가소성 물질이 폴리카르보네이트 (PC), 폴리스티렌 (PS), 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 시클로올레핀 공중합체 (COC), 스티렌-아크릴로니트릴 (SAN), 투명 폴리아미드 (PA), 폴리비닐 클로라이드 (PVC), 폴리페닐렌 에테르 (PPE), 및 그의 혼합물의 군으로부터 선택되거나 또는 적어도 이러한 군으로부터의 플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기체, 또는 질소 또는 이산화탄소를 플라스틱 용융물에 도입함으로써 플라스틱 용융물(18)에 발포제(22)를 로딩하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공동부(26)로의 사출 전에, 발포제-로딩된 플라스틱 용융물(18) 중의 발포제(22)의 농도가 화학적 발포제의 경우 0.5 내지 3 중량%이고, 물리적 발포제의 경우 0.2 내지 1.0 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 몰드(28)의 설계가, 플라스틱 용융물의 유동 방향에서, 공동부의 단면이 10%를 초과하게 협소화되지 않거나, 또는 전혀 협소화되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 몰드(28)가 필름 게이트용으로 또는 직접 게이트용으로 설계된 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 발포된 열가소성 물질에 의해 형성되고, 유동 방향에 대해 수직인 방향에서 측정된 광택 수준에 대한 유동 방향에서 측정된 광택 수준의 평균 비가 1.9 미만인 광학적으로 구조화된 표면 영역을 갖는 것을 특징으로 하는,
    발포된 열가소성 물질로 제조된 성형품(50)이며,
    추가로 상기 성형품은,
    - 열가소성 물질을 용융시킴으로써 플라스틱 용융물(18)을 제공하고,
    - 플라스틱 용융물(18)에 발포제(22)를 로딩하고,
    - 플라스틱 용융물(18)이 공동부(26)를 통해 전진하는 용융 선단(34) 뒤에서 공동부(26)를 충전하도록 하는 방식으로, 발포제(22)가 로딩된 플라스틱 용융물(18)을 압력 하에 몰드(28)의 공동부(26)로 사출하는,
    구조적 발포 성형에 의해 성형품(50)을 제조하는 방법이며,
    - 최대 0.15 s의 시간적 분리로 용융 선단(34)의 구획을 뒤따르는 영역(40)에서, 사출 절차 동안 적어도 한 시점에서 공동부(26) 내의 플라스틱 용융물(18)의 내부 압력이 발포제(22)의 임계 압력보다 높도록 하는 방식으로, 플라스틱 용융물(18)을 몰드(28)의 공동부(26)로 사출하는 사출 속도를 조정하는 것을 특징으로 하는,
    제1항의 구조적 발포 성형에 의해 성형품(50)을 제조하는 방법에 의해 제조될 수 있는 것을 추가 특징으로 하는 성형품(50).
  10. 제9항에 있어서, 발포된 열가소성 물질에 의해 형성되고, 유동 방향에 대해 수직인 방향에서 측정된 광택 수준에 대한 유동 방향에서 측정된 광택 수준의 평균 비가 1.5 미만인 광학적으로 구조화된 표면 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 성형품.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 발포된 열가소성 물질에 의해 형성되고, 유동 방향에 대해 수직인 방향에서 측정된 광택 수준에 대한 유동 방향에서 측정된 광택 수준의 평균 비가 1.2 미만인 광학적으로 구조화된 표면 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 성형품.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 열가소성 물질이 투명 플라스틱인 것을 특징으로 하는 성형품.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서, 열가소성 물질이 폴리카르보네이트 (PC), 폴리스티렌 (PS), 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 스티렌-아크릴로니트릴 (SAN), 투명 폴리아미드 (PA), 폴리비닐 클로라이드 (PVC), 폴리페닐렌 에테르 (PPE), 및 그의 혼합물의 군으로부터 선택되거나 또는 적어도 이러한 군으로부터의 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형품.
  14. 제9항 또는 제10항에 있어서, 발포된 열가소성 물질을 통해 형성되는 광학적으로 구조화된 표면 영역이 성형품의 전체 표면 중 적어도 30%, 또는 적어도 50%, 또는 적어도 70%를 차지하는 것을 특징으로 하는 성형품.
  15. 제9항 또는 제10항에 있어서, 성형품의 두께가 1 내지 20 mm, 또는 2 내지 12 mm, 또는 2 내지 8 mm 범위인 것을 특징으로 하는 성형품.
  16. 가구 또는 조명 부재, 제품 케이싱, 또는 휴대전화 커버 물품을 위한 구성요소로서, 또는 컵, 보울 또는 보호 커버, 쿨박스 또는 쿨박스를 위한 클래딩 부품으로서, 또는 냉장 또는 신선 제품, 또는 물류 부문을 위한 다중 사용 용기로서 제9항 또는 제10항의 성형품을 사용하는 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
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