KR102276124B1 - 발포사출금형, 이를 포함하는 발포사출성형기 및 이를 이용한 발포 제품의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발포사출금형, 이를 포함하는 발포사출성형기 및 이를 이용한 발포 제품의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캐비티; 외기 개방홀; 및 상기 캐비티와 상기 외기 개방홀을 연결하고 개폐 가능한 토출로;를 포함하는 발포사출금형, 이를 포함하는 발포사출성형기 및 이를 이용한 발포 제품의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 줄무늬(streak)나 패인 자국(dent mark)이 없는 깨끗한 외관의 발포 제품을 제조하고, 일정한 발포율을 부여하여 안정된 발포성형을 가능하게 하며, 성형 조건에 따른 발포 특성의 변동폭이 매우 적어 QA(Quality Assurance) 측면에서 발포 제품의 품질 관리가 크게 용이한 발포사출금형, 이를 포함하는 발포사출성형기 및 이를 이용한 발포 제품의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.

Description

발포사출금형, 이를 포함하는 발포사출성형기 및 이를 이용한 발포 제품의 제조방법{FOAM INJECTION MOLDING, FOAM INJECTION MOLDING MACHINE CONTAINING THE SAME AND METHOD FOR PREPARING FORMING PRODUCTS USING THE SAME}

본 발명은 발포사출금형, 이를 포함하는 발포사출성형기 및 이를 이용한 발포 제품의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 줄무늬(streak)나 패인 자국(dent mark)이 없는 깨끗한 외관의 발포 제품을 제조하고, 일정한 발포율을 부여하여 안정된 발포성형을 가능하게 하며, 성형 조건에 따른 발포 특성의 변동폭이 매우 적어 QA(Quality Assurance) 측면에서 발포 제품의 품질 관리가 크게 용이한 발포사출금형, 이를 포함하는 발포사출성형기 및 이를 이용한 발포 제품의 제조방법에 관한 것이다.

자동차 부품이나 전자제품의 경량화 목적의 달성을 위해 발포 성형이 많이 사용되고 있다. 이러한 발포 성형은 주로 화학발포제의 팽창을 이용하여 성형품 내부에 미세 기공을 형성시킴으로써 성형품의 비중을 저하시켜 경량화 목적을 달성한다. 그러나 발포 성형을 적용함으로써 경량화는 가능하나 팽창하는 발포 가스의 영향으로 미려한 외관을 얻는 것은 현존 기술로는 불가능한 실정이다. 주된 불량은 발포 가스의 외부 돌출에 의한 줄무늬 자국(streak mark)의 발생과 발포 셀의 이상 성장으로 인한 패인 자국(dent mark)의 발생으로 페인트 도장에 의해서도 불량을 가리기 매우 힘들어 발포 제품 단독으로 외관 제품으로의 사용은 어렵고 가죽이나 천을 씌워 사용하는 형태로 이용되고 있다.

대한민국 등록특허 제1512908호

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 줄무늬(streak)나 패인 자국(dent mark)이 없는 깨끗한 외관의 발포 제품을 제조하고, 일정한 발포율을 부여하여 안정된 발포성형을 가능하게 하며, 성형 조건에 따른 발포 특성의 변동폭이 매우 적어 QA(Quality Assurance) 측면에서 발포 제품의 품질 관리가 크게 용이한 발포사출금형, 이를 포함하는 발포사출성형기 및 이를 이용한 발포 제품의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 캐비티; 금형 외부의 외기 유입 통로와 연통된 외기 개방홀; 및 상기 캐비티와 상기 외기 개방홀을 연결하고 로터리 밸브를 사용하여 개폐 가능한 토출로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈루프식 발포사출금형을 제공한다.

또한, 본 발명은 발포사출금형, 사출장치 및 구동장치를 포함하는 발포사출성형기로서, 상기 발포사출금형은 캐비티; 금형 외부의 외기 유입 통로와 연통된 외기 개방홀; 및 상기 캐비티와 상기 외기 개방홀을 연결하고 로터리 밸브를 사용하여 개폐 가능한 토출로;를 포함하는 오픈루프식 발포사출금형인 것을 특징으로 하는 발포사출성형기를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 발포사출성형기를 이용하여 발포성형수지 조성물을 발포성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포 제품의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 줄무늬(streak)나 패인 자국(dent mark)이 없는 깨끗한 외관의 발포 제품을 제조하고, 일정한 발포율을 부여하여 안정된 발포성형을 가능하게 하며, 성형 조건에 따른 발포 특성의 변동폭이 매우 적어 품질 보증(QA) 측면에서 발포 제품의 품질 관리가 크게 용이한 발포사출금형, 이를 포함하는 발포사출성형기 및 이를 이용한 발포 제품의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발포사출금형의 고정측 플레이트의 일례를 촬영한 사진이다.
도 2는 도 1의 고정측 플레이트에서 외기 개방홀을 확대 촬영한 사진이다.
도 3은 도 1의 발포사출금형을 사용하여 샷 볼륨을 증가시키면서 발포 성형한 발포 제품들을 위에서부터 아래로 차례로 배치한 후 촬영한 사진이다. 상기 사진을 보면 위에서 아래로 샷 볼륨 증가에 따라 자연스럽게 토출로를 거쳐 외기 개방홀로 발포 수지가 자연스럽게 토출되는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 발포 제품의 표면에 형성된 줄무늬(streak)를 확인하기 위해 촬영한 사진이다.
도 5는 발포 제품의 표면에 형성된 패인 자국(dent mark)을 확인하기 위해 촬영한 사진이다.
도 6 내지 7은 각각 실시예 1 내지 2에서 발포 사출 성형하여 제조된 발포 제품의 표면을 촬영한 사진이다.
도 8은 실시예 2에서 발포 사출 성형하여 제조된 발포 제품의 표면을 X-Ray CT로 촬영한 투과 이미지이다. 이 발포 제품의 표면은 어떠한 줄무늬(streak)나 패인 자국(dent mark)이 없이 깨끗하고 매끈한 것을 확인할 수 있다.
도 9 내지 11 및 13은 각각 비교예 1 내지 4에서 발포 사출 성형하여 제조된 발포 제품의 표면을 촬영한 사진이다.
도 12는 비교예 3에서 발포 사출 성형하여 제조된 발포 제품의 표면을 X-Ray CT로 촬영한 투과 이미지이다. 이 발포 제품의 표면에서 패인 자국(dent mark)을 확인할 수 있다.

이하 본 기재의 발포사출금형, 이를 포함하는 발포사출성형기 및 이를 이용한 발포 제품의 제조방법을 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 제품 형상의 캐비티 및 가스를 배기하면서 용융수지를 트랩(trap)하는 배기구를 포함하는 종래의 발포사출금형을, 캐비티, 외기 개방홀 및 상기 캐비티와 외기 개방홀을 연결하는 토출로를 포함하는 발포사출금형으로 대체하는 경우, 발포 성형 조건의 설정이나 관리가 까다로운 종래의 코어백(core-back) 발포 사출 기술 등과는 달리 성형 조건에 따른 발포 특성의 변동이 없어 발포 성형 조건의 설정과 관리가 쉽고, 나아가 발포 제품의 품질 관리까지 용이하면서도, 종래 기술에서는 구현하지 못한 줄무늬 및 패인 자국이 전혀 없는 깨끗한 외관의 발포 제품이 제조됨을 확인하고, 이를 토대로 더욱 연구에 매진하여 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 발포사출금형은 캐비티; 외기 개방홀; 및 상기 캐비티와 상기 외기 개방홀을 연결하고 개폐 가능한 토출로;를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이러한 경우 줄무늬나 패인 자국이 없는 깨끗한 외관의 발포 제품을 만들 수 있고, 일정한 발포율을 부여하여 안정된 발포성형을 가능하게 하며, 성형 조건에 따른 발포 특성의 변동폭이 매우 적어 발포 제품의 품질 관리가 용이한 효과가 있다.

상기 외기 개방홀은 일례로 외기 통로를 포함할 수 있고, 이 경우 용융 발포성형수지 조성물이 자연스럽게 캐비티로부터 외기 개방홀로 토출되어 외관 특성이 우수하고 안정된 발포 성형이 가능한 효과가 있다.

상기 토출로의 폭은 폭 조절이 가능한 로터리 밸브가 설치된 경우 특별히 제한되지 않으나, 일례로 1 내지 30 mm, 2 내지 20 mm, 또는 5 내지 15 mm일 수 있고, 이 범위 내에서 발포성형 안정성이 우수하고 발포 제품의 품질 관리가 용이한 효과가 있다.

상기 토출로의 높이는 사출 성형품 두께, 즉 캐비티의 높이에 따라 조절될 수 있고, 일례로 사출 성형품 두께의 30 내지 100 %, 또는 30 이상 내지 100 % 미만, 바람직하게는 35 내지 95 %일 수 있으며, 이 범위 내에서 사출 성형품으로부터 상기 토출로에서 굳어진 수지의 제거가 용이한 효과가 있다.

상기 토출로는 일례로 로터리 밸브를 포함할 수 있고, 이 경우 토출로를 통해 토출되는 유량, 즉 토출 속도를 조절할 수 있으며, 이는 캐비티 내압에 영향을 주어 결과적으로 발포율을 조절할 수 있다.

상기 발포사출금형은 일례로 결합하여 상기 캐비티, 상기 외기 개방홀 및 상기 토출로를 형성하는, 고정측 플레이트와 가동측 플레이트를 포함할 수 있고, 이 경우 종래의 코어백 특수 금형과 달리 성형 조건에 따른 발포 특성의 변동이 없어 품질보증 측면에서 발포 제품의 품질 관리가 크게 용이한 효과가 있다.

상기 외기 개방홀 및 상기 토출로는 일례로 고정측 플레이트에 조각될 수 있고, 이 경우 성형 조건에 따른 발포 특성의 변동폭이 적어 발포 제품의 품질 관리가 크게 용이한 효과가 있다.

본 기재에서 조각이란 캐비티의 모양이 형성된 것을 의미할 뿐, 깎거나 새기거나 또는 주조하는 등과 같은 조각 방법에 의해서 그 범위가 제한되지 않는다.

상기 고정측 금형은 일례로 스프루(sprue), 러너(runner), 게이트(gate) 및 캐비티 사이드(cavity side) 등을 포함하며, 상기 가동측 금형은 일례로 코어 사이드(core side) 및 이젝터 등을 포함할 수 있다.

상기 게이트는 일례로 사이드 게이트(side gate)일 수 있다.

상기 고정측 플레이트는 일례로 금형면이 고분자로 코팅된 것일 수 있고, 이 경우 발포 제품에 미려한 외관 표면을 확보할 수 있다.

상기 고분자는 일례로 폴리카보네이트 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리케톤 수지 및 불소 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 이 경우 발포 제품에 미려한 외관 표면을 확보하는 효과가 있다.

상기 폴리에스테르 수지는 특별히 제한되지 않으나, 일례로 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지일 수 있다.

상기 폴리케톤 수지는 특별히 제한되지 않으나, 일례로 폴리케톤 터폴리머일 수 있고, 또 다른 예로 폴리에테르에테르케톤(PEEK)일 수 있다.

상기 불소 수지는 특별히 제한되지 않으나, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 퍼플루오르알콕시 불소수지(PFA), 4불화 에틸렌-6불화프로필렌 공중합체(FEP) 및 폴리불화비닐리덴(PVDF)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)일 수 있으며, 이 경우 발포 제품에 미려한 외관 표면을 확보하는 효과가 있다.

본 기재에서 특별히 정의하지 않은 발포사출금형, 발포사출성형기 및 발포 제품의 제조방법과 관련된 기타 구성은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 채용되는 기술인 경우 특별히 제한되지 않는 바, 본 발명을 명확히 설명하기 위해 그 기재를 생략하였다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 발포사출금형을 설명하기로 한다.

하기 도 1은 본 발명에 따른 발포사출금형의 고정측 플레이트의 일례를 촬영한 사진이고, 하기 도 2는 도 1의 고정측 플레이트의 일례에서 외기 개방홀을 확대 촬영한 사진이다.

하기 도 1에서 보면 고정측 플레이트(100)의 상부와 하부에 각각 넓게 캐비티(11)와 외기 개방홀(12)이 형성되어 있고, 두 공간은 2~3 mm 폭과 캐비티(11) 높이의 60 내지 70 %의 높이의 토출로(13)로 연결되어 있으며, 토출로 중간쯤에 토출로의 개폐가 가능하도록 로터리밸브(14)가 설치되어 있다. 또한 상기 외기 개방홀의 왼쪽 하단에는 외기와 통하는 외기 통로(15)가 길다랗게 형성되어 있다. 참고로, 상기 캐비티(11)의 높이는 2~4 mm이다.

하기 도 3은 도 1의 발포사출금형을 사용하여 샷 볼륨을 증가시키면서 발포 성형한 발포 제품 총 7개를 위에서부터 아래로 배열한 후 촬영한 사진이다. 이 사진에는 캐비티 내에서 발포 성형된 발포 제품 부분(21)과 여분의 용융 발포성형수지 조성물이 토출로를 통과하면서 굳어진 부분(23), 그리고 용융 발포성형수지 조성물이 외기 개방홀(22)로 토출되어 굳어진 부분(22)을 확인할 수 있다. 하기 도 3에서 맨 위에 위치한 발포 제품은 샷 볼륨이 적어 캐비티의 일부가 채워지지 않고 성형되었고, 아래로 내려갈수록 샷 볼륨이 증가하여 자연스럽게 토출로를 거쳐 외기 개방홀로 토출되는 수지의 양이 점점 많아졌다. 이러한 경우에 코어백 특수 금형을 이용하거나 캐비티 내 별도의 여유 공간을 마련하지 않더라도 모두 8~10%로 일정한 경량화가 달성되고 안정된 발포성형이 가능해졌다. 특히 보압을 주든 주지 않든 안정된 발포 특성이 나타나 성형조건 설정이나 관리가 쉽고 나아가 성형품의 품질 관리가 용이한 효과가 있다. 종래의 발포성형은 수지와 발포제의 Dry-Blend로 투입됨에 따른 불안정성을 해소하지 못해 발포율 등 품질 편차가 많이 발생하며, 보압을 까다롭게 조절하여 발포 제품의 표면 특성이나 발포 특성을 개선하려고 해도, 안정된 발포 성형을 할 수 없거나, 줄무늬나 패인 자국이 없는 미려한 외관을 갖는 발포 제품을 만들 수가 없었다.

본 발명의 발포사출성형기는 발포사출금형, 사출장치 및 구동장치를 포함하는 발포사출성형기로서 여기에서의 발포사출금형은 상술한 발포사출금형을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발포사출성형기는 상술한 발포사출금형과 기술적 특징을 공유하며, 따라서 중첩되는 설명은 생략하기로 한다.

상기 사출장치는 일례로 발포성형수지 조성물이 투입되는 호퍼, 투입된 수지를 가소화시키며 이동시키는 가열 실린더 및 스크류를 하나 이상 포함하며, 상기 가열 실린더는 통상의 발포사출성형기에 사용되는 가열 실린더인 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 실린더 바깥쪽에 장착되어, 투입된 수지 조성물을 녹이기 위해 실린더 내부로 열을 공급하는 히터 및 사출금형에 용융 수지 조성물을 분출시키는 노즐을 포함할 수 있다.

상기 스크류는 일례로 스크류 헤드; 역류방지 밸브; 및 연속 또는 불연속 스크류 본체;로 이루어질 수 있다.

상기 역류방지 밸브는 사출성형기에 사용되는 가열 실린더 내에서 가소화된 수지 조성물, 즉 용융 수지 조성물의 역류를 방지하는 밸브인 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 체크링(check ring)을 포함할 수 있다.

상기 연속 스크류 본체는 플라이트가 중간에 단절 없이 연속적으로 형성된 스크류 본체를 의미하고, 바람직하게는 플라이트가 피드존(feed zone), 트랜지션존(transition zone) 및 미터링존(metering zone)에 걸쳐 단절 없이 연속적으로 형성된 스크류 본체일 수 있으며, 이 경우 투입된 발포성형수지 조성물을 용이하게 가소화시킬 수 있다. 상기 불연속 스크류 본체는 플라이트가 중간에 단절된 스크류 본체를 의미한다.

상기 캐비티 높이는 사출 성형품의 디자인에 따라 조절되는 것으로 특별히 제한되지 않으나, 일례로 1 내지 15 mm, 2 내지 10 mm, 또는 2 내지 5 mm일 수 있고, 이 범위 내에서 기계적 물성이 우수하면서도 자동차 부품이나 전자제품의 경량화 목적을 충분히 달성할 수 있다.

본 기재의 캐비티 높이는 플레이트 바닥에서 수직으로 공간이 차지하는 높이를 의미한다.

상기 구동장치는 통상의 사출성형기에 적용 가능한 구동장치인 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 유압실린더 및 스크류 회전용 유압모터를 포함할 수 있다.

본 발명의 발포 제품의 제조방법은 상술한 발포사출성형기를 이용하여 발포성형수지 조성물을 발포성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 방법은 발포 제품에 일정한 발포율을 부여하여 안정된 발포성형을 가능하게 하며 성형 조건에 따른 발포 특성의 변동폭이 매우 적어 발포 제품의 품질 관리가 쉽고, 특히 이와 같은 방법으로 제조된 발포 제품은 줄무늬나 패인 자국이 없는 깨끗하고 미려한 외관을 갖는다.

상기 발포성형은 일례로 미성형법에 의해여 수행될 수 있고, 이 경우 종래의 코어백 기술 대비 생산 비용이 적어 경제적인 효과가 있다.

본 기재에서 미성형법은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용되는 미성형법인 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 가소화된, 즉 용융된 발포성형수지 조성물을 캐비티에 채워 넣고 셀 성장으로 성형을 완성하는 방법일 수 있다.

상기 발포성형은 일례로 발포율이 6.6 내지 11.3%, 7 내지 11%, 또는 8 내지 10%일 수 있고, 이 범위 내에서 경량화와 우수한 외관 특성이 달성되는 효과가 있다.

상기 발포성형수지 조성물은 일례로 열가소성 수지 100 중량부, 충진제 0.1 내지 10 중량부 및 화학발포제 1 내지 5 중량부를 포함할 수 있고, 이 범위 내에서 발포 제품의 경량화와 깨끗하고 미려한 외관을 달성할 수 있다.

또 다른 일례로, 상기 발포성형수지 조성물은 열가소성 수지 100 중량부, 충진제 0.5 내지 5 중량부 및 화학발포제 2 내지 4 중량부를 포함할 수 있고, 이 범위 내에서 발포 제품의 경량화와 깨끗하고 미려한 외관을 달성할 수 있다.

상기 열가소성 수지는 발포 제품으로 성형이 가능한 열가소성 수지인 경우 특별히 제한되지 않으나, 일례로 폴리프로필렌 수지, ABS 수지 또는 이들의 혼합일 수 있고, 이 경우 모든 특성이 자동차 부품 및 전자제품 용도에 적합하다.

상기 충진제는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용되는 충진제인 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 캐리어 수지와 충진제 성분을 포함하는 마스터 배치일 수 있으며, 상기 캐리어 수지는 일례로 전술한 열가소성 수지 범위 내에서 선택될 수 있고, 상기 충진제 성분은 일례로 안료 등일 수 있으며, 이때 마스터 배치 내 충진제 성분의 함량은 일례로 30 내지 80 중량% 또는 40 내지 60 중량%일 수 있는데, 이 범위 내에서 다른 물성의 저하 없이 목적하는 효과가 잘 발현되는 효과가 있다.

상기 화학발포제는 일례로 무기발포제일 수 있고, 이 경우 외관 특성이 우수한 효과가 있다.

상기 무기발포제는 특별히 제한되지 않으나, 일례로 중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 중탄산암모늄, 탄산나트륨 및 탄산암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 이 경우 외관 특성이 우수한 효과가 있다.

본 기재에서 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 채용 가능한 구성은 기재하지 않았으나, 이러한 구성은 필요에 따라 통상의 기술자가 용이하게 선택할 수 있는 것이므로 본 발명의 특정에 어떠한 영향도 끼치지 아니한다 할 것이다. 따라서 본 발명의 발포사출금형은 또 다른 예로 발포성형수지 조성물을 발포 성형하기 위한 발포사출금형에 있어서, 캐비티; 외기 개방홀; 및 상기 캐비티와 상기 외기 개방홀을 연결하고 개폐 가능한 토출로;를 포함하는 것으로도 정의될 수 있다. 또한 본 발명의 발포사출성형기는 또 다른 일례로 발포성형수지 조성물을 발포 성형하기 위한 발포사출성형기에 있어서, 발포사출금형, 사출장치 및 구동장치를 포함하는 발포사출성형기로서 상기 발포사출금형은 상술한 발포사출금형을 포함하는 것으로도 정의될 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

[실시예]

실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 4

폴리프로필렌 수지(SEETEC H7700) 100 중량부, 충진제로 카본블랙 MB(PP 베이스, 카본 함량 50 중량%) 1 중량부 및 발포제로 동진(주) LP338 상용제품 3 중량부가 혼합된 발포성형수지 조성물을 호퍼, 실린더 및 스크류를 포함하는 일반 사출장치에 일괄 투입하고, 성형온도를 230 ℃로 고정하여 용융 및 혼련한 뒤, 이를 하기 표 1에 기재된 외기 개방홀 유무, 사출속도, 보압전환위치, 보압압력 및 보압시간 조건 하에 하기 도 1의 고정측 플레이트와 이에 대응되는 이동측 플레이트(미도시)를 포함하는 발포사출금형에 주입하고 미성형법으로 발포에 의해 셀을 성장시켜 최종 발포 제품을 제조하였다.

하기 도 1의 고정측 플레이트에서 토출로의 on/off는 로터리 밸브로 조절하였다.

구분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
외기개방홀(유무)	유*	유	무**	무	무	무
사출속도(mm/s)	100	100	20	100	100	100
보압 전환위치(mm)	10	38	38	38	20	38
보압 압력(bar)	0	300	0	0	0	300
보압 시간(초)	0	10	0	0	0	10

* 로터리밸브를 완전히 개방한 상태(on)에서 실험함

** 로터리밸브를 잠근 상태(off)에서 실험함

[시험예]

상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 발포 제품의 특성을 하기의 방법으로 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었고, 그 표면 사진을 하기 도 6 내지 13에 나타내었다.

* 줄무늬 및 패인 자국: 표면을 확대 촬영하여 육안으로 유무를 확인하였다.

* 성형수축율: 3차원 현미경을 통하여 수지의 흐름 방향으로 금형에 표시된 표점거리를 측정한 후 하기 수학식 1을 이용하여 평가하였다.

[수학식 1]

성형수축률=[(금형치수-냉각된 성형품의 치수)/금형치수] X 1000

* 발포율: 토출로 및 외기 개방홀에 의해 형성된 부분을 제거하고 발포 제품만의 중량을 측정하여 하기 수학식 2를 이용하여 평가하였다.

[수학식 2]

발포율(%) = [1 - (성형품중량)/(설계중량)] X 100

(상기 성형품중량은 사출 후 나온 발포제품의 중량이고, 상기 설계중량은 하기 수학식 3에 의하여 계산된다.)

[수학식 3]

설계중량 = (캐비티 부피) X (소재의 비중)

(상기 실시예 및 비교예에서 캐비티 부피는 37.8 cc이고, 소재의 비중은 미발포 폴리프로필렌의 비중으로 0.9이다.)

구분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
줄무늬(유무)	X	X	O	O	X	X
패인자국(유무)	X	X	O	O	O	X
수축률(1/000)	16.5	16.5	16.6	16.4	16.4	15.4
발포율(%)	8.8	8.8	19.7	16.6	14.1	4.1

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 발포사출금형을 사용하여 제조한 발포 제품(실시예 1, 2)은 캐비티에 연결된 토출로 및 외기 개방홀이 있어서 하기 도 6 내지 8에서 눈으로 직접 확인할 수 있는 바와 같이 제품 표면에 줄무늬나 패인자국이 전혀 없어 깨끗하고 미려한 외관을 가질 뿐만 아니라, 보압조건을 크게 달리했음에도 불구하고 수축률과 발포율이 일정하여 성형조건의 설정이나 관리, 나아가 성형품의 품질 관리가 매우 쉬움을 확인할 수 있었다.

특히 하기 도 8은 실시예 2에서 발포 사출 성형하여 제조된 발포 제품의 표면을 X-Ray CT로 촬영한 투과 이미지인데, 본 발명에 따른 토출로를 통하여 잉여 수지가 외기 개방홀로 토출되어 자연스럽게 셀이 발포됨으로써 발포 제품의 표면에 어떠한 줄무늬(streak)나 패인 자국(dent mark)이 없이 깨끗하고 매끈한 것을 확인할 수 있었다.

그러나 본 발명에 따른 토출로와 외기 개방홀을 사용하지 않은 종래와 같은 발포사출금형 조건에서 제조한 발포 제품(비교예 1 내지 4)의 경우 하기 도 9 내지 13에서 눈으로 직접 확인할 수 있는 바와 같이 표면에 줄무늬나 패인 자국이 형성되고, 보압조건에 따라 수축율 및 발포율과 같은 발포 특성이 크게 달라지는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 경우에 성형조건의 설정이나 관리가 까다로울 수밖에 없고, 나아가 발포 제품의 품질 보증 측면에서 품질 관리가 매우 어려워진다. 보다 구체적으로 살펴보면, 비교예 1에서 비교예 2와 같이 사출 속도를 증가시켜 표면 외관 특성을 개선해보려 하였으나, 단지 보압전환 시점까지의 줄무늬만 제거될 뿐 패인 자국 문제 등은 여전히 해결되지 않았고, 빠른 사출속도로 인해 발포가스의 평창속도보다 용융수지의 유입속도가 더 빠르게 되어 발포 여유 공간 이상에서의 제어가 불가능하였다. 비교예 3은 비교예 2에서 보압전환위치를 변경하여 발포 여유 공간을 제거하여 줄무늬 문제를 해결하였으나, 패인 자국은 해결하지 못하였고, 발포율에 변동이 있었다. 비교예 4는 비교예 2에서 일정 시간 동안 보압을 가해 보았으나 줄무늬나 패인 자국과 같은 외관 문제는 어느 정도 해결되었으나, 발포율이 크게 떨어져 경량화에 실패하였고, 수축율에도 큰 변화가 발생하였다.

특히 하기 도 12는 비교예 3에서 발포 사출 성형하여 제조된 발포 제품의 표면을 X-Ray CT로 촬영한 투과 이미지인데, 본 발명에 따른 외기 개방홀 없이 미성형법 충전을 통해 캐비티 내압이 없는 조건에서 불균일하게 셀이 성장하여 발포 제품의 표면에 패인 자국(dent mark)이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (14)

1. 화학 발포제를 사용하여 발포 성형하는 오픈루프식 발포사출금형으로서,
   캐비티; 금형 외부의 외기 통로와 영구적으로 연통된 외기 개방홀; 및 상기 캐비티와 상기 외기 개방홀을 연결하고 로터리 밸브를 사용하여 개폐 가능한 토출로;로 이루어지고,
   상기 캐비티, 토출로 및 외기 개방홀은 개방된 상태로 고정되며,
   상기 토출로는 캐비티 높이의 60~70% 높이인 것을 특징으로 하는
   오픈루프식 발포사출금형.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 토출로의 폭은 1 내지 30 mm인 것을 특징으로 하는
   오픈루프식 발포사출금형.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 발포사출금형은 상기 캐비티, 상기 외기 개방홀 및 상기 토출로를 형성하는, 고정측 플레이트와 가동측 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는
   오픈루프식 발포사출금형.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 외기 개방홀 및 상기 토출로는 고정측 플레이트에 조각된 것을 특징으로 하는
   오픈루프식 발포사출금형.
7. 제 5항에 있어서,
   상기 고정측 플레이트는 금형면이 고분자로 코팅된 것을 특징으로 하는
   오픈루프식 발포사출금형.
8. 발포사출금형, 사출장치 및 구동장치를 포함하는 발포사출성형기로서 상기 발포사출금형은 제 1항의 오픈루프식 발포사출금형을 포함하는 것을 특징으로 하는
   발포사출성형기.
9. 캐비티; 금형 외부의 외기 통로와 영구적으로 연통된 외기 개방홀; 및 상기 캐비티와 상기 외기 개방홀을 연결하되, 폭이 1 내지 30 mm이고 높이가 상기 캐비티 높이의 60~70%인 토출로;로 이루어지고,
   상기 캐비티, 토출로 및 외기 개방홀은 개방된 상태로 고정되는 발포사출성형기를 이용하여 발포성형수지 조성물을 발포성형하되,
   상기 발포성형수지 조성물은 열가소성 수지; 및 중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 중탄산암모늄, 탄산나트륨 및 탄산암모늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 화학 발포제;를 포함하는 것을 특징으로 하는
   발포 제품의 제조방법.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 발포성형은 미성형법에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는
    발포 제품의 제조방법.
11. 제 9항에 있어서,
    상기 발포성형은 발포율이 6.6 내지 11.3%인 것을 특징으로 하는
    발포 제품의 제조방법.
12. 제 9항에 있어서,
    상기 발포성형수지 조성물은 열가소성 수지 100 중량부, 충진제 0.1 내지 10 중량부 및 화학발포제 1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    발포 제품의 제조방법.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌 수지, ABS 수지 또는 이들의 혼합인 것을 특징으로 하는
    발포 제품의 제조방법.
14. 삭제

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