KR102300066B1 - 공동성 기포 발생을 방지하는 사출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공동성 기포 발생을 방지하는 사출 방법에 관한 것으로서, 사출기를 통해 금형 내부로 용융 수지를 충진하는 충진 사출 단계; 상기 충진 사출 단계 이후에 사출기를 통해 금형 내부 체적에 대응되도록 계량된 용융 수지를 충진하는 계량 사출 단계; 상기 금형 내부에 충진된 용융 수지를 냉각시키는 냉각 단계; 및 상기 금형 내부에서 냉각된 성형물을 분리하는 이형 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 단순한 사출 조건의 변경 및 금형 온도, 냉각수 온도 설정을 통해 공동성 기포 발생을 방지함과 동시에 사출 성형기에 별도 장치의 부가가 필요없어 비용의 효율성이 증대된다.

Description

공동성 기포 발생을 방지하는 사출 방법{The injection method of void free for molding product}

본 발명은 공동성 기포 발생을 방지하는 사출 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 제품을 성형하고자 할 때, 두께가 두꺼운 성형물, 또는 두께의 차등이 심한 성형물을 성형 하면, 두께가 두꺼운 성형물은 두께의 중심부위 또는 두께의 차등이 심한 성형물은 가장 두꺼워서 늦게 냉각되는 위치에서 공동성 기포가 발생한다.

공동성 기포의 발생 원인으로는, 열로 용융물질(이하; 수지(樹脂)라 함)을 용융하게 되면 수지는 부피가 팽창하게 된다. 즉 비용적(比容積)이 커진다. 냉각과정에서 냉각되는 순서는 성형물의 외부부터 냉각이 시작되어 내부로 냉각이 되어간다.

따라서 내부의 온도는 항상 외부보다 항상 높을 수 밖에 없다. 그러므로 외부 표면은 냉각되어 고형화가 되더라도 내부의 중심부는 고형화가 되지 않고 유동성을 유지하고 있는 상태에서 내부는 성형 시 작용시킨 내부 압력이 비용적 저하로 인하여 부피 수축을 보상하지 못하게 되어 상대 압력이 점점 떨어지고, 궁극적으로 음압(마이너스 압력)이 점점 심화되어져서 충진 할 수지가 부족한 결과가 되며, 수지는 점성에 의하여 가장 가까운 부위로 이동하고 나면 그 부위는 공동화가 된다.

특히 이러한 공동화 현상이 두꺼운 성형물에서 나타나고, 얇은 성형물에서는 발생하지 않는 이유는 얇은 성형물의 경우에 사출압과 사출 보압으로 보상이 되기 때문이며, 조금 더 두꺼운 성형물인 경우에는 싱크 마크(Sink mark)로 나타난다. 그러나 내부에 발생한 음압이 싱크 마크로 수축을 일으키지 못할 정도로 두꺼운 성형물인 경우에는 공동성 기포가 생기게 된다.

이에 관련된 종래 기술로는 대한민국 등록특허 등록번호 제10-0631336호(2006.10.04. 공고)가 있었다.

상기 종래 기술은 주 금형부와 보조 금형부의 냉각시간을 조절하여 보조 금형부 내의 용융물질이 주 금형부 측으로 거동하게 함으로써 공동성 기포 발생을 방지하는 것을 기재하고 있다.

그러나, 각 금형부의 냉각시간을 조절하는 것은 냉각수의 온도, 냉각수의 순환 속도 등에 대한 정밀한 제어가 요구되며, 이러한 냉각시간의 정밀 제어는 사출 성형기에 별도의 냉각 제어 장치 및 금형 온도에 대한 상태를 감지하는 센서 등을 부가해야 한다는 비용적 상승의 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 등록번호 제10-0631336호(2006.10.04. 공고)

본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 단순한 사출 조건의 변경 및 금형 온도, 냉각수 온도 설정을 통해 공동성 기포 발생을 방지함과 동시에 사출 성형기에 별도 장치의 부가가 필요없어 비용의 효율성이 증대되는 공동성 기포 발생을 방지하는 사출 방법을 제공하는 데 있다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 성형물의 사출 방법에 있어서, 사출기를 통해 금형 내부로 용융 수지를 충진하는 충진 사출 단계; 상기 충진 사출 단계 이후에 사출기를 통해 금형 내부 체적에 대응되도록 계량된 용융 수지를 충진하는 계량 사출 단계; 상기 금형 내부에 충진된 용융 수지를 냉각시키는 냉각 단계; 및 상기 금형 내부에서 냉각된 성형물을 분리하는 이형 단계; 를 포함하는 공동성 기포 발생을 방지하는 사출 방법에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 충진 사출 단계에서 충진되는 용융 수지는 금형 내부 체적의 5~10% 로 마련될 수 있다.

또한, 상기 충진 사출 단계와 계량 사출 단계에서 상기 금형의 온도는 80~100도로 유지된다.

또한, 상기 충진 사출 단계와 계량 사출 단계에서 상기 금형 외부로 순환되는 냉각수의 온도는 70~90도로 유지된다.

여기서, 상기 충진 사출 단계와 계량 사출 단계에서 상기 금형 내부로 충진되는 용융 수지의 온도는 200도 이상으로 유지된다.

한편, 본 발명에 따른 사출 방법은 30kg을 초과하는 성형물에 적용되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의해, 단순한 사출 조건의 변경 및 금형 온도, 냉각수 온도 설정을 통해 공동성 기포 발생을 방지함과 동시에 사출 성형기에 별도 장치의 부가가 필요없어 비용의 효율성이 증대된다.

도 1 은 본 발명에 따른 공동성 기포 발생을 방지하는 사출 방법의 흐름도이며,
도 2 (a) 및 (b) 는 기존 사출 공정에 따른 사출 방법으로 성형된 성형물의 표면 및 절개 사진이며,
도 3 (a) 및 (b) 는 본 발명에 따른 사출 방법으로 성형된 성형물의 절개 사진이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 발명의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다.

그러나, 이는 본 발명의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다"등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성 요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성 요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소가 상기 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성 요소와 상기 다른 구성 요소 사이에 새로운 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소와 상기 다른 구성 요소 사이에 새로운 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

본 발명의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1 은 본 발명에 따른 공동성 기포 발생을 방지하는 사출 방법의 흐름도이다.

도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 공동성 기포 발생을 방지하는 사출 방법은, 충진 사출 단계(S10), 계량 사출 단계(S20), 냉각 단계(S30) 및 이형 단계(S40) 순으로 이루어진다.

이에 앞서, 본 발명의 사출 방법의 특징을 명확하게 하기 위하여 종래 이루어졌던 사출 방법에 대하여 간략하게 기술한다.

종래의 사출 방법에 의하면 금형 내의 체적에 대하여 계량 사출(가소화 사출) 후 충진 사출 및 보압의 과정을 통하여 사출 공정이 구현된다. 구체적으로 계량 사출은 펠릿(Pellet) 또는 분말 상태로 구성되는 고화 수지를 실린더 내부에서 회전 및 전진하는 스크류를 통해 금형 내부로 충진하게 되며, 실린더 외곽에 배치된 히터로부터 발생된 열에 의해 고화 수지가 용융 수지로 상 전이되어 충진된다. 이후 금형 내부가 용융 수지로 인해 충진됨에 따라 금형 내부의 압력은 급격히 증가되고 성형물은 표면부터 냉각되기 시작한다. 이러한 표면 냉각에 의해 용융물에 수축이 발생하고 이렇게 발생된 수축 체적을 보상하기 위하여 스크류가 더욱 전진하여 사출압력이 유지되는 동안 게이트가 굳어질 때까지 용융 수지가 금형 내부로 흘러들어가게 되는데 이 과정을 보압 과정이라 한다. 즉 종래에는 계량 사출, 충진 사출, 보압 사출의 과정을 통해 사출을 구현하였는데 발명의 배경이 되는 기술에 전술한 바와 같이 일정 이상의 두께를 가지거나 일정 이상의 중량을 가지는 성형물에 있어서는 성형물의 표면 또는 내부에 공동성 기포가 발생되게 된다.

본 발명에서는 이러한 공동성 기포의 발생을 방지 및 최소화시키기 위하여 사출 조건을 변경하였다.

구체적으로 본 발명에 따른 공동성 기포 발생을 방지하는 사출 방법은, 도 1 에서와 같이, 사출기를 통해 금형 내부로 용융 수지를 충진하는 충진 사출 단계(S10); 상기 충진 사출 단계(S10) 이후에 사출기를 통해 금형 내부 체적에 대응되도록 계량된 용융 수지를 충진하는 계량 사출 단계(S20); 상기 금형 내부에 충진된 용융 수지를 냉각시키는 냉각 단계(S30); 및 상기 금형 내부에서 냉각된 성형물을 분리하는 이형 단계(S40); 를 포함한다.

즉, 본 발명에서는 충진 사출을 먼저 수행하고 이후 계량 사출을 수행함으로써 용융 수지의 냉각에 따른 수축 체적에 의한 기포 발생을 최소화시킨 것이다. 또한 이러한 사출 조건의 변경과 더불어 금형의 온도, 냉각수의 온도, 용융 수지의 온도를 아래와 같이 설정함으로써 성형물에 대한 공동성 기포 발생을 최소화시키는 최적 조건을 산출하게 되었다.

여기서, 상기 충진 사출 단계(S10)에서 충진되는 용융 수지는 금형 내부 체적의 5~10% 로 마련될 수 있다. 여기서, 상기 충진되는 용융 수지가 5% 미만일 경우 금형 내부 공간(캐비티)의 전 영역에 거쳐 용융 수지가 배치되지 못하는(성형품의 표면 부분을 채우지 못하는) 문제점이 있었으며, 용융 수지가 10%를 초과할 경우 성형물의 표면 또는 내부에서 공동성 기포가 발생된다는 문제점이 있었다.

또한, 상기 충진 사출 단계(S10)와 계량 사출 단계(S20)에서 상기 금형의 온도는 80~100도로 유지되며, 상기 금형 외부로 순환되는 냉각수의 온도는 70~90도로 유지된다. 여기서, 금형의 온도 및 냉각수의 온도가 하한 미만으로 설정될 경우 용융 수지의 급격한 냉각에 의한 수축에 의해 공동성 기포가 발생된다는 문제점이 있었으며, 금형의 온도 및 냉각수의 온도가 상한을 초과하여 설정될 경우 냉각 공정에 소요되는 시간이 지나치게 증가되어 성형물의 생산성이 저하된다는 문제점이 있었다.

전술한 조건에서 상기 금형 내부로 충진되는 용융 수지의 온도는 200도 이상으로 유지되어야 하며, 본 발명에 따른 사출 방법은 일정 이상의 두께를 가지며, 30kg을 초과하는 성형물(대구경 파이프 등)에 적용되는 것이 바람직하다.

도 2 (a) 및 (b) 는 기존 사출 공정에 따른 사출 방법으로 성형된 성형물의 표면 및 절개 사진이며, 도 3 (a) 및 (b) 는 본 발명에 따른 사출 방법으로 성형된 성형물의 절개 사진이다.

도 2 의 경우, 종래의 공정과 같이, 계량사출 후 충진사출을 수행하였으며, 사출압력 30~100%(150kgf㎠), 사출속도 30~50(mm/s), 금형온도 : 40°, 냉각수 온도 : 20°~ 25°, 용융 수지 온도: 220°의 조건으로 사출 공정을 수행하였다.

도 3 의 경우, 본 발명에서와 같이, 충진사출 후 계량사출을 수행하였으며, 사출압력 30~100%(150kgf㎠), 사출속도 30~50% (mm/s), 금형온도 : 90°, 냉각수 온도 : 80°~ 85°,용융 수지 온도: 220°의 조건으로 사출 공정을 수행하였다.

도 2 와 도 3 을 비교해 볼 경우 종래의 공정에서는 표면 및 절개 부분에서 모두 다수의 공동성 기포가 발생하였음을 확인할 수 있었으며, 본 발명에 따른 공정에서는 표면에는 공동성 기포가 발생하지 않았으며, 절개 부분에서 공동성 기포가 다소 발생하였으나 기포에 의한 공동의 체적이 도 2 (b)와 비교하였을 경우 최소화되는 것으로 확인되었다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 공동성 기포 발생을 방지하는 사출 방법은, 단순한 사출 조건의 변경 및 금형 온도, 냉각수 온도 설정을 통해 공동성 기포 발생을 방지함과 동시에 사출 성형기에 별도 장치의 부가가 필요없어 비용의 효율성이 증대된다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 일정 이상의 두께를 가지며, 30kg를 초과하는 대구경 파이프 형상의 성형물 사출 방법에 있어서,
   사출기를 통해 금형 내부 체적의 5% 내지 10%에 해당하는 융융 수지를 상기 금형 내부에 사출 충진하는 충진 사출 단계;
   상기 충진 사출 단계에서 금형 내부에 용융 수지가 채워지고 남은 체적만큼 수지를 계량하고, 사출기를 통해 계량된 수지를 금형 내부에 사출 충진하는 계량 사출 단계;
   상기 금형 내부에 충진된 용융 수지를 냉각시키는 냉각 단계; 및
   상기 금형 내부에서 냉각된 성형물을 분리하는 이형 단계;를 포함하며,
   상기 충진 사출 단계와 계량 사출 단계에서 상기 금형 내부에 충진되는 용융수지는 215°내지 225°의 온도로 유지되고, 상기 금형의 온도는 85°내지 95°도로 유지되며, 상기 금형 외부로 순환되는 냉각수의 온도는 80~85도로 유지되는 것을 특징으로 하는
   공동성 기포 발생을 방지하는 사출 방법.
   
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