KR19980081298A - 연신 취입 성형에 사용되는 냉각 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연신 취입 성형 장치의 가열된 주형내에서 제품을 냉각시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법에 따르면 저온 액체 냉매를 증기와 혼합하여 냉각 유체를 제조한다. 냉각 유체를 제품내로 도입한다. 냉각 유체가 제품내로 도입되자마자 2-상 유동을 취하도록 냉매와 증기를 혼합시킨다. 재현될수 있는 정확하게 조절되는 방식으로 제품이 열경화되도록 증기 유동 속도를 조절하고 따라서 냉각 유체의 특정한 냉각 능이 또한 조절된다.

Description

연신 취입 성형에 사용되는 냉각 방법
본 발명은 연신 취입 성형 장치의 가열된 주형내에서 제품을 냉각시키는 방법을 제공한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 제품내로 냉각 유체를 도입시킴으로써 제품을 냉각시키는 상기 냉각 방법에 관한 것이다. 보다 더 구체적으로, 본 발명은 냉각 유체가 저온 냉각 유체인 상기 냉각 방법에 관한 것이다. 보다 더 구체적으로, 본 발명은 저온 냉매를 증기와 혼합함으로써 냉각 유체를 제조하고 증기의 유량을 조절하여 냉각 유체의 특정한 냉각 능을 조절하는 상기 냉각 방법에 관한 것이다.
내부 기체 압력을 파리손(parison) 또는 예비성형물에 가하여 제품이 주형의 형태를 취하게하는 취입에 의해 열가소성 제품을 성형시키는 다양한 취입 성형 방법이 있다. 연신 취입 성형에서, 예비성형물을 취입하기 전에 연신시킨다. PET로서 당해 분야에 공지된 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 이축 배향된 물질의 연신 취입 성형에 있어서는 특별한 문제가 있다. 전형적으로, 예비성형물을 유리 전이 온도(PET의 경우 약 80℃이다)보다 약간 높은 온도로 가열한다. 이어서 가온된 예비성형물을 축방향으로 연신시키고 이어서 공기를, 전형적으로는 2개의 연속적인 공기 압력으로 빠르게 취입하여 가열된 주형에 부합시킨다. 2개의 공기 압력 중 첫번째는 일반적으로 약 100 내지 약 200 psig의 범위이고, 2개의 공기 압력 중 두번째는 약 300 내지 약 600 psig의 범위이다.
생성된 성형 제품은 가열되었을때 이차원적인 안정성을 갖지않으며, 따라서 약 85 내지 약 95℃의 온도를 갖는 따뜻한 유체로 채워질수 없다. 용기와 같은 완성된 제품을 고온 충전 물질로 채우기위해서는 생성된 취입 제품을 열경화시켜야 한다. 2-주형 방법에서, 이러한 열경화는 제 1주형내에서 성형된, 새로 성형된 제품을 실온으로 냉각시킴으로써 수행된다. 이어서 열가소성 제품의 유리 전이 온도보다 약 10 내지 약 50℃ 높은 범위의 온도에서 유지되는 고온의 제 2주형에서 상기 제품을 다시 가온시키면서 동시에 성형된 제품을 재가압한다. 단일 주형 방법에서는 제품을 단일의 고온 주형내에서 가열하고 냉각시킨다.
단일 주형 방법의 경우, 고온 주형으로부터의 가열과 동시에 내부 냉각제로 냉각시키는 것을 어느 정도 일관성있게 조절하기는 어렵다. 더구나 도입될수 있는 냉각량은 제한되고 차례로 이는 성형된 제품의 고온 충전 능력을 제한한다. 냉각 제한을 극복하는 다양한 저온 방법이 제안되었다. 예를 들면, 제 WO 96/30190 호에서는 액체 질소를 -50℃ 이하의 온도에서 주형내로 도입시켜 성형된 예비성형물을 퍼징하고 냉각시킨다. 다른 종래의 방법은 예를 들면 미국 특허 제 5,085,822 호에서와 같이 액체 질소를 사용하여 연신 로드를 통해 냉각을 도입시키려는 것을 시도하였다. 이런 저온 냉각 방법의 문제점은 이들 방법이 조절이 어렵고 또한 재현성이 없다는 것이다.
본 발명의 목적은 쉽게 조절되고 재현될수 있는, 연신 취입 성형 장치의 가열된 주형내에서 제품을 냉각시키는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하는데 사용되는 장치의 개략도이다.
논의되는 바와 같이, 본 발명은 단일 주형의 연신 취입 성형 장치의 가열된 주형내에서 제품을 냉각시키는 방법을 제공한다. 상기 방법에 따라서, 저온 냉매를 증기와 혼합하여 냉각 유체를 제조하고 냉각 유체를 제품내로 도입한다. 냉각 유체가 제품내로 도입되자마자 2-상 유동을 취하도록 냉매와 증기를 혼합시킨다. 증기의 유량을 조절하고 이에 따라서 특정한 냉각 능을 조절한다.
본원 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어인 냉각 능은 제품에서 저온 냉매로 전달되는 열의 정도를 의미한다. 2-상 혼합물을 사용하면 주형내에서 저온 냉각제가 보다 잘 분배되며, 증기 유량의 조절은 생성된 냉각제가 제품을 냉각시키는 정도를 직접적으로 조절한다. 이런 방식으로, 허용가능한 보유 충전 능력을 갖는 허용가능한 완성 제품이 생산되도록 증기 유량을 독립적으로 조작할수 있다.
본 명세서는 출원인이 본 발명으로 간주하는 대상을 분명하게 지적하는 특허청구범위로 종결되지만 첨부된 도면을 참고하면 본 발명이 보다 잘 이해될 것이라고 생각된다.
도 1을 설명하자면 본 발명에 따른 장치(1)가 도시되어있다. 장치(1)는 주형을 가열하는 오일의 통로(16)가 제공된 2개로 나뉜 절반(12) 및 (14)을 갖는 주형(10)을 포함하는 연신 취입 성형 장치이다. 상기 주형은 제품(18)을 포함하는 것으로 예시된다.
당해 분야의 숙련자가 알수 있는 것처럼, 2개의 주형의 절반(12) 및 (14)이 도시되어 있지만, 본 발명의 많은 잠재적인 용도에서 주형은 2개 이상의 분리가능한 구획을 가질수 있으며 3개의 구획이 통상적이다. 추가로, 주형(10)을 오일 이외의 다른 수단, 예를 들면 삽입된 전기 가열기로 가열할수 있다. 더욱이, 주형의 상이한 구획들을 상이한 온도로 가열할수 있다.
도시되어 있지않지만, 연신 취입 성형 장치(1)는 제품(18)을 성형하는데 사용되는 가열된 예비성형물을 적소에서 유지시키고 주형의 절반(12) 및 (14)을 개방위치로 주형(10)내에 위치시키는 공지된 방법으로 작동한다. 주형의 절반(12) 및 (14)을 통로(16)를 통해 순환하는 오일을 사용하여 가열한다. 요소(20)를 예비성형물내에 위치시키고 이후에 논의되는 것처럼 냉각 유체가 예비성형물 및 제품(18)내로 들어가도록 천공(24)을 갖는 왕복 연신 로드(22)(요소(20)을 관통함)를 사용한다. 당해 분야의 숙련자들에게 공지된 것처럼, 요소(20)는 취입 공기의 도입을 위한 환상 통로 및 후속적인 배출 통로를 가질 것이다.
주형의 절반(12) 및 (14)을 통합시킨후 왕복 연신 로드(22)에서 작동기(26)를 사용하여 예비성형물을 연신시킨다. 조절 밸브(28) 및 (30)을 닫고 조절 밸브(32)를 개방하여 저압의 취입 기체를 예비성형물내로 방출시킨다. 이후, 조절 밸브(32)를 닫고 조절 밸브(30) 및 (34)를 개방해서 고압의 취입 기체를 방출시켜 취입 단계를 완성한다. 당해 분야의 숙련자들에게 공지된 것처럼, 시스템 동력때문에 상기 언급된 조절 밸브(28), (30), (32) 및 (34)의 조작이 어느 정도 중복될수도 있다. 본 발명에 따라서 냉각시킨후, 주형의 절반(12) 및 (14)을 분리시켜 제품(18)을 추가 가공시킨다.
제품(18)을 냉각시키기위해, 액화 질소(또는 표준 온도 및 압력에서 일반적으로 기체인 다른 액화 기체)와 같은 저온 액체 냉매를 혼합 티(38)내에 고정된 분무 노즐(36)내로 도입시킨다. 분무 노즐(36)은 액체의 정압을 떨어뜨려서 액체내로 증기류를 밀어넣어 2-상 유동을 생성시킨다. 조절 밸브(28) 및 (30)를 개방하고 조절 밸브(32) 및 (34)를 닫은 채로, 생성된 2-상 유동을 연신 로드(22)내로 도입시켜 천공(24)으로부터 성형된 제품내로 흐르게한다. 증기류는 공기, 기체 질소 또는 사용된 열가소성 물질과 상용성인 다른 따뜻한 기체일수 있다. 주형(10)의 절반(12) 및 (14)을 분리하기 전에 냉각량, 냉각 속도 및 냉각 분포가 성형된 제품(18)에 대해 최적이도록 증기의 유량을 니들 밸브(40)로 조절한다. 저온 액체의 유량은 분무 노즐(36)의 선택에 의해 영향받는다.
인식될수 있는 것처럼, 분무 노즐(36)을 사용하는 혼합 시스템이 도시되어있지만, 본 발명을 단순한 티 및 다운스트림 정적 혼합기와 같은 다양한 다른 혼합 방법에 의해 실행할수 있다. 더구나, 저온 액체 냉매는 액체 공기 또는 산소와 질소의 합성 혼합물일수 있다. 전형적으로 본 발명의 실시에서, 저온 액체 냉매는 증기와의 혼합전에 차냉각 상태에 있고 그자체로서 기체의 일부는 응축될 것이다. 더구나, 2-상 유동이 혼합 티(38)내에서 형성되기보다는 연신 로드(22)의 천공(24)으로부터 혼합물의 팽창시 형성되도록, 혼합에 의해 생성된 저온 냉각 유체는 포화되거나 또는 약간 차냉각된 상태일수 있다. 상기 공정의 추가의 조절은 조절 밸브(30)와 같은 비례 밸브를 사용함으로써 제공될수 있다. 이런 방식으로 냉각 유체의 전체 유량을 성형된 제품(18) 전체를 통해 조절할수 있다.
바람직하게는, 통상적으로는 닫혀있으나 전달 라인(44)중에 임의의 남아있는 냉매를 제품(18)내로 이동시키기위해 냉각 사이클의 종료(밸브(28)의 닫힘)시에 개방되는 퍼징 밸브(42)를 배관 다리에 제공할 수 있다. 또한 통상적으로는 닫혀있는 냉각제 배출 밸브(46)가 전달 라인(44) 및 연신 로드(22)로부터 모든 압력을 감소시키기위해 냉각 사이클의 종료(밸브(42)가 닫힌후)시에 개방된다. 이것은 연신 로드가 회수된후 냉매가 연신 로드(22)로부터 분출되는 것을 방지한다.
본 발명이 바람직한 양태를 참고로 기술되지만, 당해 분야의 숙련자들에게 명확한 것처럼 수많은 변화, 추가 및 생략이 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 수행될수 있다
본 발명에 의하면, 증기 유량을 조절하고 따라서 냉각 유체의 특정한 냉각 능을 또한 조절하여, 재현할수 있고 정확하게 조절되는 방식으로 제품을 냉각시킬수 있다.

Claims (11)

  1. 저온 액체 냉매를 증기와 혼합시켜서 냉각 유체를 제조하는 단계;
    상기 냉각 유체를 제품내로 도입시키는 단계;
    상기 냉각 유체가 제품내로 도입되자마자 2-상 유동을 취하도록 상기 냉매 및 증기를 혼합시키는 단계; 및
    상기 증기의 유량 및 따라서 상기 냉각 유체의 특정한 냉각 능을 조절하는 단계를 포함하는,
    단일 주형 연신 취입 성형 장치의 가열된 주형내에서 제품을 냉각시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    저온 냉매를 감압 제트로 형성시켜서 증기를 혼합물내로 밀어넣는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    2-상 유동을 혼합시 형성시키는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    냉매가 산소 및 질소 또는 액화 공기를 포함하는 혼합물인 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    냉매가 증기와의 혼합 전에 차냉각된 상태인 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    증기가 공기인 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    증기가 질소 기체인 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    냉각 유체의 냉각제 유량을 조절하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    저온 냉매가 차냉각된 상태의 액체 질소이고 증기가 공기인 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    저온 냉매를 감압 제트로 형성시켜 증기를 혼합물내로 밀어넣는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    2-상 유동을 혼합시 형성시키는 방법.
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