KR20000048355A

KR20000048355A - 플라스틱 병 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20000048355A
Application number: KR1019990060844A
Authority: KR
Inventors: 사이토고; 마루하시요시츠구; 가와구치기요시; 에토마코토
Original assignee: 미키 히로후미; 도요 세이칸 가부시키가이샤
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2000-07-25
Also published as: US20020088767A1; US6716386B2; KR100615910B1; US6349838B1

Abstract

본 발명의 병은 밑바닥부에서의 유동 배향에 의한 변형이 실질적으로 없으며 그 밑바닥부가 균일하게 일률적으로 연신되고, 그 결과 밑바닥부의 내충격성 및 좌굴 강도가 개선되며, 밑바닥부 중심의 내환경균열성이 우수하고, 보존 중에 크래이징이나 백화의 발생이 없으며, 외관이 우수한 것을 특징으로 한다. 이러한 병은 열가소성 수지를 2축 연신 블로우 성형하여 형성되며, 입구부와, 견부, 배럴부, 그리고 바닥부를 구비하고, 상기 바닥부는 유동 배향에 의한 잔류 변형에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다.

Description

플라스틱 병 및 그 제조 방법{PLASTIC BOTTLE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은 열가소성 수지를 이축 연신 블로우 성형(biaxially stretch-blow-molding)하여 형성된 병 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 설명하자면, 본 발명은 특히 그 밑바닥부에 있어서 특이한 배향성을 갖고 있고, 밑바닥부의 내환경응력(ESC)성, 내충격성, 강도 및 외관 특성이 우수한 병 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

연신 블로우 성형된 플라스틱 용기는 폴리에스테르나 폴리프로필렌으로 구성되며, 특히 폴리에스테르 용기는 오늘날에는 일반적으로 그 우수한 투명성과 적절한 가스 차단 특성으로 인해, 액체 세제, 샴푸, 화장품, 간장과 같은 소스, 등의 액체 상품 뿐만 아니라 맥주, 콜라, 사이다 등과 같은 탄산 음료, 그리고 쥬스, 광천수와 같은 기타 음료의 용기로 광범위하게 사용되고 있으며, 디저트, 된장 및 기타 음식을 담는 컵으로도 사용되고 있다.

폴리에스테르 병의 제조 방법은 대략 핫파리손 방법(hot parison method)과 콜드파리손 방법(cold parison method)으로 나뉘어질 수 있다. 전자의 핫파리손 방법에 따르면, 폴리에스테르를 사출 성형하여 형성된 예비 성형품은 완전히 냉각되지 않고 고온 상태에서 연신 블로우 성형된다. 반면, 후자의 콜드파리손 방법에 따르면, 폴리에스테르의 사출 성형에 의해, 우선 최종 용기보다 크기가 상당히 작고 비정질의 폴리에스테르 밑바닥을 구비한 과냉각된 예비 성형품이 형성되며, 이 예비 성형품은 그 연신 온도로 예열되고, 블로우 금형에서 축방향으로 연신되며, 원주 방향으로 블로우 연신된다.

밑바닥을 구비한 예비 성형품은 용기의 입구 목부에 상응하는 입구 목부와, 연신 블로우 성형된 밑바닥을 구비한 원통형부를 구비하며, 대체로 용기가 수직 방향으로 긴 경우에는 전체로서 시험관의 형태로 형성된다. 입구 목부에는, 예를 들어 밀봉용 개방 단부 및 폐쇄구와 결합되는 수단이 형성되어 있다. 또한, 밑바닥에는 사출 성형의 필요성으로 인해, 밑바닥의 중심으로부터 외측으로 돌출하는 게이트부가 형성되어 있다.

종래의 연신 블로우 성형된 폴리에스테르 병의 경우, 병의 밑바닥부, 특히 그 중심부가 배향성 및 결정성이 산만하여, 외관 저하 및 병의 특성 저하와 같은 문제를 유발하였다.

예를 들어, PET 병의 배럴부가 완전히 투명할지라도, 예비 성형품의 게이트부와 그 주변에 종종 일반적으로 게이트 백화(gate whitening)라 일컫는 백화가 발생한다. 이 현상은 유동 배향에 기인하여 변형되는 PET 수지가 매우 쉽게 결정화 된되는 특성을 갖고 있기 때문에 발생하는 것으로 알려져 있다.

게이트 백화를 방지하기 위하여, 유동에 의한 잔류 변형이 증가하지 않도록 하는 조건에서 성형이 수행될 필요가 있다. 예를 들어, 게이트 백화는 게이트 직경이 증가하거나 사출 압력이 감소할 때에는 거의 발생하지 않는 것으로 알려져 있다.

그러나, 게이트 직경이 증가하게 되면, 게이트의 나머지 부분의 직경도 역시 증가하므로, 병의 밑바닥부의 외관이 저하된다. 또한, 사출 압력이 감소하게 되면, 예비 성형품이 불량하게 성형되고 사출 유지 시간이 길어져, 생산성의 감소를 초래한다.

본 발명의 발명자는, 예비 성형품의 사출 성형 시에 발생하는 유동 배향에 기인한 변형은 그것이 전술한 게이트 백화를 유발하지 않을 정도로 낮은 수준인 경우에도 병의 밑바닥부의 균일하고 균질한 연신성, 내환경 응력 균열 특성, 병 강도에 안좋은 영향을 미치는 점을 발견하였다.

본 발명의 목적은, 밑바닥부의 유동 배향에 의한 변형이 실질적으로 없으며, 밑바닥부가 균일하고도 균질하게 연신되고, 그 결과 밑바닥부의 내충격성 및 좌굴 강도가 향상되며, 밑바닥부 중심의 내환경균열성(耐環境龜裂性)이 우수하고, 보존 중에 크래이징(crazing)이나 백화가 발생하지 않으며, 외관이 우수한 병을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이축 연신 블로우 성형에 의해 성형되고, 입구부, 견부, 배럴부 및 밑바닥부를 구비하며, 상기 밑바닥부는 유동 배향에 의한 잔류 변형에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는 병이 제공된다.

본 발명에서는,

(1) 병은 열가소성 수지를 압축 성형하여 형성된 예비 성형품을 이축 연신 블로우 성형하여 형성되는 것이 바람직하며,

(2) 예비 성형품의 배럴부의 원주 방향에서의 최대 두께와 최소 두께 사이의 차이(t_max-t_min)는 0.07 mm 이하인 것이 바람직하고,

(3) 병이 열가소성 폴리에스테르로 구성된 경우, 병의 밑바닥부의 중심부는 X선(Cu-α)을 용기 벽의 두께 방향으로 입사하여 측정한 2θ= 19.45°내지 20.50°의 확산 산란 피크를 가지며, 밑바닥부의 중심부의 외면측 부분에서의 피크 위치(A)가 밑바닥부의 중심부의 내면측 부분에서의 피크 위치(B)보다 각도가 작고, 그 차이(B-A)는 0.15°이상이며, 밑바닥부의 중심부의 외면측 부분에서의 X선의 확산 산란 피크의 반값 폭(C)은 밑바닥부의 중심부의 내면측 부분에서의 X선의 확산 산란 피크의 반값 폭(D)보다 크며, 그 차이(C-D)는 0.10°이상인 것이 바람직하고,

(4) 입구부는 지지 링을 구비하며, 이 지지 링 하면의 내주부 가장자리에는 환형 홈이 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 또한 블로우 성형용의 예비 성형된 제품을 이축 연신 블로우 성형하여 병을 제조하는 방법이 제공되며, 이 방법은,

용융 열가소성 수지를 압출하고, 이것을 거의 예정된 양의 용융괴로 절단하는 단계와,

수형 금형과 암형 금형을 서로 상대 이동하도록 배치하고 그 금형에 용융괴를 공급하는 단계와,

용융괴를, 밑바닥부가 마련된 배럴부와 지지 링 하면의 내주부 가장자리에 형성된 환형 홈을 구비한 예비 성형된 제품으로 압축 성형하는 단계와,

압축 성형된 제품을 냉각 및 응고시키고 금형으로부터 그 성형된 제품을 방출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 방법에 따르면,

(5) 용융괴는 금형에 남아 있는 공기를 방출하면서 예비 성형된 제품으로 압축 성형되는 것이 바람직하며,

(6) 미세한 틈새나 구멍이 예비 성형된 제품의 밑바닥부를 형성하는 금형의 일부에 형성되는 것이 바람직하고,

(7) 수형 금형은 코어 금형과, 이 코어 금형 둘러에 동축으로 개폐 가능하게 설치된 종동 금형으로 구성되고, 밑바닥이 마련된 배럴부는 코어 금형과 암형 금형에 의해 성형되고, 입구부는 코어 금형과 종동 금형에 의해 성형되는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명에 따른 병의 측면도.

도 2는 X선 회절에 사용된 시료를 보여주는 설명도.

도 3은 X선 회절법을 보여주는 설명도.

도 4는 X선 확산 산란에 있어서의 피크 위치와 반값 폭의 결정 방법을 보여주는 설명도.

도 5는 각종 병의 밑바닥부에 있어서의 피크 위치와 반값 폭 사이의 관계를 보여주는 그래프.

도 6은 각종 병의 밑바닥부에 있어서의 피크 위치에 있어서의 차이(B-A)와 반값 폭에 있어서의 차이(C-D) 사이의 관계를 보여주는 그래프.

도 7은 일단 압축 성형 방법에 사용된 장치의 전체 배치를 보여주는 평면도.

도 8은 도 7의 장치의 측면도.

도 9는 용융괴의 절단 및 공급 장치의 평면도.

도 10은 도 9의 장치의 공정 단계를 보여주는 측면도.

도 11은 압축 성형 공정의 각 단계를 보여주는 측단면도.

도 12는 압축 성형 후 예비 성형품을 꺼내는 공정의 단계들을 보여주는 측단면도.

도 13은 본 발명에 사용된 블로우 성형용 예비 성형품을 보여주는 단면도.

도 14는 본 발명에 사용된 블로우 성형용의 다른 예비 성형품을 보여주는 단면도.

도 15는 본 발명에 사용된 블로우 성형용의 또 다른 예비 성형품을 보여주는 단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 입구 목부

2 : 견부

3 : 배럴부

4 : 밑바닥부

5 : 환형 접지부

6 : 돔 형태의 부분

70 : 시료

본 발명의 병을 보여주는 도 1을 참조하면, 병은 입구 목부(1)와, 이 입구 목부에 접속된 견부(2)와, 배럴부(3), 그리고 밑바닥부(4)를 포함하며, 상기 밑바닥부는 열가소성 수지를 이축 연신 블로우 성형하여 형성된다. 이 실시예에서, 밑바닥부(4)는 자립 구조를 갖추고 있으며, 밑바닥부 주변의 환형 접지부(5)와, 위쪽으로 팽출된 중앙의 돔 형태의 부분(6)을 포함한다. 병의 밑바닥부의 중심(7)은 유동 배향에 기인한 잔류 변형에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다(유동 배향에 기인한 잔류 변형이 실질적으로 없다)는 현저한 특징을 갖고 있다.

이미 지적한 바와 같은 종래의 사출 성형에 의해 형성된 예비 성형품으로부터 얻어지는 폴리에스테르 병의 경우에는, 게이트의 나머지 부분으로부터 유래되는 밑바닥부의 중심에 반드시 유동 배향에 의한 변형이 남아 있으며, 이 잔류 변형은 병의 특성, 내성 및 외관에 안좋은 영향을 미친다.

최악의 경우, 유동 배향에 의한 변형은 게이트 백화라 일컫는 현상에 의해 확인될 수 있지만, 그 이외의 경우에 변형을 효과적으로 검출하는 다른 수단은 공지되어 있지 않다.

본 발명의 발명자는, 병의 밑바닥부의 중심에서의 유동 배향에 기인한 변형을 검출하는 데에 성공하였으며, 그 밑바닥부에서의 유동 배향에 기인한 변형이 실질적으로 발생하지 않도록 폴리에스테르나 폴리프로필렌과 같은 열가소성 수지를 압축 성형하여 예비 성형품을 성형하였고, 이 예비 성형품을 이축 연신 블로우 성형함으로써, 밑바닥부가 균일하고도 균질하게 연신되도록 하였으며, 밑바닥부에 유동 배향에 의한 변형이 거의 없도록 하여, 그 결과 밑바닥부의 내충격성 및 좌굴 강도가 개선되고, 밑바닥부의 중심의 내환경균열성이 우수하며, 보존 중에 크래이징이나 백화가 거의 발생하지 않고, 외관이 우수한 병을 제조할 수 있도록 하였다.

본 발명의 발명자에 의해 행해진 연구에 따르면, 병의 밑바닥부의 중심에서의 유동 배향에 기인한 변형은 밑바닥부의 중심의 두께 방향에서의 배향 중간상(oriented mesophase)의 존재에 따라 검출될 수 있다.

통상 폴리프로필렌 테레프탈레이트(PET)로 나타내어지는 열가소성 수지는 비정상과 결정상에 추가하여 배향 중간상을 갖고 있는 것으로 알려져 있다[일본 섬유 학회지 제40권 제6호(1984) pp.49-56].

즉, PET의 결정상에 있어서, 분자 중의 벤젠환의 배치에서 규칙성을 확인할 수 있다. 그러나, 이 배향 중간상에서는, 벤젠환의 배치에 규칙성이 없고 섬유 축 방향의 배향에 있어 일정한 주기성이 있는 구조가 확인된다. 배향 섬유의 경우, 이 주기성이 있는 구조는 X선 회절에 있어 2θ=21°에 있는 X선 확산 산란 피크로서 검출된다.

본 발명의 병이 폴리에스테르 수지로 구성된 경우, 병은 그 밑바닥부의 중심부가 X선(Cu-α)을 용기 벽의 두께 방향으로 입사하여 측정한 2θ= 19.45°내지 20.50°의 확산 산란 피크를 가지며, 밑바닥부의 중심부의 외면측 부분에서의 피크 위치(A)의 각도가 밑바닥부의 중심부의 내면측 부분에서의 피크 위치(B)의 각도보다 작고, 그 차이(B-A)는 0.15°이상이며, 밑바닥부의 중심부의 외면측 부분에서의 X선의 확산 산란 피크의 반값 폭(C)은 밑바닥부의 중심부의 내면측 부분에서의 X선의 확산 산란 피크의 반값 폭(D)보다 크며, 그 차이(C-D)는 0.10°이상인 X선 회절 특성을 나타낸다.

X선 회절 영상 측정 시료를 보여주는 도 2를 참조하면, 병의 밑바닥부를 그 밑바닥부의 중심(7)을 포함해 두께 방향으로 1 mm 폭으로 잘라내고, 표면을 연마하여 시료(70)를 제작하였다. 이 시료의 내표면(71)으로부터 100㎛ 정도 떨어진 위치에 내면측 부분(72)을 설정하고, 외표면(73)으로부터 100㎛ 정도 떨어진 위치에 외면측 부분(74)을 설정하였으며, 내면측 부분(72)과 외면측 부분(74) 사이의 중심에 중앙 부분(75)을 설정하였다.

X선 회절 영상 측정 방법을 보여주는 도 3을 참조하면, 시료(70)의 내면측 부분(72)[또는 외면측 부분(74)]에 대하여, 두께 방향에 브래그각(θ)으로 X선(76)을 입사하고, 브래그각(θ)에서 산란되는 X선(77)을 카운터(78)로 검출하였다. 입사 X선의 도트 직경은 100㎛이며, 측정 조건의 세부 사항은 후술되는 실시예들에 상세히 기술된 바와 같다.

도 4는 X선 확산 산란의 회절 강도 분포 영상으로부터 피크 위치(A°)[또는 B°]와 반값 폭(C°)[또는 D°]을 결정하는 방법을 보여주는 설명도이다. 즉, 반값 폭(C°)은 피크 위치(A°)에서의 강도의 절반 지점을 통과하는 가로축과 평행하게 선을 그으면, 그 평행선이 피크와 교차하는 2개의 지점 사이의 거리이다.

도 5는 각종 폴리에스테르 병의 밑바닥부의 중심에서의 X선 확산 산란의 피크 위치와 피크의 반값 폭 사이의 관계를 보여주고 있다.

도 6은 폴리에스테르 병에서의 전술한 바와 같이 측정한 피크 위치의 차이(B-A)와 반값 폭의 차이(C-D) 사이의 관계를 보여주고 있다.

전술한 결과로부터 아래의 사실들이 명백해진다. 후술하는 바와 같이, 문제가 되는 부분은 병의 밑바닥부의 중심부로 제한되며, 따라서 간단하게 외면측 부분과 내면측 부분으로서 위치가 특정된다.

I. 사출 성형에 의해 얻은 예비 성형품으로부터 형성되는 병에 있어서는, 외면측 부분에서의 피크 위치(A)가 20.50°를 초과할 수도 있지만, 본 발명의 병에 있어서는, 내면측 부분에서의 피크 위치(B) 뿐만 아니라 외측면 상의 피크 위치(A)도 19.45°내지 20.50°의 범위에 포함된다.

II. 본 발명의 병에 있어서는, 외면측 부분에서의 피크 위치(A)가 밑바닥부의 중심에서 내면측 부분에서의 피크 위치(B)보다 각도가 작으며, 그 차이(B-A)는 0.15°이상이다. 그러나, 이 조건은 공지된 사출 성형된 예비 성형품으로부터 얻어지는 다수의 병이나, 두께가 불균일한 압축 성형된 예비 성형품으로부터 얻어지는 병에 의해서는 충족되지 않는다.

III. 본 발명의 병에 있어서는 또한, 전술한 조건에 추가하여, X선 확산 산란 피크의 반값 폭(C)이 내면측 부분에서의 X선 확산 산란 피크의 반값(D)보다 크며, 그 차이(C-D)는 0.10°이상이다. 그러나, 전술한 조건 II와 조건 III은 본 발명의 영역을 벗어난 병의 경우에는 동시에 충족되지는 않는다.

일반적으로, 유동 배향에 기인한 변형은 유동 방향으로 방해가 없는 외면측 부분에서 크며, 유동 방향으로 방해가 있는 내면측 부분에서는 작다. 이러한 유동 배향에 기인한 변형이 있는 병의 밑바닥부의 중심에서, X선 확산 산란 피크는 외면측 부분에서는 2θ=21°에 가까운 쪽에 나타나고, 내면측 부분에서는 각도가 보다 적은 쪽에 나타나는 것으로 믿어진다. 또한, X선 확산 산란 피크의 반값 폭은 내면측 부분에서와 비교하여 외면측 부분에서 보다 좁은 것으로 믿어진다.

반면에, 본 발명의 병에 있어서, 외면측 부분에서의 피크 위치(A)가 내면측 부분에서의 피크 위치(B)보다 각도가 작으며, 그 차이(B-A)는 0.15°이상이고, 외면측 부분에서의 피크의 반값 폭(C)은 내면측 부분에서의 피크의 반값 폭(D)보다 크며, 그 차이(C-D)는 0.10°이상으로, 밑바닥부의 중심에 유동 배향에 기인한 변형이 실질적으로 존재하지 않음이 증명된다.

본 발명에 따른 병은 밑바닥부의 유동 배향에 기인한 변형이 거의 없으며, 밑바닥부는 균일하고도 균질하게 연신되고, 그 결과 밑바닥부의 내충격성과 좌굴 강도가 향상되고, 밑바닥부의 중심에서의 내환경균열성이 우수하며, 보존 중에 크래이징이나 백화가 발생하지 않고, 외관이 우수하다는 장점이 있다.

[수지]

본 발명에는, 연신 블로우 성형되며 열에 의해 결정화될 수 있는, 열가소성 폴리에스테르, 특히 에틸렌 테레프탈레이트 열가소성 폴리에스테르와 같은 플라스틱 재료가 사용될 수 있다. 물론, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트와 같은 다른 폴리에스테르, 또는 이것과 폴리카보네이트나 알릴레이트 수지; 아크릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS 수지); 폴리아세틸 수지; 나일론 6, 나일론 66, 이들이 공중합된 나일론 등의 나일론; 폴리(메틸 메타크릴레이트)와 같은 아크릴 수지; 폴리프로필렌; 폴리스티렌; 뿐만 아니라 저밀도. 중간 밀도, 또는 고밀도 폴리에틸렌, 에틸렌/프로필렌 공중합체, 에틸렌/부탄-1 공중합체, 스티렌/부타디엔 열가소성 탄성 중합체, 주기 올레핀 공중합체와의 배합물을 사용할 수 있다. 이들 플라스틱 재료에, 제품의 품질에는 영향을 미치지 않는, 착색제, 초자외선 흡수제, 해방제, 윤활제 및 기핵제와 같은 각종 첨가제가 첨가될 수 있다.

본 발명에 사용된 에틸렌 테레프탈레이트 열가소성 폴리에스테르의 경우, 에스테르 반복 단위의 대부분, 일반적으로 70 mol％ 이상, 특히 80 mol％ 이상은 에틸렌 테레프탈레이트 단위가 차지하고 있다. 유리 전이 온도(Tg)가 50 내지 90℃, 특히 55 내지 80℃이며, 융점(Tm)이 200 내지 275℃, 특히 220 내지 270℃인 열가소성 폴리에스테르를 사용하는 것이 바람직하다.

내열성 및 내압성의 관점에서 호모폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 또한 에틸렌 테레프탈레이트 단위가 아닌 에스테르 단위를 소량 함유한 공중합된 폴리에스테르를 사용할 수 있다.

테레프탈산 이외의 이염기산으로는, 이소프탈산, 프탈산, 나프탈렌디카르복실산 등의 산과 같은 방향족 디카르복실산; 시클로헥산 디카르복실산 등의 산과 같은 치환족 디카르복실산; 및 숙신산, 아디프산, 세바스산, 도데칸디온산 등의 산과 같은 지방족 디카르복실산이 있는데, 이들은 단일종으로 또는 2종 이상의 조합으로 사용할 수 있다. 에틸렌 글리콜 이외의 디올 성분으로는, 프로필렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 디에틸렌 글리콜, 1,6-헥실렌 글리콜, 시클로헥산 디메탄올, 또는 비스페놀 A의 에틸렌 옥사이드 부가물이 사용될 수 있으며, 이것은 단일종으로 또는 2종 이상의 조합으로 사용할 수 있다.

또한, 비교적 고온 조건에서 재료의 강도를 증대시키기 위하여 비교적 유리 전이 온도가 높은 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리카보네이트 또는 폴리아크릴레이트를 약 5％ 내지 약 25％ 정도 에틸렌 테레프탈레이트 열가소성 폴리에스테르에 혼합하여 얻어진 복합재를 사용할 수 있다.

또한, 폴리에틸렌 테리프탈레이트와, 전술한 비교적 유리 전이 온도가 높은 재료를 서로 적층화하여 사용할 수 있다.

에틸렌 테레프탈레이트 열가소성 폴리에스테르는 적어도 필름을 형성하기에 충분할 만큼 큰 분자량을 가져야 한다. 용도에 따라 사출 등급이나 압출 등급의 것이 사용된다. 그 고유 점도(I.V.)는 일반적으로 0.6 내지 1.4 dL/g, 특히 0.63 내지 1.3 dL/g인 것이 바람직하다.

[예비 성형품 및 그 제조]

본 발명에서는, 열가소성 수지를 압축 성형, 특히 일단 압축 성형하여 얻어진 예비 성형품을 사용하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 압축 성형 방법에 의해 얻어진 예비 성형품의 밑바닥부에는 유동 배향에 기인한 변형이 실질적으로 존재하지 않으며, 우수한 특성을 갖는 병이 얻어진다. 이에 추가하여, 후술한 바와 같이 다양한 장점이 얻어질 수 있다.

압축 성형에서는, 사출 성형과는 달리, 비교적 저온에서 가공이 이루어질 수 있으며, 특히 1회의 가열 용융 및 압축 성형에 의해 블로우 성형용의 예비 성형된 제품이 얻어지며, 수지가 열에 의해 거의 저하되지 않게 되며, 특성이 우수한 블로우 처리된 병을 얻을 수 있다.

즉, 저렴한 수지를 사용하여 동일한 특성(강도, 내충격성)을 갖는 블로우 성형된 제품을 제조할 수 있으며, 동일한 원료 수지가 사용된 경우에는, 보다 우수한 특성을 갖는 블로우 성형된 병을 얻을 수 있다. 또한 수지 점도가 높고, 사출 성형에는 적합하지 않은 수지 원료로도 용이하게 예비 성형품을 성형할 수 있다. 특히, 높은 내충격성을 필요로 하는 큰 블로우 성형 병을 얻을 수 있다.

또한, 일의 압출 성형 방법에서는, 수지의 용융 압출 시에 수지의 용융괴가 갖고 있는 열량을 효과적으로 이용하는 것이 바람직하며, 그 용융괴가 국부적으로 냉각되는 것, 특히 예비 성형품의 밑바닥부를 형성하는 용융괴의 일부가 냉각되는 것이 가능한 한 방지되는 것이 바람직하고, 금형의 표면 상에서의 수지의 이동이 내부 조직이 균질하고 인발 블로우 성형성이 우수한 예비 성형품의 제조 관점에서 압축 성형 중에 제한되지 않는 것이 바람직하다.

즉, 최종 병의 밑바닥부 중심의 X선에서의 배향 특성이 전술한 조건을 충족하도록 하기 위하여, 예비 성형품의 배럴부의 원주 방향에서의 최대 두께와 최소 두께 사이의 차이(t_max-t_min)는 전술한 조건을 고려하여 0.07 mm 이하로 설정될 수도 있다.

이를 위해, 압출된 제품을 절단하여 형성된 거의 예정된 양의 용융괴는 실질적으로 온도 강하 없이 암형 금형(공동 금형)으로 공급되며, 공급된 용융괴는 금형(코어 금형)을 사용하여 신속하게 압축 성형된다.

또한, 밑바닥부, 배럴부 그리고 입구부를 구비한 예비 성형품은 금형에 남아 있는 공기가 신속하게 방출되면서 압축 성형된다.

일단 압축 성형 방법에서, 수지가 용융괴로 절단되는 순간부터 수지가 금형으로 들어갈 때까지의 수지의 온도 강하는 연신 블로우 성형될 예비 성형품의 밑바닥이 마련된 배럴부의 조직의 균일성과, 연신 배향성 및 최종 블로우 성형 제품의 특성, 특히 내충격성에 심각한 영향을 미친다. 온도 강하의 영향은 예비 성형품의 밑바닥부(최종 블로우 성형 제품의 밑바닥부)를 형성하는 용융괴의 하부에 현저하게 나타난다.

즉, 용융 수지괴의 하부가 국부적으로 냉각된 경우, 예비 성형품의 밑바닥부의 변형이 증가하여 최종 블로우 성형 제품의 외관이 불량해지며 내충격성이 저하된다.

일단 압축 성형 방법에서, 용융 수지괴의 온도 강하는 수지가 용융괴로 절단된 순간부터 수지가 금형으로 들어갈 때까지 실질적으로 억제되며, 특히 용융 수지괴의 하부의 온도 강하는 전술한 시간 주기 내로 억제되어, 전술한 문제들이 효과적으로 해결된다.

전술한 바와 같은 용융괴의 온도 강하를 억제하기 위하여, 용융괴는 용융괴로 절단된 후부터 금형으로 들어갈 때까지를 제외하고는 다른 부재와 접촉하지 않아야 한다. 특히, 용융괴의 하부와 다른 부재 사이의 접촉은 가능한 한 방지되어야 한다.

이를 위해, 바람직한 제조 방법에 따르면, 용융 폴리에스테르는 수형 금형(코어)과 암형 금형(공동)의 축방향과 평행하게 절단되며, 절단된 융용괴는 실질적으로 수평 상태를 유지하면서 금형으로 공급된다.

또한, 용융괴를 거의 예정된 양으로 공급하며 그 하부가 냉각되는 것을 가능한 한 방지하기 위하여, 용융 수지괴는 실린더 형태로 또는 실린더에 가까운 형태로 공급되는 것이 바람직하다.

더욱이, 용융괴 하부에서의 온도 강하를 가능한 한 방지하고 용융괴가 안정적으로 공급되도록, 즉 용융괴가 낙하하는 것을 방지하기 위하여, 용융괴는 그 중력 중심보다 높은 위치에 유지되고, 절단 위치로부터 금형의 위치로 이동되어, 금형으로 공급되는 것이 바람직하다.

용융괴가 냉각되는 것을 방지하기 위하여, 용융괴는 절단 후 가능한 한 짧은 시간 주기 내에 금형에 집어 넣는 것이 바람직하며, 금형에 집어 넣은 후 가능한 한 짧은 시간 내에 성형을 개시하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 용융괴를 절단 후 1초 내에 금형에 집어 넣고, 금형에 집어 넣은 후 0.5초 내에 성형할 것이 제안되고 있다.

일단 압축 성형 방법에서는, 금형의 밑바닥이나 그 부근에 남아 있는 공기를 방출하면서 압축 성형을 행하는 것이 매우 중요하다. 즉, 금형에 공기가 남아 있는 상태에서는, 금형에 부착된 부분이나 그 부근에서 주름이 발생하는 경향이 있다. 반면에, 성형 개시 후 공기가 신속하게 방출되면, 주름의 발생이 효과적으로 방지된다. 주름이 발생하면 금형의 표면에 밀착하는 부분과 그렇지 않은 부분 사이에 미세한 틈새가 유지되는데, 이것은 압축 성형의 특징적인 형상인 것으로 믿어진다. 공기가 방출되면, 수지는 금형의 표면에 다시 밀착되어 주름이 없는 용기 벽을 형성한다.

암형 금형의 표면에 남아 있는 공기를 방출하기 위하여, 잔류 공기에 대한 성형 부분으로부터 외측으로 탈출로가 형성될 수도 있는데, 그 형성 수단이 특별히 한정되어 있지는 않지만, 예를 들어 암형 금형에는 그 밑바닥부나 그 부근으로 미세한 틈새나 다공질 부분이 제공될 수도 있다. 또한, 성형 개시와 동시에 외부 진공 펌프를 사용하여 잔류 공기를 강제적으로 방출하는 것이 특히 효과적이다.

일단 압축 성형 방법에서, 암형 금형과 수형 금형은 밑바닥이 마련된 배럴부와 입구부를 성형하는 형상 및 구조를 구비할 수도 있다. 특정한 제한은 없지만, 일반적으로 수형 금형은 코어 금형과, 이 코어 금형의 주위에 동축으로 개폐 가능하게 설치된 종동 금형을 포함하며, 밑바닥을 구비한 테이퍼부가 코어 금형과 암형 금형(공동 금형)에 의해 성형되고, 입구부는 코어 금형과 종동 금형에 의해 성형되는 것이 바람직하다.

이 경우에, 종동 금형은 코어 금형과 함께 왕복 이동한다. 종동 금형은 스프링과 같은 가압 수단으로 인해 항상 암형 금형을 향해 밀린다. 코어 금형의 하사점에서, 코어 금형과 종동 금형은 항상 서로에 접촉하는 상태로 유지된다.

따라서, 용융 수지괴의 양이 소량만 변동되어도, 항상 예정된 높이(밑바닥부의 내면으로부터 입구부의 상면까지)를 유지하는 예정된 형상의 입구부를 구비하는 예비 성형품이 항상 성형되는데, 상기 입구부는 밀봉 달성을 위해 중요하다. 용융 수지괴의 양 변동은 코어 금형 및 암형 금형(공동 금형)이 맞물림에 따라, 즉 성형된 예비 성형품의 밑바닥이 마련된 배럴부의 두께에 따라 흡수될 수 있다.

일반적으로, 병의 입구부의 외주부에는 병에 내용물이 충전될 때에 병을 지지하는 지지 링이 제공되며, 입구부의 구조는 예비 성형품의 성형 단계에서 성형되었다. 그러나, 본 발명에 따르면, 환형 홈이 지지 링의 하면의 내주부 가장자리에 형성된다. 이 환형 홈 덕택에, 용융 수지 매스의 양 변경이 환형 홈의 높이 변경에 따라 흡수되므로, 예비 성형품의 두께가 변경되는 것이 방지되며, 예비 성형품의 벽은 균질한 조직을 획득한다. 환형 홈은 또한 예비 성형품으로부터 성형된 병과 공작물에 남음으로써, 병의 두께 변경을 억제한다.

용융 수지괴는 압출기 또는 추가로 기어 펌프를 통해 수지를 용융 압출하고 수지를 예정된 시기에 절단함으로써 거의 정량으로 공급될 수 있다. 그러나, 여전히 수지 공급량은 소정 범위 내에서 불가피하게 변화한다. 전술한 성형 시스템에 따르면, 이러한 변화는 용이하게 흡수될 수 있다.

일단 압축 성형 방법에서, 성형 시간 손실을 방지하기 위해 어느 정도의 압력이 필요할 수도 있지만, 성형력은 일반적으로 상당히 작은 것이 유리하다. 따라서, 사출 성형 장치와 비교하여, 압출 성형 장치는 상당히 소형으로 구성되어 장치의 비용이 절감된다.

본 발명에 사용된 블로우 성형용 예비 성형품은 폴리에스테르나 폴리프로필렌과 같은 용융 수지를 압축 성형하여 형성된 것으로, 최종 성형 제품의 입구부에 대응하는 크기 및 형태의 입구부를 구비하고, 블로우 성형되는 밑바닥이 마련된 배럴부를 구비할 뿐만 아니라, 폐쇄된 밑바닥부에 유동 배향에 기인한 변형이 실질적으로 존재하지 않으며, 게이트부가 포함되어 있지 않다는 특징이 있다.

사출 성형에 의해 얻어진 밑바닥을 구비한 예비 성형품에 존재하는 게이트부는 생산성, 제조비 및 최종 블로우 성형 제품의 특성의 관점에서 상당한 문제를 유발한다. 그러나, 본 발명에 사용된 예비 성형품은 게이트부가 없으므로, 절단 공정이 불필요하며 스크랩 수지를 발생시키지 않는다. 게다가, 밑바닥 중심부는 매끄러워, 결정화 또는 백화를 유발하지 않는다.

또한, 본 발명에 사용된 블로우 성형용 예비 성형품의 경우에는, 전술한 엄격한 온도 제어 하에서 잔류 공기를 방출하는 조건에서 성형이 수행되므로, 밑바닥부나 그 부근에서 주름이 발생하지 않는다.

전술한 블로우 성형용 예비 성형품은 유동 배향에 기인한 변형이나, 게이트 및 밑바닥부의 주름이 발생되지 않으며, 평활성 및 조직의 균일성이 매우 우수한 것을 특징으로 한다. 따라서, 예비 성형품을 연신 블로우 성형하여 얻은 블로우 성형 제품은 밑바닥부의 외관 및 내충격성이 매우 우수하다.

또한, 이러한 예비 성형품은 전술한 바와 같이 수지의 열 저하 정도가 전술한 바보다 적으며, 인장 강도, 내압강도, 내충격성 및 내열성 등의 물성이 우수한 블로우 성형 제품으로 제조될 수 있다.

[압축 성형 장치]

일단의 압축 성형 방법에 사용된 장치의 전체 배치를 보여주는 도 7(평면도)과 도 8(측면도)을 참조하면, 장치는 대략 수지 압출기 장치(10)와, 용융괴 절단 및 공급 장치(20), 그리고 예비 성형품을 형성하는 압축 성형 장치(30)를 포함한다.

압출기 장치(10)에는 수지를 용융시켜 반죽하는 압출기 본체(11)가 제공된다. 진공 호퍼(12)가 본체의 입구측에 제공되어, 성형되고 압출기 본체로 공급될 열가소성 수지 분말이나 펠릿을 건조 상태로 유지한다. 본체의 외측에는, 수지 중의 분해 가스 등을 흡인 제거하는 흡인구(13)와, 압출된 용융 수지를 수용하는 다이 헤드(14)가 제공된다.

다이 헤드(14)는 도관(15)을 통해 압출기 노즐(16)에 접속된다. 여기서, 다이 헤드(14)와 압출기 노즐(16) 사이에 기어 펌프(17)를 제공하여 용융 수지를 예정된 양으로 공급하는 것이 바람직하다. 도 8에는 도면이 복잡해지는 것을 방지하기 위하여 기어 펌프(17)는 도시되어 있지 않다.

도 9와 도 10을 참조하면, 용융괴를 절단하여 공급하는 장치(20)는 회전 터릿(turret;21)에 제공된 커터(22)와, 용융괴를 파지하는 외측 파지 부재(23)와 내측 파지 부재(24)의 조합체를 포함한다. 커터(22)는 터릿(21)의 반경 방향에 대하여 경사지게 설치되어 있으며, 압출기 노즐(16)로부터 압출된 수지의 용융물(18)을 압출 방향과 직각으로 절단한다.

외측 파지 부재(23)는 터릿의 반경 방향으로 연장하는 부분과, 원주 방향으로 연장하는 외측부를 포함하며, 터릿(21)에 고정되어 있다. 반면에, 내측 파지 부재(24)는 외측 파지 부재(23)에 대하여 터릿의 반경 방향으로 이동될 수 있다.

절단/공급 장치(20)의 회전자 터릿(21)은 압출기 장치(10)의 압출기 노즐(16) 아래에서 하부 압축 성형 장치(30)의 암형 금형(32) 위를 통과하도록 제공되어 있다. 압출기 노즐(16) 아래에, 용융물(18)이 파지 부재(23, 24)에 의해 파지되어 있으며, 커터(22)에 의해 절단된다. 용융괴(19)는 파지 부재(23, 24)에 의해 파지되어 암형 금형 위로 이동되며, 파지 부재(23, 24)로부터 해방되어, 암형 금형(32) 내로 집어 넣어진다.

도 7 내지 도 10을 참조하면, 일단 압축 성형 장치에서, 열가소성 수지의 용융물(18)은 수형 금형(33) 및 암형 금형(32)의 축방향과 평행하게 압출되며, 절단된 용융괴(19)는 실질적으로 평행하게 유지된 상태에서 암형 금형(32)으로 공급되고, 용융괴(19)는 기어 펌프(17)에 의해 거의 예정된 양으로 실린더 형태로 또는 실린더에 가까운 형태로 공급되며, 용융괴(19)는 파지 부재(23, 24)에 의해 그 중력 중심보다 높은 부분에서 파지되어, 절단 위치(C)로부터 금형의 위치(M)까지 이동되어 금형(32)으로 공급된다.

개략적으로 말하자면, 압축 성형 장치(30)는 회전자 터릿(31)과, 다수의 암형 금형(공동 금형)(32)과, 회전자 터릿 둘러에 배열된 수형 금형(코어 금형)(33)의 조합체를 포함한다.

회전자 터릿(31)에는 용융괴를 절단하여 공급하는 전술한 기구(20)와, 블로우 성형용으로 성형된 예비 성형품을 꺼내는 기구(34)가 제공된다.

회전자 터릿(31)은 수직 샤프트(36)을 통해 기계 프레임에(35)에 의해 수평 방향으로, 또한 회전 가능하게 지지되며, 모터(37)와 구동 전달 기구(38)에 의해 회전된다.

암형 금형(32)과 수형 금형(33)의 조합체(세트)는 회전자 터릿(31)의 외주 상면에 다수의 위치에 고정된다. 즉, 암형 금형(32)은 랙(rack;39)에 고정되는 반면, 수형 금형(33)은 수직 지지 부재(40)와 수평 지지 부재(41)를 통해 유압 기구 등의 승강 구동 기구(42)에 의해 암형 금형(32)과 동축으로 상하로 승강 이동 가능하게 설치된다.

암형 금형(32)과 수형 금형(33)의 구조를 상세하게 보여주며 성형 단계를 보여주는 도 11과 도 12에서, 암형 금형(32)은 공동(43)과, 잔류 공기를 방출하는 그 밑바닥부의 배기부(44), 그리고 밑바닥부와 테이퍼부의 접속부의 배기부(45)를 구비한다.

위쪽으로 안내되는 소형 돌출부(46)가 공동(43)의 상부 둘레에 형성된다. 그 작동은 후술된다.

또한, 활주 가능한 링 형상의 종동 부재(47)가 암형 금형(32) 둘레에 동축으로 제공된다. 종동 부재(47)는 아래쪽으로 연장하는 샤프트(48)를 구비하며, 그 하단에 형성된 스토퍼(49)를 구비하고, 스토퍼(49)는 암형 금형(32) 하부의 오목부(50)에 끼워 맞춰진다. 따라서, 스토퍼(49)는 오목부(50)의 상면과 하면 사이에서 상하로 이동할 수 있다. 스토퍼(49)는 스프링(도시 생략) 등과 같은 수단에 의해 위쪽으로 밀린다. 또한, 위쪽으로 갈수록 직경이 증가하는 결합용의 테이퍼부(51)가 종동 부재(47)의 상부의 내주면에 형성된다.

수형 금형(33)에는 상하로 이동될 수 있는 지지 부재(52)에 고정되는 코어 금형(53)이 장착된다. 코어 금형(53)은 예비 성형품의 입구부의 상면을 형성하는 부분(54)과, 입구부의 내주면을 형성하는 부분(55), 그리고 밑바닥이 마련된 경사진 배럴부의 내면을 형성하는 부분(56)을 포함한다.

코어 금형(33)은 이것과 동축으로 개폐될 수 있는 종동 금형(57)에 의해 둘러싸여 있다. 종동 금형(57)은 종동 지지 부재(58)에 고정된다. 도시되지는 않았지만, 푸시 스프링이 지지 부재(52)와 종동 지지 부재(58) 사이에 제공되어 종동 금형을 아래쪽으로 민다.

종동 금형(57)의 하부 내주면 상에는 예비 성형품의 입구부의 내주면을 형성하는 부분(59)이 형성된다. 반면에, 그 하부 외주면 상에는 직경이 아래쪽으로 갈수록 감소하는 결합용의 테이퍼부(60)가 형성된다.

도 11과 도 12의 압축 성형 장치에서, 부재를 미는 힘(절대값)은, 작동을 원활하게 수행하기 위해서, 수형 금형(33)의 미는 힘＞종동 부재(47)의 미는 힘＞종동 금형(57)의 미는 힘 순으로 설정된다.

전술한 장치는 후술한 바와 같이 성형 작업을 수행한다.

(A) 용융 압출 단계:

열가소성 수지를 압출기(10)의 진공 호퍼(12) 내로 공급하고, 배럴에 의해 용융시켜 반죽한 다음 압출기 본체(11)에서 외기로부터 수분이 첨가됨이 없이 진공 상태에서 휘저어, 기어 펌프(17)에 의해 예정된 양만큼 다이 헤드(14)와 도관(15)을 통해 노즐(16)로 공급하고, 노즐(16)을 통해 원통 형태로 압출한다.

(B) 절단 및 공급 단계;

노즐(16)로부터 용융 압출된 수지 흐름(18)을 커터(22)에 의해 실린더 형태 또는 이에 가까운 형태의 용융괴(19)로 절단한다. 용융괴(19)를 파지 부재(23, 24)에 의해 파지하여, 실질적으로 온도 강하 없이 터릿을 회전시켜 절단 위치(C)로부터 암형 금형(32)으로의 공급 위치(M)로 이동시켜, 암형 금형(32)으로 집어 넣는다.

(C) 압축 성형 단계;

도 11의 부호 I로 표시된 접근 단계에서, 공동 금형(43)과 코어 금형(53)을 계속 개방하고, 용융괴(19)를 공동(43)에 직립 상태로 담는다. 코어 금형(53)이 하강하기 시작한다.

도 11에 부호 II로 표시된 공동 금형 체결 단계에서, 코어 금형(53)은 공동 내로 하강하고, 공동(43)과 코어(53)에 의해 획정되는 공간은 용융 수지(19')로 거의 채워진다. 압축 성형 시작과 동시에, 공동에 남아 있는 공기는 배기부(44, 45)를 통해 외부로 신속하게 방출시킨다.

동시에, 종동 금형(57)은 하강하여 종동 부재(47)와 접촉하지만, 이때에도 종동 지지 부재(58)와 수형 금형 지지 부재(52)의 하면 사이에는 틈새가 존재한다.

도 11에 부호 III로 표시된 코어 금형 체결 단계에서, 코어 금형(53)은 더 하강하여, 종동 지지 부재(58)의 상면이 암형 금형 지지 부재(52)의 하면에 접촉시킨다. 따라서, 공동 내의 용융 수지(19')가 코어 금형(53)과 종동 금형(57)에 의해 획정되는 공간으로 흐르게 된다.

도 11에 부호 IV로 표시된 고온에서의 응고 단계에서, 코어 금형(53)을 추가로 어느 정도 더 하강시키고, 종동 부재(47)도 이에 동반하여 하강시키며, 공동(43), 코어 금형(53), 그리고 종동 금형(57)에 의해 획정되는 공간은 수지로 채운다.

도 11에서 부호 V로 표시된 저온에서의 응고 단계에서, 수지 온도 강하로 인해 수지의 체적 수축, 즉 위스커(whisker)가 발생한다. 그러나, 체적 수축에 의해 유발되는 변형은 수형 금형[코어(53)]에 압축력을 가함으로써 흡수될 수 있다.

이 경우에 물론, 코어 금형(53)과 공동 금형(43)이 함께 맞물려지도록 이동시키는 것이 필요해진다. 그러나, 공동 금형(43)의 위쪽으로 안내되는 소형 돌출부(46)가 종동 금형(57)과 맞물리게 되면, 체적 수축을 흡수할 수 있게 되며 변형 없이 블로우 성형용 예비 성형품을 얻을 수 있다. 위쪽으로 안내되는 소형 돌출부(46)가 종동 금형(57)과 맞물리는 부분은 예비 성형품의 전술한 환형 홈을 형성한다.

압축 성형된 예비 성형품을 꺼내는 단계가 도 12에 부호 I 내지 부호 IV에 도시되어 있다. 단계(I)에서, 성형이 완료된다. 단계(II)에서, 코어 금형(53)이 상승하기 시작하여, 즉 금형이 개방되기 시작한다. 단계(III)에서, 코어 금형(53)이 종동 금형(57)보다 빠르게 상승하여 성형된 예비 성형품(60)으로부터 코어를 제거한다. 단계(IV)에서, 코어 금형(53)은 추가로 상승하고 예비 성형품(60)이 공동(43)으로부터 꺼내어진다. 단계(V)에서, 코어 금형이 다시 상승하는 위치에서, 종동 금형(57)은 그 직경의 외측면 상의 위치(점선으로 도시한)로 이동하여, 유지되어 있는 블로우 성형용의 예비 성형품(60)이 해방된다.

[성형 조건]

열가소성 폴리에스테르가 사용된 경우, 열가소성 폴리에스테르 수지의 용융 압출 온도는 수지의 종류에 따라 상이하지만, 일반적으로 열가소성 폴리에스테르 수지의 융점(Tm)을 기준으로 하여, Tm+100℃ 내지 Tm+10℃, 특히 Tm+40℃ 내지 Tm+20℃의 범위에 놓여 있는 것이 바람직하다.

온도가 전술한 범위 아래이면, 전단 속도가 너무 커져 종종 균일하게 용융 압출된 제품을 형성하기가 어려워진다. 반면에, 온도가 전술한 범위보다 높으면, 수지가 상당한 범위까지 열에 의해 저하되거나 인발 저하가 현저해진다.

절단될 용융괴의 중량은 물론 최종 블로우 성형 병에 의해 결정되지만, 일반적으로 필요한 강도에 부합하는 100 내지 2g, 특히 40 내지 10g의 범위로부터 선택된다.

용융괴는 원통형이나 그에 가까운 형상을 구비한 경우 취급이 용이할 수 있다. 용융괴의 높이(H) 대 직경(D)의 비율(H/D)은 용융괴의 온도 강하를 가능한 한 방지하고 용융괴가 암형 금형으로 용이하게 집어 넣어져야 한다는 관점에서 대체로 0.8 내지 4가 된다.

즉, 비율(H/D)이 전술한 범위를 벗어난 경우, 용융괴의 표면적이 증가하며 온도가 강하하는 경향이 있다.

용융 수지 매스를 절단하는 데에 커터가 사용될 수 있는데, 이 커터는 수지의 점착을 방지할 수 있는 것이 바람직하다. 공구의 표면을 숏블라스팅(shot blasting) 등으로 처리하는 것이 특히 효과적이다.

용융 수지 매스를 이동시키는 파지 부재로는, 단열성이 우수한 재료로 된 것이 사용되며 수지와의 접촉 면적이 가능한 한 작은 것이 바람직하다.

용융 수지 매스는 절단 후 전술한 바와 같은 시간 주기 내에 금형으로 신속하게 집어 넣어지는 것이 바람직하다.

압축 성형 금형으로는, 밑바닥부나 그 부근에 미세한 틈새나 다공질 부분을 구비한 것이 사용되며, 그 미세한 틈새는 밑바닥부나 그 부근을 다수의 여러 개의 조각으로 분할하고, 이 조각들 사이에 공기 방출용의 미세한 틈새를 형성하거나, 금형에 공기 배출 구멍을 형성함으로써 형성된다. 다공질 부분은, 예를 들어 소결 금속 등을 부품 가공하여 형성된다.

압축 성형 금형의 표면 온도는, 용융 수지가 응고되는 온도로, 폴리에스테르의 경우 65 내지 30℃가 바람직하다. 금형의 표면 온도를 전술한 범위 내에 유지하기 위하여, 냉각수나 온도 제어수와 같은 매체가 금형을 통과하는 것이 바람직하다.

압축 성형에 상당히 적은 성형력이 필요하다는 것도 특징 중의 하나이다. 성형력은 수지의 종류 및 블로우 성형용 예비 성형품의 크기에 따라 상당히 다를 수도 있다. 그러나, 일반적으로 성형력은 800 내지 50 kgf, 특히 600 내지 150 kgf이다.

전술한 일단 압축 성형을 통해, 밑바닥부에서의 유동 배향에 기인한 변형이 없으며, 게이트부가 없고, 다른 트리밍(trimming) 조작의 필요성이 없는 블로우 성형용의 예비 성형품이 얻어진다. 따라서, 예비 성형품은 인발 블로우 성형 단계에서 그 형태로 사용될 수 있어, 공정의 간략화 및 생산성 증대와 같은 많은 장점을 제공한다.

[블로우 성형용 예비 성형품]

본 발명의 블로우 성형용 예비 성형품을 보여주는 도 13을 참조하면, 예비 성형품(60)은 대략 입구부(61)와, 밑바닥이 마련된 테이퍼형 배럴부(62)를 포함한다. 입구부(61)는 최종 성형 제품인 병의 입구부가 된다. 입구부(61)의 외주부에는 폐쇄구와의 밀봉에 필요한 결합부(63)와 지지 링(64)이 형성된다. 밑바닥이 마련된 배럴부(62)는 인발되고 블로우 성형되는 부분으로, 테이퍼형 측벽부(65)와, 이에 평활하게 접속되어 아래쪽으로 둘출하는 밑바닥부(66)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 밑바닥부(66)는 유동 배향성에 의한 변형이 실질적으로 없으며, 잔류 게이트부나 주름이 없다. 입구부(61)와, 밑바닥이 마련된 배럴부(62)는 접속부(67)를 통해 평활하게 접속된다.

환형 홈(68)이 지지 링(64)의 하면 상의 내주부 가장자리에 형성된다.

테이퍼형 측벽부(65)와 밑바닥부(66)는, 압축 성형성 및 최종적으로 행해지는 연신 불로잉 시의 성형성의 관점에서, 예정된 바람직한 범위 내의 크기 및 형태를 구비한다. 일반적으로, 성형성의 관점에서, 측벽부(65)의 외면은 원형 절두 원추형이며, 밑바닥부(66)의 외면은 원형 절두 원추형 표면에 평활하게 접속되는 부분 구형 표면 형태인 것이 바람직하다. 그러나, 블로우 성형된 제품의 형태에 부합하는 어떤 형상으로 형성될 수도 있다.

또한, 측벽부(65)의 내면은 접속부 내주부로부터 두께가 증대되는 경사부(67)를 통해 접속되는 원형 절두 원추의 내면이다.

측벽부의 외면의 테이퍼각(θ)은 성형성의 관점에서 0.5 내지 89.5°인 것이 바람직하다.

도 14는 테이퍼각이 0.8°인 경우의 블로우 성형용 예비 성형품의 단면도이며, 도 15는 테이퍼각이 45°인 경우의 블로우 성형용 예비 성형품의 단면도이다.

측벽부(65)와 밑바닥부(66)는 경사부(67)를 제외하고는 균일한 두께로 형성될 수도 있으며, 또는 예를 들어 밑바닥부로 갈수록 측벽부의 두께가 증가하도록 두께가 변할 수도 있다.

전술한 예비 성형품은 직접 연신 블로우 성형될 수도 있으며, 또는 예비 성형품의 입구부에 내열성과 강도를 부여하도록 입구부가 예비 성형품 상태에서 열 처리를 통해 결정화되고 백화될 수도 있다. 또는, 예비 성형품이 후술한 바와 같이 2축 연신 블로우 성형에 의해 병으로 성형된 후, 이렇게 얻어진 플라스틱 병의 입구부가 결정화되고 백화될 수도 있다.

[연신 블로우 성형]

예비 성형품을 연신 온도로 가열하고, 축 방향으로 잡아 당겨 인발한 다음, 원주 방향으로 블로우 연신하여, 병을 제조한다.

예비 성형품의 성형 및 연신 블로우 성형은 콜드파리손 장치 뿐만 아니라 핫파리손 장치에 의해 달성될 수 있으며, 이에 따르면 연신 블로우 성형은 압축 성형에 의해 성형된 예비 성형품을 완전히 냉각시키지 않고서도 행해진다.

연신 블로우 성형을 수행하기 전에, 필요에 따라, 예비 성형품이 열풍, 적외선 가열기 또는 고주파수 유도 가열과 같은 수단에 의해 인발에 적당한 온도까지 예열된다. 폴리에스테르의 경우, 이 온도 범위는 85 내지 120°, 특히 95 내지 110°이다.

예비 성형품을 공지된 바와 같은 연신 블로우 성형기로 공급하여, 금형 내에 배치하고, 인발 봉을 삽입하여 축 방향으로 잡아 당기고 인발하며, 유체를 블로잉 함으로써 원주 방향으로 블로우 성형한다.

최종 병의 인발 배율은 면적 배율의 1.5 내지 25배인 것이 바람직하며, 축 방향의 인발 배율은 1.2 내지 6배, 원주 방향으로의 인발 배율은 1.2 내지 4.5배인 것이 바람직하다.

연신 블로우 성형된 병은 공지된 수단에 의해 열 경화될 수 있다. 열 경화는 단일 금형 방법에 따라 블로우 성형 금형에서 수행될 수 있으며 또는 2개의 금형 방법에 따라 블로우 성형 금형으로부터 분리된 열경화성 금형에서 수행될 수 있다. 열 경화는 100 내지 200°의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.

실시예

본 발명은 아래의 실시예들에 의해 추가로 설명된다.

[용기의 준비]

용기를 후술된 바와 같은 방식으로 준비하여 아래의 실험에 사용하였다.

(1) 예비 성형품의 압축 성형

가네보 고센 캄파니(Kanebo Gosen Co.)에 의해 제조된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 EFS-7H를 건조기에서 건조시키고, 직경이 65 mm이고 L/D가 27인 압출기를 사용하여 직경이 22 mm인 노즐을 통해 수직 방향으로 압출하였으며, 용융 상태의 수지를 수평 방향으로 회전하는 커터를 사용하여 수평 방향으로 절단하여 중량이 20g인 용융괴를 얻어, 커터의 회전과 동시에 회전하는 성형기의 암형 금형으로 바로 이송하여 수직으로 낙하시켜, 고속으로 금형을 폐쇄하고 금형의 잔류 공기를 방출하면서 압축 성형한 다음, 약 700 kgf의 힘을 가하면서 약 12초 동안 냉각시켜 응고시키고, 금형을 개방하여, 직경이 38 mm이고, 높이가 63 mm이며, 평균 두께가 3 mm이고 중량이 20 g인 입구가 마련된 블로우 성형용 예비 성형품을 얻었다.

(2) 예비 성형품의 사출 성형

예비 성형품을 전술한 바와 동일한 방법으로 성형하였지만, 성형을 아래의 조건으로 사출 성형기[닛세이 주슈 코교 캄파니(Nissei Jushi Kogyo Co.)에 의해 제조된 FE-160]를 사용하여 수행하였다;

온도 경화 : C1/C2/C3/RS 노즐/노즐/HR = 275/285/285/285/290/290

사이클 시간 : 25.9 초

(3) 병의 연신 블로우 성형

예비 성형품을 인발 블로우 기계에서 110℃로 가열하고, 블로우 금형의 수직 방향으로 인발한 다음, 35 atm의 고압 공기에 의해 블로우 성형하여, 높이가 140 mm이고, 배럴 직경이 67.5 mm이며, 용량이 380 ml인 병을 얻었다.

[시험 방법]

① 보존 시험

열가소성 폴리에스테르를 2축 연신 블로잉하여 얻은 10개의 빈 병을 3주 동안 30℃, 90％RH 상태로 보존하였다. 보존 후, 병의 밑바닥의 중심부에 크래이징 및 백화가 발생하였는지를 육안으로 관찰하였다. 그 결과를 크래이징 및 백화의 발생 빈도로 나타내었다.

② 축방향 하중 측정

열가소성 폴리에스테르를 2축 연신 블로잉하여 얻은 병에 물을 350 ml 채우고 뚜껑으로 밀봉하였다. 병의 수직 방향의 축방향 하중 강도를 50.0 mm/min의 크로스헤드 속도에서 오리엔텍 컴파니(Orientek Co.)에 의해 제조된 텐실온(TENSILON)(UCT-5T)을 사용하여 측정하여, 항복 강도를 구하였다.

③ X선 측정

열가소성 폴리에스테르를 2축 연신 블로잉하여 얻은 병의 밑바닥의 중심부를 1 mm 두께로 잘라내고, 리가쿠 덴키 캄파니(Rigaku Denki Co.)에 의해 제조된 아주 작은 X선 회절(PSPC-150C)을 사용하여 그 회절 피크를 측정하였다. 밑바닥부의 두께 방향이 측정 표면의 높이 방향이 되도록 시료의 방향을 결정하였다.

30 kV이 관 전압, 100 mA의 관 전류, 100 ㎛의 조준기 및 1000 초의 측정 시간의 조건으로, 세개의 지점, 즉 내면 및 외면으로부터 100 ㎛씩 떨어진 지점들과, 내면과 외면의 중간 지점에서 측정을 수행하였다. 측정 후, 10.071 내지 30.071°의 범위를 초과하는 강도 합계를 계산하여, 피크 위치와 반값 폭을 결정하였다.

[실시예 1]

중량이 20g인 예비 성형품을 압축 성형에 의해 성형하였다. 이 배럴부의 원주 방향 두께가 균일한(최대 두께-최수 두께=0.07 mm 이하) 예비 성형품을 2축 연신 블로우 성형하여 병을 얻었다. 병의 배럴부의 원주 방향 두께 차이(최대 두께-최소 두께)는 약 0.06 mm 이하였다. 병 보존 시험을 통해 10개의 병에서 크래이징이나 백화가 발생하지 않음이 증명되었으며, 외관도 보존 시험 이전과 마찬가지였다. 축방향 하중 측정을 통해 항복 강도가 46.0 kgf으로 음료용 병에 필요한 특성을 충족시키고 있음이 증명되었다.

[실시예 2]

중량이 20g인 예비 성형품을 압축 성형 및 사출 성형에 의해 성형하였다. 압축 성형에 의해 얻은 예비 성형품은 배럴부의 원주 방향 두께가 균일한 부분(최대 두께-최수 두께=0.07 mm 이하)과, 균일하지 않은 부분(최대 두께-최수 두께=0.08 내지 0.15 mm)을 포함하고 있었다. 사출 성형에 의해 얻은 예비 성형품은 배럴부의 원주 방향 두께가 모두 균일하였다. 이들 예비 성형품을 2축 연신 블로우 성형하여 병을 얻었다.

압축 성형에 의해 제조되고 배럴부의 원주 방향 두께가 균일하지 않은 예비 성형품으로부터 얻은 병은 배럴부의 원주 방향의 두께 차이(최대 두께-최소 두께)가 0.15 내지 0.06 mm인 반면, 다른 예비 성형품으로부터 얻은 병은 배럴부의 원주 방향의 두께 차이가 약 0.06 mm 이하였다.

이들 병을 X선을 사용하여 측정하였다. 그 결과는 아래 표 1에 나타낸 바와 같다.

예비 성형품 성형 방법	병의 원주 방향 두께	피크 위치(°)외측(A) 내측(B)	위치 차이(°)B-A	반값 폭(°)외측(C) 내측(D)	반값 폭차이(°)C-D
압축 성형	균일	19.647 20.091	0.444	11.845 11.696	0.149
압축 성형	불균일	20.186 20.164	-0.022	11.673 11.492	0.181
사출 성형	균일	21.115 20.321	-0.794	11.890 11.496	0.394

[비교예 1]

중량이 20g인 예비 성형품을 사출 성형에 의해 성형하였다. 얻어진 예비 성형품을 2축 연신 블로우 성형하여 병을 얻었다. 병 보존 시험 후, 4개의 병의 밑바닥 중심부에서 약 2 mm의 크래이징이 발생하였으며, 다른 3개의 병에서는 약 10 mm 직경의 백화가 발생하였다.

[비교예 2]

중량이 20g인 예비 성형품을 압축 성형에 의해 성형하였다. 이 예비 성형품은 배럴부의 원주 방향 두께가 불균일(최대 두께-최수 두께=0.08 내지 0.15 mm)하였다. 이 예비 성형품을 2축 연신 블로우 성형하여 병을 얻었다. 이렇게 얻은 병의 배럴부의 원주 방향 두께 차이(최대 두께-최소 두께)는 약 0.15 내지 0.06 mm 였다. 병 보존 시험 후, 10개의 병에서는 크래이징이나 백화가 전혀 발생하지 않았으며, 외관도 보존 시험 이전과 마찬가지였다. 그러나, 축방향 하중 측정에서, 항복 강도는 30.2 kgf으로 음료용 병에 필요한 특성을 충족시키는 데는 실패하였다. 보존 시험 및 축방향 하중 측정 결과는 아래 표 2에 나타낸 바와 같다.

예비 성형품성형 방법	병의 원주방향 두께	외관	축방향 하중(kgf)
예비 성형품성형 방법	병의 원주방향 두께	크래이징	축방향 하중(kgf)	백화
압축 성형	균일	0	0	46.0
압축 성형	불균일	0	0	30.2
사출 성형	균일	4	3	53.0

본 발명에 의하면, 병의 밑바닥부의 중심에서의 유동 배향에 기인한 변형을 검출하는 데에 성공하였으며, 그 유동 배향에 기인한 변형이 실질적으로 발생하지 않도록 열가소성 수지가 압축 성형, 특히 일단 압축 성형되어 예비 성형품이 성형되고, 예비 성형품이 2축 연신 블로우 성형되어 밑바닥부가 균일하고 균질하게 연신되며, 밑바닥부에서의 유동 배향에 기인한 변형이 거의 없어, 그 결과 밑바닥부의 내충격성 및 좌굴 강도가 개선되고, 밑바닥부 중심의 내환경균열성이 우수하며, 보존 중에 크래이징이나 백화가 발생하지 않고, 외관이 우수한 병이 제조될 수 있다.

Claims

열가소성 수지를 2축 연신 블로우 성형하여 형성되고, 입구부와, 견부와, 배럴부, 그리고 바닥부를 구비하며, 상기 바닥부는 유동 배향에 의한 잔류 변형에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는 병.
제1항에 있어서, 열가소성 수지를 압축 성형하여 형성된 예비 성형품을 2축 연신 블로우 성형하여 형성되는 것을 특징으로 하는 병.
제2항에 있어서, 상기 예비 성형품의 배럴부의 원주 방향에서의 최대 두께와 최소 두께의 차이(t_max-t_min)는 0.07 mm 이하인 것을 특징으로 하는 병.
제1항에 있어서, 상기 병은 폴리에스테르로 구성되고, 병의 바닥부의 중심부는 X선(Cu-α)을 용기 벽의 두께 방향으로 입사하여 측정한 2θ= 19.45°내지 20.50°의 확산 산란 피크를 가지며, 밑바닥부의 중심부의 외면측 부분의 피크 위치(A)가 밑바닥부의 중심부의 내면측 부분에서의 피크 위치(B)보다 각도가 작고, 그 차이(B-A)는 0.15°이상이며, 밑바닥부의 중심부의 외면측 부분에서의 X선의 확산 산란 피크의 반값 폭(C)은 밑바닥부의 중심부의 내면측 부분에서의 X선의 확산 산란 피크의 반값 폭(D)보다 크며, 그 차이(C-D)는 0.10°이상인 것을 특징으로 하는 병.
제1항에 있어서, 상기 입구부는 지지 링을 구비하며, 환형 홈이 지지 링의 하면의 내주부 가장자리에 형성되는 것을 특징으로 하는 병.
블로우 성형용의 예비 성형된 제품을 2축 연신 블로우 성형하여 병을 제조하는 방법으로서,

용융 열가소성 수지를 압출하고, 이것을 거의 예정된 양의 용융괴로 절단하는 단계와,

수형 금형과 암형 금형을 서로 상대 이동하도록 배치하고 그 금형에 용융괴를 공급하는 단계와,

용융괴를, 밑바닥부가 마련된 배럴부와 지지 링 하면의 내주부 가장자리에 형성된 환형 홈을 구비한 예비 성형품으로 압축 성형하는 단계와,

압축 성형된 제품을 냉각 및 응고시키고 금형으로부터 그 성형된 제품을 방출하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 용융괴는 금형에 남아 있는 공기를 방출하면서 예비 성형품으로 압축 성형되는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 미세한 틈새나 구멍이 예비 성형된 제품의 밑바닥부를 형성하는 금형의 일부에 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 수형 금형은 코어 금형과, 이 코어 금형 둘러에 동축으로 개폐 가능하게 설치된 종동 금형으로 구성되고, 밑바닥이 마련된 배럴부는 코어 금형과 암형 금형에 의해 성형되고, 입구부는 코어 금형과 종동 금형에 의해 성형되는 것을 특징으로 하는 병.