KR20020093118A - 고형면 재료를 몰딩하기 위한 방법 - Google Patents

고형면 재료를 몰딩하기 위한 방법 Download PDF

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하논존엘.
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

형상 및/또는 조직화된 디자인 내에 고형면 재료를 근본적으로 포함하는 부품을 몰딩하는 프로세스가 설명된다. 적어도 하나의 표면에 릴리프 패턴을 포함하는 제품은 기계 가공 또는 접착 없이 본 발명의 몰딩 프로세스에 의해 제작될 수 있다.

Description

고형면 재료를 몰딩하기 위한 방법 {PROCESS FOR MOLDING SOLID SURFACE MATERIALS}
고형면 재료는 유기 중합체 매트릭스 내에 분산된 미세하게 분할된 무기질 충전재의 복합재이다. 이 재료들은 일반적으로 시트 주조, 셀 주조 또는 벌크 몰딩과 같은 열경화성 수지 처리에 의해 제조된다. 고형면 재료는 일반적으로 매우 딱딱하며 약간 취성이다. 이들은 높은 열 용량을 갖는다. 이러한 재료를 과열하는 것은 표면 결함을 유발하고 색상이 있는 재료의 표백을 유발한다.
고형면 재료 내에 가시적 패턴을 형성하는 것은 공지되어 있다. 이것은 매트릭스 내에서 다른 색상의 충전재를 혼합하고 조화(blend)하여 달성된다. 합성 제품은 조직 표면이라기 보다 부드러운 표면이다. 가열 및 진공을 이용하여 싱크, 튜브와 같은 만곡된 형상으로 재료를 형성하는 것도 공지되어 있다. 이러한 프로세스는 예컨대, 포드(Ford)에 허여된 미국 특허 제5,236,658호 및 민게티(Minghetti)에 허여된 미국 특허 제5,521,243호에 개시되었다. 이들 가열 및 진공 프로세스는 고도의 폐기물을 초래할 수도 있으며, 복잡한 형상을 갖는 제품을 형성하기에 부적절할 수도 있다. 고형면 재료의 표면을 변경하는 것은 공지되어 있다. 예컨대, 재료의 표면에 패턴을 기계 가공하거나 또는 재료의 표면상에 편을 접착하여 양각된 패턴을 형성하는 것이 가능하다. 그러나 이들 표면 변경 프로세스 모두는 시간을 많이 소비하며 높은 수준의 폐기물을 초래한다. 또한, 복잡한 상세부의 디자인을 갖는 몰딩된 제품을 얻기는 어렵다. 따라서, 형상 내에서 고형물 재료를 형성하고 그리고/또는 보다 효율적이고 적은 폐기물을 발생시키며 양각 또는 인장된(imprinted) 릴리프 패턴으로 고형면 재료를 형성할 수 있는 것이 바람직하다.
본 출원은 2000년 5월 4일 출원되어 계류 중인 미국 출원 제09/565,166호를 우선권 주장한다.
본 발명은 고형면 재료를 몰딩하기 위한 프로세스에 관한 것다. 특히, 형상, 표면 내에 릴리프 패턴 또는 그 조합을 형성하기 위해 고형면 재료를 포함하는 부품을 몰딩하기 위한 프로세스에 관한 것이다.
도1은 코어 몰드의 단면도이다.
도2는 공동 몰드의 단면도이다.
도3은 압력 상자를 갖는 몰드의 사시도이다.
도4는 진공이 인가된 몰드 내에 부품의 단면도이다.
도5는 진공 상자와 압력 상자 내의 몰드의 사시도이다.
도6은 가압된 진공 외피를 형성하도록 소기될 수 있는 멀티플라이어 보드를갖는 몰드 내의 부품의 단면도이다.
도7은 몰딩 후 도4 또는 도6의 부품의 개략도이다.
본 발명은 형상, 표면 내의 릴리프 패턴 또는 그 조합을 형성하는 고형면 재료를 몰딩하는 프로세스에 관한 것이다. 프로세스는 소정의 부품 형상 및/또는 릴리프 패턴을 생산할 몰드 폼(form)을 갖는 몰드 내에서 열과 압력 모두를 고형면 재료를 포함하는 부품에 인가하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 프로세스는 적어도 하나의 몰드 폼 표면상에 릴리프 패턴, 형상 또는 그 조합을 갖는 몰드 폼을 제공하는 단계와, 제1 부품 면적을 갖는 부품을 제공하는 단계와, 순응 온도(conformable temperature)로 부품을 가열하는 단계와, 대기압보다 큰 몰딩 압력을 가열된 부품을 포함하는 몰드 폼에 인가하고 몰딩된 부품을 얻기 위해 소정량의 시간 동안 몰딩 압력을 유지하여 가열된 부품 상에 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 프로세스는 부품 상에 멀티플라이어 보드를 제공하여 부품에 압력을 인가하는 단계를 포함하며, 멀티플라이어 보드는 멀티플라이어 보드에 인접한 부품의 표면적 보다 큰 표면적을 갖는 인가된 압력 표면을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 진공뿐만 아니라 압력도 가열된 부품 상에 패턴을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 진공 외피는 몰딩 압력을 인가하기 전이나, 몰딩 압력이 인가된 후 또는 몰딩 압력의 인가와 동시에 제공될 수 있다.
다른 예에서, 진공 외피 단계는 고형면 재료를 몰드 폼 내에 배치하는 단계와 공기 불침투성 재료로 부품을 덮는 단계와 부품에 정합 몰드를 제공하는 단계와 몰드 폼에 진공을 인가하는 단계와 정합 몰드에 압력을 인가하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 프로세스에 의해 만들어지는 소정의 릴리프 패턴을 포함하는 적어도 하나의 고형면 재료를 포함하는 제품에 관한 것이다.
본 발명은 형상, 적어도 하나의 표면상의 릴리프 패턴 또는 그 조합을 형성하는 고형면 재료를 포함하는 부품을 몰딩하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 프로세스는 몰딩된 폼 내에 적어도 하나의 고형면 재료를 포함하는 가열된 부품을 제공하는 단계와, 몰딩된 부품을 얻기 위한 소정의 시간동안 가압하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 진공이 몰딩된 부품을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "몰드 폼 표면"은 일부가 몰딩되거나 또는 일부가 그 위로 몰딩되는 몰드 폼의 표면을 나타낸다. 형상은 보울(bowl)과 같은 간단한 형상이나 또는 복잡한 형상이다. 용어 "릴리프 패턴"은 전체 조직화된 패턴, 인장된 표면 디자인 및 양각된 외부면 디자인 등을 둘러싸는 것을 의미한다. 릴리프 패턴은 나무결, 또는 페블(pebble) 표면, 디자인의 높이가 고형면 재료의 시트의 전체 높이보다 작은 인장된 표면 및/또는 양각된 외부 릴리프와 같은 전체 조직(texture)일 수 있다. 또한, 본 발명은 부품의 전체 깊이 또는 일부분을 관통하는 릴리프 패턴을 제공할 수 있다. 릴리프 패턴은 디자인과 패턴의 조합일 수 있다. 용어 "순응"은 압력이 인가되면, 재료가 몰딩 폼의 형상에 영향을 받아 몰딩 폼 형상의 상세한 거울상을 형성하는 물리적 상태를 설명한다.
본 발명의 프로세스에 적용된 "진공"과 관련된 값은 진공 펌프로 측정되는 1 기압 이하의 값을 나타낸다. 유사하게, 본 발명의 프로세스에서 적용된 게이지 "압력"과 관련된 값은 압력 펌프 게이지가 측정하는 것을 나타낸다. 구조물 요소(A)가 구조물 요소(B)의 제1 표면에 "인접한" 상태는 구조물 요소(A)가 제1 표면과 대향 배치된 구조물 요소(B)의 제2 표면보다 구조물 요소(B)의 제1 표면에 보다 인접한 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단어 "인접한"은 구조물 요소(A)가 구조물 요소(B)의 제1 표면의 바로 다음에 위치되는 것을 반드시 의미하지는 않는다. 따라서, 구조물 요소(C)가 구조물 요소(A)와 구조물 요소(B)의 사이에 배치되는 것이 가능하며, 구조물 요소(A)는 구조물 요소(B)의 제1 표면에 인접한다.
용어 "공기 불침투성" 용기는 대기압 하에서 적어도 10분 동안 적어도 0.17atm(5in.Hg)의 진공을 유지할 수 있는 용기 또는 용기를 형성하는 재료를 나타낸다. 반대로, 용어 "공기 침투성"은 대기압 하에서 적어도 10분 동안 적어도 0.17atm(5in.Hg)의 진공을 유지할 수 없는 용기 또는 용기를 형성하는 재료를 나타낸다.
몰드 폼
본 발명의 프로세스의 제1 단계들 중 하나는 형상, 표면 릴리프 패턴 또는 그 조합을 갖는 몰드 폼(또는 몰드)을 제공하는 것이다. 몰드 폼은 도1에 가장 잘 도시된 바와 같이 코어 몰드(10)일 수 있거나, 또는 도2에 도시된 바와 같이 공동 몰드(20)일 수 있다. 코어 몰드(10)가 사용될 때, (도시되지 않은) 고형면 재료를 포함하는 부품은 몰딩 프로세스를 통해 코어면(12) 위에 합치될 것이다. 공동 몰드(20)가 사용될 때, (도시되지 않은) 고형면 재료를 포함하는 부품은 몰딩 프로세스를 통해 공동면(22)에 합치될 것이다. 각각의 코어(10, 20)의 몰드 품 표면(12, 22)은 (도시되지 않은) 릴리프 패턴을 가질 수 있다. 몰드 폼 표면(12, 22) 상의 몰드 릴리프 패턴은 부품 내에서 소정의(소정의 릴리프 패턴에 상응하는) 릴리프 패턴의 대향 또는 거울 화상을 가질 수 있다. 즉, 소정의 릴리프 패턴이 양각된 외부 릴리프를 포함하면, 몰드 폼 표면은 몰드 릴리프 폼 표면상에 인장된 릴리프 패턴을 가질 것이다. 유사하게, 부품이 인장된 릴리프를 가질 때, 몰드는 양각된 외부 릴리프를 가질 것이다.
몰드 폼(10, 20)은 몰딩 프로세스의 진공, 압력 및 온도 상태 하에서 형상을 유지하도록 충분한 구조적 무결성을 갖는 임의의 재료로 만들어질 수 있다. 몰드는 일반적으로 나무, 에폭시, 충전된 에폭시, 수지-포함 유리섬유, 강 및 알루미늄 등과 같은 재료로 만들어진다. 몰드에서 릴리프 패턴은 절단 또는 기계 가공 등과 같은 임의의 종래 프로세스에 의해 만들어질 수 있다. 이하에서 추가로 설명되는 바와 같이, 몰드 폼의 공기 침투성은 외피 구성에 따라 결정된다.
일반적으로, 몰드 폼 표면(12, 22)과 몰딩된 부품 사이에 높은 마찰이 존재한다. 이것은 몰드 내에서 부품을 적절하게 위치시키는 것을 어렵게 한다. 이 마찰 문제를 극복하기 위해, 해제층(release layer)이 몰드 폼 표면(12, 22) 상에 배치될 수 있다. 폴리(비닐)플루오라이드, 폴리(테트라플루오에틸렌) 및 다른 플루오리네이티드 중합체들과 같은 재료가 사용될 수 있다. 파라핀 왁스와 같은 왁스 코팅 또한 몰드 폼 표면(12, 22) 제공될 수 있다. 해제 재료는 가열될 필름과 몰드 폼 표면(12, 22) 내에 형성된 진공으로 몰드 형상에 합치하도록 부가될 수 있다. 다르게는, 몰드 폼 표면(12, 22)은 부품을 부가하기 전에 운모와 같은 분쇄된 재료가 뿌려질 수 있다. 너무 많은 운모는 완성된 부품의 표면 조직에 영향을 미칠 수 있으며, 예컨대 진공 펌프와 같은 진공을 인출하기 위해 사용되는 장치에 손상을 초래할 수 있기 때문에, 과도한 운모 가루는 몰드 폼 표면(12, 22)으로부터 제거돼야만 한다.
부품
본 발명에 의해 처리될 수 있는 부품은 적어도 하나의 고형면 재료를 본질적으로 포함한다. 예컨대, 부품은 고형면 재료를 포함하는 복합재 또는 충전재로 고형면 재료를 포함하는 열가소성 매트릭스 재료일 수 있다. "본질적으로 포함"이란 부품의 물리적 특성이 고형면 재료 요소에 의해 좌우됨을 의미한다. 즉, 부품은 다른 재료를 포함할 수 있지만, 부품의 유리 전이점 온도(Tg), 열 용량, 취성 및 강성은 고형면 재료 요소에 의해 결정된다.
고형면 재료는 유기 복합재 매트릭스 내에 분산된 미세 분할식 무기물 충전재의 복합재이다. 부품은 몰드 구조에 의해 포함되는 임의의 형상일 수 있다. 부품의 전체 크기는 단지 몰드 폼의 크기와 재료를 처리할 수 있는 능력에 의해 제한된다. 많은 경우에서, 부품은 본질적으로 고형면 재료의 자가-지지 실행식(self-supporting performed) 시트일 수 있다. 0.32 내지 2.54cm(0.125 내지 1.0inch)의 범위의 두께가 일반적이지만, 상술된 바와 같이, 이에 제한되지는 않는다.
적절한 중합체 매트릭스의 예들은 중합 및/또는 교착 결합된 비닐 합성물, 특히 아크릴 제품, 폴리에스테르, 우레탄, 에폭시, 노볼락스를 포함하는 페놀리닉스, 요소 수지(urea resins)를 포함하는 아니모 수지 등을 포함한다. 양호한 중합체는 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 및 아크릴 수지 등을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 에폭시 수지는 임의의 반응성을 갖는 에폭시드 그룹계를 포함한다. 이러한 재료들은 비스페놀 유형 A, 비스페놀 유형 f, 페놀 노볼락스, 지환식 에폭시, 할로게네이트 에폭시 및 사이클로엘러페틱(cycloaliphatic) 에폭시 수지 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 사용된 불포화 폴리에스테르 수지는 반응성이 카본 체인 내에 이중 또는 삼중 본드의 존재에 기초하는 것들을 포함한다. 불포화 폴리에스테르 수지는 글리콜을 갖는 불포화 및 포화 2염기 산 또는 무수물의 몰량의 반응에 의해 형성된다. 그 후, 불포화 사이트는 스테렌과 같은 단량체를 포함하는 비닐을 거쳐 폴리에스테르 체인을 열경화성 플라스틱 상태로 교차 결합하도록 사용될 수 있다.
본 발명에 사용된 아크릴 수지는 특정하게 제한되지 않으며, 다양한 종류의 종래의 중합체들과 아크릴릭 및 메타크릴릭 산과 에스테르의 공중 중합체를 포함한다. (메스(meth))아크릴레이트 에스테르가 바람직하다. 용어 "(메스)아크릴" 및 "(메스)아크릴레이트"은 각각 "아크릴 및/또는 메틸아크릴" 및 "아크릴레이트 및/또는 메틸아크릴레이트"을 의미한다. 적절한 (메스)아크릴레이트 에스테르의 예들은 메틸 (메스)아크릴레이트, 에틸 (메스)아크릴레이트, 부틸 (메스)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메스)아크릴레이트, 벤질 (메스)아크릴레이트, 글리시딜 (메스)아크릴레이트 등을 포함한다.
충전재는 일반적으로 약 200 미크론 보다 작은 입자 크기를 갖는 미세 분할식 무기물 재료이다. 적절한 충전재의 예들은 알루미나 트라이하이드레이트(trihydrate), 알루미나 모노하이드레이트(monohydrate), 바이엘 하이드레이트(Bayer hydrate), 실리카, 마그네슘 수산화물, 칼슘 카보네이트 및 바륨 황산염을 포함한다.
다른 첨가물도 고형면 재료 내에 존재할 수 있다. 다른 첨가물의 예들은 본 기술 분야에 공지된 바와 같이, 안료, 염료, 화염 억지제, 분할제, 유체화제, 점성 제어제, 경화제, 산화 방지제 등을 포함한다. 또한, 교차 결합제는 고형면 재료로 합체될 수 있다. 그러나, 교차 결합제는 부품 형성력에 영향을 미칠 수 있기 때문에 삼가하여 사용되어야 한다. 예컨대, 교차 접착제의 양이 많을 수록 고형면 재료는 덜 형성될 것이다. 양호하게는, 고형면 재료의 단량체 성분의 중량을 기초로 최대 3 wt%의 교차 접착제가 존재한다.
양호한 고형면 시트 재료는 충전재로 알루미나 트라이하이드레이트를 갖는 폴리(메틸메타아크릴레이트)를 포함하는 아크릴 재료를 포함한다. 이러한 합성물은 예컨대, 본 명세서에 참조로 합체된 미국 특허 제3,847,865호 및 제4,085,246호에 설명되었다.
고형면 시트 재료를 포함하는 부품은 본 기술 분야에 공지된 임의의 종래 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 이들 종래의 프로세스는 시트를 주조하는 단계, 셀을 주조하는 단계 및 열 경화성 합성물을 벌크 몰딩하는 단계를 포함한다. 또한, 부품은 동일한 양수인에게 양도된 공동 계류 중인 미국 특허 출원 제08/995,888호에 개시된 바와 같이, 액체, 화학적 경화성 합성물을 몰딩하여 형성될 수 있다.
부품 가열
본 발명의 프로세스의 다른 단계는 고형면 재료를 포함하는 부품을 형상 및/또는 릴리프 패턴이 형성되는 온도(순응 온도) 즉, 부품이 형상 및/또는 릴리프 패턴 윤곽을 취하도록 충분히 연화되는 온도까지 가열하는 것이다. 일반적으로, 순응 온도는 부품의 중합체 매트릭스 재료의 Tg 이상이다. 그러나, 온도는 임의의 합성 성분의 분해를 유발할 정도로 높지는 않아야 한다. 따라서, 선택된 온도는 예컨대, 성분, 부품의 조성(예컨대 중합체 및 충전재), 중합 재료 및 충전재 분포 밀도의 성질, 충전재 유형, 충전재 입자 크기 및 충전재 함유량에 의해 결정된다. 일반적으로, Tg 이상인 약 20℃로부터 약 80℃까지의 온도, 양호하게는 약 20℃로부터 약 40℃까지의 온도가 바람직하다. 아크릴릭 시스템을 포함하는 부품을 위한 양호한 온도는 약 110℃ 내지 약 220℃의 범위, 양호하게는 120℃와 190℃ 사이이다.
부품은 오븐, 저항 가열기, 적외선 가열기 및 고온 공기 송풍기를 포함하는 임의의 종래 수단에 의해 예열된다.(즉, 몰드 폼으로 부품을 배치하기 전에 가열된다.) 예컨대, 부품은 가열된 두 개의 금속판들 사이에 배치될 수 있다. 부품이 예열되는 경우, 비 가열 몰드(즉, 가열원을 사용하지 않은 몰드 또는 가열원이 활성화되지 않은 몰드)가 사용된다.
또한, 가열 몰드(즉, 가열원을 사용하는 몰드)를 사용하여 몰드 내의 부품을 직접 가열하는 것도 가능하다. 가열 몰드는 몰드 내의 부품의 배치 이전에 가열될수 있거나, 또는 몰드가 실내 온도이며 부품이 첨가된 후 가열될 수도 있다. 부품은 소정의 순응 온도에 이르기에 충분한 시간동안 가열되어야 한다. 부품은 처짐 또는 비틀림을 방지하기 위해 가열 중 지지되어야 한다. 부품이 몰드 폼 내로 배치되기 전에 가열되고 가열 장치에 의해 직접적으로 지지되지 않는 경우, 부품은 일반적으로 시트를 몰드로 반송하기 위해 사용될 수 있는 스크린 상에 지지된다.
부품이 가열 몰드 내에서 가열되는 경우, 가열원은 부품이 패턴 형성 단계 중 또는 이전에 소정의 순응 온도에 이른 후 꺼진다. 가열 몰드를 끄는 것은 몰드 폼 표면에 인접한 부품 표면이 릴리프 패턴을 "냉동"(즉, 유지하기 위해 냉각)할 수 있도록 몰드 폼 표면을 냉각시킨다.
패턴 형성
본 발명의 패턴 형성 단계는 가압을 포함하며, 선택적으로는 진공 외피를 형성하는 단계를 포함한다.
압력은 기계적 수단을 통해 국부적으로 인가되거나 또는 가압된 유체로 인가되거나, 또는 기계적 수단 및 가압된 유체의 조합으로 인가된다. 압력은 플래턴 또는 기계적, 수압 또는 공압 프레스를 가열된 부품 위에 배치하고, 가열된 부품위로 제2 정합 몰드 반부를 배치하고, 가열된 부품 또는 그 조합 위로 멀티플라이어 보드(multiplier board)를 배치하여 가열된 부품에 국부적으로 인가된다.
도3에 도시된 바와 같이, 압력은 예컨대 유연한 다이아프램 또는 블래더를 갖는 압축 가스 챔버 또는 수압 챔버에 의해 가압된 유체로 인가될 수 있다. 압력 상자(200)는 압축 가스 또는 액체에 의해 가압된다. 도3에 도시된 바와 같이, 몰드 폼(30)은 지지 구조물(100) 내에 있다. (도시되지 않은) 부품은 몰드(30) 내에 배치된다. 이 몰드(30) 위에 (도시되지 않은) 부품에 놓인 다이아프램(210)을 구비한 압력 상자(200)가 배치된다. 상자는 압축 가스 또는 유체가 펌핑되는 압력 입구(220)에 의해 가압된다.
직접 압력이 플래튼을 배치하여 효율적으로 제공될 수 있거나, 또는 특히 시트 구조를 갖는 부품을 가압할 수 있다. 그 후, 압력은 플래튼에 인가될 수 있거나, 또는 기계적 챔버를 포함하는 임의의 종래 수단에 의해 공압 프레스 또는 수압 프레스를 가압한다. 프레스가 고온 또는 냉각된 부품에 부착되는 경우, 해제층 또는 필름은 부품과 프레스 사이에서 사용될 수 있다. 해제층이 프레스의 일 측면에 도포될 수 있거나 또는 분리 해제 필름은 프레스와 부품 사이에 배치될 수 있다. 가열된 고형면 재료의 온도에 저항할 수 있는 임의의 해제 재료가 사용될 수 있다. 적절할 재료의 예들은 폴리테트라를루오로에틸렌(polytetraflouroethylene)과 같은 플루오로폴리머와 실리콘을 포함한다.
다른 실시예에서, 부품은 두 개의 정합된 몰드 반부들 사이에 배치될 수 있다. "정합된"은 두 개의 반부들이 상보적이라는 것을 의미하며, 폐쇄되었을 때 부품을 위한 소정의 형상을 형성하는 것을 의미한다. 양호하게는, 사용된 부품은 시트 재료이다. 몰드 폼의 두 개의 성분은 종종 암,수 또는 코어 및 공동이라 지칭된다. 몰딩될 고형면 재료의 두께인 두 개의 반부들 사이의 갭이 존재할 것이다. 몰드 반부의 한 쪽 또는 모두는 릴리프 패턴일 가질 수 있다. 압력은 예컨대, 기계적 챔버, 공압 또는 유압 프레스를 포함하는 임의의 종래 수단에 의해 몰드에 인가될 수 있다. 선택적으로, 제2 몰드 반부는 예컨대, 고무 다이아프램, 공기 블래더 또는 유체 블래더에 의해 형성될 수 있어, 상기 반부는 유연하고 압축 가스 또는 액체에 의해 가압될 수 있다. 몰드 폼은 표면 릴리프를 가질 수 있는 시트가 될도록 편평해질 수 있다. 예컨대, 몰드 폼은 고형면 재료의 시트가 외부 및/또는 내부면 상에 표면 릴리프를 갖는 보울 형상으로 형성되도록 만곡된 형상 프로파일을 가질 수 있다.
소정의 디자인이 복잡한 형상을 포함하는 경우, 가압하기 전에 블랭킷을 형상에 대해 신장하도록 공기 불침투성 블랭킷을 팽창시키는 것이 바람직하다. 이 사전-신장 압력 형성은 소정의 형상이 부품의 부분들이 부품의 다른 부분들보다 상당하게(예컨대 10%) 신장되도록 부분적으로 깊은 골을 가질 때, 본질적으로 유용하다. 가열된 부품을 사전-신장하기 위해, 두 개의 반부를 갖는 압력 상자가 사용될 수 있다. 압력(제1 반부 압력)은 돔(dome) 형상으로 부품을 신장하도록 몰드 폼 표면에 인접한 제1 반부를 통해 인가된다. 제1 반부 압력은 제1 반부로부터 제거된다. 압력(제2 반부 압력)은 돔 형상을 수축시키고 사전-신장된 부품을 몰드 폼 표면에 맞추도록 제2 반부를 통해 인가된다. 제2 반부 압력은 제1 반부 압력보다 커야 하며, 양호하게는 1.5 내지 6배, 보다 양호하게는 1.5 내지 3배 더 커야한다.
다른 실시예(사전 신장 진공 형성)에서, 부품은 제2 반부를 통해 압력을 인가하는 대신 진공이 제1 반부로부터 인출된 후, 제1 압력으로 신장된다. 양호하게는, 이 실시예는 많은 조직화된 패턴 없이 복잡한 형상을 형성하도록 사용된다.
다르게는, 도6에 도시된 바와 같이, 압력은 부품에 대해 멀티플라이어 보드를 배치하여 인가될 수 있다. 도6은 제1 보드면(72)과 제1 보드면(72)에 대향인 (압력이 인가된)제2 보드면(74)(즉, 압력이 인가되는 보드의 측면)을 갖는 멀티플라이어 보드(70)를 도시한다. 유연한 체적 공급자(80)는 멀티플라이어 보드(70)에 인접한다. 유연한 체적 공급자(80)는 제1 보드면과 인접한 제1 유연면(84)과 부품(50)의 제1 부품면(52)에 인접한 제2 유연면(82)을 갖는다. 보드(70), 유연 체적 공급자(80) 및 부품(50)은 불침투성 블랭킷(60)에 의해 제공된 진공 시스템에 둘러싸인다. 부품(50)은 지지체(100) 상의 몰드 폼(40)에 배치된다. 진공이 사용될 때, (도시되지 않은) 진공은 하나 이상의 진공 포트(120)를 통해 인출될 것이다.
보드(70)는 몰딩될 부품의 부품면(52)의 표면적보다 상당히 큰 제1 보드면(72)을 갖는 재료의 시트이다. 보다 큰 보드 면적은 보드 면적이 부품면(52)과 동일한 경우보다 부품에 보다 큰 압력을 제공한다. 표면(52, 57)의 표면적의 소정의 비율은 릴리프 패턴의 복잡성에 따라 결정된다. 복잡성이 클 수록 소정의 비율도 커진다. 일반적으로, 포면(52, 72)의 표면적의 비율은 1.5 내지 1과 10 내지 1 사이의 범위를 갖는다. 유연 체적 공급자가 존재하지 않을 경우, 몰드 부품(50) 상의 유효 압력(Peff)은 수식(I)에 의해 표현될 수 있다.
Peff=[SA74/SA52] ×Papplied수식(I)
여기서, Papplied= 보드(70)에 인가된 압력, SA52= 부품면(52)의 표면적, SA74= 표면(74)의 표면적.
양호한 실시예에서, 유연 체적 공급자(80)는 보드면(72)과 부품면(52) 사이에 배치된다. "유연 체적 공급자"는 부품이 몰딩되고 몰드로부터 제거되어 원래 형상으로 복귀할 때, 멀티플라이어 보드(70)로부터 부품(50)까지 압력을 분포시키고 부품의 구조에 합치되는 고정 체적을 갖는 임의의 재료를 포함한다. 유연 체적 공급자는 압축성 또는 비 압축성 재료일 수 있다. 본 발명에서 사용되는 유연 체적 공급자의 예들은 탄성 중합체, 고무, 탄성 또는 고무 하우징 내에 수용된 임의의 가스, 탄성 또는 고무 하우징 내에 수용된 임의의 액체 및 이들의 조합을 포함한다. 본 발명에 의해 청구되지는 않았지만, 이 유연 체적 공급자는 불규칙한 표면에 대한 압력의 분배도 용이하게 하여, 보다 상세한 패턴 조직을 제공한다. 유연 체적 공급자가 존재할 경우, 몰드 부품(50) 상의 유효 압력(Peff)은 수식(II)에 의해 표현될 수 있다.
Peff=[SA74/SAeffSurf] ×Papplied수식(II)
여기서, Papplied= 보드(70)에 인가된 압력, SAeffSurf= 이경우 유연한 표면(82) 또는 부품면(52)인 유효면의 표면적, SA74= 표면(74)의 표면적.
유연 체적 공급자의 치수는 소정의 디자인의 치수에 따라 결정된다. 예컨대, 조직 디자인의 치수가 부품의 치수보다 작은 경우에는 유연 체적 공급자는 조직 디자인의 치수보다 조금 커야 하며 부품의 치수만큼 커야한다.
수식(I) 및 수식(II) 모두에서, 보드(70)에 인가된 압력은 유체화된 압력 또는 국부 수단에 의한 압력으로부터의 압력, 진공이 인출될 때 고무 블랭킷으로부터의 압력 또는 이들의 조합일 수 있다.
양호한 실시예에서, 멀티플라이어 보드(70)는 도6에 도시된 바와 같이, 진공 외피와 함께 사용된다. 보드(70)는 진공 시스템을 둘러싸기 전에 부품(50) 상에 배치된다. 도6에서, 시스템은 공기 불침투성 블랭킷(60)으로 둘러싸인다. 그러나, 이하 설명되는 바와 같이 다른 외피 수단이 사용될 수도 있다. 그 후, 부품(50)과 멀티플라이어(70)는 둘러싸이고 진공이 인출된다.
진공이 멀티플라이어 보드를 포함하는 시스템에 인가되지 않은 경우, 멀티플라이어 보드는 상술된 유체화된 압력 또는 국부 수단에 의해 인가된 부품 상의 압력을 확대하기 위해 사용될 수 있다.
멀티플라이어 보드는 진공이 인출될 때 압력을 견딜 수 있도록 충분히 강한 임의의 강성 재료로 만들어진다. 보드는 일반적으로 나무 또는 섬유판(fiberboard)으로 만들어진다. 금속, 섬유 유리, 섬유 유리 복합재 및 강성 중합체와 같은 다른 재료도 사용될 수 있다. 멀티플라이어 보드가 가열 또는 냉각된 고형면 재료에 부착되는 경우, 해제층 또는 시트가 상술된 바와 같이 사용될 수 있다.
압력은 고형면 재료가 몰드 폼 표면의 형상에 합치되는 것을 보장하기에 충분한 시간동안 유지된다. 동시에, 몰드는 부품의 Tg 아래 패턴-냉동(pattern-freeze) 온도로 냉각되어, 부품이 릴리프 패턴을 유지하도록 냉동된다. 패턴-냉동 온도는 부품의 조성에 따라 결정되지만, 일반적으로 이 온도는 40℃ 내지 100℃의 범위를 갖는다. 아크릴 고형면 재료를 근본적으로 포함하는 부품에 대해, 패턴-냉동 온도는 일반적으로 85℃ 내지 90℃의 범위에 존재한다. 소정의 패턴-냉동 온도에 도달하기 위해, 시트 부품이 사용되는 경우, 일반적으로는 예열된 부품을 갖는 비가열 몰드(즉, 가열원이 없는 몰드)에 대해 시트 두께의 밀리미터당 약 2분의 시간이면 충분하다. 예열된 부품을 갖는 가열된 몰드에 대한, 패턴-냉동 온도에 도달하기 위한 시간은 약간 짧다. 그 후, 압력이 제거되고 부품은 몰드 내에서 냉각된다. 일반적으로 부품은 몰드 폼으로부터 부품을 제거하기 전에 Tg 이하의 약 20 내지 40℃의 온도로 냉각된다. 아크릴 고형면 재료를 포함하는 부품에 대해, 몰딩된 부품이 몰드 폼으로부터 제거되기 전 온도가 85℃ 이하인 것이 바람직하다.
그 후, 반-냉각식(semi-cooled) 몰딩된 부품이 몰드로부터 제거되고 필요한 경우 계속해서 냉각될 수 있다. 일반적으로, 휨 또는 뒤틀림을 방지하기 위해 냉각이 지속되는 도중에는 부품을 지지하는 것이 바람직하다. 시트 재료는 냉각이 완료될 때까지 몰드 내에 잔류할 수 있지만, 일반적으로 주기 시간을 개선하기 위해 그 이전에 제거된다.
양호한 실시예에서, 몰드 부품은 부품 전체에서 균일하게 냉각되고 부품은 앤각중 전체가 지지된다. "쿠기 냉각 선반(cookie cooling rack)" 또는 지지된 스크린이 사용될 수 있다. 다르게는, 부품은 알루미늄 주연 프레임과 같은 프레임으로 클램핑될 수 있으며, 냉각을 위해 순환 공기 또는 물에 수직으로 현수될 수 있다. 고립된 용기 내의 느린 냉각이 보다 바람직하다.
진공 외피
본 발명의 다른 실시예에서, 진공 외피는 압력에 부가하여 형성된다. 진공은 부품이 주형 내에 배치되고 주형 폼이 소정의 몰딩 온도로 가열된 후 인출될 수 있다.
진공 외피는 공기 불침투성 외피 내의 부품과 주형 폼을 둘러싸고 외피를 소기하여 형성될 수 있다. 이 외피는 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 외피를 형성하는 방법을 결정하는 하나의 주요 인자는 몰드 폼의 공기 불침투성이다. 예컨대, 몰드 폼이 공기 불침투성 재료로 만들어진 경우, 몰드 폼은 공기 침투성 외피를 형성하도록 공기 불침투성 용기 내에 배치될 수 있다. 반면에, 몰드 폼이 공기 불침투성 재료로 만들어진 경우, 몰드 폼 자체가 공기 불침투성 외피의 일부를 형성하도록 사용될 수 있기 때문에, 공기 불침투성 블랭킷은 공기 불침투성 외피를 완료하기 위해 몰드 폼을 밀봉하는데 사용될 수 있다.
부품의 구성 및/또는 치수 역시 공기 불침투성 외피를 형성하기 위한 방법에 영향을 미친다. 예컨대, 부품의 두께가 몰드 공동 개구의 깊이보다 큰 경우, 길이와 폭이 몰드 공동 개구에 의해 둘러싸일 수 있으며, 공기 불침투성 용기 자체가 공기 불침투성 재료로 만들어 진 경우에도 공기 불침투성 용기가 사용될 수 있다.
부품 및 몰드 폼은 공기 불침투성 블랭킷을 부품 및 몰드에 인가하거나, 또는 진공 형성 기계 내에 인가한 간단한 진공백을 사용하여 둘러싸여질 수 있다. 블랭킷이 사용된 경우, 진공백은 몰드 폼 주위에 부품 및 밀봉부를 덮는다.
공기 불침투성 블랭킷은 진공을 인출할 수 있을 만큼 충분히 공기 불침투성인 임의 재료로 만들어 질 수 있다. 재료는 진공이 인출될 때, 몰드 에지에 밀봉하고 부품의 표면에 (누출 없이) 합치될 수 있도록 충분히 가요적이어야 한다. 적절한 재료의 예들은 높은 온도 내구성으로 인해 고무, 특히 실리콘 고무를 포함한다. 일반적으로, 고무 재료는 일반적으로 30 이상의 듀로미터(또는 쇼어 경도)를 가질 것이다. 블랭킷 재료가 고온 또는 냉각된 부품에 부착된 경우, 해제층 또는 필름이 사용될 수 있다. 해제층은 블랭킷 또는 부품의 일 측면에 도포될 수 있거나, 분리 해제 필름이 블랭킷 또는 부품 사이에 배치될 수 있다. 가열된 고형면 재료의 온도를 견딜 수 있는 임의의 해제 재료가 사용될 수 있다. 적절한 재료의 예들은 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 플루오로폴리머와 실리콘을 포함한다.
공기 불침투성 용기는 블랭킷과 동일한 재료로 만들어 질 수 있다.
불침투성 외피가 형성된 후, 진공은 압력이 인가되기 전에 시트 재료와 몰드 폼 주위에서 인출될 수 있다. 진공은 일반적으로 진공 펌프인 임의의 종래 수단에 의해 인출될 수 있다. 일반적으로, 0.17 내지 1atm(약 5 내지 약 29in.Hg)의 진공이 양호하다. 양호한 진공은 0.34 내지 1atm(10 내지 29in.Hg)이며, 보다 양호하게는 0.69 내지 1atm(20 내지 29in.Hg)이다.
공기는 도4에 도시된 바와 같이, 일반적으로 몰드 자체 내 또는 기초 지지 구조물 내 작은 구멍에 의해 소기된다. 고형면 재료(50)를 포함하는 부품은 만입 릴리프 패턴(42)을 갖는 몰드(40) 내에 배치된다. 몰드 폼(40)의 바닥부의 개구(44)는 진공을 인출하기 위해 제공된다. 실리콘 블랭킷(60)은 부품과 몰드를 완전히 둘러싸기 위해 몰드를 위에 걸친 부품(50) 위에 배치된다. 진공은 지지체(100) 상에서 보여지는 적어도 하나의 개구(120)를 통해 인출된다. 양호하게는, 개구(44)들은 몰드 폼(40) 자체 내에 존재하며, 미세한 세부에 대해 특별하다. 공기 제거는 몰드 폼의 전 면적에서 수행되어야 한다. (도시되지 않은) 협소한 슬롯은 진공 구멍을 대신하여 시간 절약을 위해 사용될 수 있다. (도시되지 않은) 다공성 디스크가 부품(50)에 대한 지지를 제공하기 위해 개구(44)를 덮도록 사용될 수 있다. 이러한 다공성 디스크는 복합재 구리, 스테인레스 또는 알루미늄으로 만들어 질 수 있다.
다르게는, (도시되지 않은) 통기구, 스크린 또는 슬롯을 포함하는 디스크도 개구(44)를 덮도록 사용될 수 있다. 이러한 다공성 디스크, 스크린, 슬롯 또는 통기구는 엠티. 조이, 피에이(Mt. Joy, PA)의 프리맨 프로덕츠(Freeman Products)로부터 입수할 수 있다.
다르게는, 예컨대, 복합재 구리, 스테인레스 강 또는 알루미늄의 (도시되지 않은) 다공성 금속 몰드가 슬롯 또는 구멍을 사용하지 않기 위해 사용될 수 있다.
진공 상자 및 압력 상자를 사용하여 진공 및 압력을 인가하는 방법이 도5에 도시된다. 몰드(30)는 진공 상자(300) 내에 존재한다. (도시되지 않은) 고형면 재료를 포함하는 부품은 몰드(30) 내에 배치된다. 부품 및 몰드는 (부분적으로 도시된) 공기 불침투성 블랭킷(60)으로 덮인다. 이 실시예에서, 부품이 진공을 위한 밀봉부를 형성하기 보다 공기 불침투성 블랭킷이 진공 외피를 형성한다. 따라서, 부품을 적절한 곳에 클램핑할 필요가 없다. 이것은 무용한 클랭핑된 에지를 제거하는 점에서 유리하다. 부품 및 공기 불침투성 블랭킷이 적절한 위치에 있을 때, 압력 상자(200)는 다이아프램(210)이 부품에 걸치도록 부품 위에 배치된다. 진공 상자는 진공 포트(320)에 의해 소기되고 압력은 압축 가스 또는 유체가 펌핑되는압력 입구(220)에 의해 인가된다.
압력 및 진공은 시트 재료가 몰드 릴리프 패턴에 완전하게 합치되는 것을 보장하기에 충분한 시간동안 유지된다. 일반적으로, 부품 두께의 밀리미터 당 약 2분의 시간이면 비가열 몰드에 대해 충분하다. 가열된 몰드에 대해, 이러한 시간은 조금 짧을 수 있다. 몰딩을 완료하기 위해 충분한 시간이 흐른 후, 압력이 제거되고 부품이 진공 하에서 부분적으로 냉각된다. 상술된 바와 같이, 부품이 적어도 부분적으로 냉각될 때, 진공이 제거되고 부품은 몰드로부터 제거된다. 필요한 경우, 추가적인 냉각이 상술된 바와 같이 수행된다.
도7은 몰딩 프로세스 후의 도4 내지 도6의 시스템을 도시한다. 부품(55)은 (지지체(100) 상의) 몰드 폼(40)의 (도시되지 않은) 몰드 릴리프 패턴에 합치된다. 재료가 단단하고 딱딱하며 높은 열용량을 갖는 고형면 재료를 포함하는 부품이 표면 릴리프로 형성될 수 있다는 것은 놀라운 일이다. 이러한 재료가 작은 반경으로 만곡되도록 가압될 때, 찢어지고 변색되는 것은 공지됐다. 본 발명의 프로세스에 의하면, 고형면의 두께보다 높은, 고형면 재료 상에 양각된 릴리프를 형성하는 것이 가능하다. 예컨대, 본 발명의 프로세스를 사용하면, 3.8cm(1.5inch)의 양각된 릴리프와 두께가 1.27cm(0.5inch)인 고형면 시트 재료를 형성하는 것이 가능했다.
표면 릴리프 패턴은 재료가 릴리프 영역에서 표백(whiten)되도록 고형면 재료의 허용 가능한 형성 응력을 초과하도록 디자인될 수 있다. 이것은 대비(화이터(whiter)) 색상으로 릴리프를 생산한다. 다르게는, 양각된 릴리프 패턴은 다른 광택 외형을 주기 위해 선택적으로 모래로 닦일 수 있다.
예
본 발명은 단지 실시예로써 발명을 제한하지는 않는 후속 예들에 의해 상세히 설명될 수 있다.
비교 예 - 진공(vacuum only)
사용된 부품은 두께가 1.3cm(0.5inch)인 2.54 ×76.2cm(10 ×30inch)의, 아크릴로 충전된 알루미나 트라이하이드레이트의 시트(델라웨어주 윌밍톤 소제한 이아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니의 상표명 "코리안(Corian)" 제네시스 Genesis))였다. 몰드는 엠디에프(MDF)(중간 밀도 섬유판) 보드 상의 산개한 스톤들의 수집이었다. 보드는 에지 주위의 탄성 실리콘 블랭킷 밀봉으로 덮일 수 있는 테이블 상에 배치되었다.
상표명 "코리안" 시트 재료는 시트의 표면 온도가 170℃에 도달할 때까지 가열되었다. 그 후, 시트는 제거되어 몰드(스톤) 상에 배치되었고 몰드 에지를 넘어 테이블에 밀봉 주위를 형성하는 실리콘 블랭킷으로 덮힌다. 그 후, 진공은 테이블 기부에 연결된 표준 진공 펌프에 의해 실리콘 블랭킷 아래에서 인출되었다. 공기는 테이블의 주연부 주위에서 작동하는 매니폴드 또는 테이블 기부 내의 구멍을 통해 상표명 "코리안", 스톤 및 블랭킷 아래로부터 소기되었다.
진공은 약 6 내지 12분동안 유지되었다. 진공이 제거되기 전에, 냉각 팬이 냉각 시간을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 실리콘 블랭킷 온도가 88℃에 도달했을 때, 진공은 제거되었고 고형면 시트 재료는 몰드로부터 제거되어 쿠키 냉각 선반 상에 배치되었다.
최종 부품은 보드 상에 배치된 임의의 스톤의 형상이 인장된 치수적으로 매우 상세한 표면을 가졌다.
예 1
멀티플라이어 보드에 의해 인가된 압력을 갖는 진공
비교 예에서 후속된 프로세스 단계가 다음의 예외와 함께 후속되었다.
-몰드- 몰드는 액체 중합체 수지를 얇은 피브이에이(PVA)(폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol) 필름 상에 주조되어 만들어진다. 몰드를 만들기 위해, 필름이 보드 상에 배치된 다양한 (트리(tree)로부터의) 박들(leaves)을 갖는 편평한 보드 상에 유지되었다. 상표명 "코리안" 중합체 수지가 경화되었을 때, 1.9cm(0.75inch) 두께의 상표명 "코리안" 보드의 표면에 박들의 매우 상세한 복제를 갖는다. 따라서, 상표명 "코리안" 보드는 박 인쇄(leaf impression)를 포함하는 편평한 몰드였다. 몰드는 에지 주위를 탄성 실리콘 블랭킷으로 덮을 수 있는 테이블 상에 배치되었다.
-형성- 25.4 ×76.2cm(10 ×30inch)의 상표명 "코리안" 시트 재료가 시트의 표면 온도가 170℃에 도달할 때까지 가열되었다. 상표명 "코리안" 시트는 박 몰드(leaf mold) 상에 배치되었다. 76.2 ×101.6cm(30 ×40inch)의 치수와 13.97cm(5.5inch)의 두께를 갖는 멀티플라이어 보드는 상표명 "코리안" 시트 상에 배치된다. 멀티플라이어 보드의 두께는 보드가 진공에 의해 생성되는 굽힘 하중을 견디기 위한 요구에 의해 지시된다. 두께 2.54cm(1inch)의 40 듀로미터 실리콘 패드가 불균일하게 조직된 표면 상에 보드의 힘을 분배하도록 멀티플라이어 보드의바닥면과 상표명 "코리안" 시트 사이에 배치된다. 멀티플라이어 보드와 상표명 "코리안" 표면적의 비율은 형성 압력이 증가되는 양을 결정하였다. 이 예에서, 멀티플라이어 보드는 진공의 유효 압력을 4배 증가시켰다. 따라서, 0.93atm(27in.Hg)의 진공은 보다 좋은 선명도를 위해 몰드 상에 상표명 "코리안" 시트를 가압하는 4atm(56psi)을 생산시켰다. 몰드, 시트 및 멀티플라이어 보드는 몰드의 에지 넘어 테이블에 밀봉 주변부를 형성하는 실리콘 블랭킷으로 덮였다. 진공은 테이블 기부에 연결된 표준 진공 펌프에 의해 실리콘 블랭킷 아래로 인출되었다. 공기는 테이블의 주연부 주위에서 작동하는 매니폴드 또는 테이블 기부 내의 구멍을 통해 몰드, 상표명 "코리안" 및 블랭킷 아래로부터 소기된다.
합성 상표명 "코리안" 시트는 시트 상에 양각된 박 조직을 가졌다.
예2-5
압력 형성
고형면 재료로 된 세 개의 부품이 나무결 디자인을 갖는 제품을 형성하기 위해 사용되었다. 각각의 부품은 두께가 1.3cm(0.5inch)인 2.54 ×76.2cm(10 ×30inch)의, 아크릴로 충전된 알루미나 트라이하이드레이트의 시트(델라웨어주 윌밍톤에 소제한 이아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니의 상표명 "코리안(Corian)" 제네시스 Genesis))였다.
이 세 개의 부품을 위해 사용된 몰드는 양호하게 형성되고 매력적인 나무결 패턴을 갖는 1.9cm(0.75inch) 두께의 오크(oak) 보드로 만들어진다.
세 개의 부품의 각각에 대해, 후속의 몰딩 단계가 계속된다.
나무결 패턴은 부드러운 재료를 제거하고 양각된 보다 뚜렷한 나무결을 남기도록 표면은 모래 송풍에 의해 생성된다. 보드는 압력 형성 몰드 상자 내에 배치되었다. 상자는 함께 이동할 때, 상부 및 바닥부 챔버 내에 밀봉된 두 개의 부품, 상부 및 바닥부 조립체였다. 상부 및 바닥부는 에지 주위를 밀봉하는 탄성 실리콘 블랭킷으로 분리되었다.
하드웨어 천이 33 ×84cm(13 ×33inch)의 개구를 갖는 클램프 프레임 내에 설치되었다. 프레임 개구는 가열 시 에지 효과를 최소화하기 위해 양 치수에서 시트 크기보다 큰 7.6cm(3inch)였다. 각 부품은 천에 배치되었고 프레임 및 시트는 오븐 내에 배치되었다. 부품은 시트의 표면 온도가 188℃에 도달할 때까지 가열되었다. 프레임 및 시트는 시트 표면과 코어가 균형을 이루도록 45초 동안 오븐으로부터 제거되었다. 프레임 및 시트는 오븐으로 복귀되어 표면이 다시 188℃가 될 때까지 가열되었다. 재료에 버블이 발생하여 쓸모 없게 되지 않도록 과열에 주의하였다.
그 후, 프레임 및 시트 재료는 오븐으로부터 제거되었다. 프레임 클램프가 개방되고 하드웨어 천이 제거되었다. 상품명 "코리안" 재료가 선택되어 몰드 상에 배치되었으며, 75 내지 85℃의 온도까지 예열되었다. 0.318cm(0.125inch) 두께의 실리콘 고무 블랭킷이 저압 상자의 주연부 너머로 연장하는 상품명 "코리안" 시트 위에 배치되었다. 상부 압력 상자는 실리콘 블랭킷을 핀칭하여 낮은 상자와 단단하게 밀봉되도록 하강되었다.
0.76atm(22in.Hg)의 진공이 오크 몰드 및 상품명 "코리안" 시트를 포함하는낮은 상자 내에서 인출되었다. 압력은 상부 및 바닥부 압력 상자 사이의 큰 압력 차를 생성하는 동시에 상부 상자에 인가되었다. 이 압력 차이는 상표명 "코리안" 시트를 나무결 몰드에 대해 단단히 가압하도록 작용되었다. 이 압력의 차이는 상표명 "코리안" 시트 재료가 85℃까지 냉각될 수 있도록 6 내지 12분동안 유지되었다. 그 후, 압력 및 진공은 해제되고 상자는 분리되며 실리콘 고무 블랭킷은 제거되고 몰딩된 상표명 "코리안" 시트는 제거된다.
각 부품을 제작할 때, 상부 상자에 인가된 압력이 아래 표 1에 도시된다.
표 1
예 압력(atm)
3 2
4 3
5 4
세 개의 부품 모두는 일 측면 상에 오크 나무결 패턴을 포함한다. 인가된 압력이 클 수록 오크 나무결 패턴의 미세함이 더욱 깊어지는 것이 관찰되었다.
예 6
사용될 수 있는 고형면 재료는 아크릴로 충전된 알루미나 트라이하이드레이트의 시트(델라웨어주 윌밍톤에 소제한 이아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니의 상표명 "코리안(Corian)" 제네시스 Genesis))이다. 이 부품의 치수는 두께가 1.3cm(0.5inch)인 2.54 ×76.2cm(20 ×24inch)이다. 주형은 엠디에프(MDF)(중간 밀도 섬유판)으로 만들어질 수 있다. 엠디에프 몰드는 9.91cm(3.9inch) 두께의 블록을 생성하도록 1.91cm(0.75inch)의 4 개의 층을 접착하여 만들어 질 수 있다. 엠디에프는 작은 보울과 유사한, 보드 내의 포켓을 생성하도록 기계 가공될 수 있다. 보드는 압력 형성 몰드 상자 내에 배치될 수 있다. 상자는 함께 이동될 때, 상부 및 바닥부 챔버 내에 밀봉되는 두 개의 부품, 상부 및 바닥부 조립체를 가질 것이다. 상부 및 바닥부는 상자 보다 크고 에지 주위에서 밀봉으로써 핀칭될 상표명 "코리안" 시트에 의해 분리될 것이다.
그 후, 상표명 "코리안" 시트는 시트를 실질적으로 유지하도록 작동된 클램프와 주연부 클램프 프레임 내에 배치된다. 시트 및 클램프 프레임은 오븐 내에 배치될 것이다. 시트는 시트의 표면 온도가 188℃에 도달할 때까지 가열될 것이다. 프레임 및 시트는 시트 표면과 코어가 평행을 이루도록 45초동안 오븐으로부터 제거될 것이며, 그 결과, 부품의 표면 온도는 근본적으로 부품의 중심 온도와 동일하게 될 것이다. 그 후, 프레임 및 시트는 오븐으로 복귀되어 표면이 다시 188℃까지 가열될 것이다. 재료에 버블이 발생하여 쓸모 없게 되지 않도록 과열에 주의해야 할 것이다.
그 후, 프레임 및 시트 재료는 오븐으로부터 제거될 것이다. 저압 상자의 주연부 넘어 연장되는 상표명 "코리안" 시트는 바닥부 압력 상자 위에 직접 위치되었다. 상부 압력 상자는 상표명 "코리안" 시트를 핀칭하여 낮은 상자와 단단하게 밀봉하도록 낮아질 것이다.
약 0.34 내지 0.68atm(5 내지 10psi)의 공기압이 상표명 "코리안" 시트를 경기장 돔과 같이 균일하게 신장하도록 약 10초동안 낮은 상자 내에 주입될 것이다. 이것은 포켓 내에서 국부적이기보다는 전체 시트에 걸쳐 인출을 효과적으로 분사하여 보다 큰 형성 깊이를 허용한다.
그 후, 압력은 엠디에프 몰드를 포함하는 낮은 상자로부터 배기될 것이다. 상부 상자는 상부 및 바닥부 압력 상자 사이에서 보다 큰 압력 차를 발생시키기 위해 동일한 시간에 가압될 것이다. 이 압력 차는 상표면 "코리안" 시트를 엠디에프 몰드에 대해 단단하게 가압하도록 작용할 것이다. 이 압력 차는 상표명 "코리안" 시트 재료가 85℃로 냉각되도록 6 내지 12초동안 유지된다. 압력 및 진공은 해제되고, 상자는 분리되고, 제거된 상표명 "코리안" 시트는 시트 내에서 새롭고 양호하게 형성된 보울 패턴을 갖는다.
예 7
보울을 형성하는 예비 신장 압력
사용된 고형면 재료는 1.3cm(0.5inch)의 두께를 갖는 61 ×76.2cm(24 ×30inch)의 아크릴로 충전된 알루미나 트라이하이드레이트의 시트(델라웨어주 윌밍톤에 소제한 이아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니의 상표명 "코리안(Corian)" 제네시스 Genesis))이다. 몰드는 주형 알루미늄으로 만들어졌다. 몰드는 두 개의 재료가 형성되는 작은 20.32 ×20.32 ×12.7cm3(8 ×8 ×5inch3)싱크 형상이었다. 몰드는 압력 형성 몰드 상자 내에 배치되었다. 상자는 함께 이송될 때, 상부 및 바닥부 챔버 내로 밀봉되는 두 개의 부품, 상부 및 바닥부 조립체였다. 상부 및 바닥부는 상자보다 크고 에지 주위에서 밀봉으로써 핀칭된 상표명 "코리안" 시트에 의해 분리되었다.
상표명 "코리안" 시트는 시트를 실질적으로 유지하도록 작동된 클램프 및 주연부 클램프 프레임 내에 배치되었다. 시트 및 클램프 프레임은 오븐 내에 배치되었다. 시트는 시트의 표면 온도가 188℃에 도달할 때까지 가열되었다. 프레임 및 시트는 시트 표면과 코어가 평행이거나 또는 잠기도록 45초동안 오븐으로부터 제거되었다. 프레임 및 시트는 오븐으로 복귀되고 표면이 다시 188℃가 될 때까지 가열된다. 재료에 버블이 발생하여 쓸모 없게 되지 않도록 과열에 주의하였다.
프레임 및 시트 재료는 오븐으로부터 제거되었다. 낮은 압력 상자의 주연부를 넘어 연장되는 상표명 "코리안" 시트는 바닥부 압력 상자 위에 직접 위치된다. 상부 압력 상자는 상표명 "코리안" 시트를 핀칭하여 낮은 상자와 단단히 밀봉하도록 낮아졌다.
0.68atm(10psi)의 공기 압력이 경기장 돔과 같이 균일하게 상표명 "코리안" 시트 재료를 신장하기 위해 약 10초동안 낮은 상자에 주입되었다. 이것은 포켓 내에서 국부적이기보다는 전체 시트에 걸쳐 인출을 효과적으로 분사하여 보다 큰 형성 깊이를 허용한다.
그 후, 압력은 배기되었고 0.70atm(20in.Hg)의 진공이 이중 싱크 몰드를 포함하는 낮은 상자 내에서 인출되었다. 4atm의 압력이 상부 및 바닥부 압력 상자 사이에서 보다 큰 압력 차를 생성하도록 동시에 상부 상자에 인가되었다. 이 압력 차는 상표명 "코리안" 시트를 싱크 몰드로 단단하게 가압하도록 작동하였다. 이 압력 차는 상표명 "코리안" 시트가 85℃로 냉각되도록 6 내지 12초동안 유지되었다. 압력 및 진공이 해제되고, 박스는 분리되고, 제거된 상표명 "코리안" 시트는 시트 내에 두 개의 양호하게 형성된 보울 패턴을 갖는다.

Claims (6)

  1. 고형면 재료를 포함하는 부품을 몰딩하기 위한 방법이며,
    적어도 하나의 몰드 폼 표면상에, 릴리프 패턴, 형상 또는 그 조합을 갖는 몰드 폼을 제공하는 단계와,
    부품을 제공하는 단계와,
    110℃ 내지 220℃ 범위의 순응 온도로 부품을 가열하는 단계와,
    대기압보다 큰 몰딩 압력을 가열된 부품을 포함하는 몰드 폼에 인가하고 몰딩된 부품을 얻기 위해 소정의 시간동안 몰딩 압력을 유지하여 가열된 부품 상에 소정의 릴리프 패턴을 형성하는 단계를 포함하며,
    부품 및 몰드 폼은 소정 시간동안 모든 측면에서 몰드를 현수하는 공기 불침투성 블랭킷에 의해 둘러싸인 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 블랭킷은 40 보다 큰 듀로미터를 갖는 실리콘 고무인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 고형면 재료는 충전된 아크릴 재료이며 부품은 시트 폼 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 순응 온도는 120℃ 내지 190℃ 사이인 것을 특징으로 하는방법.
  5. 제1항에 있어서, 패턴 형성 단계는 부품을 포함하는 몰드 폼을 소기하여 진공 외피를 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 부품은 제1 표면적을 갖는 제1 표면을 가지며, 몰딩 압력은 인가된 압력면과 인가된 압력면에 대향인 보드면을 갖는 멀티플라이어 보드에 의해 적어도 부분적으로 인가되며, 보드면은 제1 부품면에 인접하여 배치되고, 인가된 압력 멀티플라이어 보드는 제1 부품 표면적보다 큰 보드 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
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