KR20060042404A

KR20060042404A - 플라스틱 사출성형시 금형을 순간가열 및 급속냉각시키는방법

Info

Publication number: KR20060042404A
Application number: KR1020060012867A
Authority: KR
Inventors: 조국현
Original assignee: (주)유니벨
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2006-05-12

Abstract

본 발명은 플라스틱 사출성형시 금형을 순간가열 및 급속냉각시키는 방법에 관한 것으로서,

본 발명은 플라스틱 사출성형기의 금형을 순간적으로 가열하고 급속하게 냉각시킬 수 있는 가열및냉각 매체로서 질소가스(N₂)를 선정하고, 이것을 안정적으로 준비하는 단계와; 상기의 질소가스를 상기 사출성형기의 금형 온도에 적합한 온도로 미리 가열하여 예열하는 단계와; 상기의 예열된 질소가스를 상기 사출성형기의 금형에 투입하는 단계와; 상기 사출성형기의 금형에서 소정의 형상으로 플라스틱 합성수지를 성형완료할 경우 상기 사출성형기의 금형을 상기의 질소가스를 이용하여 급속히 냉각하는 단계; 를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 이용할 경우, 사출성형기의 금형을 신속하게 가열할 수 있고, 또한 신속하게 냉각시킬 수 있으므로, 작업시간을 대폭적으로 단축시킴으로써, 작업효율을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

사출성형, 순간가열, 급속냉각, 질소가스, 금형, 균일가열, 균일냉각

Description

플라스틱 사출성형시 금형을 순간가열 및 급속냉각시키는 방법 {Method of Rapidly Heating and Cooling the Mold in Plastic Molding System}

도 1은 본 발명에 의한 금형의 순간가열 및 급속냉각 방법에 관한 개략적인 흐름도이고,

도 2는 본 발명에 의한 금형의 순간가열 및 급속냉각 방법을 효율적으로 실시하기 위한 바람직한 실시예로서 일련의 장치에 관한 개략도이다.

♠도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명♠

10 : 질소 발생기, 12 : 저장용기,

14 : 가스부스터, 16 : 고압저장용기,

22 : 압력제어밸브, 24: 가열실린더,

32, 42, 52 : 솔레노이드 밸브, 34 : 체크 밸브,

36, 56 : 온도 측정센서, 40 : 금형,

44 : 압력제어 밸브, 54 : 유량조절 밸브

본 발명은 플라스틱 사출성형시 금형을 순간가열 및 급속냉각시키는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라스틱을 사출성형하는 프로세스에 있어서 금형의 온도를 순간적으로 가열하고 급속히 냉각시킴으로써 고품질의 제품을 얻기 위한 금형의 순간가열 및 급속냉각 방법에 관한 것이다.

오늘날 플라스틱을 사출성형하는 프로세스를 살펴보면 대체적으로 아래와 같다. 먼저, 고체상태의 칩이나 펠렛상으로 되어 있는 합성수지 원료를 호퍼에 투입하여 실린더에 공급하면, 실린더의 외부에 있는 밴드히터와 스크루의 마찰열에 의하여 상기 합성수지 원료가 용융되어지게 된다. 이어서, 용융된 액체상태의 합성수지는 소정의 형상을 가진 금형의 내부에 사출되어지고, 그 금형의 내부에서 소정의 형상을 이루게 되며, 그 상태에서 상기 금형을 냉각시키게 되면, 상기 금형 내부의 합성수지 형상이 냉각되어지면서 고형의 형상을 유지하게 된다. 이후, 상기의 금형으로부터 냉각된 합성수지 형상을 분리시키게 되면, 소정의 고형화된 형상을 가진 플라스틱 성형물을 얻게 되는 것이다.

상기의 플라스틱 사출성형의 프로세스를 좀더 구체적으로 살펴보면, 합성수지 원료가 액상으로 전환되어진 상태에서 상기의 금형 내부에 액상의 합성수지 원료가 사출되어지고, 상기의 금형이 닫혀서 그 내부에서 소정의 형체를 이루게 되며, 상기 금형의 냉각에 따라 그 내부의 합성수지도 함께 냉각되어지게 되는데, 이때 상기의 용융된 합성수지가 차가운 금형 내부에서 냉각됨에 따라 수축하게 되므 로, 이러한 용적수축율을 감안하여 사출기의 압력으로 여분의 합성수지를 더욱 밀어넣어 주어야 하고, 냉각된 이후에는 상기의 금형을 열고, 신속히 제품을 외부로 꺼내어 주어야 한다.

오늘날 일반적으로 실시되고 있는 방식에 의하면, 금형의 온도에 따라 불량 제품이 양산되고 있고, 현재 최대 160℃ 이하의 온도에서 성형을 진행하므로, 용융된 합성수지가 금형에 채워지는 과정에서 냉각되어 성형물의 외관에 많은 결함을 발생시키는 요인이 되고 있으며, 성형물의 온도분포가 불균일하여 변형 또는 뒤틀림 현상이 발생되고 있다.

특히, 오늘날 PDP TV, 컴퓨터 모니터 등과 같은 제품의 경우, 일반수요자들이 가볍고 큰 제품을 선호하는 경향을 보이고 있으므로, 이러한 수요자의 요구에 따라, 한편으로는 사출성형품의 두께가 박막화되어질 필요가 있고, 다른 한편으로는 사출성형품의 크기가 대형화되어질 필요가 있다. 이러한 추세에 따라, 액상의 흐름성을 개선한 합성수지가 개발되었지만, 용융된 합성수지가 금형의 낮은 온도조건에서 흘러갈 수 있는 길이의 한계가 있고, 또한 용융된 합성수지가 금형 내부에서 여러 갈래의 사출통로를 만나게 되었을 때 낮은 온도조건에 의해 흐름자국, 웰드라인(Weldline), 광택저하 등을 일으켜, 수많은 외관결함이 발생되고 있는 것이다.

이러한 현상의 주된 원인 중의 하나는 상기 금형의 온도를 필요한 온도만큼 순간적으로 상승시키지 못하거나, 상기 금형의 온도분포를 짧은 시간내에 균일화시키지 못한 점에 기인하고 있다. 특히, 상기 금형의 내부에 채워지게 될 합성수지의 용융온도에 미치지 못하는 금형의 온도는 성형 자체가 불가능하게 되므로, 치명적이라고 하지 않을 수 없다.

예컨대, 오늘날 일반적으로 금형의 가열 및 냉각을 위하여 사용되고 매체로서 물을 사용할 경우, 물의 압력을 가압하여 온도를 상승시키고 있지만, 그 최대 온도는 160 ℃ 정도에 불과하므로, 그 이상의 온도를 필요로 하는 사출성형 시스템에는 부적합하다.

또한, 가열 및 냉각 매체로서 오일을 사용할 경우에는, 가열이 상대적으로 용이하지만, 금형의 크기가 대형인 제품에 적용할 경우 오일의 순환속도가 느리기 때문에 금형 전체에 균일한 온도분포를 신속히 형성하는 것이 곤란한 단점이 있으며, 또한 냉각단계에서도 이와 동일한 문제가 제기되도 있다.

한편, 스팀을 이용할 경우에는, 스팀의 압력을 15Kg/㎠ 이상으로 하여 180 ℃ 정도로 가열하여 공급하고 있는데, 스팀의 가열에 들어가는 유지비용이 너무 크고 설비가 대형화되어 있으며, 또한 안전설계 내지 공장의 배치상 스팀발생기로부터 사출성형기까지의 거리가 너무 멀리 떨어져 있으므로, 공급라인에서 열손실이 발생되어 최종 금형내부에서 그 온도가 상당히 떨어지게 되는 현상이 발생되고 있다. 또한, 가열 매체로서 스팀을 이용할 경우, 냉각 매체로서는 차가운 냉각수를 이용하게 되는데, 냉각을 한 이후 다시 스팀을 공급하려면 공급라인 및 금형 내부의 각 라인에 존재하는 물을 완전히 배출시키지 않으면 스팀이 제대로 공급되지 않게 되므로, 별도로 에어를 공급하여 상기 라인의 내부에 있는 물을 제거하는 추가적인 공정이 필요하게 되는 단점이 있는 것이다.

이와 같이, 종래에 통상적으로 사용되고 있는 사출성형기의 가열 및 냉각 방법은 사출성형기 내부의 금형 온도를 단시간내에 고르고 균일하게 가열 및 냉각시키는 방식에 있어서 일정한 한계를 가지고 있었으며, 이는 보다 정교하고 얇고 세련된 박막 제품을 요구하는 합성수지 사출성형 분야의 문제점을 전혀 개선시키지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 플라스틱 합성수지의 사출성형에 있어서, 사출성형기의 금형 내부의 온도를 신속하고 균일하게 가열할 수 있고 성형 완료된 이후에는 상기 금형 내부의 온도를 역시 신속하고 균일하게 냉각시킬 수 있는 금형의 순간가열 및 급속냉각 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 사출성형기의 금형을 순간적으로 가열하고 급속하게 냉각시킬 수 있는 열 매체를 선정하고, 이것을 안정적으로 준비하는 단계와; 상기의 열 매체를 상기 사출성형기의 금형 온도에 적합한 온도로 미리 가열하여 예열하는 단계와; 상기의 예열된 열 매체를 상기 사출성형기의 금형에 투입하는 단계와; 상기 사출성형기의 금형에서 소정의 형상으로 합성수지를 성형완료할 경우 상기 사출성형기의 금형을 냉각 매체를 이용하여 급속히 냉각하는 단계; 를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기의 사출성형기는 플라스틱 합성수지를 용융시켜 최종 용도에 적합한 형상으로 제조하는 각종의 사출성형기와 합성고무제품을 성형하거나 또는 블로우 몰딩을 행하는 각종의 성형기를 포함한 개념이다.

본 발명에 있어서, 상기의 가열 매체의 투입단계는 상기 사출성형기의 금형 온도에 따라 상기 가열 매체의 투입 량 및 투입 압력을 조절하여 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여, 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 기술사상이 이에 한정되는 것이 아님은 당연하다.

1). 열 매체의 선정 및 준비단계:

본 발명은 각종의 플라스틱 합성수지를 용융시켜 성형하거나 합성고무제품 등을 성형하거나 또는 중공성형하는 사출성형기의 금형을 가열시키고 냉각시키는 매체로서 질소가스(N₂)를 선정한 점에 그 특징이 있다.

본 발명에 있어서, 사출성형기의 금형에 사용되는 열매체로서 질소가스를 선정한 이유는 다음과 같다.

먼저, 대상물체에 대한 신속한 가열 및 냉각이 가능한 점이다. 질소가스는 그 본질상 기체상태에 있으므로, 가늘고 긴 통로에서도 신속하게 통과할 수 있고, 이는 액체상태의 물질에 비하여 비교할 수 없을 정도로 빠르게 이동할 수 있기 때문이다. 예컨대, 종래의 열매체로서 액상의 오일을 사용할 경우에는, 금형의 내부에서 이동하는 속도가 느려서, 금형의 가열시간이 길어지고, 특히 그 냉각속도가 느려서 동일한 시간대에 금형의 각 부분에서 각각 서로 다른 온도구배를 가지게 되고, 이로 인하여 플라스틱 성형체의 축소율이 순간적으로 달라져 비틀림 현상을 발생시키는 원인이 되었다. 이것은 냉각매체로서 냉각수(물)를 사용하는 경우에도 역시 동일한 문제점으로 지적되고 있었다. 그러나, 본 발명에서는 액상 물질이 아닌 기체상태의 물질을 사용하므로, 고온의 기체와 저온의 기체를 사용할 경우 금형 내부에서 신속하게 이동함으로써, 이러한 문제를 근본적으로 해결할 수 있을 것으로 예상하였고, 이러한 예상에 근거하여 기체상태의 물질을 선정한 것이다.

둘째, 작업의 안정성을 고려한 점이다. 기체상태의 물질은 자연계 또는 인위적인 합성체로서 셀 수 없을 만큼 존재하고 있다. 그러나, 질소가스(N₂)는 다른 가스상태의 물질들과는 달리 불활성 가스이므로, 가장 안정된 물질로서 존재하고 있다. 자연계에서 불활성 기체는 질소기체 이외에 헬륨가스 등이 존재하고 있지만, 이들이 자연계에 존재하는 비율은 극히 적어서 이들을 안정적으로 공급받기는 어렵고, 이들을 사용하기 위해서는 경제적인 부담이 너무 크다. 따라서, 질소가스(N₂)는 작업현장의 작업시스템에서 일부 누출될 경우에도 작업자에게 어떠한 위험을 야기시키지 않으며, 폭발을 일으킬 염려가 전혀 없는 장점이 있을 뿐만 아니라, 경제적인 측면에서도 비교할 수 없을 정도로 유익하다.

셋째, 질소가스(N₂)는 원만하고 안정적인 공급원으로서 가장 적합하기 때문이다. 질소가스(N₂)는 공기 중에 대략 78 % 정도를 점유하고 있을 정도로 풍부한 천연자원이다. 따라서, 본 발명은 어떠한 기체보다도 저렴하면서도 안정적으로 확보할 수 있는 질소가스를 열매체로서 선정한 것이다.

넷째, 질소가스(N₂)는 사출성형기의 유지관리에 최적이라는 점을 고려한 결과이다. 질소가스는 본질적으로 불활성기체에 속하므로, 다른 물질들과 물리적 화학적으로 반응하지 않는 성질을 가지고 있다. 따라서, 본 발명에서 질소가스를 열매체로서 사용할 경우, 종래의 오일에 의한 열매체와 같이 금형 내부를 부식시키지 않으며, 종래의 냉각수와 같이 스케일을 형성시키지 않게 되는 점을 감안하여, 질소가스를 열매체로서 선정한 것이다.

본 발명에 있어서, 상기의 질소가스는 다양한 방법으로 준비될 수 있다. 예컨대, 액체 질소를 기화시켜 고압의 질소가스를 사용할 수도 있고, 직접 공기로부터 가스탱크 내에 충진시켜 사용할 수도 있다. 공기 중에서 질소가스를 수집할 경우에는 통상의 방식으로 수행될 수 있다.

2). 열 매체의 예열단계:

본 발명은 상기의 열 매체로서 질소가스를 선정한 다음, 상기의 질소가스를 각각의 성형조건에 적합한 온도로 미리 예열시킨다.

본 발명에 있어서, 상기의 질소가스를 미리 가열하는 방법으로서는 직접가열 방식과 간접가열방식을 모두 이용할 수 있다. 직접가열방식은 상기의 질소가스를 열공급원에 직접 접촉시켜 가열하는 방식인 반면에, 간접가열방식은 상기의 질소가스를 열공급원에 직접 접촉시키지 않고 다른 매개수단을 통하여 전열시키는 방식이다. 상기의 열공급원은 상기 질소가스에 열에너지를 가하여 그의 온도를 올려주기 위하여 사용되는 각종의 수단을 의미한다.

본 발명에 있어서, 상기 질소가스의 예열단계는 간접가열방식이 더욱 바람직하다. 이는 상기의 직접가열방식에 의할 경우, 상기 질소가스를 가열하는 과정에서 질소가스에 포함되어 있는 미량의 산소가 산화반응을 일으켜 상기 열공급원에 손상을 주게 될 염려가 있으며, 부분가열에 의해 균일한 온도분포를 유지하기 어려운 측면이 있기 때문이다. 예컨대, 상기의 열공급원으로서 히터를 사용할 경우, 질소가스 중에 포함된 미량의 산소가 탄화되어 상기 히터의 수명을 단축시키게 되는 단점이 있는 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 질소가스의 간접가열방식으로서는, 그 내부를 질소가스가 통과하게 되는 실린더를 제작하고, 상기 실린더의 외부에 히터밴드를 감아서 그 내부에 통과하게 되는 질소가스에 열을 전달하도록 하는 방식이 바람직하다. 이 경우, 상기 실린더의 직경을 크게 하면 할수록 그 전체적으로 가열면적이 크게 되어 전열량이 많아지게 되고, 그 두께를 두껍게 할수록 실린더의 열용량이 많아지게 되므로, 그 내부를 흘러가게 되는 질소가스에 고온의 열량을 지속적이고 일정한 온도로 가열할 수 있게 된다.

본 발명에 있어서, 상기 질소가스의 간접가열방식은 연속적으로 고온의 질소가스를 공급하기 위하여 여러 개의 실린더를 사용할 수 있고, 금형의 크기에 따라 상기의 실린더를 직렬연결하거나 병렬연결하여 사용할 수 있다. 또한, 상기의 실린더에 각각 가열용 히터밴드를 설치하고, 가열온도를 순차적으로 높게 설정하여 가열함으로서써 연속적으로 질소가스를 사용할 경우에도 일정한 온도를 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

3). 열 매체를 금형에 투입하는 단계:

본 발명은 상기의 열 매체로서 질소가스를 예열한 다음, 상기의 질소가스를 사출성형기의 금형에 투입하는 단계로 진행되어진다.

본 발명에 있어서, 상기의 질소가스는 사출성형기의 금형 내에 형성되어 있는 가열라인을 통하여 고온 고압상태로 공급되어지고, 고압상태로 분사됨으로써 신속하게 상기 가열라인을 통과하게 되고, 그 과정에서 상기의 금형에 고온열을 전달하여 필요한 온도까지 급속하게 가열되어지게 한다. 이때, 질소가스는 고압으로 압축됨에 따라 그 내부에너지가 증가되어 적은 에너지를 공급받아 쉽게 고온으로 상승하게 되지만, 외부로 분사되어 그 압력이 저하될 경우 그 내부에너지가 감소하게 되어 자체적으로 그 온도가 낮아지는 성질을 가지고 있으므로, 이러한 특성을 감안 하여 질소가스의 투입량 및 투입압력을 조절할 필요가 있다.

본 발명에 있어서, 상기의 질소가스를 금형에 투입하는 방식으로 공급라인에 상류측 유량제어밸브를 설치하고, 상기 금형에 상류측 온도센서를 설치한 후, 상기 금형의 상류측 온도센서에서 측정된 값에 따라 투입압력을 제어하는 직선비례제어 방식을 선택하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 상류측 온도센서에서 측정된 온도가 미리 설정된 온도보다 낮을 경우 높은 압력의 가스를 공급하여 그 온도를 상승시키고, 그 설정값에 근접하게 됨에 따라 그 투입압력을 낮춤으로써 낮은 압력의 질소가스를 공급하도록 한다.

또한, 상기 금형의 출구 쪽에 위치한 리턴라인에도 하류측 유량제어밸브를 설치하고, 상기 금형의 출구 쪽에도 하류측 온도센서를 설치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 하류측 온도센서에서 측정된 온도와 미리 설정된 온도를 비교하여 그 편차가 클 경우 하류측 유량제어밸브를 많이 열어 금형 내부의 질소가스를 많이 배출하게 하고, 새로운 고온 고압의 질소가스를 많이 유입되도록 함으로써, 상기 금형 내부의 온도를 보다 신속하게 상승하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 이와 같이 설정된 금형의 내부 온도에 도달될 때까지 반복적으로 위와 같은 조작을 자동적으로 수행되어지도록 한다. 따라서, 미리 설정된 온도와 금형 내부의 실제 온도를 측정 비교하여, 그 설정된 편차에 따라 새로운 고온 고압의 질소가스를 공급하도록 유도하는 것이 바람직하다.

통상적으로, 금형 내부의 가열라인 및 냉각라인은 금형의 크기에 따라 여러 개의 공급라인과 리턴라인이 설치되는데, 대부분이 원형의 홀로 되어 있고, 그 크 기에 따라 3/8^〃 에서 1^〃 이상까지 다양하다.

본 발명에 있어서, 금형의 크기가 20 톤(ton) 이상 되는 대형 금형이거나, 그 구조가 복잡하여 금형의 위치별로 가열온도를 다르게 설정해주어야 하거나, 또는 여러 개의 온도센서를 부착하여 금형의 온도를 부위별로 다르게 해야 할 경우 등에는, 공급라인과 리턴라인, 그리고 그에 따른 유량제어밸브와 온도센서를 복수로 설치하여 별도로 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 금형에 따라 여러 개의 라인들은 묶어서 하나의 매니폴드로 연결하여 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 이 경우 하나의 매니폴드에서 여러 개의 공급라인으로 질소가스를 공급하고, 여러 개의 리턴라인으로부터 하나의 매니폴드로 회수할 수 있으며, 각 라인별로 생기는 온도차이를 최소화시키기 위하여 매니폴드-공급라인 및 리턴라인-매니폴드 로 연결되는 중간지점에 유체 흐름의 간섭을 유도할 수 있는 유량제어밸브를 설치하여 공급되거나 회수되는 가스의 유량을 조절하여 균일한 온도분포를 갖도록 할 수 있다.

4). 금형의 급속 냉각단계:

본 발명은 상기 사출성형기의 금형을 가열하여 소정의 플라스틱 성형체를 형성한 다음, 상기 사출성형기의 금형을 급속하게 냉각시키는 단계로 이행되어진다.

본 발명에 있어서, 상기의 사출성형기에 의하여 소정의 형상으로 플라스틱 합성수지가 성형되어지는 과정은 통상의 방법으로 진행되어질 수 있으며, 그 이후 에는 상기 금형의 온도를 냉각시키고, 상기 플라스틱 합성수지의 온도를 낮추어서 성형된 형상을 고정화시키며, 이를 금형으로부터 밖으로 방출시키게 되는데, 이는 본 발명의 특징적인 부분이 아니므로, 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 금형의 온도를 냉각시키는 방식은 대체적으로 상기의 열 매체의 투입단계와 유사하게 진행될 수 있다. 다시 말해서, 냉각매체로서 역시 질소가스(N₂)를 사용하는 것이 바람직하며, 그 이유는 위에서 언급한 바와 같다. 다만, 상기의 질소가스를 미리 예열하지 않고 사용하거나, 보다 정교하게 냉각온도를 제어하여야 할 필요가 있는 경우에는 공급온도에 비하여 더 낮은 온도까지만 가열된 질소가스를 사용할 수 있다. 또한, 금형을 냉각시키기 위한 냉각매체의 투입방식은 역시 동일한 공급라인과 리턴라인을 이용할 수 있고, 또한 상기의 압력제어밸브와 온도센서를 그대로 이용할 수 있으며, 그와 동일한 방식으로 질소가스의 유량을 제어할 수 있다.

《실시예》

도 2는 본 발명에 의한 금형의 순간가열 및 급속냉각 방법을 보다 효율적이고 연속적으로 실시하기 위한 일련의 장치에 관한 개략적인 도면이다.

먼저, 질소발생기(10)를 통하여 생산되는 질소가스를 저장용기(12)에 저장한다. 이때 질소의 압력은 질소발생기의 경우 공장의 압축공기를 이용하여 질소를 생성하기 때문에 생산되는 질소의 압력은 통상적으로 5~7kg/㎠ 정도이다. 압축된 질 소가스의 온도는 공급되는 압축공기의 온도에 따라 달라진다. 액체 질소를 기화하여 얻은 질소는 9~10kg/㎠ 정도이며 온도는 마이너스 상태에 있다. 저장된 질소의 압력을 가스부스터(14) 압축기를 통하여 40kg/㎠ 까지 압축하여 고압저장용기(16)에 저장한다.

그 이후, 압축된 기체의 압력을 압력제어밸브(22)를 통하여 압력을 필요한 압력으로 조절하여 가열실린더(24)로 공급한다. 가열실린더(24)는 여러 개의 단위로 이루어져 있으며 여러 개의 히터밴드를 이용하여 가열실린더의 외벽을 가열하여 질소 가스의 온도를 올린다.

도 2에 있어서, 5개의 실린더를 이용하여 필요한 온도 300℃ 까지 올릴 경우, 1번 실린더는 T₁ (200℃) 까지, 2번 실린더는 T₂ (240℃) 까지, 3번 실린더는 T₃ (260℃) 까지, 4번 실린더는 T₄ (280℃) 까지, 그리고 5번 실린더는 최종적으로 T₅ (300℃) 까지 가열한다.

가열된 질소가스와 저온의 질소가스를 금형으로 공급하는 라인에 유량제어밸브로서 솔레노이드 밸브(32)와 체크 밸브(34)를 설치하여 두 개의 공급라인이 시간에 따라 개폐되어 공급된다. 즉 사용하는 사출성형기로부터 진행하는 사이클에 대한 전기적 신호를 주고받도록 인터록을 설치하여 금형이 열리기 시작하여 용융된 합성수지가 사출된 후 금형이 닫힐 때까지는 가열공정에 필요한 솔레노이드 밸브(32)를 열어 가열한다. 이때 사출성형기의 금형(40)에 있어서 상류측에 설치된 기기는 온도 측정센서(36)로서, 상기 온도 측정센서(36)에서 측정된 온도가 설정된 온도에 도달되었을 때, 비로소 상기 사출성형기에 의하여 상기 용융된 합성수지가 금형(40)으로 사출되어지도록 한다. 사출이 끝나고 보압 및 냉각공정에는 저온의 질소가스를 공급하는 라인의 솔레노이드 밸브(42)를 열어서 냉각한다.

이때 가열된 질소 가스와 저온의 질소가스를 금형에 공급하는 방식은 금형에 설치된 온도센서(36)에서 측정되는 온도에 따라 공급되는 가스의 압력이 변화되는 압력제어밸브(44)를 이용할 수 있다.

회수되어지는 리턴라인에는 솔레노이드 밸브(52)와 유량조절밸브(54) 및 온도 측정센서(56)를 설치하여 회수되는 리턴라인의 가스온도를 측정함으로써, 상기 솔레노이드 밸브(52)를 개폐하고 상기 유량제어밸브(54)를 이용하여 미세하게 대기중으로 방출하여 가스의 흐름을 유도하여 열 전달을 효과적으로 한다.

이와 같이 본 발명에 의한 금형의 순간가열 및 급속냉각 방법을 이용할 경우, 사출성형기의 금형을 신속하게 가열시켜서 금형의 내부에 충진되어질 용융된 합성수지의 유동성을 대폭적으로 향상시킬 수 있고, 그로 인하여 성형제품의 표면광택을 미려하게 개선할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 본 발명에 의해 제조된 성형품의 표면에서는 흐름자국이나 웰드라인 등의 외관불량을 발견할 수 없으며, 별도의 도장작업을 할 필요도 없게 된다.

또한, 본 발명에 의한 금형의 순간가열 및 급속냉각 방법을 이용할 경우에는, 불활성 기체를 사용하므로, 금형의 내부에 종래와 같이 스케일이 발생될 염려 가 전혀 없다. 따라서, 종래와 같이 금형 내부의 스케일로 인한 전열효율저하 현상을 방지할 수 있고, 전열불량으로 인한 성형제품의 뒤틀림 현상을 제거할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 금형의 순간가열 및 급속냉각 방법을 이용할 경우에는, 금형의 내부가 열매체로 인하여 부식되어질 염려가 전혀 없으므로, 금형의 수명을 대폭적으로 연장시킬 수 있는 장점도 있다.

또한, 본 발명에 의한 금형의 순간가열 및 급속냉각 방법을 이용할 경우에는, 열매체를 안정적이고 값싸게 공급받을 수 있고, 불활성 기체의 사용으로 인하여 사출성형기의 수명을 연장시키거나, 제품의 품질관리를 향상시킬 수 있고, 사출성형기의 유지관리에도 매우 효과적인 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 금형의 순간가열 및 급속냉각 방법을 이용할 경우에는, 종래의 스팀 방식에 비하여, 스팀 발생을 위한 비용을 별도로 지불할 필요가 없으므로, 경제적인 측면에서도 매우 유용한 장점이 있다.

이상에서 본 발명에 의한 금형의 순간가열 및 급속냉각 방법을 구체적으로 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 바람직한 실시양태를 기재한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해서 그 범위가 결정되어지고 한정되어진다.

또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서의 기재내용에 의하여 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다.

Claims

플라스틱 사출성형기의 금형을 순간적으로 가열하고 급속하게 냉각시킬 수 있는 열 매체로서 질소가스(N₂)를 선정하고, 이것을 안정적으로 준비하는 단계와;

상기의 열 매체로서의 질소가스(N₂)를 상기 사출성형기의 금형 온도에 적합한 온도로 미리 가열하여 예열하는 단계와;

상기의 예열된 열 매체로서의 질소가스(N₂)를 상기 사출성형기의 금형에 투입하는 단계와;

상기 사출성형기의 금형에서 소정의 형상으로 합성수지를 성형완료할 경우 상기 사출성형기의 금형을 냉각 매체로서의 질소가스(N₂)를 이용하여 급속히 냉각하는 단계; 를 포함하고 있는 것을 특징으로 한 금형의 급속가열 및 냉각 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 질소가스의 예열단계는 간접가열방식에 의한 것으로서, 이는 그 내부를 질소가스가 통과하게 되는 실린더를 제작하고, 상기 실린더의 외부에 히터밴드를 감아서 그 내부에 통과하게 되는 질소가스에 열을 전달하도록 하는 간접방식인 것을 특징으로 한 금형의 급속가열 및 냉각 방법.
제 1 항에 있어서,

상기의 질소가스를 금형에 투입하는 단계에서는 공급라인에 상류측 유량제어밸브를 설치하고, 상기 금형에 상류측 온도센서를 설치한 후, 상기 금형의 상류측 온도센서에서 측정된 값에 따라 투입압력을 제어하는 것을 특징으로 한 금형의 급속가열 및 냉각 방법.
제 1 항에 있어서,

상기의 질소가스를 금형에 투입하는 단계에서는 금형에 따라 여러 개의 라인들은 묶어서 하나의 매니폴드로 연결하여 사용하는 것으로서, 하나의 매니폴드에서 여러 개의 공급라인으로 질소가스를 공급하고, 여러 개의 리턴라인으로부터 하나의 매니폴드로 회수할 수 있으며, 각 라인별로 생기는 온도차이를 최소화시키기 위하여 매니폴드-공급라인 및 리턴라인-매니폴드 로 연결되는 중간지점에 유체 흐름의 간섭을 유도할 수 있는 유량제어밸브를 설치하여 공급되거나 회수되는 가스의 유량을 조절하여 균일한 온도분포를 갖도록 하는 것을 특징으로 한 금형의 급속가열 및 냉각 방법.