KR20070097509A - 하나 이상의 접합부를 포함하는 다중층 중공체의 제조 공정및 장치 - Google Patents

하나 이상의 접합부를 포함하는 다중층 중공체의 제조 공정및 장치 Download PDF

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KR20070097509A
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mold
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parison
hollow body
core
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KR1020077016288A
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비오른 크릴
에르베 르무안
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이너지 오토모티브 시스템즈 리서치 (소시에떼 아노님)
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Abstract

본 발명은, 액체 차단층을 포함하는 다중층 구조를 갖는 플라스틱 중공체의 성형에 의한 제조 공정으로서, 상기 공정은 하나 이상의 접합 작업을 포함하고, a) 접합 부위에서 접합되는 부분을 위치시키기 위해서, 접합 부위가 제공된 2 개 이상의 인상을 포함하는 개방된 주형에 접합된 하나 이상의 부분을 포함하는 패리슨을 삽입하는 단계,
b) 상기 패리슨의 부분을 클램프하여 접합을 실행하기 위해서, 그 인상을 병치하여 주형을 폐쇄하는 단계,
c) 패리슨을 주형 인상에 대하여 가압하여 중공체를 성형하기 위해서, 가압된 유체를 주형에 주입하고 및/또는 진공으로 주형 인상의 뒤에서 빨아들이는 단계, 및
d) 주형을 개방시켜, 중공체를 빼내는 단계를 포함하며,
상기 공정은 적어도 단계 a) 및 단계 b) 동안에 적절한 장치를 이용하여 가열되는 접합 부위를 제외하고는 단계 a) ~ 단계 d) 동안에 상기 주형 인상이 냉각되는, 액체 차단층을 포함하는 다중층 구조를 갖는 플라스틱 중공체의 성형에 의한 제조 공정이다.

Description

하나 이상의 접합부를 포함하는 다중층 중공체의 제조 공정 및 장치{PROCESS AND APPRATUS FOR THE MANUFACTURE OF A MULTILAYER HOLLOW BODY THAT INCLUDES AT LEAST ONE WELD}
본 발명은 하나 이상의 접합부를 포함하는 다중 중공체의 제조 공정에 관한 것이다.
단일의 열가소성물에 의해 주어질 수 없는 특성을 요구하는 필요성을 충족시키기 위해서 플라스틱계 다중층 중공체가 개발되어 왔다. 구체적으로, 이러한 기술은, 상온에서의 높은 강성, 및 중공체에 함유될 수 있는 액체 및 기체에 대한 양호한 비투과성을 가지는 플라스틱 중공체 제조가 요구될 때 사용되어 왔다. 이러한 경우에, 비투과성 기능은 통상적으로, 중공체에 함유된 액체 및 기체에 대한 차단물로 거동하는 재료로 제조된, 작은 두께 및 낮은 기계적 강도의 구조 내부의 층에 의해 제공된다.
플라스틱계 다중층 중공체는 통상적으로 단일의 성분 (주형에서 클램프/접합되는 단일 패리슨, 또는 주형에 직접적으로 접합된 여러 개의 패리슨의 블로 성형 또는 열성형) 으로 성형하거나 몇 개의 개별적으로 성형된 부품을 접합함으로써 얻어진다.
게다가, 유기 물질을 함유하는 용기로부터 주위로 배출하는 허용가능한 증기 및 액체의 양을 실질적으로 감소시킬 필요성이 있다. 연료 탱크의 분야에서, 허용가능한 손실의 매우 낮은 한도를 가지는 새로운 표준이 곧 효력을 가지게 될 것이다.
하나 이상의 접합된 다중층 요소의 조립에 의해 상술한 바와 같이 제조된 중공체에서, 다중층 구조가 접합 평면에서 찌부러지고 (crush), 그 다중층 구조는 통상적으로 하나의 요소층이 접합된 요소층으로 접히고, 각각의 요소의 내부층이 다른 요소의 층과 접합되기 때문에, 접합 부위의 비투과성이 감소한다. 이는 제조된 중공체 구조의 차단층에서 통상적으로 불연속을 유발하여, 증기 및 액체를 누출시키는 우선 경로 (preferential) 를 증가시킨다.
출원 EP 1 190 837 호에서는, 출원인은, 접합 부위에서 접합된 요소가 테이퍼된 부가물 (장벽층이 결합되는 지점에 대하여 아래로 경사짐) 에 의해 중공체의 외부를 향하여 신장하는 것을 보장함으로써, 이러한 문제점 해결을 제안한다.
이하, 현재의 블로 성형 또는 열성형 공정에서는, 성형 시작 직후에 주형의 인상을 냉각시켜서, 제조율을 증가시킬 수 있는 것이 통례이다. 하지만, 본 출원인은, 이러한 과정이 특히 상술한 바와 같이 테이퍼된 비드를 갖는 접합의 경우에 통상적으로 조악한 품질의 접합부를 유발하는 것을 관찰하였다.
따라서 본 발명의 목적은 하나 이상의 접합부를 포함하는 다중층 중공체의 제조 공정을 제공하고, 접합부의 품질을 손상시키지 않고 높은 생산률을 달성할 수 있게 하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 액체 차단층을 포함하는 다중층 구조를 갖는 플라스틱 중공체의 성형에 의한 제조 공정에 관한 것이며, 상기 공정은 하나 이상의 접합 작업을 포함하고,
a) 접합 부위에서 접합되는 부분을 위치시키기 위해서, 접합 부위가 제공된 2 개 이상의 인상을 포함하는 개방된 주형에 접합된 하나 이상의 부분을 포함하는 패리슨을 삽입하는 단계,
b) 상기 패리슨의 부분을 클램프하여 접합을 실행하기 위해서, 그 인상을 병치하여 주형을 폐쇄하는 단계,
c) 패리슨을 주형 인상에 대하여 가압하여 중공체를 성형하기 위해서, 가압된 유체를 주형에 주입하고 및/또는 진공으로 주형 인상의 뒤에서 빨아들이는 단계, 및
d) 주형을 개방시켜, 중공체를 빼내는 단계를 포함하며,
상기 공정은 적어도 단계 a) 및 단계 b) 동안에 적절한 장치를 이용하여 가열되는 접합 부위를 제외하고는 단계 a) ~ 단계 d) 동안에 상기 주형 인상이 냉각되는 것을 특징으로 한다.
그 외부 (주형 인상) 에서 접합 부위를 가열하면 우수한 품질 (개방될 확률이 적음) 의 접합 부위를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른, 접합 부위를 가열하는 다른 장점은, 이러한 부위에서 짓눌려지는 것을 용이하게 하여, 더욱 얇은 접합 비드가 얻어진다는 점이다. 이는 비드에 우수한 기계적 강도를 부여하고 얻어진 중공체를 디몰딩 (demoulding) 하는 것을 용이하게 한다. 따라서 디몰딩은, 접합 비드 (케이스가 될 수 있는 부가물) 를 손상시킬 수 있는 칼을 더 이상 사용하지 않고 손에 의해 실행될 수 있다. 이러한 두께의 감소, 및 그로부터 유발할 수 있는 차단층의 병치 (juxtaposition) 는 또한 비투과성의 견지에서도 바람직하다 (누출 경로의 두께가 감소되기 때문).
본 발명의 마지막 장점은 또한 로우 (low) 성형 동안 및 탱크를 디몰딩하는 시점까지 접합 부위를 가열함으로써 얻어질 수 있다. 후술하게 될 특정 장치를 사용함으로써, 탱크로부터 스크랩 (제조 폐기물을 구성하는 패리슨의 외주부이며, 통상적으로 "스프루 (sprue)" 라고 함) 을 분리하는 것이 용이해진다.
주어진 클램핑 유닛에 있어서, 파팅 라인 (parting line) 이 가열되면 주형의 닫힘성이 개선된다 (완전한 주형 닫힘이 용이). 용이한 디플래싱 (deflashing) 은 접합 부위에서 주형의 온도를 증가시킨다.
"중공체" 라는 용어는 다양한 상이한 작동 조건 및 환경 조건하에서 유체를 저장할 수 있는 밀봉 탱크를 의미하는 것이다. 매우 적절한 탱크의 예는 연료 탱크이며, 구체적으로 자동차에 장착된 연료 탱크이다.
본 발명에 따른 중공체는 플라스틱으로 제조된다.
"플라스틱" 이라는 용어는 하나 이상의 합성 수지 중합체를 포함하는 임의의 재료를 나타낸다.
모든 유형의 플라스틱이 적절할 수 있다. 매우 적절한 플라스틱은 열가소성 플라스틱 군이다.
"열가소성" 이라는 용어는 열가소성 탄성체뿐만 아니라 그 화합물을 포함하는 임의의 열가소성 중합체를 나타낸다. "중합체" 라는 용어는 단중합체 및 공중합체 (특히 2 중 또는 3 중 공중합체) 를 나타낸다. 그러한 공중합체의 예는 비제한적으로 임의의 공중합체, 선형 블럭 공중합체, 다른 블럭 공중합체, 및 그라프트 공중합체이다.
용융점이 분해 (decomposition) 온도 이하인, 임의의 형태의 열가소성 중합체 또는 공중합체가 적절하다. 10 ℃ 이상의 용융 범위 분포를 가지는 열가소성이 특히 적절하다. 그러한 재료의 예는 그 분자량에서 다분산도 (polydispersion) 를 나타내는 것들을 포함한다.
구체적으로, 폴리올레핀, 열가소성 폴리에스테르, 폴리케톤, 폴리아미드 및 그들의 공중합체가 사용될 수 있다. 중합체 또는 공중합체의 화합물이 사용될 수 있고, 예를 들어 탄소, 염 및 다른 무기 유도체, 및 자연 또는 중합 섬유 (이로서 한정되지 않음), 무기, 유기 및 또는 자연 충전재와 중합재료의 화합물일 수 있다.
본 발명에 따르면, 중공체는 함께 결합된 적층으로 구성된 다중층 구조이며, 상술한 하나 이상의 중합체 또는 공중합체에 기초한 하나 이상의 층 및 차단층을 포함한다. 비차단층 또는 층에 종종 사용된 하나의 중합체는 폴리에틸렌이다. 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE) 으로, 특히 상술한 연료 탱크의 경우에 우수한 결과가 얻어진다.
차단층의 성질 및 두께에 있어서, 중공체 내부면과 접촉하는 액체 및 기체의 투과를 최소화하도록 선택된다. 특히 중공체가 연료 탱크이면, 이러한 층은 차단 수지에 근거하는 것이 바람직하고, 즉 말하자면 예를 들어 EVOH (부분적으로 가수분해된 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체) 와 같은 연료 비투과성 수지이다. 이러한 층은 중합성 다층 구조 내에 위치하여, 결과적으로 차단 물성 (바람직하게는 HDPE ; 상기 참조) 을 가지지 않는 플라스틱의 하나 이상의 층에 의해 양측에서 둘러싸여진다. 연료 탱크의 경우에 차단층이 EVOH 에 근거하고, HDPE 에 근거한 하나 이상의 층에 의해 양측부가 둘러싸이는 것이 특히 유익하다. 그러한 구조에는, 통상적으로 접착제가 상술한 각각의 층 사이에 위치한다. 이러한 접착제는 유리하게 변형된 HDPE (예를 들어, 각각의 주변층에 어떤 친화성을 부여하는 말레산 무수물 또는 유사한 작용기 화합물로 그라프트된 HDPE) 이다.
본 발명에 따르면, 중공체가 성형되는 패리슨은 접합되는 하나 이상의 부분을 포함한다. 이에 의해서, 통상적으로 중공체는 폐쇄되어야 하는 불연속성을 가지는 것을 의미하며, 즉 다시 말하자면 그 엣지가 함께 핀치되어서 (pinched) 접합되어야 한다.
이러한 패리슨은 각각의 단부에서 얻어진 2 개의 단부를 함께 핀칭하여 원통형의 단일체를 편평하게 하게 하고 상기 부분을 서로 접합하여 실질적으로 2 개의 단부가 접합되는 부품을 구성하는 원통형의 단일체로 구성될 수 있다. 선택적으로, 패리슨은 2 개 이상의 구분된 시트로 구성될 수 있으며, 그 엣지가 접합되는 부분을 구성한다 (그리고 2 개의 시트는 그 경계부 둘레에서 서로 접합됨). 이러한 경우에, 접합되는 시트는 바람직하게는 유사한 구조를 가진다. 이에 의해, 각각의 시트 구조는 3 개 이상의 유닛, 바람직하게는 2 개 이하의 유닛에 의해 서로 다르지 않은 다수의 층을 포함하고, 접합 표면 측에서 대응하는 층에 포함된 중합체의 성질이 화학적 견지 및 접합에 의해 조립되는 가능성의 견지에서 적합하다는 것을 의미한다. 시트가 동일한 수의 층 구조, 특히 동일한 구조를 가지는 중공체가 바람직하다.
블로 성형 탱크 (가압된 유체가 주형내에 주입되어 있음) 의 경우에, 출원 EP 1 110 697 호에 출원인의 이름으로 공개된 바와 같이, 패리슨은 바람직하게는 하나를 절단하여 이를 패리슨으로 압출하는 2 개의 구분된 "시트" 로 구성되며, 그러한 목적으로 그 출원의 내용이 본 출원에 참조로 소개되어 있다. 이러한 변형예에 따르면, 단일의 패리슨이 압출된 후에, 직경 방향으로 대향하는 2 개의 선을 따라서 그 전체 길이에 걸쳐서 절단하여 2 개의 분리된 부분 (시트) 이 얻어진다. 2 개의 분리 압출 시트의 블로 성형과는 달리 두께가 일정한 그러한 과정은 적절한 압출 장치 (통상적으로 위치가 조절될 수 있는 주축에 끼움 장착된 다이가 제공된 압출기) 에 의해 얻어지는 다양한 두께 (즉 다시 말하자면 그 전체 길이에 걸쳐서 두께가 일정하지 않음) 의 패리슨 사용을 가능하게 한다. 그러한 패리슨은, 주형에서 재료의 다양한 변형 정도로 인해서 패리슨의 임의의 위치에서 블로 성형 동안에 발생하는 두께 감소를 고려한다.
바람직하게는, 두 부분의 패리슨은 특허 GB 1 410 215 에 개시된 것과 유사한 공정을 이용하여 2 개의 인상 (또는 외부) 및 코어 (또는 내부) 를 포함하는 주형에서 블로 성형되며, 이러한 목적으로 그 출원의 내용이 본 출원에 참조로 소개되어 있다. 이 변형예에서 코어는 주형이 폐쇄되기 전에 패리슨의 성분을 대체하는 것을 가능하게 한다. "코어" 라는 용어는 주형 인상에 삽입될 수 있는 적절한 크기 및 형상의 부품을 의미하는 것이다. 예를 들어 그러한 부품은 특허 GB 1 410 215 에 개시되어 있으며, 이러한 목적으로 그 내용이 본 출원에 참조로 소개되어 있다. 본 발명의 변형예에 따른 코어는 주형 인상에 대하여 패리슨을 가압하기 위해서 가압된 기체를 주형에 주입하는데 사용될 수 있다. 결정적으로, 코어는 적어도 부분적으로 공정을 감시하는데 사용될 수도 있다. 이를 위해, 사진 분석에 의해 부속품의 체결 품질을 관측하고 확인할 수 있도록 예를 들어 카메라가 코어에 내장될 수 있다. 부속품이 체결되는 방법을 우수하게 제어하기 위해서 힘, 이동 (travel), 압력, 온도와 같은 하나 이상의 양을 측정하기 위한 하나 이상의 센서가 코어에 끼움 장착될 수 있다.
선택적으로, 탱크는 2 개의 시트를 열성형 (또는 주형 인상의 뒤에서 진공으로 흡입하는 진공 성형) 함으로써 성형될 수 있다. 그러한 공정은 통상적으로 불균일한 두께를 조금 유발하거나 전혀 유발하지 않아서, 일정한 두께의 패리슨 (예를 들어 압출된 시트) 을 공급할 수 있다. 실제로, 이러한 변형예를 실행하는 하나의 방법은, 시트를 주형 인상에 위치시켜 진공을 흡입하는데 필요한 밀봉 (패리슨과 상기 인상의 사이) 을 제공하게 하는 각각의 프레임에서 시트를 유지하는 것이다. 본 발명의 변형예에 따른 공정에서, 주형이 폐쇄되기 전에 제 1 진공 성형 (또는 예비성형) 이 실행될 수 있고, 적절한 파지 (gripping) 툴 (로봇 아암) 를 이용하여 패리슨 (또는 시트) 에 부속품이 배치될 수 있다. 물론, 부속품의 이러한 배치는 주형이 폐쇄되기 전에 실행될 수도 있다.
본 발명에 따른 공정은, 단계 a) ~ 단계 d) 동안, 주형 인상은 접합 부위를 제외하고는 전체 내부면에 걸쳐서 냉각되고, 적어도 단계 a) 및 단계 b) 동안 적절한 장치를 이용하여 가열되는 것을 특징으로 한다. "내부면" 이라는 용어는 패리슨과 접촉하게 되는 표면을 의미하고, "외부면" 이라는 용어는 제 1 면 (통상적으로 주위 환경과 접촉함) 의 반대측 표면을 의미하는 것이다.
접합 부위는 공정 (즉, 단계 c) 및 단계 d) 동안) 을 통해서 가열된다.
후자의 변형예의 일 장점은, 디플래싱 작업 (또는 상술한 스프루의 제거) 이 매우 용이하게 실행될 수 있으며, 가열된 부위는 탱크와 상기 스크랩 사이의 실질적인 천이부를 구성한다는 것이다. 이러한 변형예에 따르면, 디몰딩시 스프루로부터 탱크를 분리하는 특정 공구를 사용하는 것만이 요구되고, 이러한 접합 부위의 재료가 유연해지는 장점을 가진다. 하지만, 이러한 변형예에서 접합 비드를 손상시키지 않는 주의가 요망된다. 따라서 매우 적절한 방법은 주형 인상의 외부에 걸쳐서 패리슨 후방의 엣지를 접고, 그들을 2 개의 인상 중의 하나에만 고정하는 단계를 포함한다. 따라서, 디몰딩시 탱크 자체가 주형의 제 2 인상에 부착된 상태를 유지함으로써, 스프루가 탱크로부터 신속하고 용이하게 분리된다.
이러한 변형예의 다른 장점은 본 발명에 따른 공정이 실행되는 경우에 존재한다. 이는 가열하는 단계가 전체에 걸쳐서 유지되고, 정지하지 않고 재시작될 수 있기 때문이다.
가열이 단계 c) 및 단계 d) 동안 단절된다면, 낮은 열관성을 갖는 적절한 장치를 사용 (따라서 신속하게 가열할 수 있음) 하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 당해 주형 부분이 유도 가열에 의해서 가열될 수 있다. 그리고 이들 주형 부분은 가열을 국부화하도록 특수한 합금으로 제조되었다.
통상적으로 말하기를, 주형 인상은 단계 a) ~ 단계 d) 동안 전체 내부 표면이 0 ℃ ~ 20 ℃ 의 온도로 냉각되지만, 접합부위에는 단계 a) 및 단계 b) 동안 40 ℃ 이상, 바람직하게는 60℃ 이상 또는 80 ℃ 까지 가열된다.
성형이 코어 (블로 성형) 또는 프레임 (열성형) 의 사용을 포함하는 공정에 의해 이루어지는 상술한 경우에, 이들 장치는 적어도 일부의 공정 동안에 가열되는 것이 바람직하다. 통상적으로, 성형되기 이전에 기능성 요소를 갖는 패리슨을 제공하는데 코어 또는 로봇 아암이 사용되며, 특히 내부 성분 (예를 들어 리벳팅에 의해) 의 배치, 임의의 요소 (예를 들어 덕트) 의 압축 성형 등을 사용하는데 사용된다. 본 발명의 내용에서, 그러한 공정은,
a1) 주형에 위치된 패리슨 내부에 코어를 삽입하는 단계,
a2) 주형을 제 1 폐쇄하는 단계 (인상이 코어 둘레의 주위로 이동함),
a3) 패리슨을 주형 인상에 대해 가압하는 단계 (코어를 통해서 팽창시키고 및/또는 인상의 뒤에서 진공 흡입에 의함),
a4) 패리슨에 코어에 의한 기능성 요소를 제공하는 단계, 및
a5) 주형이 개방되어, 코어가 제거되는 단계를, 단계 a) 와 단계 b) 사이에 포함할 수 있다.
선택적으로, 패리슨이 열성형되는 2 개의 시트로 구성될 때, 그러한 공정은,
a1) 2 개의 시트를 그 경계부를 통해서 2 개의 프레임에 체결하는 단계,
a2) 시트와 주형 인상 사이에서 밀폐된 영역이 얻어지도록 2 개의 프레임을 주형 인상에 위치시키는 단계,
a3) 인상의 뒤에서 진공 흡입에 의해 주형 인상에 대해 시트를 가압하는 단계,
a4) 선택적으로, 로봇 아암에 의해 패리슨에 기능성 요소를 제공하는 단계, 및
a5) 프레임을 제거하는 단계를 단계 b) 이전에 포함할 수 있다.
2 개의 각 변형예에서, 실질적인 패리슨 성형 (즉, 탱크의 실질적인 형상을 부여하기 위한 성형) 작업은 주로 단계 a3) 동안 이루어진다. 단계 c) 동안 (상술한 접합이 실행되는 동안) 압력 (또는 진공) 은 단순히 탱크의 치수 안정성을 확보하기 위해서 유지된다.
본 발명에 따른 공정의 이들 2 개의 변형예에서, 접합 부위 (바람직하게는 그 외부 (인상) 및 그 내부 (코어 또는 프레임)) 의 가열은 주형이 코어에서 폐쇄되는 상태 동안 활성화되어야 한다.
이하의 제조 사이클 동안에 주형이 가열되는 것이 절대적으로 필요하기 때문에, 주형 인상을 가열하는 부위는 이들 부위가 온도를 변화시킬 수 있는 비율 (특히, 그 구성 재료의 성질에 따름) 에 따라 공정의 소정의 상태 동안 활성화되거나 비활성화된다.
코어 가열 작업의 활성/비활성을 달성하기가 더 용이하여, 상술한 바와 같이 최적화될 수 있다.
이는, 주형이 폐쇄될 때, 접합 비드의 변형시 (패리슨을 접합하여 최종의 중공체를 성형하기 위해서 주형이 제 2 차 폐쇄될 때), 코어를 가열하는 것은 패리슨 및 그 결과인 중공체의 내부면에 과도하게 큰 접합 비드가 생성되는 것을 방지하기 때문이다. 이러한 변형예에서, 코어가 존재한다면, 코어는 접합되는 패리슨의 일부를 접합하는 것을 회피 (그렇지 않으면, 실질적으로 디몰드될 수 없음) 하는데 적절한 형상 및 치수를 가져야 한다. 따라서, 주형의 제 1 폐쇄 동안 주형 인상의 엣지들 사이에 삽입되어 있는 돌출물 (excrescence) 을 포함한다 (따라서 그 접합을 방지). 이러한 "돌출물" 은 상술한 단계에서 가열되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 공정에서는, 상술한 출원 EP 1 190 837 에서와 같이, 접합된 부분이 (접합부를 형성하기 위해서 접합되는 부분의 핀칭 동안 축적된 재료의 접합 비드를 통해서) 중공체의 외부를 향하여 신장되는 것이 유익하다. 2 개의 요소 (시트 또는 패리슨의 엣지) 사이의 접합부 근방에 신장이 형성되고, 각 요소의 차단층을 포함하는 부가물의 형태로 외부를 향하여 신장한다. 이러한 부가물은 다양한 형태를 취할 수 있다. 바람직하게는, 중공체에 고착된 그 베이스는 그 단부보다 단면이 더 크다. 차단층의 단부가 결합된 팁 형태의 단면 (탱크의 표면 및 접합 비드에 수직) 을 가지는 돌출물의 형태일 수 있다. 중공체의 외부측에는, 그 단부에 결합된 차단층을 포함하는 평탄화된 블레이드에서, 단면이 실질적으로 삼각형 베이스 및 종결부를 가지는 돌출물의 형태일 수 있다. 이러한 변형예는 바람직하게는 접합되는 각각의 요소에 포함되어 있는 차단층의 단부가 더욱 우수하게 접합되는 것을 가능하게 한다.
따라서, 본 발명에 따른 공정에서는, 접합되는 부분은 동일 구조 또는 유사 구조의 2 개의 엣지로 구성되고, 상기 부분이 접합되고 나면, 부가물의 형태로 접합 비드를 통해서 중공체의 외부를 향하여 신장하고, 중공체의 표면 및 용접 비드에 수직인 평면에서 상기 부분의 단면은 삼각형 베이스를 구비하고 중공체 외부의 편평한 블레이드에서 끝나며, 접합되는 부분의 엣지로부터 나오는 차단층은 상기 편평한 블레이드의 단부에 맞닿아지는 것이 특히 유익하다.
그러한 부가물에서, 블레이드의 팁에서의 차단층들 사이의 거리는 바람직하게는, 50 ㎛ 이하이다. 게다가, 0.5 ㎜ 이상, 바람직하게는 1 ㎜ 또는 4 ㎜ 이하의 길이 (의도하는 투과성에 의존) 가 바람직하고, 차단층들 사이의 거리는 250 ㎛ 이하, 또는 200 ㎛ 이하, 바람직하게는 150 ㎛ 이다. 이들 파라미터 (차단층 사이의 거리 및 이 거리에 관련된 전체 길이) 는 실제로 누수 경로를 결정한다.
본 발명은 또한 상술한 공정을 실행하는데 적절한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 바람직하게는, 접합 부위를 포함하는 각각 외부면 및 내부면을 구비하는 2 개 이상의 인상을 포함하는 주형으로 구성되며, 이들 인상에는 가열 장치가 제공된 접합 부위를 제외하고는 전체 내부면에 걸쳐 냉각 장치가 제공된다.
상술한 냉각 및 가열 장치는 임의의 공지된 유형 (냉매 또는 열전달제의 순환 ; 가열 카트리지 또는 가열선 등) 일 수 있다. 냉각은 냉매 (물) 의 순환에 의해 실행되는 것이 유리하다. 가열은 가열선 (저항기) 에 의해 실행되는 것이 유리하다.
상술한 바와 같이, 주형은 또한 코어를 포함할 수 있으며, 또한 바람직하게는 상기 주형에는 가열가능한 접합 부위가 제공되어 있다.
이들 냉각 및 가열 부위에는 유익하게도 예를 들어 열전대와 같은 열적 제어 장치가 제공될 수 있다.
주형의 제조를 위해서, 냉각된 부위에 대한 가열된 부위의 팽창을 고려하는 것이 필요하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 바람직하게는 주형이 그들 사이에 갭을 갖는 다양하게 조립된 블럭으로 구성된다. 그 갭은, 접합 부위가 냉각될 때 재료를 도입하지 않고 가열될 때 열응력이 형성되지 않도록 십분의 수 밀리미터 (통상적으로 0.1 ~ 0.5 mm) 일 것이다. 이들의 다양한 블럭의 구성 재료의 선택은 얻어진 결과물의 최적화에 기여할 수도 있다. 통상적으로, 이들 블럭은 금속계이고, 바람직하게는 상이한 금속계이다. 주형의 냉각된 용적을 위한 알루미늄 블럭 및 가열된 접합 부위를 위한 스틸 블럭으로 우수한 결과가 얻어졌다. 특히 가장 바람직하게는, 냉각된 블럭은 알루미늄계이며 냉매 순환을 위한 회로를 포함하고, 가열된 블럭은 스틸계이며 가열 저항기 및 열전대를 포함한다.
특히 바람직한 변형예에 따르면, 주형 인상에는, 차단층이 그 단부에서 함께 근접하게 하고, 상술한 바와 같이 삼각형 베이스 및 평탄화된 블레이드 형태의 단부를 갖는 접합 비드의 몰딩에 적합한 형상의 캐비티가 접합 부위에 제공된다. 이러한 캐비티 및 그 결과인 부가물의 길이는, 누출 경로 (또는 차단층 사이의 투과성) 가, 주어진 시간을 초과하여 매우 낮은 밸류 (value) 로 통과할 수 있는 액체 및 가스의 양을 감소시키는데 충분히 긴 길이이다 (상기의 "공정" 양태 참조).
바람직하게는, 본 발명에 따른 공정에서 접합된 부분은 실질적으로 그 전체에 걸친 부가물에 의해 신장된다. 2 개의 시트로 성형된 중공체의 경우에, 이는 그 경계부에 걸쳐서 신장하는 캐비티를 갖는 2 개의 인상을 장착하는 것과 마찬가지이며, 상기 캐비티는 나머지 주형과는 독립하여 열적으로 조절된다.
마지막으로, 상술한 자동 디플래싱이 갖춰진 매우 적절한 경우인, 본 발명의 바람직한 마지막 변형예에서, 제 1 주형 인상에는 스프루를 외부면에 체결하기 위한 체결 장치 (A) 가 제공되고, 제 2 인상은 그 내부면에 탱크를 보유하기 위한 고정 장치 (B) 를 포함한다.
장치 (A) 는 클램프, 또는 바람직하게는 인상의 경계부 둘레에 균일하게 배치된 여러 개의 클램프로 구성될 수 있다. 장치 (B) 에 관하여, 이는 수축가능한 인서트, 또는 바람직하게는 제 2 인상의 내부면에 수축가능한 몇 개의 인서트로 구성될 수 있다. 이들 인서트는 몰딩시 및 주형의 개방시 인상의 내부면에 대하여 릴리프되도록 전진 배치되어 있으며, 그 인상으로부터 탱크를 디몰드할 수 있도록 상기 표면으로부터 수축되어 있다. 상술한 바와 같이 주형이 개방되면, 스프루는 제 1 인상 및 탱크, 또는 제 2 인상에 부착된 상태일 것이다.
바람직하게는 본 발명의 이러한 변형예에 따른 장치는 코어를 포함하며, 코어의 형상 및 구조는 패리슨의 엣지를 인상의 외부면에 걸쳐서 후방으로 접을 수 있도록 되어 있다. 또한 바람직하게는, 주형이 개방된 이후에 그로부터 스프루 및 탱크를 개별적으로 분리하기 위한 그립핑 공구 (로봇 아암 또는 매니플레이터 (manipulator)) 를 포함한다.
본 발명은 도 1 ~ 도 15에 의해 비제한적으로 설명될 것이다.
도 1 및 도 2 는 본 발명의 임의의 변형예에 따른 접합 비드의 형상을 도시한다.
도 3 및 도 4 는 본 발명의 하나의 특정한 변형예에서 주형의 형상을 도시한다.
도 5 ~ 도 15 은 본 발명에 따른 공정의 실시형태의 연속적인 단계를 도시한다.
이들 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1 및 도 2 는 2 개의 HDPE 층 (3) 사이의 EVOH 계 차단층 (2) 을 포함하는 연료 탱크 (1) 의 벽을 도시한다. 이러한 탱크는 접합 부위에서 주어진 형상의 캐비티가 제공된 2 개의 인상 (impression)(4, 4') 을 포함하는 주형 내부에 있다. 이러한 형상은 도 1 의 랜스 (lance), 및 도 2 에서 편평해진 블레이드에서 종결하는 삼각형 베이스 단면을 갖는 부가물의 팁 형상이다. 이러한 캐비티에 인접한 영역 (5, 5) 에는 가열 장치가 제공되고, 인상의 나머지 부분에는 냉각 장치가 제공된다.
도 3 은 도 2 에 도시된 것과 유사한 주형의 상세한 평면을 도시한다. 주형은, 스틸로 제조되는 각각의 접합/가열 영역 (5, 5') 을 갖는, 알루미늄으로 제조되는 2 개의 인상 (4, 4') 을 구비한다. 이러한 도면은 또한, 인상 (4) 에는 냉각 회로 (6) 가 제공되고 가열 영역 (5, 5') 은 알루미늄 플러그 (8) 의 수단에 의해 체결된 저항기 (7) 를 포함하는 것을 도시한다. 가열 영역 (5, 5') 에는 열전대 (9) 가 제공된다. 이들 블럭의 상대적 팽착을 보상하기 위해서 함께 끼움 장착될 때 스틸 블럭과 알루미늄 블럭 사이에 십분의 수 밀리미터의 갭 (10) 이 제공되었다.
도 4 는 파팅 라인을 따른 탱크 (1) 의 단면도를 나타내는 이론적인 도면이고, 탱크의 성형시 접합 부위에는 각각 열전대로 연결된 4 개의 상이한 저항기 (7) 가 장착되어 있어서, 이 구역의 온도가 최적으로 조절되는 것을 나타내는 이론적인 도면이다.
도 5 ~ 도 15 은 이하에서 설명된 바와 같은 공정의 실시형태의 연속적인 단계를 도시한다.
· 도 5 - 패리슨 (parison)(14) 이 압출되고 주형의 2 개의 인상 (4, 4') 사이에 배치된다. 인상 (4, 4') 에는 접합 부위 (18) 가 제공된다. 코어 (11) 가 주형에 위치한 패리슨 (14) 의 내부에 삽입된다.
· 도 6 - 주형이 제 1 폐쇄되고 패리슨 (14) 이 주형 인상 (4, 4') 에 대하여 가압된다. 인상 (4) 에는 패리슨 (14) 의 말단부, 즉 스프루를 고정시키기 위한 클램프 (12) 가 제공된다.
· 도 7 및 도 8 - 주형이 개방되고 코어 (11) 가 제거된다.
· 도 9 - 주형이 제 2 폐쇄되고, 탱크의 말단부가 접합되면서 탱크 (17) 는 팽창된다. 접합 부위는 장치 (15) 를 이용하여 가열된다. 탱크의 디플래싱이 실행되는데, 즉 스프루가 탱크로부터 절단된다.
· 도 10 - 주형이 개방을 시작한다. 인상 (4) 에는, 클램프 (12) 가 인상 (4) 으로 절단된 스프루 (즉, 스크랩) 를 지탱하면서, 팽창된 탱크 (17) 를 인상 (4') 을 향하여 미는 이젝터 (ejector) 의 역할을 하는 수축가능한 (retractable) 인서트 (13) 가 장착되어 있다. 인상 (4') 은 팽창된 탱크 (17) 를 상기 인상 (4') 에 보유하는 보유 장치를 포함한다.
· 도 11 - 주형의 개방 이후에, 스크랩 (20) 이 인상 (4) 에 고정되고, 탱크 (17) 는 인상 (4') 에 고정된다.
· 도 12 - 매니퓰레이터 (19) 가 주형의 인상 (4, 4') 의 사이에 삽입된다.
· 도 13 - 매니퓰레이터 (19) 는 스크랩 (20) 및 탱크 (17) 를 고정하고, 클램프 (12) 는 스크랩 (20) 을 놓는다.
· 도 14 - 매니퓰레이터 (19) 는 주형 인상 (4, 4') 으로부터 스크랩 (20) 및 탱크 (17) 를 개별적으로 제거한다.
· 도 15 - 주형은 다음 제조 공정을 준비한다.

Claims (16)

  1. 액체 차단층을 포함하는 다중층 구조를 갖는 플라스틱 중공체의 성형에 의한 제조 공정으로서, 상기 공정은 하나 이상의 접합 작업을 포함하고,
    a) 접합 부위에서 접합되는 부분을 위치시키기 위해서, 접합 부위가 제공된 2 개 이상의 인상을 포함하는 개방된 주형에 접합된 하나 이상의 부분을 포함하는 패리슨을 삽입하는 단계,
    b) 상기 패리슨의 부분을 클램프하여 접합을 실행하기 위해서, 그 인상을 병치하여 주형을 폐쇄하는 단계,
    c) 패리슨을 주형 인상에 대하여 가압하여 중공체를 성형하기 위해서, 가압된 유체를 주형에 주입하고 및/또는 진공으로 주형 인상의 뒤에서 빨아들이는 단계, 및
    d) 주형을 개방시켜, 중공체를 빼내는 단계를 포함하며,
    상기 공정은 적어도 단계 a) 및 단계 b) 동안에 적절한 장치를 이용하여 가열되는 접합 부위를 제외하고는 단계 a) ~ 단계 d) 동안에 상기 주형 인상이 냉각되는 것을 특징으로 하는, 액체 차단층을 포함하는 다중층 구조를 갖는 플라스틱 중공체의 성형에 의한 제조 공정.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 중공체는 연료 탱크이고, 상기 차단층은 부분적으로 가수분해된 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체인 EVOH 계이며, 양측이 고밀도 폴리 에틸렌인 HDPE 계의 하나 이상의 층에 의해 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는, 액체 차단층을 포함하는 다중층 구조를 갖는 플라스틱 중공체의 성형에 의한 제조 공정.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 접합 부위는 또한 단계 c) 및 단계 d) 동안 가열되고, 단계 b) 이전에 패리슨을 2 개의 인상 중에서 하나에만 고정시키고, 패리슨의 엣지를 2 개의 인상에 걸쳐서 외부를 향하여 뒤로 접고, 패리슨이 고정되어 있지 않은 2 개의 인상 중의 하나에 엣지를 고정시키는 것을 특징으로 하는, 액체 차단층을 포함하는 다중층 구조를 갖는 플라스틱 중공체의 성형에 의한 제조 공정.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인상은 단계 a) ~ 단계 d) 동안에 0 ℃ ~ 20 ℃ 의 온도로 냉각되고, 상기 접합 부위는 단계 a) 및 단계 b) 동안 40℃ 이상으로 가열되는 것을 특징으로 하는, 액체 차단층을 포함하는 다중층 구조를 갖는 플라스틱 중공체의 성형에 의한 제조 공정.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    a1) 주형에 위치ehls 패리슨 내부에 코어를 삽입하는 단계,
    a2) 인상을 코어 주위로 이동시켜 주형을 제 1 폐쇄하는 단계,
    a3) 코어를 통해서 팽창시키고 및/또는 인상의 뒤에서 진공 흡입을 하여 패 리슨을 주형 인상에 대해 가압하는 단계,
    a4) 패리슨에 코어에 의한 기능성 요소를 제공하는 단계, 및
    a5) 주형이 개방되어, 코어가 제거되는 단계를, 단계 a) 와 단계 b) 사이에 삽입하는 것을 특징으로 하는, 액체 차단층을 포함하는 다중층 구조를 갖는 플라스틱 중공체의 성형에 의한 제조 공정.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패리슨은 열성형될 2 개의 시트로 구성되고,
    a1) 2 개의 시트를 그 경계부를 통해서 2 개의 프레임에 체결하는 단계,
    a2) 시트와 주형 인상 사이에서 밀폐된 영역이 얻어지도록 2 개의 프레임을 주형 인상에 위치시키는 단계,
    a3) 인상의 뒤에서 진공 흡입에 의해 주형 인상에 대해 시트를 가압하는 단계,
    a4) 선택적으로, 로봇 아암에 의해 패리슨에 기능성 요소를 제공하는 단계, 및
    a5) 프레임을 제거하는 단계를 단계 b) 이전에 포함하는 것을 특징으로 하는, 액체 차단층을 포함하는 다중층 구조를 갖는 플라스틱 중공체의 성형에 의한 제조 공정.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 주형이 코어에서 폐쇄되면서 접합 부위는 그 외부 (인상) 및 그 내부 (코어 또는 프레임) 에서 가열되고, 프레임은 패리슨과 접촉하는 것을 특징으로 하는, 액체 차단층을 포함하는 다중층 구조를 갖는 플라스틱 중공체의 성형에 의한 제조 공정.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 접합되는 부분은 동일 구조 또는 유사 구조의 2 개의 엣지로 구성되고, 상기 부분이 접합되고 나면, 부가물의 형태로 접합 비드를 통해서 중공체의 외부를 향하여 신장하고, 중공체의 표면 및 용접 비드에 수직인 평면에서 상기 부분의 단면은 삼각형 베이스를 구비하고 중공체 외부의 편평한 블레이드에서 끝나며, 접합되는 부분의 엣지로부터 나오는 차단층은 상기 편평한 블레이드의 단부에 맞닿아지는 것을 특징으로 하는, 액체 차단층을 포함하는 다중층 구조를 갖는 플라스틱 중공체의 성형에 의한 제조 공정.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 공정을 실행하는데 적절한 장치로서, 상기 장치는 본질적으로 각각 접합 부위를 포함하는 내부면 및 외부면을 각각 구비하는 2 개 이상의 인상을 포함하는 주형으로 구성되며, 이들 인상에는 가열 장치가 제공되는 접합 부위를 제외하고는 전체 내부면에 걸쳐 냉각 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 주형은 가열 부위 및 냉각 부위를 위한 구분된 블럭으로 구성되며, 이들 블럭은 조립되어 그들 사이에 십분의 수 밀리미터의 갭을 가 지는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 냉각 블럭에는 알루미늄계이며 냉매를 순환시키기 위한 회로를 포함하며, 상기 가열 블럭은 스틸계이며, 가열 저항기 및 열전대를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주형 인상은 접합 부위에 캐비티가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 주형 인상 중의 하나에는 그 외부면에 패리슨의 엣지를 고정하기 위한 고정 장치 (A) 가 제공되고, 다른 인상에는 그 내부면에 탱크를 보유하기 위한 보유 장치 (B) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 장치 (A) 는 스푸루와 접촉하는 표면인 인상의 경계부의 둘레에 균일하게 위치된 여러 개의 클램프로 구성되고, 상기 장치 (B) 는 다른 인상의 내부면에서 수축가능한 여러 개의 인서트로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 코어를 포함하고, 이 코어는 인상의 외부 면에 걸친 패리슨의 엣지를 뒤로 접을 수 있는 형상 또는 구조인 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 주형이 개방된 이후에 패리슨 또는 스프루의 엣지 및 탱크를 개별적으로 파지할 수 있는 파지 툴을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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