KR20100020836A

KR20100020836A - 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20100020836A
Application number: KR1020080079617A
Authority: KR
Inventors: 김문수
Original assignee: 김문수
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2008-08-13
Publication date: 2010-02-23

Abstract

본 발명은 고광택 사출성형에서 몰드의 온도를 급속가열 및 급속냉각시키는 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 종래의 증기가열 방식이 아닌 액체, 바람직하게는 고온의 물을 이용하여 예열함으로써 증기를 만들기 위한 난방비를 크게 절감하고 성형시간을 단축하는 효과가 뛰어난 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치에 대한 것이다.

고광택 사출성형, 몰드, 급속가열, 급속냉각, 고온의 물, 증기

Description

고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치 및 그 방법{RAPID HEAT CYCLE CONTROLLING MACHINE AND METHOD FOR HIGH GLOSSY INJECTION MOLDING}

최근 전자제품 등의 외관 케이스에 고광택의 플라스틱이 사용되는데, 종래에는 일반 사출성형을 통해 플라스틱을 성형하고 후에 광택 처리를 별도로 해야하는 방법이 주로 사용되었다. 또한 일반 사출성형 시에는 웰드라인(Weld Line)이 문제가 된다. 사출성형기의 용융된 수지가 몰드의 제품형상부인 캐비티에 충진될 때 용융된 수지는 2개 이상의 용융수지 흐름 선단부를 형성하게 되고, 이 2개 이상의 흐름 선단부가 충진 중 또는 충진 원료에 다시 합해지면서 완전히 융합되지 않아 성형품 표면에 칼자국 같은 융합선이 발생되어 외관불량으로 나타나는 것을 웰드라인이라고 한다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위해서 사용되는 방법이 고광택 사출성형 방법이다. 고광택 사출성형은 플라스틱 사출시 몰드를 미리 일정한 온도로 예열한 후 플라스틱 수지 원료를 주입하여 사출하고 몰드에서 사출제품을 꺼내기 전에 미리 냉각시키는 성형방법이다. 보다 상세하게는, 제품형상부인 몰드의 표면온도를 플라스틱원료의 열변형온도 이상으로 상승시킨 후 원료를 충진하고, 보압 공정 종료 후 몰드의 온도를 급속도로 내려 수지를 냉각성형 함으로써, 사출제품의 외관에 웰드라인이 형성되는 것을 방지하고 전사도를 향상시켜 고광택을 구현한 신공법이다.

종래의 고광택 사출성형의 경우, 몰드를 예열할 때 증기를 사용한다. 보일러에서 물을 가열하여 고온의 증기를 만들고, 상기 증기를 몰드 내로 순환시켜 몰드의 온도를 사출에 필요한 온도까지 상승시킨다.

이러한 보일러 설비를 이용하는 경우, 한 번 순환된 증기는 재순환되지 않기 때문에 외부로 배출되고, 다시 물을 끌어올려 가열하여 증기를 발생시키는 작업을 반복하게 된다. 상기 방법으로 증기를 계속 소모하는 개방회로의 형태를 가지기 때문에 보일러의 연료소비 및 열손실이 매우 크다. 또한 계속 물을 공급 및 배출해야 하기 때문에 환경친화적인 관점에서도 물소비가 크고 열오염이 발생할 가능성이 있다.

상기한대로 보일러의 유류비가 많이 소비되는데, 특히 물을 증기로 상변화시키는데 잠열(Latent Heat)이 크기 때문에 그만큼 연료가 많이 소비된다. 물이 증기로 변하는데 필요한 증발잠열은 539kcal/kg으로써 타 물질과 물성비교시 큰 편에 속한다.

따라서 증기를 순환시키는 방식이 아닌 물을 순환시키는 방식을 채택하여 증발잠열을 없애면 연료비가 크게 절감되고, 예열에 사용된 물을 다시 폐쇄순환 시킬 수 있으므로 그만큼 경제적이다.

본원 발명자는 상기 문제점에 착안하여 본 발명을 완성하게 되었다. 증기로 상변화 되는 과정을 거치지 않도록 하기 위해, 높은 압력 하에서 물을 가열시 상변화온도(증발온도)도 올라가는 상변화특성을 이용하여, 물이 상변화를 거치지 않도록 물을 높은 압력하에서 가열하여 고온의 물, 바람직하게는 섭씨 100℃ 내지 160℃의 물을 폐쇄순환시켜 몰드를 예열하면, 증발잠열 만큼의 연료비가 절감되고 순환을 마친 고온의 물을 다시 가열함으로써 물의 온도와 목표온도 간의 더 적은 온도차만큼 가열하면 충분하므로 연료비가 더 절감되는 효과가 있다.

다른 측면에서 볼 때, 고광택사출에 대해 기존 증기방식의 또 다른 문제점은 증기온도가 예를 들어 160℃ 정도일 경우, 증기가 몰드 내로 분사하여 들어갈 때 압력강하가 일어나게 된다. 160℃의 증기의 압력은 6~7bar 정도 되지만 몰드는 대기압 하에 위치하게 되고, 6~7bar에서 대기압(1.013bar)으로 압력이 급강하하게 되면 온도도 같이 내려가기 때문에, 증기의 초기온도는 높지만 그 온도가 몰드에 그대로 전달되지 않게 된다. 따라서 몰드를 원하는 온도로 맞추기 위해 증기의 생성 및 소모량도 많아지고 시간도 많이 소비된다.

이러한 문제점을 해결할 수 있도록 물을 사용할 경우, 압력변화가 적고 온도가 대부분 그대로 전달되므로 단시간에 몰드를 원하는 온도에 도달시킬 수 있게 된다.

결국 고압 고온의 물을 이용하여 상기한 종래의 고광택 사출성형의 단점을 해소할 수 있게 된다.

고온의 물을 생성하기 위해서는 그에 따른 큰 압력이 필요한데, 물의 상평형도에서 섭씨 160℃에 해당하는 포화증기압은 대략 6.18bar이므로 최소한 6.18bar 이상의 압력이 유지되어야 160℃의 액상의 물을 얻을 수 있다. 이를 위해서 본원 발명은 별도의 가압수단을 채용하지 않고, 워터탱크를 밀폐식으로 구비하여 물을 가열함과 동시에 가열로 인해 발생한 증기를 이용하여 워터탱크 내의 압력을 높인다.

즉, 워터탱크의 물이 가열되면서 발생된 증기를 추출하지 않고, 증기가 워터탱크 내에서 포화상태에 도달한 후에도 계속 물을 가열함으로써 온도가 계속 증가하게 되고 물-증기 포화곡선을 따라서 탱크 내의 증기로 인해 압력도 계속 증가하게 된다. 따라서 별도의 가압수단 없이 가열과정상에서 발생되는 증기를 발생된 증기를 제거하지 않고 가압수단으로 이용하여 탱크 내의 압력을 증가시키게 되고, 대기압 하에서는 얻을 수 없는 고온 고압의 물을 얻을 수 있다.

본원 발명의 보다 자세한 설명은 도면을 참조하여 실시예 부분에서 후술한다.

본 발명 실시예에 의한 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치로 인해 고온의 증기 대신 고온의 물을 몰드에 순환시켜 몰드의 온도를 종래의 장치보다 더 짧은 시간내에 급가열 및 급냉각 시킬 수 있다.

또한, 물을 폐순환 시킴으로써 저온의 물을 다시 끌어올려 다시 가열해야 하는 자원 낭비를 없앨 수 있으며, 전술한대로 보일러를 이용하여 물을 가열시 가장 큰 열량을 필요로 하는 물-증기 간의 상태변화가 불필요함으로써 몰드를 원하는 온도로 가열하는데 필요한 에너지를 크게 줄일 수 있고, 가열시간도 크게 단축시켜 비용 절감 및 성형시간 단축이 가능해진다.

또한, 증기를 사용할 경우와 비교하여 물을 사용하는 경우 압력강하에 의한 열손실이 줄어들게 되어 경제적이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치에 대해 상술한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치의 전체흐름도를 간략하게 도시한 도면이다.

상기한대로 웰드라인의 형성을 방지하고, 고광택의 표면을 가지는 플라스틱 성형품을 생산하기 위해서 고광택 사출성형 방법이 사용되는데, 몰드를 미리 일정한 온도로 예열한 후 플라스틱 수지 원료를 주입하여 사출하고 몰드에서 사출제품을 꺼내기 전에 미리 냉각시키게 된다. 보다 상세하게는, 제품형상부인 몰드의 표면온도를 플라스틱원료의 열변형온도 이상으로 상승시켜 원료를 충진시키고, 보압 공정 종료 후 급속도로 몰드온도를 내려 수지를 냉각성형 함으로써 외관의 웰드라인을 제거하고, 전사도를 향상시켜 고광택을 구현한다.

먼저 A과정을 살펴보면, 종래의 방식인 증기 대신 고온의 물을 공급하기 위해서 고온워터탱크(10)와 히터(20) 사이에서 물이 순환한다. 물이 몰드(30)를 예열하기에 적합한 온도, 바람직하게는 100℃ 내지 160℃에 도달할 때까지 A과정을 반복하게 된다. 이에 대한 보다 자세한 설명은 도3을 참조하여 후술한다.

A과정을 반복하여 고온워터탱크(10) 내의 압력 및 온도가 상승하여 몰드(30) 를 예열하기에 적합한 고온의 물이 되면, 고온워터탱크(10)로부터 고온의 물을 몰드(30) 내로 순환시키는 B과정을 진행한다. B과정을 반복하여 몰드(30)를 플라스틱 사출성형 전에 예열한다. 상술한대로, 물을 사용하여 몰드(30)를 예열하는 경우 종래 증기 방식에서 발생하는 압력강하에 의한 열손실이 줄어든다. 즉, 예를 들어 공급된 증기가 160℃ 정도일 경우, 증기가 몰드(30) 안으로 분사하여 들어갈 때 압력강하가 일어나게 되고, 160℃의 증기의 압력은 6~7bar 정도 되지만 몰드(30)는 대기압 하에 위치하게 되고, 6~7bar에서 대기압(1.013bar)으로 압력이 급강하하게 되면 온도도 같이 내려가기 때문에, 증기의 초기온도는 높지만 그 온도가 몰드(30)에 그대로 전달되지 않게 된다.

이러한 문제점을 해결할 수 있도록 증기 대신 고온의 물을 사용할 경우, 압력변화가 적고 온도가 대부분 그대로 전달되므로 단시간에 몰드(30)의 온도를 원하는 온도에 도달시킬 수 있게 된다. 이에 대한 효과 또한 도5를 참조하여 후술한다.

급속가열인 B과정을 반복한 후, 몰드(30)의 예열과정이 완료되어 몰드(30)가 고광택 사출성형에 바람직한 온도에 도달하면, 원료(수지)를 몰드의 형틀로 주입하는 C과정이 진행된다. 예열 후 원료주입기(35)로부터 나온 수지를 몰드(30)에 주입하면, 2개 이상의 흐름 선단부가 충진 중 또는 충진 원료에 다시 합해 지면서 완전히 융합되지 않아 성형품 표면에 칼자국 같은 융합선이 발생되어 외관불량으로 나타나는 웰드라인이 형성되는 것을 방지할 수 있고, 사출성형 후 표면에 별도의 광택처리를 하지 않아도 고광택 표면을 가지게 된다.

C과정 후, 몰드(30)가 충분히 냉각되지 않은 상태에서 상하부 형틀(30)을 개방하여 제품을 취출하게 되면, 제품이 충분히 경화되지 않았기 때문에 제품이 변형될 위험이 크게 된다. 반면, 몰드(30)를 급속냉각하여 제품이 충분히 경화된 후 취출하면 제품의 변형이 없다. 따라서, C과정 후 급속냉각 과정인 D과정이 진행된다. 냉각용 저온워터탱크(40)로부터 냉각수를 몰드(30)에 공급하여 몰드를 냉각시킨다. 몰드(30)를 거치고 나온 물은 온도가 상승하므로 냉각타워(60)에서 공급된 찬물과 열교환기(50)에서 만나 온도를 낮추고 다시 냉각용 저온워터탱크(40)로 들어가게 된다. 냉각타워(60)에서 공급된 찬물은 다시 냉각타워(60)로 들어가는 순환을 한다.

상기 D과정을 반복하여 몰드가 원하는 온도 이하로 충분히 낮아지면, 몰드틀(30)을 개방하여 완성된 제품을 취출하게 된다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치의 원리에 대한 설명을 위한 물의 상평형도를 도시한 도면이다.

삼중점(T)을 중심으로 α는 기체-고체, β는 고체-액체, γ는 액체-기체 상의 경계선을 나타낸다. 일반적으로 대기압(1atm) 하에서(A선을 따라)는 0℃에서 고체-액체 간 상변화가 일어나고, 100℃에서 액체-기체 간 상변화가 일어난다. 이때, 압력이 상승하여 6.1atm이 되면 B선을 따라 상변화가 나타난다. 즉, B선과 β가 만나는 교점인 0℃보다 더 낮은 온도에서 고체-액체 간 상변화가 발생하며, B선과 γ가 만나는 교점인 160℃ 근방의 온도에서 액체-기체 간 상변화가 발생한다.

즉 6.1atm(6.18bar) 이상의 압력에서는 대기압 하에 있는 물의 기화온도 보 다 더 높은 온도인 160℃의 고온의 물이 액체로 존재할 수 있다. 이러한 점에 착안하여, 종래의 고광택 사출성형의 경우, 증기를 사용하여 몰드를 예열할 때, 한 번 순환된 증기는 재순환되지 않기 때문에 외부로 배출되고 다시 물을 끌어올려 가열하여 증기를 발생시키는 작업을 반복하게 되어 연료소비 및 열손실이 매우 크다는 단점, 및 증기발생을 위한 가열시에 필요한 보일러의 유류비가 많이 소비되고 특히 물을 증기로 상변화시키는데 잠열이 크기 때문에 그만큼 연료가 많이 소비된다는 단점을 극복하기 위해, 증기를 순환시키는 방식이 아닌 고온의 물을 순환시키는 방식을 채택하여 증발잠열을 없애서 연료비가 크게 절감되며, 예열에 사용된 물을 다시 폐순환 시킬 수 있으므로 그만큼 환경친화적이며 또한 경제적이다.

따라서 도2의 상평형도 곡선의 160℃ 수직선분에서 X점 이상의 압력(6.1atm)이 가해지면 고온의 액체 상태의 물을 이용하여 몰드를 예열시킬 수 있다. 상기 예에서는 160℃를 예를 들어 설명했으나 제품의 종류 및 재질에 따라 예열온도는 달라질 수 있기 때문에 그에 맞게 액체상태로 존재할 수 있는 임계압력 및 온도는 γ선 상에서 변화될 수 있다. 예를 들어 예열온도가 140℃인 경우 필요한 압력은 도2의 그래프 상으로 1atm 과 6.1atm 사이의 값이 될 것이다. 물에 압력을 가하는 방법은 도면을 참조하여 자세히 후술한다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치 중 도1의 "가열순환부"를 상세히 도시한 상세도면이다. 상기 장치의 구성요소는 두자리의 부재번호를 가지며, 물의 이동경로(파이프)는 세자리 부재번호로 표현된다.

먼저 고온워터탱크(10)에 가열되기 전 저온의 물이 들어있으며, 적절한 물의 양을 조절하기 위해서 고온워터탱크(10)는 수위조절기(14)를 구비한다. 수위조절기(14)를 이용하여 물의 양을 체크하고 물이 부족한 경우는 물공급펌프(80)(후술함)를 가동시키도록 신호를 송출하여 물을 공급받게 된다. 또한 고온워터탱크(10)는 Y형스트레너(15)를 구비하는데, 상기 Y형스트레너(15)는 물 안의 불순물, 예를 들어 스케일을 제거하는 거름막의 역할을 한다.

일단 밸브를 개방하여 고온워터탱크(10) 내의 물이 파이프(101)를 따라 가열펌프(16) 내로 흡입된다. 가열펌프(16)는 물의 압력을 높여 물의 가열순환이 이루어지도록 한다. 압력(및 또한 미세하게 온도)이 상승한 물이 파이프(102)를 따라 히터(20) 내로 이동한다. 이 때, 구비된 온도센서(11)가 지속적으로 물의 온도를 체크하여 예열하기 위한 일정온도에 도달할 경우, 공급밸브 개폐스위치(17)를 개방하여 파이프(106)를 따라 몰드(30)내로 물이 투입되어 예열작업을 수행하게 된다. 일정온도에 도달하지 않은 경우 공급밸브 개폐스위치(17)는 폐쇄된 상태이기 때문에 히터(20)로 통하는 파이프(102)를 따라 물이 히터(20)로 향한다.

히터(20)는 스케일 등의 제거를 위해서 Y형스트레너(19)를 구비하고 있으며, 도면상으로 3단으로 가열되도록 하는 구조를 가진다. 히터(20)는 다단가열 방식에 한정되는 것은 아니며, 일반적인 히터가 모두 사용될 수 있다. 또한, 도면상으로 히터(20)가 고온워터탱크(10)와 이격되어 고온워터탱크(10) 외부에서 물을 가열하는 방식을 채택하고 있는데, 마찬가지로 이에 한정되는 것은 아니며, 직접 고온워터탱크(10)를 가열하는 내부가열방식도 사용될 수 있다.

히터(20)에서 물을 가열한 후 온도가 상승한 물은 파이프(103)를 따라 분배기(18)에 이른다. 주로 분배기(18)는 파이프(105)를 통해 가열된 물을 고온워터탱크(10)로 다시 보내어 순환을 계속하게 하며, 저온인 경우는 직접 파이프(104)를 통해서 흐르게 하여 고온워터탱크(10)로부터 흐르는 파이프(101)와 합류하여 가열펌프(16)로 보냄으로써 더 짧은 시간에 더 많이 순환되도록 할 수도 있다.

또한 분배기(18)는 히터(20)에서 가열 후 발생된 증기를 분리하여 통로(105)를 따라 다시 고온워터탱크(10)로 보내어 고온워터탱크(10) 내의 압력을 높이는 역할을 하기도 한다.

상기 순환을 반복하면 물의 온도가 올라가고 특히 고온워터탱크(10)내의 부피에서 물이 차지하는 부피를 제외한 나머지 부피를 증기가 차지하게 되는데, 폐순환으로 계속 증기가 발생하고 이에 따라 증기 자체의 압력이 높아짐으로써 자연스럽게 물을 가압하게 된다. 따라서 물의 압력이 상승하고, 압력이 상승한 물이 반복적으로 가열을 위한 순환을 함으로써 일반적인 대기압 하의 물의 끓는점보다 더 높은 온도를 가지는 액상의 물이 만들어진다.

따라서 별도의 가압수단이 불필요하고, 순환중에 발생하는 증기에 의해 자연적으로 워터탱크 내의 압력(전체 순환 경로의 압력도 동일함)이 증가하게 된다. 고온워터탱크(10)는 압력계(12) 및 안전밸브(13)를 구비하고 있으므로, 계속적으로 압력계(12)를 통해 고온워터탱크(10) 내의 압력을 체크하고, 압력이 지나치게 올라가는 경우에는 안전밸브(13)를 열어서 증기를 배출시켜 압력을 낮추게 된다.

온도센서(11)를 통해 온도를 체크하여 예열에 필요한 온도에 도달하게 되면, 상기한대로 전자적인 신호를 송출하여 공급밸브 개폐스위치(17)가 개방되어 몰드(30)로 고온의 물을 주입하여 몰드(30)를 예열한다.

물이 이동하는 통로인 파이프도 마찬가지지만 특히 고온워터탱크(10)의 경우 큰 압력, 예를 들어 160℃의 경우 약 6.2bar의 압력을 받기 때문에, 압력을 견딜 수 있도록 내압성 재질, 보다 바람직하게는 SUS(STS)를 이용하여 큰 압력, 바람직하게는 최대 10bar의 압력을 견딜 수 있도록 고온워터탱크(10)가 제작된다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 더 높은 예열온도가 필요한 경우 더 높은 압력에 견딜 수 있도록 고온워터탱크(10)가 제작될 수 있다.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치의 전체흐름도를 상세하게 도시한 도면이다. 도3에서와 마찬가지로 구성요소는 두자리의 부재번호를 가지며, 물의 이동경로(파이프)는 세자리 부재번호로 표현된다. 도1에서 도시된 개략도의 상세도로써, 도3을 참조하여 상기한 물의 가열순환부를 포함한 전체 순환도가 도시되었다.

예열하기 위한 온도로 가열된 물은 공급밸브 개폐스위치(17)가 개방되고 파이프(106)를 따라 몰드(30)로 향한다. 몰드(30)의 내부를 관통하여 고온의 물이 흐르게 됨으로써 몰드(30)를 급속가열하게 된다. 몰드(30) 내부를 관통한 고온의 물은 온도가 낮아진 상태로 개폐스위치(31)를 거쳐 통로(107)를 따라 이동하여 히터(20)로 다시 들어가 낮아진 온도만큼 다시 온도가 상승하게 된다.

몰드(30) 내를 관통하는 구조에 있어서, 몰드(30) 내에 물이 이동할 수 있는 통로가 구비(미도시)되어 있어서, 고온의 물이 몰드(30) 내부를 순환하면서 몰 드(30)를 가열하게 된다.

상기한 수위조절기(14)에서 고온워터탱크(10)의 수위를 측정하여, 물이 부족한 경우에는 물공급펌프(80)에 신호를 송출하여 열교환기(70)로부터 물을 끌어올려 관(140)을 통해 물공급펌프(80)로 공급하고, 물공급펌프(80)에서 다시 관(141)을 통해 히터(20)에 물을 공급하여 부족한 수위를 보충하게 된다.

몰드(30)가 원하는 온도까지 충분히 예열된 경우에는 온도감지센서에 의해서 공급밸브 개폐스위치(17)에 신호를 보내 고온의 물공급을 차단하게 되고, 급속냉각 과정이 진행된다.

급속냉각과정의 경우, 먼저 저온워터탱크(40)에 있는 저온의 냉각수를 관(108)을 통해 냉각펌프(42)로 끌어들이고, 냉각수는 냉각펌프(42)에서 다시 관(109)을 통해 열교환기(50)로 주입된다. 열교환기(50)에서는 냉각타워(60)로부터 입수관(130)을 통해서 주입된 차가운 물과 저온워터탱크(40)로부터 들어온 냉각수가 서로 열교환을 통해서 냉각수의 온도를 더 낮추게 된다. 냉각수와 열교환을 거친 물은 다시 관(131)을 통해서 냉각타워(60)로 들어가게 된다. 냉각타워(60)를 나올 때보다 온도가 상승한 상태이므로 냉각타워(60) 내에서 다시 온도를 낮추는 과정이 수행되고, 입수관(130)-열교환기(50)-송수관(131)-냉각타워(60)의 폐순환을 한다. 반면, 온도가 낮아진 냉각수는 열교환기(50)을 빠져나오게 되고, 일부 냉각수는 제2열교환기(70)로 이어진 관(120)을 통해서 흐르게 되고, 나머지 냉각수는 관(110)을 통해서 몰드(30)로 향하게 된다.

먼저 몰드(30)로 향하는 관(110) 내의 냉각수는 개폐스위치(43)를 거쳐 몰 드(30) 내를 순환하게 된다. 몰드(30)를 관통하면서 몰드의 온도를 빠른 속도로 낮추게 된다. 몰드(30)를 통과한 물은 또 다른 개폐스위치(44)를 거쳐서 제2열교환기(70)로 향하는 관(111, 112)을 거쳐 제2열교환기(70) 내부로 들어간다. 몰드(30)를 거친 냉각수는 온도가 상승된 상태이므로 저온워터탱크(40)에 다시 들어가기 전에 제2열교환기(70)에서 미리 온도를 낮추게 된다. 앞서 열교환기(50)로부터 관(120)을 통해 주입된 일부의 냉각수와 몰드(30) 순환을 마치고 온도가 상승한 냉각수가 열교환을 하게 된다. 열교환을 마친 냉각수는 각자 관(113, 121)을 따라 통로(114)에서 합쳐져서 저온워터탱크(40)로 들어가거나, 고온워터탱크(10)에 물이 부족한 경우에는 물을 공급하기 위해 제2열교환기(70)의 물의 일부가 물공급펌프(80)로 향하는 관(140)을 거쳐 고온워터탱크(10)으로 향하게 된다.

저온워터탱크(40)는 수위조절기(41)를 구비하여 냉각수의 양이 부족한지를 점검하게 되고 온도센서(61)를 구비하여 냉각수의 적정온도, 바람직하게는 30℃ 내지 40℃의 냉각수를 공급할 수 있도록 온도를 확인하여, 냉각타워(60)의 가동정도를 결정하게 된다. 즉, 저온워터탱크(40)의 냉각수가 몰드(30)를 수회 순환하여 온도가 냉각수 적정온도를 상회하도록 온도가 상승한 경우, 냉각타워(60)를 더 가동하여 열교환기(50)에서의 열교환량을 크게 만든다.

상기 과정을 통해서 본 발명 실시예에 따른 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치의 전체흐름이 완성된다. 따라서, 급속가열 및 급속냉각을 통해 더 효율적인 고광택 사출성형이 달성될 수 있다.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치 로 인한 몰드(30)의 온도변화를 시간-온도 축으로 도시한 그래프이다. X축은 시간축으로서 초(sec)단위이며, Y축은 온도축으로서 섭씨온도(℃)단위이다.

도5는 실험을 통해 얻은 결과 데이터를 도시한 그래프로서 총 6회의 고광택 사출성형 과정이 수행되었고, 약 540초의 시간이 소요되었기 때문에, 평균적으로 1회의 사출성형 당 대략 90초의 시간이 소요된다. 이는 44인치 LCD TV의 외장 케이스용 사출품을 성형한 과정에서 발생한 예시적인 데이터로서, 증기를 이용하여 예열작업을 수행한 종래의 방법에 비해 전체 사이클의 소요시간을 단축할 수 있다.

구체적으로 A과정의 경우 몰드(30)의 온도가 급속도로 상승하며 이는 예열단계에 해당한다. 즉, 고온의 물이 몰드(30) 내를 순환하며 고광택 사출성형에 필요한 온도(도5에서는 140℃)까지 짧은 시간 내에 효율적으로 상승시킨다. 종래의 증기에 의한 예열작업이 30초 이상 소요되는데 비해서, 본 발명의 경우 20초 이하로 소요되어 작업시간 단축효과가 크다.

예열과정인 A과정을 마치고, 원료를 몰드(30)에 주입하고 제품을 사출한 후 온도를 급속도로 냉각시키는 단계인 B과정이 진행된다. 그래프 상으로 140℃ 까지 올라갔던 몰드(30)의 온도가 급속도로 하강하여 60℃ 정도가 되면, 몰드(30)를 개방하여 몰드에서 제품을 취출하는데 이 단계는 C과정에서 진행된다.

또한 C과정은 제품취출 후 다음의 사출성형을 위해서 고온워터탱크(10)와 히터(20)를 순환하여 예열과정을 준비하게 된다.

본 발명 실시예에 의한 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치로 인해 고온의 증기 대신 고온의 물을 몰드에 순환시켜 몰드(30)의 온도를 종래의 장치보 다 더 짧은 시간 내에 급가열 및 급냉각시킬 수 있다.

또한, 물을 폐순환 시킴으로써 저온의 물을 다시 끌어올려 다시 가열해야 하는 자원 낭비를 없앨 수 있으며, 전술한대로 히터(20)를 이용하여 물을 가열시 가장 큰 열량을 필요로 하는 물-증기 간의 상태변화가 불필요함으로써 몰드(30)를 원하는 온도로 가열하는데 필요한 에너지를 크게 줄일 수 있고, 가열시간도 크게 단축시켜 비용 절감 및 성형시간 단축이 가능해진다. 또한, 증기를 사용할 경우와 비교하여 물을 사용하는 경우 압력강하에 의한 열손실이 줄어들게 되어 경제적이다.

이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것인바, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정된 형태에 국한되는 것은 아니다.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치의 전체흐름도를 상세하게 도시한 도면이다. 구성요소는 두자리의 부재번호를 가지며, 물의 이동경로(파이프)는 세자리 부재번호로 표현된다.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치로 인한 몰드(30)의 온도변화를 시간-온도 축으로 도시한 그래프이다. X축은 시간축으로서 초(sec)단위이며, Y축은 온도축으로서 섭씨온도(℃)단위이다.

Claims

고온 및 고압의 물을 보관할 수 있도록 제작된 고온워터탱크(10);

물을 가열하여 발생한 증기로 상기 고온워터탱크(10) 내의 물을 가압하여 물의 액체-기체 간 상변화가 발생하는 온도를 높여 고온의 물이 생성되도록 물을 가열하는 히터(20);

공급밸브 개폐스위치(17)가 개방되어 고온의 물을 공급받아 폐순환 급속가열을 통해 예열된 후, 사출성형 작업이 진행되는 몰드(30);

냉각수로 사용되는 저온의 물을 보관하는 저온워터탱크(40);

냉각수의 온도를 낮추기 위해 냉각수와 열교환을 하는 찬물을 공급하는 냉각타워(60);

상기 저온워터탱크(40)로부터 흘러들어온 냉각수와 상기 냉각타워(60)로부터 흘러들어온 찬물 간에 열교환을 통해 냉각수의 온도를 낮추고, 상기 몰드(30)에 냉각수를 공급하여 상기 몰드(30)를 급속냉각시키는 열교환기(50);로 구성되고, 상기 고온워터탱크(10)와 상기 히터(20)는 가열순환부를 구성하고, 상기 고온의 물은 몰드(30) 내부를 순환하여 몰드(30)의 온도를 높인 후 다시 히터(20)를 거쳐 고온워터탱크(10)로 되돌아오는 폐순환을 하는 것을 특징으로 하는 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치.
제1항에 있어서, 상기 히터(20)는 상기 고온워터탱크(10)를 직접 가열하여, 상기 고온워터탱크(10) 내의 물로부터 발생된 증기에 의해 상기 고온워터탱크(10) 내의 압력을 상승시켜 물의 액체-기체 간 상변화가 발생하는 온도를 높여 고온의 물이 생성되도록 물을 가열하는 것을 특징으로 하는 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가열순환부는 가열순환부의 온도를 측정하는 온도센서(11)를 더 포함하고,

상기 온도센서(11)에서 예열온도를 감지하여 고온의 물을 몰드(30)에 공급할 수 있도록 물의 통로를 개폐하는 공급밸브 개폐스위치(17); 및 상기 저온워터탱크(40) 및 상기 냉각타워(60)의 온도를 측정하기 위한 온도센서(61);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치.
제3항에 있어서, 상기 열교환기(50)로부터 흘러들어온 일부의 냉각수와 상기 몰드(30) 내의 순환을 마치고 온도가 상승한 냉각수 간의 열교환이 이루어지는 제2열교환기(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치.
제4항에 있어서, 상기 고온워터탱크(10)는 수위조절기(14)를 구비하고, 상기 수위조절기(14)로 측정한 수위가 낮은 경우 상기 제2열교환기(70)로부터 냉각수를 공급받아 상기 히터(20)로 물을 공급하는 물공급펌프(80)를 더 포함하는 것을 특징 으로 하는 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치.
제5항에 있어서, 상기 고온워터탱크(10)는 최대 10bar의 압력에 더 안정적으로 견딜 수 있도록 SUS(STS)를 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치.
제6항에 있어서, 상기 고온의 물은 100℃ 내지 160℃ 인 것을 특징으로 하는 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어장치.
밸브를 개방하여 고온워터탱크(10) 내의 물이 히터(20) 내로 이동하는 단계;

히터(20)에서 물을 가열한 후 온도가 상승한 물을 고온워터탱크(10)로 다시 보내어 폐순환을 하도록 하는 단계;

상기 순환을 반복하는 동안 물의 온도가 올라가고, 물의 가열도중 발생한 증기에 의해 증기 자체의 압력이 높아짐으로써 증기가 밀폐된 고온워터탱크(10) 공간 내의 물을 가압하여 물의 압력을 상승시키는 단계;

물의 압력이 상승하여 물의 액체-기체 상변화 온도가 상승하여 고온의 물이 생성되는 단계;

생성된 고온의 물을 몰드(30) 내로 순환시켜 사출성형작업 전 몰드(30)를 예열하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고광택 사출성형용 몰드의 급속온도제어방법.