KR20100035647A - 발포 플라스틱 물체의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

가소화 장치에 위치한 발포시킬 가소화 플라스틱에 물리적 발포제를 도입하는 단계를 포함하며, 물리적 발포제가 가소화 플라스틱에 도입되는 압력이 180 bar 초과, 바람직하게는 300 bar 초과, 특히 바람직하게는 350 bar 초과인 발포 플라스틱 물체의 제조 방법을 제공한다. 물리적 발포제가 제공된 플라스틱을 사출 성형기의 금형 캐비티로 사출하고, 금형 캐비티의 확장을 통해 플라스틱 용융물을 감압시킨다.

Description

발포 플라스틱 물체의 제조 방법{Method for the Production of Foamed Plastics Products}

본 발명은 발포 플라스틱 물체의 제조 방법에 관한 것이다.

종종, 현 자동차의 인스트루먼트 패널 (instrument panel)에는 뒤쪽에 위치하여 캐리어에의 연결부를 생성하는 플라스틱 발포체와 가죽 외관의 표면을 갖는 인스트루먼트 패널이 있다. 이러한 특성의 복합체는 슬러쉬 성형 커버링 스킨 (slush-moulded covering skin)의 폼-배킹 (foam-backing)에 의해 제조되며, 이 경우 또한 폴리우레탄을 사용하여 바람직하게는 사출 성형 캐리어에의 결합을 형성한다. 독일 특허 제43 04 751 C2호에는 발포제 기체와 혼합된 용융 물질을 사출 성형 캐리어에 적용하고, 이어서 용융 물질을 후속 감압으로 발포시킨 플라스틱 부품이 기재되어 있다. 상기 특허 문헌에 기재된 방법에서는 열 또는 촉매의 영향 하에 특히 CO₂ 또는 N₂를 발생하여 그로부터 생성된 발포 압력으로 플라스틱 물질을 발포시키는 발포제를 사용한다. 그러나, 이러한 방식으로 제조된 플라스틱 부품은 표면 및 감촉 특성 견지에서는 이상적이지 않다. 플라스틱 물질의 벌크 밀도, 이를 사용하여 달성되는 연성 및 이로부터 생성되는 부드러운 감촉 효과는 너무 미약하였다. 더욱이, 플라스틱 물질의 사출 성형만이 가능하며, 이는 다른 방법으로는 결합 이음매가 두드러지기 때문이다.

독일 특허 제43 04 751 C2호에 기재된 화학적 발포제 이외에, 물리적 발포제에 의해 발포되는 발포 플라스틱 물질이 또한 공지되어 있다. 그러나, 종래 방법에 따라 제조되고 물리적 발포제에 의해 발포된 플라스틱 물질은 매우 추한 표면을 갖는다. 따라서, 이러한 플라스틱 물질은 보이는 부분의 성분용으론 사용할 수 없다. 또한, 종래 방법으로는 매우 큰 셀 특성을 갖고 목적하는 부드러운 감촉 효과를 갖지 않는 발포체가 제조된다. 이는 기체가 포함되어 있고 동시에 비교적 딱딱한 벽을 갖는 큰 셀에 기인한다.

이에 따라, 본 발명의 목적은 한편으로는 광학적으로 매혹적인 표면에 의해 구별되며 이에 따라 가려질 필요없이 사용될 수 있고 다른 한편으로는 좋은 감촉을 갖는, 즉 (예를 들면 가죽의 경우에서와 같이) 소위 부드러운 감촉 효과를 갖는 식으로 플라스틱 물질을 발포시키는 방법을 개발하는 것이다.

본 발명에 따라, 이는

- 가소화 장치에 있는 발포시킬 가소화 플라스틱 물질에 물리적 발포제를 180 bar 초과, 바람직하게는 300 bar 초과, 특히 바람직하게는 350 bar 초과의 압력에서 가소화 플라스틱 물질에 도입하는 단계,

- 물리적 발포제가 제공된 플라스틱 물질을 사출 성형기의 툴 캐비티 (tool cavity)로 사출하는 단계, 및

- 툴 캐비티를 확장시켜 용융 플라스틱 물질을 감압시키는 단계

를 특징으로 하는 발포 플라스틱 물체의 제조 방법에 의해 달성된다.

물리적 발포제를 매우 높은 압력 하에 용융 플라스틱 물질에 도입할 때 본 발명에 따른 놀라운 효과가 나타났다. 물리적 발포제를 사용하는 이전에 공지된 성형 공정에서는 200 bar에 훨씬 미치지 않는 범위의 압력이 사용되었지만, 본 발명에 따른 압력의 증가 및 후속 단계에 의해 본 발명에 따른 최적의 효과가 달성될 수 있었다. 이상적으로, 압력은 200 bar를 초과한다. 350 bar 이상의 압력 수준에서 효과가 특히 두드려졌다. 이와 관련하여, 용어 "물리적 발포제"는 화학적 과정에 의해, 예를 들면 기체상 분자의 분리 방출에 의해 용융 물질의 내부에서 생성되지 않는 발포제를 나타내도록 사용된다. 이에 따라, 다소 상기 용어는 플라스틱 물질에 기체 형태로 도입되는, 예를 들어 질소, CO₂ 및 희가스 등과 같은 발포제를 나타내도록 사용된다.

가장 간단한 변형에서, 용융 플라스틱 물질을 또한 200 bar 초과, 바람직하게는 300 bar 초과, 특히 바람직하게는 350 bar 초과의 압력에서 툴 캐비티로 사출하는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 물리적 발포제를 용융 플라스틱 물질에 도입한 후 그러나 용융 플라스틱 물질을 툴 캐비티로 사출하기 전에, 중간 감압 단계를 수행할 경우 매우 매력적인 표면이 달성될 수 있다. 이러한 중간 감압 단계, 즉 상응하는 용융 플라스틱 물질의 압력 감소는 예를 들어 노즐 적용력의 감소에 의해, 또는, 스크류 형태의 가소화 장치의 경우, 스크류의 후퇴에 의해 달성될 수 있다. 핫 러너 (hot runner) 중의 니들 클로져 노즐 (needle closure nozzle)을 개방하는 것도 또한 가능하다. 초기 결과는 70 내지 80 bar로의 압력 감소가 매우 매력적인 결과를 제공한다는 것을 나타내었다. 이어, 중간 감압 단계 후, 용융 플라스틱 물질의 압력을 증가시키는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다. 이 경우, 압력을 상기한 압력 수준으로 다시 증가시키는 것이 가능하다. 일반적으로 상기한 특성을 갖는 목적하는 플라스틱 물체를 상기 방법으로 달성할 수 있지만, 그럼에도 불구하고 예를 들어 인스트루먼트 패널을 자동차에 장착시키기 위한 보다 높은 강도의 부분을 플라스틱 물체가 가질 경우 유리할 수 있다. 따라서, 한 변형에서, 플라스틱 물질을 사출하기 전에 사출 성형기의 툴 캐비티에 캐리어를 도입함으로써 발포 플라스틱 물체를 캐리어에 적용할 수 있다. 이와 관련하여, 캐리어는, 예를 들어 사출 성형기의 툴 캐비티 내에 이미 장착된 플라스틱 물체일 수 있다. 그러나, 캐리어를 사출 성형기 자체에서 제조하고 본 발명에 따른 방법을 위해 툴 캐비티를 적합하게 개작하여 적용하는 것을 또한 고려할 수 있다. 확장은 툴에서 특별히 이행되는 스트로크 (stroke) 또는 폐쇄력 (closing force)에 의해 수행될 수 있다. 용융 물질은 발포 압력에 의한 개구 이동을 조장할 만큼 높은 압력을 수반할 수 있다. 예를 들어 엠보싱 툴을 이용하여 이로운 결과를 달성한다. 이와 관련하여, 사출 엠보싱 방법과 반대로, 캐비티를 툴 중에 제공하고, 용융 플라스틱 물질을 사출한다. 이어서, 캐비티가 상응하게 확대되도록 적합한 스트로크에 의해 특별히 목표한 방식으로 폐쇄 장치를 제거한다. 그 자체로 공지된 다른 방식으로 확장을 또한 수행할 수 있음을 인지할 것이다.

발포 플라스틱 물체가 열가소성 엘라스토머, 바람직하게는 폴리에스테르 또는 PBT를 기재로 하는 열가소성 엘라스토머일 경우 본 발명에 따른 효과가 특히 만족스럽게 달성될 수 있다.

높은 압력 및 온도를 언급한 공정 단계에서 생성하는 것으로 인해, 발포제가 불활성 기체, 바람직하게는 질소, 일산화탄소 또는 이들의 혼합물인 경우 바람직하다. 이와 관련하여, 용어 "불활성 기체"는 용융 플라스틱 물질과 임의의 (부정적인) 방식으로 화학적으로 반응하지 않는 기체를 의미하도록 사용된다.

최종 효과에서, 첨가되는 발포제의 양은 또한 플라스틱 물체에 대해 목적하는 특성에 따라 좌우된다. 일 변형에서, 이상적인 범위는 0.3％ 내지 4％, 바람직하게는 0.7％의 양이다 (각 경우, 중량 백분율임). 이상적인 경우, 발포제의 양은 또한 툴 캐비티의 확장 부피에 맞추어질 것이다. 유리한 값은 특히 확장시 툴 캐비티의 부피가 1.5 내지 4배, 바람직하게는 약 2.5배 증가할 때 달성된다. 따라서 궁극적으로 달성될 수 있는 발포 플라스틱 물질 또는 중합체의 벌크 밀도는 총 밀도 (gross density)의 약 60％ 또는 그 미만이다. 이러한 종류의 방법은 캐리어가 툴 캐비티의 내부 벽에 대해 1 내지 3 mm, 바람직하게는 2 mm의 공간을 부분적으로 (region-wise) 갖게 하는 절차에 의해 이행될 수 있다. 바람직한 변형에서, 툴 캐비티로의 가소화 플라스틱 물질의 사출 속도가 10 mm/초 내지 200 mm/초, 바람직하게는 60 mm/초이고 툴 캐비티가 1 mm/초 내지 25 mm/초의 감압 속도에서 감압 공정 동안 확대되는 경우 바람직하다는 것을 발견하였다. 이들 값은 사출 엠보싱 툴을 사용할 경우 특히 유리하다는 것이 증명되었으며, 여기서 감압 속도는 사출 성형기의 이동가능 금형 탑재 판이 이동 방향으로 이동하는 것을 의미한다.

감압 속도는 발포 플라스틱 물질에 중대한 영향을 미쳐, 감압 속도가 다단계인 경우, 즉 먼저 빠르게 확장된 후 느리게 확장되는 경우 또는 그 반대인 경우, 바람직할 수 있다. 또한, 수행되는 사출 공정과 후속 확장 공정 사이에, 툴 캐비티가 최대 10초, 바람직하게는 약 1초의 시간 동안 그의 형상을 유지하는 경우 유리할 수 있다는 것이 증명되었다.

발포 플라스틱 물체와 관련하여 최적 표면은 예를 들어 툴 캐비티에 소결 금속 삽입물이 있을 경우 달성될 수 있다. 소결 금속 삽입물에 진공 작용을 때때로 적용하는 경우 결과가 보다 양호할 것이다. 매끄러운 표면을 갖는 플라스틱 물체를 제조하고자 하는 경우, 툴 캐비티의 벽 표면이 매끄러운 것이 유리하다. 많은 부분에서 가죽 표면의 시각적 효과 또는 적어도 매력적인 구조화 표면을 달성하고자 하기 때문에, 많은 경우 툴 캐비티의 벽에 적어도 부분적으로 (region-wise) 가죽 조각 표면이 있거나 기호 또는 캐릭터가 제공된다는 것을 인지할 것이다.

사출 플라스틱 물질이 발포제와 혼합되는 경우와 관련하여 플라스틱 물질의 최적 발포 제어는 사출 공정 전에 툴 캐비티를, 바람직하게는 물리적 발포제와 함께, 가압하에 두는 경우 가능하다. 사출 공정 동안, 이미 도입된 기체는 이후 제어되고 특별히 이행되는 방식으로 툴 캐비티로부터 유출되거나 빠져나갈 수 있다. 확장 단계를 이행한 후 그리고 수반되는 발포 후, 툴 캐비티가 외부로부터 냉각되어 플라스틱 물체가 금형으로부터 이형된 후 이상적으로 제거될 수 있다.

Claims (18)

1. - 가소화 장치에 있는 발포시킬 가소화 플라스틱 물질에 물리적 발포제를 180 bar 초과, 바람직하게는 300 bar 초과, 특히 바람직하게는 350 bar 초과의 압력에서 가소화 플라스틱 물질에 도입하는 단계,
   - 중간 감압 단계,
   - 물리적 발포제가 제공된 플라스틱 물질을 사출 성형기의 툴 캐비티 (tool cavity)로 사출하는 단계, 및
   - 툴 캐비티를 확장시켜 용융 플라스틱 물질을 감압시키는 단계
   를 특징으로 하는 발포 플라스틱 물체의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 중간 감압 단계가 핫 러너 (hot runner)에서 수행되거나 또는 스크류의 후퇴에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 중간 감압 단계 후에, 용융 플라스틱 물질의 압력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스틱 물질이 사출되는 사출 성형 기계의 툴 캐비티에 캐리어를 도입함으로써 발포 플라스틱 물체를 캐리어에 적용하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 발포 플라스틱 물체가 열가소성 엘라스토머, 바람직하게는 폴리에스테르 또는 PBT를 기재로 하는 열가소성 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 발포제가 불활성 기체, 바람직하게는 질소, 이산화탄소 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 발포제가 0.3％ 내지 4％, 바람직하게는 0.7％ (중량％)의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 캐리어가 툴 캐비티의 내부 벽에 대해 1 내지 3 mm, 바람직하게는 2 mm의 공간을 부분적으로 (region-wise) 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 확장시 툴 캐비티의 부피가 1.5 내지 4배, 바람직하게는 약 2.5배 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 가소성 플라스틱 물질이 툴 캐비티로 사출되는 속도가 10 mm/초 내지 200 mm/초, 바람직하게는 60 mm/초인 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 1 mm/초 내지 25 mm/초의 감압 속도에서 감압 공정 동안 툴 캐비티가 확장되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 감압 속도가 다단계인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 수행되는 사출 공정과 감압 사이에 0 내지 10초, 바람직하게는 1초의 시간이 있는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 툴 캐비티에 소결된 금속 삽입물이 있는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 소결된 금속 삽입물에 진공 작용을 때때로 적용하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 툴 캐비티의 벽이 적어도 부분적으로 (region-wise) 매끄러운 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 툴 캐비티의 벽에 가죽 조각 표면이 적어도 부분적으로 (region-wise) 있거나 또는 기호 또는 캐릭터가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 사출 공정 전에, 툴 캐비티를, 바람직하게는 물리적 발포제와 함께, 가압 하에 두는 것을 특징으로 하는 방법.