KR20110003351A - 발포형 코어 ｃｌａｓｓ “ａ” 물품의 제조 방법 - Google Patents

발포형 코어 ｃｌａｓｓ “ａ” 물품의 제조 방법 Download PDF

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델타 엔지니어드 플라스틱스
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Abstract

표면, 표피 및 코어를 가진 물품을 제조하는 방법은 압축성 밀봉부 상에서 제 1 성형부를 폐쇄하는 단계를 포함한다. 밀봉부는 상기 제 1 성형부와 제 2 성형부 사이에서 위치된다. 상기 제 1 밀봉부 및 상기 제 2 밀봉부는 이격된 주입 포트 및 통풍부를 가진 가압가능한 성형 공동을 정의하는 벽을 가진다. 상기 성형 공동은 대기압보다 큰 제 1 압력에서 가압된다. 용융 플라스틱 및 발포제는 매트릭스 내의 가스 셀들을 형성하기 위해 주입된다. 상기 가스 셀들은 제 1 압력을 초과하는 내부 압력을 가진다. 제 1 기간 동안 대기한 후에, 가압 가스는 성형 공동 벽에 인접한 표피를 형성하는 가스 셀들을 파괴시키기에 충분한 속도로 제 2 기간 동안 통풍된다. 상기 표피는 응고되는 발포형 혼합물로 채워진 코어 공동을 정의한다. 상기 성형부들은 상기 물품을 제공하기 위해 분리된다.

Description

발포형 코어 ＣＬＡＳＳ “Ａ” 물품의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURE OF A FOAMED CORE CLASS “A” ARTICLE}
본 발명은 현재의 제조 능력을 넘어선 발포형 코어 물품(foamed core article)의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 Class A 가시 표면(visible surface)을 가지고, 비-가시 후방면 상의 필수 구조 강화물들을 가진 발포형 코어 물품의 제조 방법에 관한 것이다.
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2008년 3월 26일에 출원된 미국 가출원 제61/039,489호의 이익을 주장한다.
설계자들은, 금속 부품들의 대체물로서 플라스틱 부품을 종종 사용하여, 성형된 부품들이 제공하는 설계의 자유로움을 크게 이용할 수 있고, 물품의 중량 및 비용을 감소시킬 수 있다. 주입 성형 처리는 상기와 같은 플라스틱 물품들을 생성하기 위해 사용된다. 그러나, 주입 성형이 상대적으로 큰 물품, 예를 들면 중량의 트럭 페시아(truck fascias)일 경우에, 성형물을 밀폐시키기 위해, 그리고 성형 공동(mold cavity)을 채우는데 필요한 플라스틱 물질의 양을 주입하기 위해 필요한 클램핑 힘은 사용가능한 부품을 제조하기 위해 엄청난 압력이 필요하다. 이러한 부품들을 제조할 수 있는 주입 성형물들 및 성형물 기계장치들은 매우 크고 무겁고, 획득하는데 그리고 동작하는데 비용이 매우 많이 든다. 자본 설비의 이러한 부품들은 제조된 부품의 수에 대해 통상적으로 제공받아야 한다. 지금까지, 비용은 중량의 트럭 제조업체보다도 많이 지출되고, 그들의 짧은 진행 동안에 작은 볼륨 프로그램들을 초래한다. 그 결과, 제조업체들은 주입 성형된 부품들의 크기를 제한하거나 또는 그들은 큰 부품들을 제조하기 위한 다른 처리 비용이 덜 지출되도록 선택한다.
보통의 주입 성형물들 및 기계를 필요로 하는 전체 비용 없이, 주입 성형이 큰 부품들로 인해, 제조업체들은 플라스틱 및 팽창제(blowing agent)의 용융된 혼합물을 성형 공동 내로 주입함으로써, 기능성이 큰 플라스틱 부품들을 제조하여 왔다. 주입 성형 처리 동안 발포제(foaming agent)를 플라스틱 수지에 첨가시킴으로써, 상기 발포 작용(foaming action)은 용융물을 부품 공동(part cavity)에 채우도록 하는 국부적인 내부 패킹 압력(localized internal packing pressure)을 만들어낸다. 상기 용융물에 발포제를 첨가하면, 주입된 용융물의 볼륨은 팽창되고, 이로 인해 슛 당(per shot) 사용 물질의 양은 감소된다. 용융물의 밀도를 감소시킴으로써, 성형된 물품의 중량 또한 감소된다. 상기 공동에 발포 작용의 결과로 인해, 팽창제를 용융물에 첨가시키는 추가적인 이점은 폐쇄된 성형물을 유지시키기 위해 극도의 외부 주입 압력 및 이에 관련된 클램핑 압력(clamping pressure)의 필요는 크게 감소된다. 최종 결과로, 고압 성형 처리는 지금 저압 성형 처리로 전환된다. 이러한 이점에도 불구하고, 이는 발포형 플라스틱이 Class A 구조 부품들을 제조하기 위해 널리 사용되는 것을 막는 결점을 가진다. 이는 다음과 같다:
발포형 플라스틱의 내부 패킹 압력은 표면 다공성 및 국부적인 수축 변형이 없는 표면들을 항상 제조하지 못하고, 그리고
발포체(foam)가 성형된 부품의 표면들 상에 소용돌이를 만들기 때문에, 발포형 플라스틱 처리는 가시 부품들에 필요한, 원하는 Class A 표면을 제조할 수 없다.
본 발명은 현재의 제조 능력을 넘어선 발포형 코어 물품의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 Class A 가시 표면을 가지고, 비-가시 후방면 상의 필수 구조 강화물들을 가진 발포형 코어 물품의 제조 방법에 관한 것이다.
표면, 표피 및 코어를 가진 물품을 제조하여 사용하는 방법은 압축성 밀봉부 상에서 제 1 성형부를 폐쇄하는 단계를 포함한다. 상기 밀봉부는 상기 제 1 성형부와 제 2 성형부 사이에서 위치된다. 상기 제 1 밀봉부 및 상기 제 2 밀봉부 각각은 가압가능한 성형 공동을 정의하는 벽을 가진다. 상기 성형 공동은 성형 공동 벽, 주입 포트 및 통풍부(vent)를 가진다. 상기 주입 포트 및 상기 통풍부는 이격된다.
상기 방법은 대기압보다 큰 제 1 압력에서 가압 가스(pressurizing gas)를 사용하여 상기 성형 공동에 압력을 가하는 단계를 더 포함한다. 상기 주입 포트를 통하여, 용융 플라스틱 및 팽창제의 혼합물은 주입된다. 팽창제 가스는 상기 혼합물 내에서 가스 셀들(gas cells)을 형성하기 위해 발생된다. 상기 가스 셀들은 상기 제 1 압력을 초과하는 내부 가스를 가진다. 상기 방법은 제 1 대기 기간을 포함한다. 제 1 기간 후에 제 2 기간 동안, 상기 가압 가스는 상기 가스 셀들의 일부를 파괴시키기에 충분한 통풍 속도를 통하여 통풍되어 파괴된 셀들을 형성한다. 상기 표피는 파괴된 셀들을 사용하여 성형 공동 벽에 인접하여 형성된다. 상기 표피는 상기 혼합물로 채워진 코어 공동을 정의한다. 상기 혼합물은 응고된다. 상기 물품을 제공하기 위해, 상기 제 1 성형부는 상기 제 2 성형부로부터 분리된다.
또 다른 실시예에서, 상기 방법은 제 2 성형부 상에 제 1 성형부를 폐쇄시키는 단계를 포함한다. 상기 제 1 성형부 및 상기 제 2 성형부는 성형 공동 벽, 주입 포트 및 통풍부를 가진 가압가능한 공동을 정의한다. 상기 주입 포트 및 상기 통풍부는 이격된다. 적어도 하나의 성형부는 폭을 가진 립(rib)을 더 포함한다. 상기 성형 공동은 제 1 압력에 가압된다. 플라스틱 성분은 상기 주입 포트를 통하여 상기 성형 공동 내로 주입된다. 팽창제는 혼합물을 형성하기 위해 상기 플라스틱 성분에 제공된다. 상기 팽창제는 상기 플라스틱 성분이 발포하도록 한다. 발포체는 제 1 압력을 초과하는 내부 압력을 가진 가스 셀들을 가진다. 상기 방법은 제 1 기간 동안 대기하는 단계를 포함한다. 상기 성형 공동은 상기 가스 셀들의 내부 압력보다 작은 제 2 압력으로 통풍된다. 상기 제 2 압력은 상기 성형 공동 벽에 접촉하는 표피를 형성하는 소정의 비율로 감소된다. 상기 표피는 두께를 가진다. 상기 표피의 두께에 대한 상기 성형 공동의 립 폭의 비율은 50 % 내지 300 %의 범위에 있다. 상기 표피는 플라스틱 성분 및 팽창제 가스 혼합물로 채워진 코어 공동을 정의한다. 상기 혼합물은 응고된다. 상기 물품을 제공하기 위해, 상기 제 1 성형부는 상기 제 2 성형부로부터 분리된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 방법은 제 1 압력을 가진 제 1 가스를 사용하여 성형 공동을 정의하는 벽을 가진 성형물에 역압을 가하는 단계를 포함한다. 상기 제 1 가스는 분해가능한 팽창제를 포함한 플라스틱 성분을 주입하기 전에, 상기 성형 공동에 제공된다. 상기 팽창제는 분해되어, 제 2 압력을 가진 제 2 가스를 발생시킨다. 상기 제 1 압력은 상기 제 2 압력을 초과한다. 상기 플라스틱 성분은 상기 제 1 압력을 제 3 압력으로 감소시킴으로써, 성형 공동에서 팽창된다. 상기 제 3 압력은 대기압 내지 상기 제 1 압력 미만의 범위에 있다.
동작적인 예들을 제외하고, 또는 명확하게 나타나지 않는 한, 수량, 반응 조건, 또는 사용을 나타내는 본원의 모든 수는 본 발명의 권리 범위를 기술하는 용어 "약"으로 변화되는 것으로서 이해하여야 한다. 언급된 수 제한 내의 실행은 일반적으로 바람직하다. 또한, 반대로 명확하게 언급되지 않는 한:
퍼센트 및 비율 값은 중량으로 나타낸다;
본 발명과 연관하여 주어진 목적에 대해 적합하거나 바람직한 것으로 기술된 물질 군 또는 부류(material group or class)는, 2 개 이상의 이러한 물질들이 혼합될 수 있고 균등하게 적합하거나 바람직하다는 것을 의미한다;
화학 용어에서 기술된 성분들은 본원에서 규정된 조합과 더불어 시간에서의 성분을 언급하고, 혼합된 혼합 성분들 중의 화학 상호작용을 방해하지 않는다; 그리고
약어의 제 1 정의 또는 다른 약자는 본원에서 동일한 약자를 사용하고, 초기에 정의된 약자의 표준 문법 변화로 고쳐야 한다.
상대적으로 크게 성형된 발포체 구조 물품을 형성하는 일 실시예의 방법은 조화된 금형(matched metal mold)에 부가된 팽창제를 가진 용융 플라스틱을 주입하는 단계를 포함한다. 표면 싱크들에 관련된 수축(shrink-related surface sinks)을 최소화하고, 필요한 클램프 힘(clamp force)의 양을 감소시키기 위해서, 상기 물품은 발포형 플라스틱으로 구성된다. 발포 작용은 성형 공동을 완전하게 채우기 위해 주입된 플라스틱의 외부 패킹(external packing)의 필요를 실질적으로 제거한다. 외부 패킹의 필요를 감소 또는 제거는 주입 성형 부품에 대해 필요한 클램프 톤수(clamp tonnage)를 실질적으로 감소시킨다. 낮은 클램프 톤수는, 큰 표면적을 가진 물품이 낮은 기계 클램프 압력으로 성형될 수 있다는 것을 의미한다.
상대적으로 큰 물품의 예는 차량 구성요소이고, 특히, 범퍼 페시아(bumper fascia) 등과 같은 트럭 몸체 구성요소이다. 상기와 같은 부품은 2000 in2(12,900 cm2) 이상일 수 있는 표면적을 가진다. 팽창제 없이, 상기와 같은 부품에 대하여 표준 주입 성형 처리는 적어도 5000 톤(44,500 키로뉴톤(kN))의 클램프 톤수비를 가진 주입 성형 기계의 사용을 필요로 하고, 그리고 반복적이고 극도의 클래핑 압력들을 저항할 수 있는 값비싼 강철 성형의 사용을 필요로 한다. 그리고, 발포형 플라스틱 성형 처리의 이점은 더 값비싼 강철 성형의 필요 없이, 그리고 극도의 기계 클래핑 압력들의 필요 없이, 큰 구조물 부품들을 제조할 수 있다는 점이다. 처리 및 물질의 이 조합은 적어도 100 in2(650 cm2), 500 in2(3225 cm2) 및 1000 in2(6450 cm2) 또는 그 이상의 영역들을 가진 물품을 만들기에 적합하다는 것을 이해하여야 한다.
독창적인 처리의 일 실시예는, #1980HI의 생산 번호를 가진 LYONDELLBASELL SEQUEL #1715와 같은 열가소성 폴리올레핀(thermoplastic polyolefin)(TPO) 등의 성형 수지를 포함하는 플라스틱 매트릭스(plastic matrix)의 특히나 유리한 물질 혼합물을 사용하는 것에 기반한다. 상기 혼합물은 아조-타입의 핵제(azo-type nucleating agent)를 가지는 발열 팽창제와 같은 화학 발포제를 포함한다. 혼합물은 가스 또는 액체의 유체 등의 기계 장치 방식으로 주입된 팽창제를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 팽창제들은 처리의 용융 스트림에서 가스 기포를 발생시키는 역할을 한다. 이러한 성분들이 발포형 용융 스트림을 형성하기 위해 상호작용하는 정도는 용융된 수지에서 발포제의 농축액(concentration)에 따라 달라진다. 이 실시예에 대한 물리적인 속성을 달성하기 위해서, 1% 발포제의 농축액이 사용되어 97%의 전체 물질 밀도를 만들어낸다. 성형 수지 내로 도입된, 즉 분해가능한 화학 방식 또는 기계 방식으로 팽창제의 양을 증가시킴에 따라서, 성형 공동의 성형 수지의 양을 감소시키도록, 핵의 정도(degree of nucleation)에 영향을 줄 수 있고, 내부 패킹 압력의 결과를 얻을 수 있어서, 성형된 부품에서 넓은 범위의 물질 밀도를 달성할 수 있다. 흡열 고체 또는 2 성분(binary) 고체 팽창제가 적합할 수도 있다는 것을 이해하여야 한다.
이 실시예에서, 97%의 전체 부품 밀도는, 400°F(204 C)의 노즐 온도 및 125 °F(52°C)의 성형 온도로, 홉퍼(hopper)에 인접한 영역으로부터 시작하여 성형에 인접한 지역까지 4 개의 지역들 대한 400/410/420/410°F(204/210/216/210°)의 주입 압출기 온도 프로파일을 가진 성형 처리로 달성된다. 테스트 성형은 3/4 인치(1.9 cm) 직경의 유동 채널을 가진 셧-오프 노즐(shut-off nozzle)이 구비된 60 fl. oz.(1775 ㎤) 배럴(barrel)을 가진 500 톤 반 돈 압착(Van Dorn press)에서 진행된다. 이 성형에 대한 베이스라인 클램프 압력(baseline clamp pressure)을 확보하기 위해서, 발포제 없이, Sequel #1715 TPO 성형 수지는, 클램프 압력의 최대 500 톤(4450 kN)이 부품 라인(parting line)에서 플래시(flash) 없이 최대로 가득한 싱크-프리 부품(sink-free part)을 성형하기에 필요하다는 것을 증명하기 위해 성형 공동으로 주입된다. 평방 인치 당 3.0 톤(41 메가 파스칼(MPa))의 클램핑 계수를 사용하여, 약 23.5 in.(60 cm) × 약 7.0 in.(18 cm)의 인출 라인의 풋프린트(line-of-draw footprint)를 가진 부품의 통상적인 직경 계산으로 인해, 500 클램핑 톤(4450 kN) 기계는 이 크기의 부품에 대해 표준 주입 처리를 포함할 필요가 있다.
1 wt%의 Ampacet #701039-H 발열 발포제를 Sequel #1715 TPO 수지에 첨가하면, 클램프 압력의 500 톤(4450 kN)을 이전에 생성한 바와 같이, 기계 클램핑 압력은 100 톤(890 kN)으로 감소되고(80% 감소), 동일한 플래시-프리, 싱크-프리 부품을 달성할 수 있다. 가득차거나 부스트(boost) 압력은 고의로 0으로 유지되거나 또는 매우 낮은 압력으로 유지되어, 발포체의 핵 셀들(nucleating cells)이 가능한 부품 공동벽들 내에서 자유롭게 팽창하도록 한다. 일 실시예에서, 가득 찬 압력은 1 psi(12 Pa)과 약 75 psi(936 Pa) 사이이다. 가득 찬 압력이 0 또는 매우 낮을지라도, 주입된 열가소성 발포체 혼합물은 공동에 연속적으로 채워지는데, 이는, 열가소성 발포체 혼합물이 부품 공동 벽에 이를 때까지, 팽창체로부터 발포성 가스(effervescing gas)에 의해 가해진 외부 압력이 연속적으로 팽창되도록 하기 때문이다.
발포형 수지 성형 처리에 대한 감소된 클래핑 압력은 성형 구현 물질에 대한 필요한 압축력 저항을 더 감소시킨다. 그 결과, 성형 구현 물질은 공구 강철(tool steel)에서 알루미늄 또는 마그네슘계 물질 등의 경량성이고/이거나 낮은 비용의 물질로 전환될 수 있다. 알루미늄은, 예를 들면, 공구 강철보다 상대적으로 높은 열 전도성의 추가적인 이점을 가진다. 증가된 열 전도성은 우수한 열 소산을 통하여 처리 냉각 시간을 감소시키고, 처리에 대한 전반적인 사이클 시간을 단축시키는 역할을 한다. 예를 들면, 알루미늄 수단 성형을 사용하는 것은 다루기에 더 가볍고, 더 손쉽게 기계화가 된다. 개선된 취급 및 기계화는 성형 처리의 경제에 매우 이익적인 효과를 가진다. 그러므로, 발포형 수지 성형 처리는 표준 주입 성형 처리에 대해 실질적인 툴링 이점들(tooling advantages)을 제공한다.
발포형 수지 성형 처리의 또 다른 이점은, 수축 싱크들(shrinkage sinks)로 공통적으로 공지된 주입 성형 물품들에서 표면 변형부들을 최소화시킬 수 있는 발포형 수지 성형 처리의 성능이다. 물품은 종종 2 개의 대향 표면들을 가진다. "A" 표면은 미적으로 장식될 수 있는 가시 표면이다. "B" 표면은 종종 "A" 표면에 대해 우수한 외형으로 형성될 필요는 없다. 고체 열가소성을 사용한 표준 주입 성형 처리에 의해 생성된 물품들에서, 이러한 변형부들은 부류 "A" 표면일 수 있는 평평한 표면 상에서 통상적으로 발생될 수 있다. 이러한 변형부들은 심미적으로 수용가능하지 않을 수 있다. 상기 변형물은, 물품의 단면이 다소 두껍고, 그 결과로 더 큰 질량을 가질 수 있는 특징으로부터 반대 표면 상에 통상적으로 위치된다. 고체 수지로 성형된 물품들의 경우에서, 이러한 더 큰 질량의 영역들은, 둘러싸는 보다 얇은 벽 영역들에 비해 상대적으로 천천히 냉각되는 경향도 가진다. 특별한 이론에 대한 노력을 들일 필요 없이, 싱크 마크(sink marks) 등의 변형부들은, 보다 큰 질량 영역이 더 높은 열을 포함하여 상대적으로 얇은 벽 영역들보다 더 천천히 냉각되기 때문에, 발생될 수 있다. 성형 수지가 성형 수지의 둘러싸는 플라스틱 질량과 함께 열 및 치수 평형 상태로 됨에 따라서, 성형 수지는 상대적으로 더 오랜 기간 동안, 그리고 상대적으로 더 큰 거리에 대해 연속적으로 수축될 수 있다.
발포제를 성형 수지에 첨가함으로써, 수지의 분자 사슬들(molecular chains)은 그들의 상대적으로 얇은 셀룰라 벽들(cellular walls)과 함께 유핵 셀들(nucleated cells)에 의해 방해받는다. 유핵 셀들은 성형 수지의 감소된 수축 강도를 초래할 수 있다. 더 얇은 벽부는 더 두꺼운 벽부들보다 질량이 작고 열이 낮다. 상기 벽부가 더 빠르게 냉각됨에 따라, 벽이 연속적으로 수축되기에 이용가능한 시간은 적게 된다. 분자 수축력을 방해함과 더불어, 유핵 셀들은, 발포체를 만드는 기포를 형성하는 발생된 가스 질소가 용융 수지 매트릭스에 새롭게 형성된 셀을 팽창시키는 경향을 가진 내부 가스 압력의 아주 적은 양(minuscule amount)을 제공한다는 점에서, 수축하는데에 추가적인 방해물을 제공한다. 새롭게 형성된 인접 셀들의 조합된 효과는 셀 벽들의 수축력을 방해하도록 충분한 외부 압력을 발생시킬 수 있다. 유액 셀들의 층의 수축력의 방해는 인접한 표면 상에 표면 싱크들을 제한시킬 수 있다.
발포형 수지 주입 성형 처리는, 완전한 전개형 물품을 달성시키기 위해, 즉 싱크 없이, 공동의 수지의 기계적인 패킹에 의존하지 않는다. 기계적인 수지 패킹을 제거하는 것 및 단지 팽창 수지 발포체의 정상 압력만을 사용하는 것은 주입 지점에서 마지막으로 가득 채워지는 지점까지 정상적으로 존재하는 관련 응력 구배(related stress gradients)를 감소시키거나 제거시킬 수 있다. 팽창 셀 핵 생성(expanding cell nucleation)을 통하여 부품의 국부적인 패킹의 결과에 따라 물품은 최소 응력 구배를 가진다. 성형 물품은 종종, 발포체 물질의 최소 응력으로 인해 뒤틀리게 보이지 않는다. 물품은 또한 물질 유동 통로들을 따라 수축이 적어지려는 경향이 있고, 그러므로, 치수적으로 더 안정화된다.
발포형 수지 주입 성형 처리가 통상, 열적으로 더 효과적이고 비용이 덜 비싼 주입 성형에 가해진 상당히 낮은 클래핑 압력으로 싱크 프리 물품을 만들기 위해 역할하는 반면, 최종 물품은 그의 표면 상에 가득 찬 발포체 수지 매트릭스를 나타내고, 가시 부류(visual class) "A" 표면을 달성하기 위해 고려될 수는 없다. 수축하려는 성형 수지의 경향을 방해하는 동일한 셀 구조는 또한, 성형 수지의 물리적 이행 속성의 일부를 타협하기 위해 역할한다. 열가소성 수지의 고유의 물리적인 속성은 수지 매트릭스에서 분자 간의 분자 근접성에 기반한다. 그러나, 이러한 문제점 모두, 즉, 다공성 표면 및 감소된 물리적인 속성은 발포체 셀들의 내부 압력보다 더 큰 압력을 가진 가스로 성형 공동에 압력을 가함으로써, 어느 정도(some degree)는 극복될 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예에서, 압축성 밀봉부들은, 대기압의 초과 압력을 가진 밀봉된 성형 공동으로부터 가스의 누출을 막기 위해, 필요에 따라, 성형 블럭을 관통하는 다른 슬라이드들(other slides), 코어들, 리프터들(lifters), 인젝터 핀들(ejector pins) 및 부품 라인에서 성형물에 적용된다. 밀봉된 성형 공동은 대기압에 걸친 성형 공동 내부에 압력을 증가시키기 위해 가압 가스를 수용한다. 발포형 용융 수지의 주입은, 성형 공동이 50, 80, 90 psi(625, 1000, 1125 Pa) 내지 120, 150, 및 200 psi(1500, 1875, 및 2500 Pa)으로부터 독립적으로 판별되고 선택된 범위에서 압력에 이를 때까지 지연되어 적용되기에 적합하다. 게이트를 통하여 압력이 가해진 성형 공동 내로의 용융 플라스틱 및 팽창제의 주입 동안에, 성형 공동의 수지 발포체 내에 팽창제 가스의 팽창은 주입 유닛 압출기에 의해, 그 후에 가압 가스의 배압(backpressure)에 의해 상대적으로 최소한으로 남게 되고, 기밀식으로 제어된다. 압력 가스(pressuring gas)는 다음의 대기 기간, 예를 들면, 1.5 초, 5 초, 또는 7 초 이상으로 지속되는 통풍 지연 시간에서 방출되거나 인출될 수 있고, 상기 이 시간 동안에는 가압된 가스가 셀 벽들을 파괴시키는데, 이때 상기 셀 벽들은 이 가압된 가스에 직접 노출되어, 용융 수지로 하여금 함께 유동되게 하도록 하고, 아래에 있는(underlying) 발포형 수지의 상부 상에서 고체 수지의 상대적으로 얇은 벽을 형성한다. 성형 수지 표피(molding resin skin)의 두께가 증가됨에 따라서, 성형 공동의 가압된 가스는 아래에 있는 새로운 셀들을 파괴시키는데 상기 셀들에 덜 이를 수 있어서, 이러한 셀들이 형성되고 성장되도록 한다. 원하는 표피 두께가 달성되면, 감압 기간 동안 압력이 가해진 성형으로부터의 가스의 방출 또는 인출은 예를 들면, 압력 방출 밸브를 통한 제어된 처리, 또는 예를 들면, 대기 통풍을 통한 비제어된 처리 또는 재생 용기 내로의 비제어된 처리일 수 있다. 가스 압력이 주위 레벨로 감소되면, 아래에 있는 발포형 수지는 핵을 이루기 위해 자유롭게 되고, 성형 공동을 채우기 위해 팽창된다. 물품은 하나 이상의 측면 상에 표피들을 가진다는 것을 이해하여야 한다. 표피들은 근접한 임의의 성형 공동 벽 또는 삽입부를 발생시킬 수 있다.
유지 시간의 범위는, 원하는 표피 및 발포체 코어 구조물 분배에 따라서, 1 초, 5 초, 10 초, 16 초, 및 20 초 내지 20 초, 30 초, 40 초, 또는 50 초로부터 독립적으로 선택될 수 있다. 물품이 완전하게 응고되는 유지 시간 후에, 성형물은 개방될 수 있고, 성형 발포체 코어 물품, 예를 들면, 차량 몸체를 위한 상대적으로 큰 부품은 제거될 수 있다. 발포형 몸체는 상대적으로 두꺼운 표피층 및 발포형 코어층을 가진다. 발포형 코어층 두께는 부품 설계에 의해 지시된 바와 같이, 1 mm, 2 mm 및 3 mm보다 크고 50 mm, 40 mm, 30 mm, 20 mm, 10 mm 및 5 mm보다 작은 범위로부터 선택될 수 있다. 표피층은, 발포형 코어층의 셀들이 표피층에서 눈으로 확인되지 못하도록, 또는 분명히 나타내지 못하도록, 충분한 두께를 가진다. 중량 감소의 범위는 1, 2, 및 3 wt % 내지 5, 7, 10, 20 및 30 wt % 보다 큰 범위로부터 독립적으로 선택될 수 있어서, 성형 물품의 필요에 적합하다.
적어도 하나의 일 실시예에서, 역압 가스 통풍(counter-pressure gas venting)은, 슛(shot)이 성형물 내로 완전하게 주입된 후에 약 1.5 초부터 약 10 초 까지의 기간 범위 동안 지연된다. 또 다른 실시예에서, 통풍 지연 시간은 약 3 초 내지 약 8 초이다. 통풍 지연 시간의 프로파일, 가압 가스의 통풍 기간, 및/또는 통풍 기간 동안의 성형물의 역압의 압력 그래프의 프로파일은 최종 물품 구조물, 특히 표피 두께 및 발포형 코어를 평가하는데 도움을 준다. 역압 가압 가스의 압력이 커짐에 따라서, 표피는 더 두꺼워진다. 통풍될 때까지의 대기 기간이 커짐에 따라, 표피는 더 두꺼워진다. 상기 프로파일은 발생된 보이드들(voids)의 직경 및 양의 제어를 통하여 물품들의 증감(gradient) 속성을 설정하도록 사용될 수 있다. 프로파일은 성형 및 부품 설계의 냉각 속성과 연관하여 개발될 필요가 있다. 발포형 수지 주입 성형 처리에 가스 역압을 가함에 따라서, 부류 "A" 레벨에 대해 물품의 미를 개선시키기 위해, 그리고 본래의 비-발포형 열가소성의 대부분의 본래 물리적인 속성을 물품의 일반적인 구조물에 제공하기 위해, 각 측 상의 고체 표피와 함께 낮은 압력 성형 발포체 코어를 가진 물품을 제조할 수 있다.
비-발포형 수지의 물리적인 속성을 거의 모두 회복하는 것과 더불어, 표피의 새로운 개재 구조물/발포체 코어/표피는 개재부의 기하학적인 성질로부터 추가적인 강도를 얻을 수 있다. 이 타입의 구조물은 균등한 수지 중량의 고체부들보다 큰(그러나, 물질 밀도는 감소됨) 굴곡 탄성율(flexural modulus)을 달성시킬 수 있다. 이 굴곡 탄성율은 다음 식으로 계산될 수 있다:
개재 구조물 굴곡 탄성율 α (개재 두께)3
최종 물품의 예는 중심 발포형 코어에 그리고, 상기 코어 주위에 인접한 적어도 1.5 mm 두께의 표피를 가진 트럭 범퍼 페시아이다. 눈으로 볼 수 있는 앞면 표피는 가시 표면(show surface)이고, 이는 "A" 표면으로 언급되고, 중심 발포형 코어에 의해 지지되고, 후방면 표피도 지지하고, 상기 후방면 표피는 "B" 표면으로 언급되고, 그리고 통상 부착 특징을 제공한다. 본 실시예의 표피 및 발포형 코어는 Ampacet #701039-H 화학 발포제 및 내구성 LYONDELL BASELL Sequel #1715 TPO의 1 wt % 혼합물로 성형된 주입이고, 이때, 내구성 LYONDELL BASELL Sequel #1715 TPO은 고속도로 상에서 비롯된 표상 파편(typical of debris)의 충격 지점으로부터 손상에 저항하는 이익을 가진다. 물질 및 방법의 조합의 추가적인 이점은 페시아의 B 측면 상에서 표피-발포체-표피 구조물을 가진 큰 구조적 립들(ribs) 및 장착 보스들(mounting bosses)을 형성할 수 있는 것으로부터 발생된다. 그러나, 페시아 상의 표피로서 고체 성형 수지의 성형 처리 동안의 발생은, 페시아 구조물의 후방 상에서 중량의 구조물 립들에 마주보는 위치에서, 페시아의 고체 표면들에 대한 수축 관련 싱크 문제들을 다시 만들어 낸다. 성형 수지의 고르지 못한 수축은, 큰 구조물 립들 및 "B" 표면 상의 보스로부터 마주보는 싱크 프리 부류 "A" 표면을 가진 구조적인 물품을 생산하기 위해서 해결될 필요가 있다.
대부분의 열가소성 성형 수지 제조업체들은 표준 성형 물품들의 싱크 문제점들을 피하기 위해 TPO에 대하여 약 25%의 벽 재고품 권장물(wall stock recommendations)에 대한 립 크기를 알려왔다. 벽 재고품 두께에 대한 현재 권장된 립의 비율은 사용된 플라스틱에 따라서 45% 만큼 커질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 권장물의 범위를 넘어서서 비율이 증가됨에 따라서, 더 큰 질량의 더 큰 열의 농도는 주위로 더 천천히 연속적으로 냉각되고, 물질 수축은 둘러싸는 얇은 부품들보다는 질량이 더 큰 부품들에서 더 길게 이어진다. 주위 온도에 이르는 최종적인 지연 시간은 앞 표면이 더 길게 그리고 더 안으로 당겨지도록 하고, 이로 인해 표면 왜곡, 예를 들면 싱크 마크를 일으킨다.
Class 8 Heavy Truck Fascia 등의 큰 "B" 표면 구조물들을 가진 구조물 물품들은 발포형 열가소성 올레핀 또는 다른 결정체, 반 결정체 또는 비결정질 성형 수지와 함께 가스 역압을 사용하여 성형될 수 있다. 최종 부품은 약 6 mm의 일반 벽 재고품보다 두껍지만, 1-10 mm의 범위로부터, 또는 약 6 mm 이상의 범위로부터 독립적으로 선택될 수 있다. TPO에 있어서, 벽 재고품에 대한 권장할 만한 립 크기의 비율을 더 초과하는 큰 립들 또한 성형될 수 있다. 비율의 비례 증가는, 다른 플라스틱들이 사용될 시에 독창적인 처리를 이용하여 기대될 수 있다.
역압 및 발포형 TPO의 조합으로, 벽 제고품에 대한 립 크기의 비율은 50% 만큼이나 클 수 있다. 놀랍게도, 립들 상의 필렛들(fillets) 및 성형 표면의 "B" 표면 상의 돌출부들의 사용과 조합할 시에 이 방법 및 이 물질의 조합은, 벽 재고품 두께에 대한 립 폭의 비율이 약 300% 이상일 시에 TPO에 대하여 원하는 Class "A" 표면을 초래한다. 벽 재고품 두께에 대한 립 폭의 비율은 25%, 50% 보다 큰 비율, 또는 75% 내지 1000%, 1000% 미만의 비율, 또는 100%의 비율로부터 독립적으로 선택된 비율로부터의 범위일 수 있다. 특대형 립들의 추가는 페시아의 구조물 완전성, 페시아의 강도 및 단단함 모두를 개선시키는데 도움을 준다. 추가적인 특대형 립은 부품의 후방에도 추가되어 트럭 차대에 상기 부품을 장착하기 위해 사용된 부착 브라켓들(attachment brackets)을 수용한다. 이 조합은 추가적인 단단한 구조물들 또는 버팀대들(braces)이 장착 브라켓들을 넘어서 요구되지 않은 방식으로 설계된 부류 A 페시아에서 이점을 가진다. 이는 추가적인 구조물들의 제조 비용을 절약할 수 있다. 이는 지지물 빔들(backer beams) 등의 개별적인 구성요소의 사용을 피하도록 설계자들에게 도움도 줄 수 있어서, 필요한 구조물 완성을 달성시킨다. 페시아의 치수 안정성이 성형 안내 응력(molding induced stresses)을 제거함으로써 개선될 수 있다는 추가적인 이점을 가진다. 응력의 감소는 특히, 크래킹(cracking) 및 균열 전달에 대해서 페시아의 구조적인 내구성을 증가시킬 수 있다. 이는 특별한 이점을 가질 수 있되, 장착 홀 위치들에서 금속, 플라스틱 또는 비-플라스틱 강화 구성요소들 등의 이물질의 삽입부를 전체적으로 성형(over-molding)할 시에 그러하다.
많은 타입의 중합체들 및 중합체 성분들은 이 처리를 이용하여, 표피 및 발포형 코어층들을 위해 플라스틱 매트릭스로서 사용될 수 있다. 상기 성분들의 비-제한적인 일예들은 열가소성 물질 및 교차 결합된 경량성 열가소성 물질을 포함할 수 있다. 발포형 코어 물품을 위해 선택된 플라스틱들은 그들의 물리적 속성 및 용융 특성에 기반하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 트럭 범퍼 페시아는 상대적인 탄성 물질을 가질 수 있고, 이때 상기 탄성 물질은 차도로부터 일어난 표상 파편의 작은 충격 지점에 대해 내구성이 있는 이점을 가진다. 내구성 플라스틱의 비-제한적인 예들은 비결정형 플라스틱, 올레핀, 열가소성 폴리올레핀(thermoplastic polyolefin) 및 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer)를 포함하는 구조물 발포체를 포함할 수 있다. 이러한 중합체들은 다양한 플라스틱들의 혼합물을 포함할 수 있고, 이뿐 아니라, 강화물들, 그리고 가소제들, 고무 강성제들(rubber tougheners), 접목제들(grafts), 기능적인 필러들(functional fillers) 및 필러들과 같은 추가물을 포함한다는 것을 이해하여야 한다. 성형물의 개방 없이, 동일하거나 서로 다른 플라스틱들 및/또는 팽창제들의 다수의 주입은 본 발명의 기술 사상을 위반함 없이 발생될 수 없다.
수많은 보이드들을 가진 플라스틱 매트릭스를 발생시키기 위해서, 플라스틱이 용융되기 전에 팽창제는 플라스틱에 통상적으로 첨가될 수 있는데, 비록 상기 발포제가 플라스틱 매트릭스의 용융 중 또는 용융 후일지라도 첨가될 수 있더라도 그러하다. 팽창제들은 흡열 고체, 흡열 고체 및 2 성분 고체 등의 화학적 팽창제; 및/또는 플라스틱 매트릭스에, 플라스틱 외피(plastic shell) 내부의 팽창제가 조합된 코어 외피에 주입되거나 용해된 액체, 및/또는 용융된 플라스틱 내로 압력으로 주입되거나 용해된 가스 등의 물리적 팽창제를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 열가소성 물질에 첨가된 발포제의 양은 적용에 따라서, 약 0.5 wt % 또는 그 이상이다. 추가적인 실시예에서, 발포제는 약 1 wt % 또는 그 이상이다.
발열 팽창제의 비-제한적인 예는 발열 발포체 농축액(exothermic foam concentrate)이다. 발포체 농축액은 이종 핵제(heterogeneous nucleating agent)를 포함할 수 있다. 이종 핵제의 예는 Ampacet Corporation에 의한 생산품 #701039-H 등의 화학적 팽창제로서 판매되는 변형 아조디카본아미드(modified azodicarbonamide)(ADC) 등의 아조 타입의 핵제이다. ADC는 질소 가스 대 이산화탄소의 방출로부터 이익을 얻는다. 질소 가스는 상대적으로 낮은 분자 중량을 가져서 더 반응이 잘 일어나게 한다. 질소의 우수한 발포체 속성은 플라스틱 및 ADC의 마스터배치(masterbatch)가 단지 20 wt %만을 사용한다는 것을 의미한다. ADC 대 매우 통상적인 50 wt %의 이산화탄소는 화학적 팽창제들을 발생시킨다. 화학적 팽창제들 및 발열 발포체 농축액은 물리적 팽창제들과 연관하여 사용될 수도 있다. 핵제들의 다른 예들은 활석(talc) 또는 실리카(silica) 등의 미립자 고체를 포함한다.
핵제들은 일반적으로, 핵제들이 사용되지 않을 시보다 상대적으로 미세한 셀 구조로 인도된다. 미세한 셀 구조물은 활석을 사용하여 달성될 수 있는 밀도에 대해 플라스틱 매트릭스의 밀도의 1-15 절대 퍼센트 감소를 초래할 수 있다. 용융 플라스틱에 미세하게 퍼질 시에, ADC는 마이크로-셀룰라 구조를 포함하는 매우 미세한 셀 구조물을 생성할 수 있다. 39% 또는 그 미만의 절대 중량 감소는 아조 유형의 핵제를 사용하여 얻을 수 있다. 전형적으로, 핵제로서 ADC를 사용할 시에, 평균 셀 직경은 약 0.1 mm 내지 약 0.5 mm의 범위일 수 있다. 셀 직경은 역압에 의한 셀 성장의 억압에 의해 더 감소될 수 있다. 셀 크기 범위는 0.035 mm, 0.050 mm, 0.075 mm, 및 0.1 mm 내지 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.7 mm 및 1 mm로 독립적으로 선택될 수 있다.
ADC 등의 핵제를 사용할 시에, 핵제 및 성형의 온도와 함께 용융 플라스틱을 혼합하기 위해 사용된 기계의 온도를 주의 깊게 제어하는 것이 중요하다. 발포체가 형성되기 바로 전에 핵제가 활성화되는 것이 바람직하다. 너무 이른 활성화는 핵제의 효과의 손실을 초래한다. 가스 발생 범위는 165, 170, 180, 또는 200℃ 내지 215, 200, 182, 또는 175℃로 독립적으로 선택될 수 있다. 최대 처리 온도는 230℃ 내지 260℃의 범위일 수 있거나, 또는 플라스틱의 열화 온도(degradation temperature) 보다 10℃만큼이나 낮다. 발포제 농축액 또는 다른 화학적 팽창제는 0.1, 1, 2, 5 wt % 내지 10, 20, 30 wt %으로 독립적으로 선택된 범위에서 매트릭스(감소비(letdown ratio))에 희석될 수 있다. 발포제 농축액 또는 다른 화학적 팽창제가 혼합될 수 있는 플라스틱은 주입 성형 등급 범위에 있을 수 있다. 주입 성형 등급 속성의 예로서, 첨가물 및 팽창제를 첨가하기 전에 용융 지수(melt index)는 방법 ASTM D 1238 조건 L로 계측될 시에 5 내지 100 gm/10 분의 범위일 수 있다.
예 1
TPO 수지, SOLVAY SEQUEL 제품 번호 1715는 플라스틱 수지 매트릭스로서 사용된다. 이 수지는 선형 열 팽창의 낮은 계수를 가진 SEQUEL 번호 1980HI, 공업용 폴리올레핀에 기반한다. 폴리올레핀은 변형 ADC의 약 20%를 포함하는 AMPACET 번호 701039-H에 의해 공급된 발열 화학 형성 작용제의 1 wt.%와 혼합된다.
예 2
PHOENIX PLASTICS는 폴리올레핀을 사용한 마스터배치 공식(masterbatch formulation)을 제공한다. CELL-SPAN 1000은 강한 공유 결합에 필적하는 방향 수소 결합의 공식을 가능케 하는 초분자 화학(supramolecular chemistries)으로 공식화된 폴리올레핀 중합체를 사용한다. CELL-SPAN 제품 라인에서 사용된 발포제는 핵제의 기능을 포함한다. 감소비는 1 중량%이지만, 그러나 0.2 중량% 만큼 작을 수 있다. CELL-SPAN 1000은 흡열 화학 발포제이다. 이는 미세한 셀 직경 구조물 대신에 작은 셀룰라 구조물을 획득할 목적을 가진다.
예 3
TPO 수지 SOLVAY SEQUEL 제품 번호 1980HI는 마스터배치를 형성하기 위해 TECHMER TECHSPERSE 타입의 TRCEN40310ES의 1%와 혼합된다.
예 4
SEQUEL 번호 1715로부터 얻어진 SOLVAY SEQUEL 제품 번호 1980HI으로부터의 TPO 수지는 제어 물질을 포함한다.
예 5
이 예의 물품들, 6 인치 × 8 인치(48 in2, 310 ㎠) 플라그들(plaques)은, [표 1]에 제공된 조건 및 결과와 함께 예 1 , 2, 3 및 4에서 사용된 물질들로 성형된다.
TPO 수지:
Solvay Sequel #1980 HI(Sequel #1715
TECHMER
TRCEN40310ES 		PHOENIX
PLASTICS
CELL - SPAN #1000 		AMPACET
#701039-H
압착 타입&크기 300 톤 반 돈(ton Van Dorn) 300 톤 반 돈 300 톤 반 돈 300 톤 반 돈
클램프 힘: 300 톤 75 톤 75 톤 75 톤
성형 온도: 130 F 110 F 145F 공동/135 코어 125 F
Zonc에 의한 용융 온도: 400/410/420/400 F 400/410/410/410 F 400/410/420/410 F 400/410/420/410 F
슛 크기
(Shot Size):		 6.2 인치 5.6 인치 5.4 인치 6.0 인치
슛 속도: 빠름 4.1 1.34 10.59
사이클 시간: 90 초 80 초 80 초 120 초
가스 Cntr. 압착. N/A 90 psi 50 psi 150 psi
가스 방출 지연시간 N/A 3 초 3 초 3 초
부스트압력
(BoostPressure):		 2000/75 2000/177 2000/322 2000/180
유지 압력: 400 psi 25 psi 5 psi 50 psi
유지 시간: 15 초 20 초 5 초 30 초
배압 80 psi 80 psi 100 psi 100 psi
큐어 시간
(Cure Time)		 60 초 50 초 50 초 55 초
스크류 RPM
(Screw RPM):		 150 150 175 175
용융 제어: 우수 우수 우수 나쁨(drool)
부품 문제: 없음 없음 없음 후팽창 경향
(post blow tendency)
부품 중량:
5.0 ㎜ 0.360 lb. 0.335 lb. 0.355 lb. 0.356 lb.
% 변화 0 -7.00 % - 1.14 % -1.12 %
7.0 ㎜ 0.477 lb. 0.447 lb. 0.465 lb. 0.466 lb.
% 변화 0 -6.30 % -2.50 % -2.30 %
화학 발포제의 사용으로, 클램프 힘은 300 톤 힘(2670 kN) 내지 75 톤 힘(667 kN)으로 감소되거나 또는 약 75%까지 감소된다. 슛 크기는, 발포제가 본래 TPO 제어에 대해 TPO에 첨가될 시에 3 wt % 내지 13 wt %의 범위로 감소된다. 그러나, 슛 시간은 10.59 초까지 증가되고, 1.34 내지 10.59 초의 범위에 있다. 결과적으로, 사이클 시간은 30 초만큼 또는 33% 까지 증가될 수도 있다. 가스 역압은 50 내지 150 psi(349-1034 kPa)의 범위에 있다. 슛 크기, 슛 속도 및 가스 역압의 추가적인 조합이 최종 제품 및 그의 사양에 따라 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
이 세트의 예에서, 역압 가스는 약 3 초 기간에 걸쳐 인출된다. 사이클 시간에 기여하는 유지 시간은 화학 발포제를 사용하여 15 초 또는 100% 만큼이나 증가된다. 예 1로부터의 물질은 유지 시간 이상으로 발포체로 되는 성향을 보인다. 플래그 부품들은 약 1 중량% 내지 약 7 중량%의 감소를 보인다.
예 1 물질을 이용하여, 추가적인 가수 역압은 표피가 셀 구조를 감추기에 충분히 두껍게 하고, Class A를 제공하기에 필요하다는 것은 놀라운 일이다. 증가된 역압은 다른 화학적인 블로운 TPO들(blown TPOs)에 대해 25% 증가 내지 많게는 300% 증가의 범위에 있다. 발포제는 예 2 및 3에 대해 예 1을 사용할 시에 화학 발포제 반응성에서 과감한 차이를 놀랍게 제시했다. 발포체 층은 상대적으로 큰 역압에도 불구하고 연속적으로 발포된다. 이는 내구성을 위한 상대적으로 두꺼운 표피 및 매우 미세한 셀 직경의 상대적으로 균일하게 분배된 발포체 셀들을 가진 플래그 샘플을 초래한다. 셀들은 또한 등방성 형상을 하는 것이 바람직하다.
예 6
발포체 팽창 시도는 예 1로부터의 물질을 사용하여 실행된다. 팽창력 성능을 가진 발포체의 한계를 결정하기 위해서, 5.0 mm 공동은 수지 및 발포체 혼합물을 충분히 채워서 수용가능한 플래그를 생성한다. 그 후에 동일한 슛 볼륨(shot volume)은 7.0 mm 공동 내로 주입되고, 150 psi(1034 kPa)의 가스 역압의 존재에서 그의 고유 한계(natural limits)에 대해 발포체를 가능케 한다. 최종 플래그가 수용가능한 품질인 경우, 슛 크기는, 발포체가 최소 밀도를 달성하고 수용가능한 플래그를 여전히 생성하는 지점 아래로 조정된다. 최종 플래그가 짧은 슛으로 인한 품질에 의해 수용가능하지 않는 경우, 슛 크기는, 발포체가 수용가능한 플래그의 생성에서 최소 밀도를 달성시키는 지점 위로 조정된다. 그 후에 자유-상승 변화(free-rise change)의 정도는 슛 편향을 최초 셋팅(original setting)과 비교함으로써, 계산된다. 결과물은 [표 2]에서 제시된다.
테스트 처리:
5.0 mm 플래그에 대한 슛 크기 계산 = (6.0 / 12) 5 = 2.5 인치 스트로크(inches stroke).
5.0 mm 플래그에 대한 슛 시간 계산 = (10.6 / 12) 5 = 4.42 초 슛.
가스 역압 및 다른 모든 기계적인 셋팅은 이전 것으로 유지됨.
테스트 결과:
2.5 인치 슛에서 0.356 Ib.의 5.0 mm 플래그 중량
2.6 인치 슛에서 0.361 Ib.의 7.0 mm 플래그 중량
2.7 인치 슛에서 0.357 Ib.의 7.0 mm 플래그 중량
2.8 인치 슛에서 0.387 Ib.의 7.0 mm 플래그 중량
2.9 인치 슛에서 0.403 Ib.의 7.0 mm 플래그 중량
3.0 인치 슛에서 0.419 Ib.의 7.0 mm 플래그 중량
3.1 인치 슛에서 0.423 Ib.의 7.0 mm 플래그 중량
3.2 인치 슛에서 0.431 Ib.의 7.0 mm 플래그 중량
3.3 인치 슛에서 0.471 Ib.의 7.0 mm 플래그 중량		 플래그 조건:
매끄러운 표면을 가진 완전 부품(플래시(flash) 없음)
w를 채운 불완전 부품(많은 딤플들(dimples)의 앞 부품 & 뒷 부품)
w를 채운 불완전 부품(많은 딤플들의 앞 부품 & 뒷 부품)
표면 스프레이(surface splay)에서 1.13을 가진 완전 부품(중앙의 69 개의 딤플들)
표면 스프레이에서 0.87을 가진 완전 부품(중앙의 70 개의 딤플들)
표면 스프레이에서 0.50을 가진 완전 부품(중앙의 63 개의 딤플들)
표면 스프레이에서 0.038을 가진 완전 부품(중앙의 57 개의 딤플들)
스프레이를 가지지 않은 완전 부품(중앙 표면의 43 개의 딤플들)
완전 부품, 매끄러운 표면(플래시 없음)
가스 역압 후에 우수한 표면을 가진, 완전하게 발포체로 된 5.0 mm 플래그를 달성하기 위해서, 공동에 채운 양은, 발포체의 셀 구조물이 최대로 되는 지점으로 최소화된다. 셀 구조물이 최대로 되는 지점에서, 상기 부품은 여전히 우수한 표면 외형 및 부품 완전성을 여전히 가져야만 한다. 이 최소한의 노력의 결과로, 추가적인 셀 팽창에 대한 잠재력은 보다 큰 공동 내로의 동일한 슛 크기의 도입이 추가적인 팽창을 만들지 않는 지점으로 감소된다. 결과물은 짧은 슛 부품과 연관된 품질 문제의 검출을 포함한다.
필렛( Fillet ) 물질 결과
필렛 없음 예 4 A-측 표면 상에 싱크 마크
필렛 없음 예 1 예 1보다 A-측 표면 상에 싱크 마크가 거의 없음/필렛 시도 없음.
필렛 예 4 예 1보다 A-측 표면 상에 싱크 마크가 거의 없음/필렛 시도 없음.
필렛 예 1 Class A 표면
놀랍게도, 립들 상의 필렛들 및 성형 표면의 "B" 표면 상의 돌출부들의 사용과 조합할 시에 이 방법 및 이 물질의 조합은 상대적으로 큰 물품 상에서 원하는 Class "A" 표면을 초래한다.
본 발명의 실시예들이 제시되고 기술되었지만, 이러한 실시예들이 본 발명의 가능한 모든 형태를 제시하고 기술하려는 목적을 가지지는 않는다. 오히려, 본원에서 사용된 용어들은 제한보다는 오히려 설명적인 용어이고, 다양한 변화가 본 발명의 기술 사상 및 권리 범위로부터 벗어남 없이 구현될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (20)

  1. 표면, 표피 및 코어를 가진 물품을 제조하여 사용하는 방법에 있어서,
    제 1 성형부 및 제 2 성형부 사이에 배치된 압축성 밀봉부(compressible seal) 상에서, 상기 제 1 성형부를 폐쇄하는 단계(상기 제 1 성형부 및 상기 제 2 성형부 각각은, 성형 공동 벽, 주입 포트 및 통풍부(vent)를 가진 가압가능한 성형 공동을 정의하는 벽을 가짐);
    대기압보다 큰 제 1 압력에서 가압 가스를 사용하여 상기 성형 공동에 압력을 가하는 단계;
    용융 플라스틱 및 팽창제의 혼합물을 포함하는 주입물(injection)을 상기 주입 포트를 통하여 상기 성형 공동 내로 주입시키는 단계;
    상기 혼합물 내에 복수의 가스 셀들을 형성하기 위해 상기 팽창제로부터 팽창제 가스를 발생시키는 단계(상기 복수의 가스 셀들은 상기 제 1 압력보다 낮은 내부 압력을 가짐);
    제 1 기간 동안 대기하는 단계;
    제 2 기간 동안 상기 통풍부를 통해 상기 가압 가스를 통풍시키는 단계(상기 제 1 압력은 제 2 압력으로 감소되고, 상기 제 2 압력은 상기 가스 셀들의 내부 압력보다 작아서, 상기 가압 가스에 인접한 상기 주입물의 복수의 가스 셀들이 팽창되도록 함);
    압력 가스에 인접한 주입물에 상기 복수의 가스 셀들을 파괴시켜서, 파괴된 복수의 가스 셀들을 형성하는 단계;
    파괴된 셀들을 사용하여 상기 성형 공동 벽에 인접한 표피를 형성하는 단계(상기 표피는 코어 공동을 정의함);
    상기 혼합물로 상기 코어 공동을 채우는 단계;
    상기 혼합물을 응고시키는 단계; 및
    상기 물품을 제공하기 위해, 상기 제 2 성형부로부터 상기 제1 성형부를 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면, 표피 및 코어를 가진 물품을 제조하여 사용하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기간은 1.5 초를 초과하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기간은 3 초를 초과하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 표피는 1 내지 10 mm의 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어 공동은 폭을 가진 립을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 표피는 두께를 가지고, 상기 표피 두께에 대한 상기 립의 비율은 25 % 내지 1000 %의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽창제는 발열 팽창제인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 발열 팽창제는 이종 핵제인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이종 핵제는 아조-타입 핵제인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 아조-타입 핵제는 상기 혼합물의 20 wt.% 내지 40 wt.%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 표면, 표피 및 코어를 가진 물품을 제조하여 사용하는 방법에 있어서,
    제 2 성형부 상에 제 1 성형부를 폐쇄하는 단계;
    (상기 제 1 성형부 및 상기 제 2 성형부는 성형 공동 벽, 적어도 하나의 주입 포트 및 통풍부를 가진 가압가능한 성형 공동을 정의하고, 상기 주입 포트 및 상기 통풍부는 이격되고, 적어도 하나의 성형부는 폭을 가진 립을 더 포함함);
    제 1 압력에서 상기 성형 공동에 압력을 가하는 단계;
    플라스틱 성분 및 팽창제를 적어도 하나의 주입 포트를 통하여 상기 성형 공동 내로 주입시키는 단계;
    상기 플라스틱 성분을 발포시키는 단계(foaming)(상기 발포체는 복수의 가스 셀들을 가지고, 각각의 가스 셀은 대기압 이상 내지 상기 1 압력 미만의 내부 압력 범위를 가짐);
    제 1 기간 동안 대기하는 단계;
    상기 가스 셀들의 내부 압력보다 작은 제 2 압력으로 상기 성형 공동을 통풍시키는 단계;
    상기 성형 공동 벽에 접촉하는 표피를 형성하는 소정의 비율로 상기 제 2 압력을 감소시키는 단계(상기 표피는 두께를 가지고, 상기 표피의 두께에 대한 상기 성형 공동의 립 폭의 비율은 50 % 내지 300 %의 범위에 있고, 상기 표피는 코어 공동을 정의함);
    상기 플라스틱 성분 및 팽창제 가스 혼합물로 상기 코어 공동을 채우는 단계;
    상기 혼합물을 응고시키는 단계; 및
    상기 물품을 제공하기 위해, 상기 제 2 성형부로부터 상기 제 1 성형부를 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면, 표피 및 코어를 가진 물품을 제조하여 사용하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 압력은 625 Pa 내지 2500 Pa의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 성형 공동은 650 ㎠ 내지 6,450 ㎠의 크기의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 3,225 ㎠ 내지 12,900 ㎠의 범위의 표면적을 가진 물품에 있어서,
    상기 물품은 제 11 항의 방법에 의해 만들어진 주입-성형된 물품(상기 물품에는 가시 표면(show surface) 상의 싱크 마크들(sink marks)이 실질적으로 없음)을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 응고된 혼합물은 0.035 mm 내지 1 mm의 크기 범위를 가진 가스 셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 응고된 혼합물은 0.050 mm 내지 0.3 mm의 크기 범위를 가진 가스 셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 팽창제는 아조디카본아미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 플라스틱은 폴리올레핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 표면, 표피 및 코어를 가진 물품을 제조하여 사용하는 방법에 있어서,
    제 1 압력을 가진 제 1 가스를 사용하여 성형 공동을 정의하는 벽을 가진 성명물에 역압을 가하는 단계(counterpressuring)(상기 제 1 가스는 분해가능한 팽창제를 포함한 플라스틱 성분을 주입하기 전에, 상기 성형 공동에 제공됨);
    주입된 플라스틱에 상기 팽창체를 분해시킴으로써 형성된 가스를 사용하여 상기 성형 공동에서 제 2 압력을 가진 제 2 가스를 발생시키는 단계(상기 제 1 압력은 상기 제 2 압력을 초과함); 및
    상기 제 2 압력을 제 3 압력으로 감소시킴으로써, 상기 성형 공동에서 상기 플라스틱 성분을 팽창시키는 단계(상기 제 3 압력은 대기압 내지 상기 제 1 압력 미만의 범위에 있음)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면, 표피 및 코어를 가진 물품을 제조하여 사용하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 2 가스 압력은 62 Pa 내지 2500 Pa의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
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