KR20140027244A - 사출 성형 방법 - Google Patents

Abstract

사출 성형 장치 (10) 의 가열 실린더 (13) 의 선단부에 압력 센서 (27) 를 장착한다. 계량 공정 중에, 투입구 (28) 에 연속되는 호퍼 (40) 에, 정량 피더 (52, 54) 로부터 입체상의 바이오매스 수지 (45) 와 분체상의 첨가제 (46) 를 소량씩 공급한다. 투입구 (28) 바로 아래에서는 가열 실린더 (13) 내의 공간에 간극을 남기면서 재료가 시간적으로 분산되어 공급된다. 컨트롤러 (25) 는 압력 센서 (27) 에서 검지한 압력값에 기초하여 스크루 (14) 의 후퇴력 PJ 를 산출하고, 이것에 계수 K (1.2 ∼ 2.0) 를 곱한 힘이 스크루 (14) 에 가해지는 전진력 PH 가 되도록 구동 장치 (18) 를 제어한다.

Description

사출 성형 방법{INJECTION MOLDING METHOD}

본 발명은 계량 기능을 갖는 스크루를 사용하여, 용융 성형 재료를 금형 내에 주입하는 사출 성형 방법에 관한 것이다.

플라스틱 성형의 대표적인 것으로서 사출 성형 방법이 널리 알려져 있다. 이 사출 성형 방법에서는, 가열 실린더 내에 스크루를 배치한 사출 성형기와, 수형과 암형로 이루어지는 금형이 사용된다. 일반적인 사출 성형 방법에서는 계량 공정 (가소화 계량 공정이라고도 부른다), 형 체결 공정, 사출 충전 공정, 압력 유지, 및 냉각 공정 및 이형 취출 공정이 순차적으로 실행된다.

계량 공정에서는, 플라스틱을 주성분으로 하는 성형 재료가 가열 실린더 내에 공급된다. 성형 재료는 가열 실린더로부터의 가열과 스크루 회전에 의한 마찰열에 의해 용융되면서, 실린더 선단을 향하여 보내진다. 이 용융 성형 재료는, 노즐로부터 유출되지 않는 상태에서, 실린더 선단에 저류된다. 용융 성형 재료의 저류량이 증가하면, 회전 중인 스크루가 후방으로 가압되어, 노즐과 반대 방향을 향하여 후퇴한다. 이 스크루의 후퇴 위치로부터, 용융 성형 재료의 저류량이 계측된다. 스크루가 소정의 후퇴 위치까지 되돌아가면, 스크루의 회전이 정지하여, 계량 공정이 종료된다.

다음으로, 수형과 암형을 조합하여 형 체결을 하고 나서, 가열 실린더의 선단에 있는 노즐을 금형의 게이트에 접속한다. 스크루의 회전을 정지한 상태에서, 실린더 선단을 향하여 이동함으로써, 용융된 성형 재료를 높은 압력으로 금형 내의 캐비티에 사출 충전한다. 이 사출 충전 후에도 금형 내의 용융 성형 재료가 소정의 압력으로 유지되도록, 노즐을 금형의 게이트에 눌러 닿게 한 채로 하여 압력을 유지한다. 그 후, 금형을 냉각시켜, 성형품을 고화한다. 마지막으로, 금형을 수형과 암형으로 분리하여, 성형품을 꺼낸다.

계량 공정에서는 호퍼 내의 성형 재료가 가열 실린더에 공급된다. 이 호퍼 내에는 1 회의 사출 성형에 필요한 성형 재료를 상회하는 충분한 양의 성형 재료가 수납되어, 성형 재료가 자중 (自重) 에 의해 순차적으로 가열 실린더 내에 공급된다. 그리고, 스크루의 이송량에 맞춰 성형 재료를 자중에 의해 호퍼로부터 가열 실린더 내에 공급하여, 가열 실린더 내가 성형 재료로 항상 충만 상태가 되는 공급 방법 (노멀 공급 방법이라고 부른다) 이 보통으로 사용된다.

가열 실린더 내에 공급된 성형 재료는 용융·교반되어, 용융 성형 재료로서 실린더 선단의 액 고임부를 향하여 보내진다. 이 용융 성형 재료는, 샷 오프 노즐 (니들상의 밸브를 장비한 노즐) 등에 의해 노즐 선단으로부터의 누설이 저지되기 때문에, 액 고임부에 모여 간다. 이 용융 성형 재료의 저류에 따라, 스크루가 그 압력을 받아 후퇴한다.

스크루가 후퇴할 때, 스크루는 가열 실린더 선단에 충만한 성형 재료의 압력을 받아 후퇴한다. 여기서, 스크루의 회전수가 높을수록 가열 실린더 내에서의 성형 재료의 이송량이 커지므로, 초기 위치 (전진 위치) 로부터 특정 위치까지 스크루가 후퇴할 때까지의 시간 (계량 시간) 이 짧아진다. 한편, 스크루의 회전수가 낮을수록 성형 재료의 이송량이 작아지기 때문에, 계량 시간이 길어진다. 또한, 스크루 회전수가 일정한 경우에는, 스크루가 후단측으로부터 받는 압력을 낮게 설정할수록 스크루가 빠르게 후퇴하므로 계량 시간이 짧아지고, 높을수록 계량 시간이 길어진다.

계량 공정에 있어서, 용융 성형 재료가 스크루와 함께 회전 (「공회전」이라고 부른다) 하면, 용융 성형 재료를 액이 고인 곳으로 반송할 수 없다. 용융 성형 재료가 반송되려면, 용융 성형 재료와 실린더 내벽의 마찰에 의해, 용융 성형 재료가 스크루의 회전보다 늦게 회전하거나, 또는 회전하지 않는 (모두 스크루와의 위치 관계가 바뀌는) 것이 필요하다.

그러나, 용융 성형 재료가 고밀도화되거나 마찰이 큰 것이면, 용융 성형 재료가 실린더 내벽에 압착되었을 때에, 실린더 내벽에 첩부 (貼付) 되어 이동하기 어려운 상태가 발생한다. 그 결과, 스크루가 용융 성형 재료를 누르려고 할 때에, 실린더 내벽에 첩부된 용융 성형 재료의 저항에 져, 스크루 자체가 후퇴하는 경우가 있다 (이것을 「나사 빠짐 현상」이라고 부른다). 이것은 실린더 내벽에 첩부된 용융 성형 재료가 너트로, 그리고 스크루가 볼트로서 기능하여, 스크루만이 후퇴하도록 작용한다.

용융 성형 재료가 완전히 실린더 내벽에 첩부되어 있으면, 스크루는 그 저항에 의해 후퇴하어, 액 고임부의 용융 성형 재료의 압력을 높일 수 없다. 그러나, 통상적으로 실시되고 있는 사출 성형에서는, 용융 성형 재료가 스크루와 「공회전」하지 않는 정도의 적당한 마찰에 의해, 실린더 내벽에 첩부되지 않고 하류로 반송되도록 스크루의 구조나, 성형 조건이 선정된다.

일본 공개특허공보 2003-211508호에는 스크루의 후퇴력과 전진력을 제어하여, 내부 변형 등이 발생하지 않는 고품질의 성형품을 제조 가능하게 하는 사출 성형기가 기재되어 있다. 이 사출 성형기에서는, 계량 공정에서는 성형 재료가 일정한 비율로 가열 실린더에 공급되고, 그리고 가열 실린더 내에서 스크루가 일정 속도로 회전하고 있고, 용융된 성형 재료를 가열 실린더 선단의 액 고임부를 향하여 보낸다. 액 고임부에는 용융 수지 압력을 측정하는 압력 센서가 배치되어 있다. 수지 압력을 압력 센서로 감시하면서, 수지 압력이 소정값으로 유지되도록, 스크루의 축 방향의 위치를 조정하여, 액 고임부의 용적을 조정한다. 이와 함께, 수지 압력은 연산부에 보내져, 스크루의 단면적을 사용하여, 스크루의 선단에 작용하는 후퇴력이 산출된다. 서보 모터는 후퇴력과 동일한 크기의 전진력을 발생시켜, 스크루의 후단을 가압한다. 이로써, 계량 공정 등에 의해 스크루의 후퇴력과 전진력의 밸런스를 유지시키고 있다.

일본 공개특허공보 2006-272867호에는 사출·압력 유지 공정 중에, 수지 압력의 이상에 의해, 금형이나 스크루가 파손되지 않도록 한 사출 성형기가 기재되어 있다. 이 사출 성형기는 액 고임부에 수지압 센서가 배치되어 있다. 또, 스크루의 후단에 작용하는 배압 센서 (로드 셀) 가 형성되어 있다. 컨트롤러는 사출·압력 유지 공정 중에, 수지압 센서로 측정한 수지압과, 배압 센서로 측정한 배압값을 비교하여, 2 개의 측정값의 차이가 허용 범위 내인 경우에는, 사출·압력 유지 공정을 속행시키고, 허용 범위 외인 때에는 사출·압력 유지 공정을 강제 종료하여, 금형 등의 파손을 방지한다.

그런데, 자연 환경에 대한 부담을 경감시키는 방법으로서 석유계의 수지 재료 대신에 식물 등의 생물 유래의 수지 재료를 사용하는 것이 여러 가지 분야에서 시도되고 있다. 이와 같은 수지 재료는 바이오매스 수지 (바이오 플라스틱) 라고도 하고, 그 중에서도 폴리락트산 수지 (PLA) 나 셀룰로오스계 수지는 카본 뉴트럴이라는 점에서 그 실용화가 검토되고 있다. 그러나, 바이오매스 수지로 만들어진 성형품의 상당수는, 일반 수지의 성형품과 비교하여 내열성이 부족하여, 성형품이 불타기 쉽다는 난점이 있다.

바이오매스 수지의 내열성이나 난연성은, 첨가제의 혼입에 의해 개선시키는 것이 가능하다. 일반 수지의 경우에는, 주성분이 되는 베이스 수지에 목적에 따른 각종의 첨가제를 혼입시킬 때에는, 이들 재료를 혼련기에 일제히 투입하고, 충분히 혼합·분산시킨 다음 입체상의 펠릿 재료로 하고 있다. 그리고, 이렇게 하여 얻은 펠릿 재료를 사출 성형기에 투입하여 성형을 실시하면 된다. 이 점, 베이스 수지로서 바이오매스 수지를 사용하는 경우, 성형품의 난연성을 개선시키려면 분체상의 첨가제가 불가결하고, 이들 첨가제의 상당수는 바이오매스 수지와 함께 혼련기에 일제히 투입해도 충분한 혼합·분산 작용을 얻는 것이 어렵다. 이 때문에, 먼저 주성분인 바이오매스 수지를 단독으로 펠릿화해 두고, 그 후에 이 펠릿과 첨가제를 혼련기에 투입하고 충분히 혼합·분산시켜 재펠릿화할 필요가 있다.

따라서, 사출 성형 공정도 포함하면, 원래 내열성이 부족한 바이오매스 수지에 대해 3 회의 가열 처리가 가해지고, 이러한 열 이력에 의해 분자량의 저하나 착색 등이 발생하여 성형품의 품질을 현저하게 열화시키는 원인이 된다. 열 이력의 횟수를 줄이려면, 이미 펠릿화되어 있는 바이오매스 수지에 첨가제를 혼합하여 재펠릿화하는 혼련 처리를 멈추고, 바이오매스 수지의 펠릿과 함께 분체상의 각종 첨가제를 그대로 사출 성형기의 실린더에 공급하면 된다. 이 수법은 「직접 재료 투입 혼련 성형법 (Direct Mixing：DM 성형법)」으로서 이용되고 있고, 복수 종류의 성형 재료를 블렌드하여 펠릿화하는 전처리를 필요로 하지 않는다. 이로써, 성형 재료의 열 이력을 줄여 성형품의 품질을 높게 유지하고, 또한 공정 비용의 저감도 도모할 수 있다.

상기 서술한 바와 같이, 예를 들어 내열성이 개선된 바이오매스 수지로 고품질의 성형품을 얻으려면, 주성분이 되는 입체상의 베이스 수지에 더하고, 내열성을 높이기 위한 분체상의 첨가제를 직접적으로 사출 성형기에 투입하는 DM 성형법이 유리하다. 그러나, 내열성을 높이기 위한 첨가제는, 일반적으로 기계적 강도를 저하시키기 때문에, 이것을 보충하기 위해서 분체상의 첨가제나 상용제 등의 첨가제도 병용된다.

이와 같이, 입체상의 베이스 수지에 대해 분체상의 첨가제를 조합하여 DM 성형을 실시하는 경우에는, 사출 성형기의 실린더 내에서 입체상, 분체상 등의 이종의 재료를 충분히 혼련·분산시키는 것이 어려워진다. 특히, 분체상 재료의 비율이 30 ％ 를 초과하게 되면, 입체상 재료와 분체상 재료의 혼련·분산에 불균일이 생기기 쉬워진다. 재료의 혼련·분산 불균일은 재료와 실린더 내벽 사이의 마찰을 변동시키는 요인이 되고, 계량 공정에도 악영향을 미쳐 성형품의 중량이나 물성에 편차를 발생시키는 결과가 된다.

본 발명은, 펠릿과 같은 입체상 재료와 함께 분체상 재료를 사출 성형기에 직접 공급해도, 이들 성형 재료를 실린더 내에서 충분히 혼합함과 함께 안정적인 계량이 실시되도록 하여 품질이 안정적인 성형품이 얻어지는 사출 성형 방법을 제안한다.

본 발명에 의한 사출 성형 방법은, 베이스 수지가 되는 입체상 재료와 분체상의 첨가제를 포함하는 복수의 재료로 이루어지는 성형 재료를 투입구로부터 가열 실린더 내에 공급하고, 가열 실린더의 내부에서 스크루를 회전시켜 성형 재료를 실린더 내에서 혼련 분산하면서 실린더 선단부에 보내 저장한다. 저장된 성형 재료로부터의 가압력에 의해 스크루가 후퇴하고, 계량 설정 위치까지 후퇴했을 때에 계량이 종료되고, 그 후 스크루를 전진시켜 재료를 금형 중에 높은 압력으로 밀어 넣어 사출 성형이 실시된다. 계량을 실시할 때에 실린더 선단부에 저장된 성형 재료로부터의 압력이 검출된다. 검출된 압력값에 대응하여 정해지는 스크루의 후퇴력에, 1.2 ∼ 2.0 의 범위로부터 미리 설정된 계수를 곱한 작용력을 스크루에 전진력으로서 가한 상태에서 계량이 실시된다. 성형 재료는 투입구로부터 간헐적으로 투입되는 제한 공급에 의해 실시되고, 투입구의 바로 아래에서는 가열 실린더의 내벽과 스크루 사이에 형성되는 성형 재료의 이송 공간에 간극을 남기면서 성형 재료가 공급된다. 이 제한 공급에 의해, 계량에 필요로 하는 시간을, 투입구의 바로 아래에서 가열 실린더의 내벽과 스크루 사이에 형성되는 성형 재료의 이송 공간을 조밀하게 채우면서 입체상 재료를 충전 공급할 때의 표준 계량 시간보다 길게 한다.

본 발명의 계량 시간은 전술한 표준 계량 시간에 대해 1.5 배 ∼ 3 배의 계량 시간으로 하는 것이 바람직하다. 이 범위의 하한보다 짧은 계량 시간에서는 입체상의 베이스 수지와 분체상의 첨가재 등의 혼련이 부족해지기 쉬워지고, 상한보다 긴 계량 시간에서는 성형 재료, 특히 분말상의 첨가제의 열 열화가 염려된다. 이러한 조건은 특히, 분체상의 첨가물의 비율이 입체상 재료의 30 중량％ 이상인 경우에 적합하다.

구체적인 예로는, 베이스 수지로서 폴리락트산 수지 또는 셀룰로오스계 수지, 첨가물로서 난연제 또는 상용화제를 사용할 수 있다. 이들 성형 재료의 공급을 시간적으로 분산시켜 소량씩 공급하는 제한 공급을 실시할 때에는, 입체상의 베이스 수지와 분체상의 첨가제를 가열 실린더 내에 소량씩 연속 공급하는 수법, 또 이들 재료를 실린더에 간헐적으로 공급하는 수법, 입체상의 베이스 수지와 분체상의 첨가제를 교대로 공급하는 수법 등이 있다. 또, 성형 사이클은 계량 공정과 형 체결 공정과 사출 충전 공정과 압력 유지 냉각 공정과 이형 취출 공정을 갖고, 압력 유지 냉각 공정 개시부터 이형 취출 공정 종료까지의 사이에 성형 재료의 계량이 실시된다.

본 발명에 의하면, 입체상, 분체상이라고 하는 이종의 재료를 충분히 혼련하지 않은 채, 직접적으로 사출 성형기의 실린더에 공급하여 성형을 실시한 경우라도, 중량에 큰 편차가 없고, 품질이 안정적인 성형품이 얻어진다. 또한, 본 발명 방법은 펠릿의 형상이나 공급 상태에 따라서는 실린더 내벽의 수지 저항이 크게 변화하는 엘라스토머 등의 펠릿 재료에도 유효하다.

도 1 은 본 발명의 사출 성형 방법을 실시하는 사출 성형 장치의 개략 구성 도이다.
도 2 는 스크루의 존 구성을 설명하는 도면이다.
도 3 은 사출 성형 사이클을 설명하는 도면이다.
도 4 는 계량 공정의 도중에 있어서의 스크루의 위치를 설명하는 도면이다.
도 5 는 계량 공정 종료시에 있어서의 스크루의 위치를 설명하는 도면이다.
도 6 은 사출·충전 공정에 있어서의 스크루의 위치를 설명하는 도면이다.
도 7 은 형 개방 및 계량 공정에 있어서의 스크루의 위치를 설명하는 도면이다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명 방법에 바람직하게 사용되는 인라인 스크루형의 사출 성형 장치 (10) 는, 선단에 노즐 (12) 을 갖는 가열 실린더 (13) 를 구비하고, 그 중에 스크루 (14) 가 회전 가능하게 배치 형성된다. 스크루 (14) 의 후단에는, 스크루 (14) 를 회전시키는 모터 (16) 와, 스크루 (14) 를 축 방향 (도 1 의 좌우 방향) 으로 이동시키는 피스톤 (17) 을 구비한 구동 장치 (18) 가 형성된다. 피스톤 (17) 에는 배압 센서 (21) 와 위치 센서 (22) 가 형성된다. 배압 센서 (21) 는 계량 공정에 있어서 스크루 (14) 가 후퇴할 때의 저항력을 발생시키는 배압을 검출한다. 위치 센서 (22) 는 스크루 (14) 의 후퇴 위치, 즉 계량 완료 위치를 검출한다. 이들의 검출 결과는 컨트롤러 (25) 에 입력된다.

구동 장치 (18) 는, 컨트롤러 (25) 와 협동하여 피스톤 (17) 의 배압을 제어하는 기능을 구비한다. 이 때문에, 구동 장치 (18) 에는 컨트롤러 (25) 로부터의 지령을 받아 온/오프 제어되는 펌프 (19a), 조압 (調壓) 장치 (20), 서보 밸브 (20a) 가 형성되어 있다. 펌프 (19a) 는 피스톤 (17) 에 배압에 따라 탱크 (19) 로부터 에어 공급을 실시한다. 조압 장치 (20) 는 컨트롤러 (25) 로부터의 설정 지시에 따라 피스톤 (17) 의 배압을 설정한다. 서보 밸브 (20a) 는 배압 센서 (21) 에서 검출된 배압값에 따라 컨트롤러 (25) 로부터 보내지는 제어 신호에 기초하여, 조압 장치 (20) 에서 설정된 배압이 유지되도록 피드백 제어된다.

가열 실린더 (13) 의 외주에는 히터 (26) 가 권회하여 형성되고, 가열 실린더 (13) 의 내부에 공급된 성형 재료를 가소화에 필요한 소정의 온도에서 가열한다. 성형용 금형 (30) 은 내부에 캐비티 (31) 가 형성된 고정형 (32) 과 가동형 (33) 으로 구성되고, 고정형 (32) 의 스프루 (34) 에 노즐 (12) 의 선단이 접속된다. 또, 피스톤 (17) 이 스크루 (14) 를 도 1 의 좌측 방향 (전진 방향) 으로 가압하여 이동시켜 사출 동작이 실시되고, 용융된 수지가 소정의 압력에 의해 노즐 (12) 을 통해 성형용 금형 (30) 으로 사출된다.

가열 실린더 (13) 의 길이 방향에 있어서의 후단측에 투입구 (28) 가 형성되고, 이 투입구 (28) 의 상방에 호퍼 (40) 가 장착되어 있다. 호퍼 (40) 의 상방에 재료 공급 장치 (50) 가 형성되고, 이 재료 공급 장치 (50) 로부터 공급되는 성형 재료가 호퍼 (40), 투입구 (28) 를 통해 가열 실린더 (13) 내에 공급된다. 재료 공급 장치 (50) 는 드럼 (51, 53) 을 구비하고, 드럼 (51) 에는 성형 재료의 주성분이 되는 베이스 수지로서 입체상 재료인 바이오매스 수지 (45) 가 투입되고, 드럼 (53) 에는 분체상 재료인 첨가물 (46) 이 투입된다.

드럼 (51, 53) 의 출구에는 계량 피더 (52, 54) 가 형성되고, 각각의 계량 피더 (52, 54) 로부터 계량이 끝난 바이오매스 수지 (45), 첨가물 (46) 이 호퍼 (40) 에 공급된다. 펠릿이라고 칭해지는 입체상의 일반적인 성형 재료를 가열 실린더 (13) 에 공급하는 경우에는, 성형 재료는 자중에 의해 중간에 끊어지지 않고 호퍼 (40) 에 공급되는 것이 표준이다. 이 때문에, 투입구 (28) 의 바로 아래에서는 가열 실린더 (13) 의 내벽과 스크루 (14) 사이에 형성되는 공간에는 거의 간극이 발생하지 않도록 성형 재료가 조밀하게 충전된다.

이에 대하여, 이 실시형태에서는 바이오매스 수지 (45), 첨가물 (46) 의 각각은 계량 피더 (52, 54) 에 의해 일정량이 계량된 후, 각각이 시간을 들여 조금씩 호퍼 (40) 에 공급된다. 구체적으로는 스크루 (14) 가 회전하여 계량 공정이 개시되는 시점으로부터, 스크루 (14) 가 정지하여 계량 공정이 종료될 때까지의 동안에, 일정량의 바이오매스 수지 (45), 첨가물 (46) 은 시간적으로 분산되어 호퍼 (40) 에 공급되게 된다. 이 때문에, 투입구 (28) 의 바로 아래에서는 가열 실린더 (13) 의 내벽과 스크루 (14) 사이에 형성되는 성형 재료의 이송 공간에 간극을 발생시키면서 바이오매스 수지 (45) 와 첨가물 (46) 이 공급된다.

또한, 계량 피더 (52, 54) 로부터 바이오매스 수지 (45) 와 첨가물 (46) 을 호퍼 (40) 에 공급할 때에는, 계량 공정 기간 중에 각각을 소량씩 동시에 연속적으로 공급하거나, 혹은 계량 공정 기간 중에 각각을 동시에 조금씩 간헐적으로 공급하거나, 나아가서는 소량씩 교대로 공급하거나 해도 된다. 계량 피더로는, 성형 재료의 공급에 지장이 없으면 특별히 제한은 없고, 스크루 피더, 진동식 피더, 포켓형 정용량 절출식 피더, 테이블 피더나, 써클 피더 등을 사용할 수 있다.

컨트롤러 (25) 에는 성형 재료의 종류 (수지의 종류나 첨가물의 종류 등), 재료의 형상 (분체, 입체, 액체, 펠릿), 혼합 비율 (베이스 수지와 첨가물의 비율), 사출 성형 조건 (1 숏의 사출량, 실린더의 가열 온도, 스크루의 회전수, 배압 설정값 등) 등의 모든 인자에 따라, 성형 재료가 균일 또한 충분히 혼련되기 위한 필요 혼련 시간 데이터가 입력되고 있다. 이 필요 혼련 시간 데이터는 미리 예비 시험 등에 의해 얻어진 것이 사용된다. 또, 계량 시간이 필요 혼련 시간 이상이 되도록, 계량 시간에 대한 계량 피더 (52, 54) 에 있어서의 성형 재료의 단위 시간당 공급량이 입력되고 있다.

컨트롤러 (25) 는 실린더 선단부에 있는 압력 센서 (27), 배압 센서 (21), 위치 센서 (22) 로부터의 정보에 의해 최초의 성형 스타트시와 전의 성형이 압력 유지 냉각 공정에 들어간 것을 확인한 후, 계량 피더 (52, 54) 로부터 각각의 성형 재료를 선택된 공급 프로그램에 따라 호퍼 (40) 에 공급하기 시작한다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 가열 실린더 (13) 내의 스크루 (14) 는, 투입구 (28) 측으로부터 순서대로 공급 존 (41), 압축 존 (42), 계량 존 (43) 의 3 존으로 구분된다. 계량 공정이 개시되는 시점에서는, 투입구 (28) 의 바로 아래에 계량 존 (43) 이 위치하고 있다. 호퍼 (40) 에 투입된 성형 재료는 투입구 (28) 로부터 공급 존 (41) 에 공급되고, 스크루 (14) 의 회전에 의해 가열 실린더 (13) 내를 스크루 선단측으로 반송된다. 가열 실린더 (13) 내를 반송되는 성형 재료는 회전하는 스크루 (14) 의 표면과 가열 실린더 (13) 의 내벽 사이에서 발생하는 전단열 및 가열 실린더 (13) 의 외주에 형성된 히터 (26) 로부터의 열에 의해 서서히 용융된다.

압축 존 (42) 에 있어서 성형 재료의 용융 혼련이 개시되고, 용융 혼련된 성형 수지가 더욱 선단측으로 반송되어 계량 존 (43) 에 이른다. 가열 실린더 (13) 의 선단부 내벽에 압력 센서 (27) 가 형성되고, 모인 용융 수지의 압력이 검출된다. 검출된 압력값은 컨트롤러 (25) 로 송신된다. 그리고, 용융 혼련된 성형 재료가 실린더 선단부 (15) 에 모이는 것에 수반하여, 스크루 (14) 는 그 압력을 받아 후퇴하여, 계량 설정 위치 (도 5 참조) 에 도달하면 모터 (16) 의 회전이 정지되고 후퇴도 정지한다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 사출 성형 사이클은 계량 공정, 형 체결 공정, 사출 충전 공정, 압력 유지 냉각 공정, 이형 취출 공정의 반복으로 되어 있다. 계량 공정에서는, 모터 (16) 의 구동에 의해 가열 실린더 (13) 내에서 스크루 (14) 가 회전한다. 계량 공정의 개시와 함께 호퍼 (40) 를 통해 가열 실린더 (13) 에 성형 재료가 공급되고 있기 때문에, 성형 재료는 스크루 (14) 의 회전에 의해 혼련·용융 (가소화) 되면서 실린더 선단측으로 보내져, 서서히 실린더 선단부 (15) 에 저장된다 (도 4 참조).

실린더 선단부 (15) 에 있어서의 성형 재료의 저장량이 증가함에 따라, 저장된 성형 재료 자체의 압력에 기초하는 후퇴력이 스크루 (14) 에 가해진다. 이 때문에, 스크루 (14) 는 회전하면서 후퇴하고, 미리 설정된 계량 설정 위치까지 후퇴한 것이 위치 센서 (22) 에 의해 검지되면, 모터 (16) 가 정지하고, 동시에 스크루 (14) 의 회전 및 후퇴도 정지하여 1 회의 계량을 종료한다 (도 5). 이 계량 공정에 필요로 하는 시간이 계량 시간이다.

형 체결 공정은 형 개방 상태에 있는 가동형 (33) 과 고정형 (32) 을 닫아 성형용 금형 (30) 내에 성형 공간을 형성하는 공정으로, 형 체결 실린더 (도시 생략) 에 의해 가동형 (33) 을 고정형 (32) 의 방향으로 이동시켜 맞닿게 한다. 그 후, 고정형 (32) 의 스프루 (34) 를 노즐 (12) 에 접합시키는 노즐 터치를 실시하지만, 접합시킨 상태에서 성형을 반복해도 된다.

사출 충전 공정 (사출 공정, 혹은 충전 공정이라고도 한다) 은 가열 실린더 (13) 내에서 용융되어 유동 상태가 되어, 실린더 선단부 (15) 에 저장된 성형 재료를, 스크루 (14) 의 전진에 의해 노즐 (12) 로부터 성형용 금형 (30) 내에 사출한다. 이로써, 용융된 성형 재료가 성형용 금형 (30) 의 캐비티 (31) 내에 충전된다.

압력 유지 냉각 공정은 사출되어 충전된 후에도, 스크루 (14) 에 의해 캐비티 (31) 내에 압력이 가해지는 압력 유지와, 그 상태에서 충전된 수지를 고화시키기 위한 냉각을 실시한다. 압력 유지는, 성형용 금형 (30) 의 캐비티 (31) 내에 충전된 성형 재료에 압력을 계속 가함으로써, 작은 기포가 빠져 캐비티 (31) 에 형성된 상세한 형상이 성형품에 전사된다. 또, 압력 유지는 압력 유지 냉각 공정의 대략 전반에서 완료되지만, 냉각은 그 후도 계속되어, 성형품이 이형시에 충분한 강성이 얻어지는 정도까지 실시된다.

이형 취출 공정에서는 형 체결 실린더에 의해 가동형 (33) 을 고정형 (32) 으로부터 멀어지는 방향으로 이동시켜 성형용 금형 (30) 을 열고 (도 6 참조), 이 형 개방 동작의 종료 직전에 돌출되어 핀 (35) 에 의해 성형품이 가동형 (33) 으로부터 이형된다.

상기 각 공정 중의 압력 유지 냉각 공정에 있어서, 압력 유지가 완료되기 전이라도 충전된 수지가 어느 정도 고화된 시점에서 스크루 (14) 를 회전시키고, 다음의 계량 공정이 개시된다. 또, 냉각이 종료될 때까지 계량 공정을 종료시키면 된다. 물론, 계량의 개시 시기를 시간적으로 뒤로 늦출 수도 있지만, 상기와 같이 n 사이클째의 압력 유지 냉각 공정 중에, n＋1 사이클째의 계량 공정을 실시함으로써 성형 사이클의 효율화를 도모할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 의한 사출 성형 방법에 대하여, 도 1 로 되돌아가 설명한다.

컨트롤러 (25) 에 성형 재료의 종류, 성형 조건 등의 모든 인자가 입력되면, 컨트롤러 (25) 는 입력되어 있는 필요 혼련 시간 데이터로부터 성형 재료에 필요한 계량 시간을 선택한다. 또, 컨트롤러 (25) 는 계량 피더 (52, 54) 에 저류되어 있는 1 사이클분의 바이오매스 수지 (45) 및 첨가물 (46) 에 대하여, 계량을 개시하고 나서 종료될 때까지의 계량 시간 내에, 계량 피더 (52, 54) 로부터 호퍼 (40) 에 공급되는 단위 시간당 바이오매스 수지 (45) 와 첨가물 (46) 의 공급량을 산출하여 계량 피더 (52, 54) 에 설정한다. 이로써, 계량 피더 (52, 54) 에 의해 계량된 일정량의 바이오매스 수지 (45) 와 첨가물 (46) 의 쌍방은, 계량 공정이 개시되고 나서 종료될 때까지의 동안에, 가열 실린더 (13) 에 조금씩 분산되어 공급되게 된다.

바이오매스 수지 (45) 와 첨가물 (46) 을 균일 또한 충분히 혼련하기 위해서 필요한 필요 혼련 시간이 20 초라고 한 경우, 계량 공정에서의 계량 시간이 적어도 20 초 이상이 되도록 정해진다. 이 계량 시간 내에 계량 피더 (52, 54) 에 저류되어 있는 1 사이클분의 재료가 호퍼 (40) 에 제한 공급되지만, 재료의 단위 시간당 공급량, 혹은 재료의 공급 속도는, 공급 개시부터 공급 종료까지의 동안에, 가능한 한 균등한 것이 바람직하다. 따라서, 성형 재료를 계량 피더 (52, 54) 로부터 호퍼 (40) 에 소량씩 연속적으로 가볍게 떨어뜨리는 소량 연속 공급 방법 (가볍게 넣기라고 한다) 이나, 호퍼 (40) 에 일정 간격으로 일정량을 간헐적으로 떨어뜨리는 간헐 공급 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 간헐 공급의 경우, 계량 피더 (52, 54) 로부터 교대로 공급되도록 해도 된다.

계량 공정이 스타트되면, 컨트롤러 (25) 는 압력 센서 (27), 배압 센서 (21), 위치 센서 (22) 로부터의 정보에 기초하여, 계량 피더 (52, 54) 로부터 각각의 성형 재료를 호퍼 (40) 에 제한 공급하기 시작하고, 모터 (16) 를 구동시켜 스크루 (14) 를 회전시킨다.

용융된 성형 재료가 서서히 전방으로 보내져 실린더 선단부 (15) 에 모여 오면, 스크루 (14) 가 되밀려 가열 실린더 (13) 의 후방으로 이동하기 시작한다. 실린더 선단부 (15) 에 형성된 압력 센서 (27) 가 용융된 성형 재료의 수지압 S (㎫) 를 검출하고, 배압 센서 (21) 가 스크루 (14) 를 전방으로 탄성 지지하는 배압 T 를 검출한다. 수지압 S 가 검출되면, 컨트롤러 (25) 는 이 수지압 S 하에서 스크루 (14) 에 가해지는 후퇴력 PJ 를 산출하고, 산출된 후퇴력 PJ 에 계수 K 를 곱한 전진력 PH 를 산출한다. 그리고, 이 전진력 PH 를 얻기 위한 배압 T 를 조압 장치 (20) 에 설정한다.

그런데, 스크루 (14) 는 스스로의 회전에 의해 성형 재료를 가열 실린더 (13) 의 전방으로 이송하고 있기 때문에, 그 때의 수지 저항은 반력 PT 가 되어 스크루 (14) 를 후퇴 방향으로 가압하게 된다. 이 때문에, 스크루 (14) 에 대해서는, 후퇴 방향에서는 후퇴력 PJ 외에 수지 저항에 의한 반력 PT 가 가해지고, 전진 방향에서는 배압 T 에 의한 전진력 PH 가 가해진 상태가 되어 있다 (PH=PJ＋PT). 따라서, 전진력 PH 가 수지 저항에 의한 반력 PT 분만큼 낮아지고, 또한 반력 PT 는 스크루 (14) 의 회전 속도나 성형 재료의 혼련 상황 등의 영향에 의해 변동되기 쉽고, 정확한 계량을 위해서 스크루 (14) 에 가해 두어야 할 전진력 PH 가 불안정해지게 된다.

이 점, 이 사출 성형 장치에 있어서는 전진력 PH 가 과대해지지 않도록, 게다가 수지 저항에 의한 반력 PT 의 변동을 무시할 수 있도록, 컨트롤러 (25) 에 의해 최적인 전진력 PH 를 유지할 수 있도록 하고 있다. 이 때문에 컨트롤러 (25) 는 압력 센서 (27) 에서 검출된 수지압 S 에 대응하여 정해지는 후퇴력 PJ 를 기준으로 하고, 이 후퇴력 PJ 에, 1.2 ∼ 2.0 의 범위에서 설정된 계수 K 를 곱해 스크루 (14) 에 대해 이 힘 「K·PJ」가 전진력 PH 로서 작용하도록 배압 T 를 제어한다.

계수 K 의 값은 미리 예비 시험 등을 실시함으로써, 성형 재료나 성형 조건 등의 모든 인자에 따라 각각 최적인 값을 준비해 두는 것이 가능하여, 적절히 최적인 것을 선택하여 이용하면 된다. 이 결과, 수지 저항에 의한 반력 PT 가 변동하는 경우가 있어도, 그 때의 수지압에 기초하는 후퇴력 PJ 에 추종하도록, 전진력 PH 가 균형있게 조정되기 때문에, 계량 공정이 안정적으로 유지되고, 따라서 계량 시간 (혼련 시간) 도 크게 변동하는 경우가 없어져, 입체상의 베이스 수지와 분체상의 첨가제로 이루어지는 성형 재료를 사용하면서도, 고품질의 성형품을 얻는 것이 가능해진다.

이상과 같은 계수 K 를 사용하여 전진력 PH 를 조정함으로써 「PH/PJ=K」가 된다. 계수 K 의 값은 「1.2 ∼ 2.0」의 범위이면 임의이지만, 구체적으로는 1.2, 1.3, 1.5, 1.8 을 준비해 두고, 성형 조건에 따라 적절히 전환하여 사용할 수 있다. 계수 K 가 1 또는 1 에 가까우면 마찰 저항을 거의 무시한 설정이 된다. 이 때문에, 실제로는 수지의 마찰 저항에 의해 스크루 (14) 가 후퇴하기 쉬운 상태가 되어, 성형 재료를 실린더 선단부 (15) 를 향하여 보내지 못하고, 성형 재료가 스크루 (14) 와 함께 공회전하기 쉬워진다. 또, 계수 K 가 「2.0」을 초과하여 커지면, 스크루 (14) 에 대한 전진력 PH 가 과대해져, 스크루 (14) 가 후퇴하기 어려워져, 계량 시간이 연장되어 성형 재료의 열 열화가 염려된다.

일반적으로, 스크루 (14) 의 공급 존 (41) 에 성형 재료가 조밀하게 채워져 있는 상태에서는, 스크루 (14) 를 회전시켰을 때의 수지 저항은 커지고, 또 변동되기 쉬워진다. 이 때문에, 스크루 (14) 의 회전 속도를 일정하게 유지하는 데에 있어서는 불리해지지만, 상기 서술한 바와 같은 제한 공급에 의해 공급 존 (41) 에 공급되는 성형 재료를 소량으로 하면, 수지 저항은 작고, 또한 변동도 억제할 수 있고, 반력 PT 의 영향도 작아진다.

본 발명의 성형 방법의 경우, 성형 재료를 시간적으로 분산시켜 가열 실린더 (13) 에 공급함으로써, 성형품 1 개당 필요한 성형 재료의 계량에는 시간이 걸리게 된다. 표준적으로 성형 재료를 실린더에 공급하는 경우, 예를 들어 상기 서술한 입체상의 바이오매스 수지 (45) 만을 정량 피더 (52) 를 통하지 않고 자중에 의해 호퍼 (40) 에 흘려 넣고, 그대로 투입구 (28) 로부터 가열 실린더 (13) 에 공급하는 경우, 다른 조건을 공통으로 하면, 성형 재료의 용융 및 혼련 상태가 양호하고, 또한 성형 재료에 열 열화를 발생하지 않게 하기 위해서는 스크루 (14) 의 회전수와 계량 시간의 조합으로는, 이하의 [표 1] 에 나타내는 조합이 타당한 것으로서 확인되고 있다. 또한, 성형 재료가 입체상인 것뿐이라는 점에서, 계수 K 는 「2.5」로 설정하고 있다.

[표 1] 에 나타내는 계량 시간을, 각각의 스크루 회전수에 있어서의 표준 계량 시간으로 하면, 본 발명 방법의 경우에는, 입체상 재료와 분체상 재료가 계량 피더 (52, 54) 를 이용하여 소량씩 시간적으로 분산시켜 공급되기 때문에, 충분히 혼련이 진행되도록 각각의 스크루 회전수에 있어서의 계량 시간은, 상기 표준 계량 시간의 1.5 배 ∼ 3 배 정도로 연장해 두는 것이 바람직하다. 또한, 사용하는 성형 재료가 내열성이 떨어지는 것인 경우에는, 가열 실린더 (13) 내에 장시간 체류하는 것을 피하기 위해서, 계량 시간의 상한은 3 배 미만의 쪽이 바람직한 경우도 있을 수 있다.

스크루 (14) 의 회전수는 혼련 성능의 향상과 전단 발열에 의한 열화의 양방을 고려하여 30 ∼ 300 rpm 으로 설정하는 것이 바람직하지만, 50 ∼ 200 rpm 의 범위이면 보다 바람직하고, 각각의 회전수에 적절한 계량 시간하에서 계량을 실시하면 된다. 또한, 스크루 (14) 의 회전수가 30 rpm 미만에서는 충분히 균일 혼련을 실시할 수 없고, 300 rpm 을 초과하면 전단 발열에 의해 성형 재료가 열화될 우려가 있다. 특히, 성형 재료의 베이스 수지가 바이오매스 수지인 경우에는, 300 rpm 을 초과하면 열화의 위험이 커진다.

또한, 도시하지는 않지만, 사출 성형기의 가열 실린더의 외측을, 송풍 등의 수단에 의해 냉각시키는 장치를 부가하면, 재료의 전단 발열에 의한 온도 상승을 억제할 수 있어, 스크루 회전수를 높게 설정할 수 있다.

본 발명의 사출 성형 방법은, 표준적인 재료 공급, 즉 입체상의 성형 재료를 자중에 의해 호퍼 (40) 에 흘려 넣고, 스크루 (14) 의 계량 존 (41) 내의 공간에서 성형 재료로 거의 조밀하게 채워지는 재료 공급에 대하여, 계량 존 (41) 내의 공간에 간극이 생기도록 입체상 재료와 분체상 재료를 시간적으로 소량씩으로 제한하면서 공급하는 재료 공급 방식이 채용되고 있다. 이 때문에, 스크루 (14) 의 회전수는, 예를 들어 50 ∼ 200 rpm 중에서 적절히 선택하는 것이 가능하지만, 표준적 계량 시간에 대한 계량 시간비는 길어진다. 그러나, 호퍼 (40) 의 출구나 가열 실린더 (13) 의 내부에서 성형 재료가 가득 차는 경우는 없고, 성형 재료를 전방으로 이송할 때의 수지 저항도 낮게 억제되어 균일한 혼련 작용이 얻어진다.

본 발명의 사출 성형 방법을 사용하여 성형 테스트를 실시하고, 성형 조건을 바꾸면서 실시예 1 ∼ 실시예 6, 그리고 비교예 1 ∼ 비교예 6 의 샘플을 성형하였다. 이들 샘플에 대해서는 공통의 조건으로 각종 시험을 실시하여 그 양부를 평가하였다. 이하, 성형 테스트의 개요 및 그 평가 결과에 대해 설명한다.

[성형 재료]

성형 재료로는 이하를 사용하였다.

·폴리락트산 수지 (펠릿) … 네이쳐 워크스 제조, 4032D 100 중량부

·난연제 (분말상) …ADEKA, 아데카스타브 FP2200 35 중량부

·상용제 (분말상) …후시미 제약소 제조, 라비톨 FP110 20 중량부

·분해 방지제 (분말상) …미츠비시 레이온 제조, 메타브렌 W600A 5 중량부

·PTFE 드립 방지제 (분말상) …다이킨 공업 제조, FA500H 0.5 중량부

·가수분해 방지제 (분말상) …라인 케미 제조, 스타바크졸 1FL 3 중량부

·필러 (미분말) …일본 탤크 공업 제조, P3 8 중량부

〈합계〉 171.5 중량부

폴리락트산 수지로는, 미리 열풍 건조기 내에서, 80 ℃ 에서 5 시간 건조시킨 것을 사용하였다. 또, 난연제는 미리 감압 건조기 내에서, 80 ℃ 에서 5 시간 감압 건조시킨 것을 사용하였다. 상기 성형 재료 중 분체 비율은 41 중량％ 이다.

[사출 성형 장치]

시험에 제공한 사출 성형 장치는 스미토모 중기계 공업사 제조의 SG150U-3 을 사용하고, 이 사출 성형 장치에 JIS 덤벨 시험편, 샤르피 시험편과 UL 시험편 (두께 1.6 ㎜) 을 동시에 사출 성형할 수 있는 금형을 세트하였다. 사출 성형 장치의 히터 온도는 노즐측으로부터 195 ℃―195 ℃―190 ℃―180 ℃―30 ℃ 로 설정하였다. 또, 1 숏의 사출양은 120 g 이 되도록 하였다. 사출 성형은 재료를 충분히 퍼지하고 나서, 50 숏의 버리는 숏 후, 50 숏의 성형을 실시하였다.

테스트 성형에 사용한 금형에는, 각종 시험에서 사용되는 3 종류의 시험편 성형용 캐비티가 있는 것을 사용하여, 1 회의 성형 공정마다 3 종류의 시험편을 얻었다. 50 숏분의 샘플에 대하여, 후술하는 난연성 시험에 사용하는 시험편은 그 50 숏분 전부를 중량 측정에 유용 (流用) 하였다. 샤르피 충격 시험, 파단 신장 시험, 난연성 시험에 대해서는 50 숏 중 10 숏 경과마다 얻어지는 5 개를 시험편으로서 사용하였다. 시험 방법과 판정 기준은 다음과 같다.

(중량 측정)

전자 천칭을 사용하여 시험편의 중량을 측정하였다. 50 개의 시험편의 중량의 평균값에 대하여, 개개의 중량의 변동폭 (중량 편차) 이 모두 0.8 ％ 이하이면 합격, 1 개라도 0.8 ％ 를 초과하는 경우에는 불합격으로 하였다. [표 2] 에는 샘플 중에서의 최대 변동폭인 것을 나타낸다.

(샤르피 충격 시험)

샤르피 충격 시험용으로, JIS K-7111 에 준하여, 길이 80 ㎜±2 ㎜, 폭 10 ㎜±0.2 ㎜, 두께 4 ㎜±0.2 ㎜ 의 시험편을 성형하고, 이 시험편에 노치 가공 (노치 반경 0.25 ㎜±0.05 ㎜, 노치부의 폭 8.0 ㎜±0.2 ㎜) 을 실시하였다. 노치가 형성된 시험편의 질량은 4.2 g 이었다. 시험 장치는 TOYOSEIKI 사 제조의 IMPACTTESTER (아날로그식) 를 사용하였다. 10 숏마다 샘플링한 5 개의 시험편에 대하여, JIS K-7111 에 준하여 샤르피 충격 시험에 제공하고, 최저값이 5 (KJ/㎡) 이상인 경우를 합격으로 하였다.

(파단 신장 시험)

시험편은 JIS (K-7113, 1 호형 시험편) 에 준하여 성형하였다. 시험편을 시마즈 오토 그래프 (AGS-J 형) 를 사용하여 잡고, 인장 속도 (50 ㎜/min) 로 파단될 때까지 잡아당겨, 파단되었을 때의 신장률 (파단 신장률) 의 값을 측정하였다. 5 개의 시험편의 파단 신장률이 가장 낮은 것으로 6 ％ 이상이면 합격, 6 ％ 미만이면 불합격으로 하였다.

(연소성 시험：UL-94V)

시험편으로서, 길이 127 ㎜, 폭 12.7 ㎜, 두께 1.6 ㎜ 인 것을 성형하였다. UL94-V 는 플라스틱 부품 등의 연소성 시험 중에서도 가장 기본적인 것으로, 규정된 치수의 시험편에 가스 버너의 불을 갖다 대어 시험편의 연소 정도를 조사한다. 그 등급은 난연성이 높은 쪽부터 순서대로 5VA, 5VB, V-0, V-1, V-2, 그리고 HB 가 있고, 5 개의 샘플이 모두 V-1 이상 (5VA ∼ V-1) 인 난연성을 합격으로 하였다.

실시예 1 ∼ 6 및 비교예 1 ∼ 6 에 대해 각각의 시험 항목마다 평가하고, 시험 항목의 모두에서 합격한 것을 합격이라고 평가하고, 1 항목이라도 불합격이 있었던 것은 불합격으로 평가하였다. 이들 평가 결과에 대하여, 실시예 1 ∼ 실시예 6 및 비교예 1 ∼ 비교예 6 의 성형 조건·계량 조건과 함께 이하의 [표 2] 에 나타낸다.

상기 [표 2] 에 있어서, 「제한」은 계량 피더에 의해 계량된 일정량의 성형 재료가 계량 기간 중에 조금씩 호퍼에 공급되는 제한 공급을 의미한다. 「충전」은 계량 피더를 사용하지 않고 성형 재료를 자중에 의해 호퍼에 공급하고, 실린더 내에 거의 조밀하게 충전되는 공급 방식을 의미하고 있다. 계량 시간비의 란에는 각각의 실시예 및 비교예의 계량 시간이, [표 1] 에서 설명한 스크루 회전수마다의 표준 계량 시간에 대해 어느 정도의 비율이 되어 있는지를 나타내고 있다.

실시예 1 ∼ 6 에 대해서는, 계수 K 의 값, 스크루의 회전수와 계량 시간의 조합을 6 종류 설정하여 실험을 실시한 결과, 모두 평가 기준을 클리어하였다. 이들 실시예에서는, 계량 시간이 적절한 범위에 들어가도록 재료의 제한 공급이 실시되고 있고, 각각의 계량 시간은 [표 1] 중의 표준 계량 시간에 대해 1.5 배 ∼ 3 배의 범위에 들어가고 있다. 결과적으로, 이 사출 성형 장치를 사용하여 사출 성형을 실시할 때에는, 스크루의 고속 회전에 의한 과대한 전단 발열을 피하면서, 성형 재료를 충분히 혼련 분산시키고, 또 열 이력으로서도 악영향을 발생시키지 않는 적절한 성형 조건인 것이 확인되었다.

비교예 1, 2 는 계수 K 의 값이 부적절하고, 스크루 회전수에 대해 계량 시간이 적정 범위에 들어가지 않는다. 계량 시간이 짧으면 복수 종류의 성형 재료를 충분히 혼련할 수 없고, 지나치게 길면 재료의 열 열화를 피할 수 없다. 또, 계수 K 가 적절한 범위라도, 제한 공급의 정도에 따라서는 계량 시간이 적절한 범위가 되지 않아, 양호한 평가 결과는 얻어지지 않는다 (비교예 3, 4). 비교예 5, 6 은 충전 방식에 의한 재료 공급이고, 입체상 재료 이외에 30 중량％ 이상의 분체 재료를 포함하는 성형 재료로 사출 성형하는 경우에는 실용성이 없는 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명의 사출 성형 방법에 대해 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 서술한 예에 한정은 되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 각종의 개량이나 변경을 실시해도 되는 것은 물론이다. 또, 본 발명 방법은 펠릿의 형상이나 공급 상태에 따라, 실린더 내벽의 수지 저항 (PT) 이 크게 변화하는 엘라스토머 등의 펠릿 재료를 사용하여 사출 성형을 실시하는 경우에도 유효하다.

Claims (8)

1. 베이스 수지가 되는 입체상 재료와 분체상의 첨가제를 포함하는 복수의 재료를 혼합한 성형 재료를 투입구로부터 가열 실린더 내에 공급하고, 가열 실린더의 내부에서 스크루를 회전시켜 상기 성형 재료를 혼련 분산하면서 실린더 선단부에 저장함과 함께, 저장된 성형 재료로부터의 가압력에 의해 상기 스크루를 계량 설정 위치로 후퇴시켜 계량을 실시한 후, 상기 스크루를 전진시켜 사출 성형을 실시하는 성형 방법으로서,
   상기 계량을 실시할 때에, 상기 실린더 선단부에 저장된 성형 재료로부터의 압력을 검출하고, 검출된 압력에 기초하여 상기 스크루를 후퇴시키는 방향으로 작용하는 후퇴력에, 1.2 ∼ 2.0 의 범위에서 미리 설정된 계수를 곱한 힘을 상기 스크루에 전진력으로서 가하고,
   또한 상기 투입구로부터 상기 성형 재료를 간헐적으로 투입하는 제한 공급을 실시하고, 상기 투입구의 바로 아래에서 가열 실린더의 내벽과 상기 스크루 사이에 형성되는 성형 재료의 위상 공간에 간극을 남기면서 성형 재료를 공급하고,
   상기 계량에 필요로 하는 시간을, 상기 투입구의 바로 아래에서 가열 실린더의 내벽과 스크루 사이에 형성되는 성형 재료의 이송 공간을 조밀하게 채우도록 입체상 재료를 충전 공급할 때의 표준 계량 시간보다 길게 하는 사출 성형 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 투입구의 바로 아래에서 가열 실린더의 내벽과 스크루 사이에 형성되는 성형 재료의 이송 공간을 조밀하게 채우도록 입체상 재료를 충전 공급할 때의 표준 계량 시간에 대하여, 1.5 배 ∼ 3 배의 계량 시간으로 계량이 실시되는 사출 성형 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 성형 재료는 상기 분체상의 첨가물의 비율이 30 중량％ 이상인 사출 성형 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 베이스 수지가 폴리락트산 수지 또는 셀룰로오스계 수지이고, 또한 상기 첨가물이 난연제 또는 상용화제인 사출 성형 방법.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 제한 공급은 상기 실린더 내에 성형 재료를 소량씩 연속 공급함으로써 실시되는 사출 성형 방법.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 제한 공급은 상기 실린더 내에 성형 재료를 간헐 공급함으로써 실시되는 사출 성형 방법.
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 제한 공급은 성형 재료가 되는 베이스 수지와 복수의 첨가물이 교대로 공급되는 사출 성형 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   사출 성형의 1 사이클은, 계량 공정과 형 체결 공정과 사출 충전 공정과 압력 유지 냉각 공정과 이형 취출 공정을 갖고, 상기 압력 유지 냉각 공정 개시부터 이형 취출 공정 종료까지의 사이에 상기 계량 공정이 실시되는 사출 성형 방법.

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