KR20160054518A

KR20160054518A - 언더컷 미세특징부들을 갖는 사출 성형된 노즐 예비성형품

Info

Publication number: KR20160054518A
Application number: KR1020167008539A
Authority: KR
Inventors: 라만 타누무어티 라마수브라마니 쿠두바; 배리 에스 카펜터; 폴 에이 마틴슨; 데이비드 에이치 레딩거; 조셉 에스 워너
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2016-05-16
Also published as: EP3042069A1; US20160207240A1; JP2016530135A; WO2015034780A1; CN105492758A

Abstract

사출 성형된 노즐 예비성형품(100)이 개시되어 있다.더 구체적으로는, 언더컷 특징부들(120A, 120B, 120C)을 갖는 사출 성형된 노즐 예비성형품(100)이 개시되어 있다. 언더컷 특징부들(120A, 120B, 120C)은 기재(110)의 주 표면으로부터 연장되고, 적어도 2개의 비평행인 축을 갖는다. 폴리프로필렌으로부터 제조된 사출 성형된 노즐 예비성형품이 또한 개시되어 있다.

Description

언더컷 미세특징부들을 갖는 사출 성형된 노즐 예비성형품{INJECTION MOLDED NOZZLE PREFORM WITH UNDERCUT MICRO FEATURES}

노즐 예비성형품(nozzle preform)은 노즐의 제조 시에 중간 단계로서 유용하다. 일반적으로, 노즐 예비성형품은 최종 노즐 플레이트, 어레이, 또는 부품일 수 있는 것을 생성하도록 전기주조된다(electroformed). 많은 정밀 응용에서, 노즐 플레이트 상의 특징부들의 특정 배열, 형상, 및 크기는, 특징부들이 독립적으로 그리고 정확하게 향해 있는 어레이들을 설계 및 생성하는 능력을 비롯하여, 높은 중요성을 가질 수 있다. 사출 성형은 빈번한 설비교체(retooling)에 대한 필요성 없이 반복가능하고 자동화가능한 그의 능력으로 인해 고처리량으로 부품들을 생성하는 데 일반적으로 사용된다. 언더컷 특징부들을 사출 성형 물품 내로 도입하기 위해서, 이전에는 제거가능한 핀(pin)과 같은 복잡한 몰드 설계, 또는 몰드로부터 물품의 제거 시 특징부들의 허용되는 영구 변형을 필요로 하였다. 제거가능한 핀의 사용은 특징부들의 일부 크기 규모에서 그리고 이들의 일부 형상에 대하여 부적절하거나 작업 불가능하고, 영구 변형은 정밀 응용에 대해서는 허용 불가능하다.

일 태양에서, 본 발명은 노즐 예비성형품에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 노즐 예비성형품에 관한 것으로, 본 노즐 예비성형품은 기재(substrate)를 포함하며, 기재는 제1 주 표면 및 기재의 제1 주 표면으로부터 연장되는 복수의 단일축 미세특징부(single-axis microfeature)들을 포함하며, 각각의 단일축 미세특징부는 주축을 갖는다. 복수의 단일축 미세특징부들의 주축들은 비평행이다. 사출 성형된 노즐 예비성형품은 파손 또는 변형된 미세특징부를 갖지 않는다. 일부 실시 형태에서, 복수의 단일축 미세특징부들 각각은 계면 영역(surface interface area) 및 평면도 투영 영역(plan view projection area)을 가지며, 복수의 단일축 미세특징부들의 적어도 일부분에 대해 평면도 투영 폭이 계면 영역을 넘어서 연장된다. 일부 실시 형태에서, 복수의 단일축 미세특징부들은 폴리프로필렌을 포함하며, 폴리프로필렌은 용융 유동 지수(melt flow index)가 1.2일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 복수의 단일축 미세특징부들은 원통형이다. 일부 실시 형태에서, 복수의 단일축 미세특징부들은 기재로부터 멀어지는 쪽으로 테이퍼 형성된다(taper). 다른 실시 형태에서, 복수의 단일축 미세특징부들은 기재로부터 멀어지는 쪽으로 테이퍼 형성되지 않는다. 일부 실시 형태에서, 비평행은 주축들 중 적어도 2개가 10, 20, 30, 또는 40도 이상 서로 이탈되어 있는 것을 의미한다. 일부 실시 형태에서, 비평행은 주축들 중 적어도 2개가 10 내지 40도 서로 이탈되어 있는 것을 의미한다.

도 1은 사출 성형된 노즐 예비성형품의 단면도이다.
도 2는 몰드의 단면도이다.
도 3은 도 2의 몰드 내에서 사출 성형되는 노즐 예비성형품의 단면도이다.
도 4는 다른 사출 성형된 노즐 예비성형품의 단면도이다.
도 5는 다른 사출 성형된 노즐 예비성형품의 상부 사시도이다.
도 6은 실시예 1 및 비교예에서 사용되는 몰드의 개략 상부 사시도이다.
도 7a는 도 6의 몰드의 구멍 구성의 개략 측단면도이다.
도 7b는 도 6의 몰드의 구멍 구성의 개략 평면도이다.
도 8은 실시예 1의 사출 성형된 노즐 예비성형품의 합성 현미경 사진이다.
도 9는 비교예 1의 사출 성형된 노즐 예비성형품의 현미경 사진이다.
도 10은 비교예 5의 사출 성형된 노즐 예비성형품의 현미경 사진이다.
도 11은 비교예 6의 사출 성형된 노즐 예비성형품의 현미경 사진이다.

용어 "노즐"은 당업계에서 다수의 상이한 의미를 가질 수 있음이 이해되어야 한다. 일부 특정 참고문헌에서, 용어 노즐은 넓은 정의를 갖는다. 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2009/0308953 A1호(페일스트란트(Palestrant) 등)는 폐색 챔버(occlude chamber)(50)를 비롯한 다수의 요소를 포함하는 "무화(atomizing) 노즐"을 개시한다. 이는 본 명세서에 제시된 노즐의 이해 및 정의와는 상이하다. 예를 들어, 본 명세서의 노즐은 페일스트란트 등의 오리피스 인서트(24)에 대체로 상응할 것이다. 일반적으로, 본 명세서의 노즐은 스프레이가 궁극적으로 방출되어 나오는 무화 스프레이 시스템의 최종 테이퍼 형성된 부분으로서 이해될 수 있으며, 예컨대 노즐의 메리엄 웹스터(Merriam Webster) 사전 정의("유체의 유동을 지향시키거나 가속시키기 위해 (호스 상에서와 같이) 사용되는 테이퍼 또는 협착부를 가진 짧은 튜브")를 참조한다. 미국 특허 제5,716,009호(오기하라(Ogihara) 등)를 참조하여 추가의 이해가 얻어질 수 있다. 역시, 이 참고문헌에서도, 유체 분사 "노즐"은 다중-피스 밸브 요소(10)로서 폭넓게 정의되며; 컬럼 4, 라인 26 및 27을 참조한다("유체 분사 노즐로서 작동하는 연료 분사 밸브(10)…."). 본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "노즐"의 본 정의 및 이해는, 예를 들어 연료 스프레이 바로 근방에 위치되는 제1 및 제2 오리피스 플레이트들(130, 132) 및 가능성 있게는 슬리브(138)(오기하라 등의 도 14 및 도 15 참조)와 관련될 것이다. 본 명세서에 기술된 것과 유사한, 용어 "노즐"에 대한 이해가 미국 특허 제5,127,156호(요코야마(Yokoyama) 등)에 사용된다. 그 문헌에서, 노즐(10)은 선회기(swirler)(12)(도 1(II) 참조)와 같은 부착된 그리고 통합된 구조체의 요소들과 별도로 정의된다. 상기 정의된 이해는 용어 "노즐"이 본 명세서와 청구범위의 나머지 전반에 걸쳐 언급될 때 유념해야 한다. 노즐은 또한 노즐 플레이트 또는 어레이; 즉, 단일 부품 상의 관통 구멍들의 집합체를 지칭할 수 있다. 유사하게는, 함께 제조되고 나중에 절단되거나 달리 분리되는 한 세트의 노즐들, 노즐 어레이들, 또는 노즐 플레이트들이 또한 노즐의 이러한 정의 하에서 적격일 수 있다.

도 1은 언더컷 특징부들을 포함하는 사출 성형된 노즐 예비성형품의 단면도이다. 사출 성형된 노즐 예비성형품(100)은 베이스(110) 및 특징부들(120A, 120B, 120C)을 포함한다. 베이스(110)는 임의의 적합한 재료일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 베이스(110)는 특징부들과 동일한 재료이며; 예를 들어, 특징부들은 동일한 몰드 내에 동일한 재료를 주입하는 것으로부터 형성될 수 있다. 베이스(110)는 임의의 적합한 단면 형상 및 임의의 적합한 전체 3차원 특징을 가질 수 있으며, 도 1에서의 그의 예시에 의해 제시된 사실상 평면인 형상으로 제한되지 않는다. 일부 실시 형태에서, 베이스(110)는 디스크 또는 웨이퍼의 형상일 수 있다.

베이스(110)는 임의의 적합한 두께를 가질 수 있고, 뒤틀림(warp)에 저항성을 나타내기에 또는 노즐 예비성형품(100)에 대한 후속 가공 단계들에 대해 안정성을 제공하기에 충분히 큰 치수를 갖도록 설계될 수 있다. 베이스(110)는 또한 노즐 시스템 내의 다른 부품들 또는 구성요소들과 적절히 연계되도록 구체적으로 형상화될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 노즐 예비성형품(100)의 베이스(110)는 후속 전기주조 단계들 후에 원하는 크기 또는 형상을 갖도록 설계될 수 있으며; 다시 말하면, 베이스(110)는 원하는 최종 노즐 부품보다 약간 더 작을 수 있다.

특징부들(120A, 120B, 120C)(총괄적으로, 특징부(120)들)은 베이스(110)의 주 표면으로부터 연장되고, 임의의 바람직한 형상 또는 크기일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 특징부(120)들은 미세특징부들일 수 있으며; 즉, 이들은 수 마이크로미터 또는 수 십 또는 수 백 마이크로미터 정도의 치수를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 특징부(120)들은 사실상 원통형 형상일 수 있다. 특징부(120)들의 형상 및 프로파일은, 완성된 부품으로부터, 유출 스트림의 응집성(coherence), 지향성(directionality), 속도 및 직경을 포함한 유출 스트림의 원하는 유체 유동 프로파일 및 정밀 제어를 궁극적으로 제공하도록 신중하게 선택될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 특징부(120)들은 드래프트각(draft angle)을 가질 수 있는데, 이는 이들이 베이스(110)로부터 멀어지는 쪽으로 테이퍼 형성되는 것을 의미한다.

특징부들(120A, 120B, 120C) 각각은 특징부의 윤곽을 대체로 따르는 주축을 갖는다. 도 1에서, 이들 축은 파선으로 예시되어 있다. 노즐 예비성형품(100)은 선형 축을 갖는 특징부(120)들을 포함하지만; 특징부(120)들이 단일축 특징부들인 한, 이들 축은 선형 또는 곡선형일 수 있다. 단일축 특징부들은, 특징부들이 주축을 가지며, 주축은 단지 단일선 또는 단일 곡선에 의해 한정될 수 있고, 그 축은 자체가 되접히거나 방향을 갑자기 변화시키지 않음을 의미한다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 특징부(120A), 특징부(120B), 및 특징부(120C)의 주축들은 비평행이다. 테이퍼 형성되거나 또는 약간의 드래프트각을 갖는 것은 주축들의 한정 또는 식별에 영향을 주지 않는다. 2개의 축이 평행한지 아닌지의 여부의 결정이 더 어려울 수 있는 곡선형 주축들의 경우, 축들이 상이한 형상 또는 상이한 정렬을 갖는 경우 이들은 비평행인 것으로 여겨질 수 있다(예를 들어, 베이스(110)의 주 표면에 대한 수직축을 중심으로 제1 곡선형 축을 회전시킨 것이 제2 곡선형 축이라면, 제1 곡선형 축은 제2 곡선형 축에 대해 비평행일 수 있다).

특징부들(120B, 120C)은 언더컷 특징부들로서 특징지어질 수 있다. 일례로서, 특징부(120C)는 그의 연장 폭, 또는 평면도 투영 폭(α) 및 그의 베이스 폭, 또는 계면 폭(β)을 나타내는 것으로 표시되어 있다. 특징부(120C)는 α가 β를 넘어서 연장되기 때문에 언더컷인 것으로 여겨질 수 있다. α 및 β의 값은, 선택된 단면도에 기초하여 변동될 수 있지만, 특징부들은 α > β가 사실인 적어도 하나의 단면도가 있다면 여전히 언더컷으로 여겨질 수 있음이 이해되어야 한다.

원하는 응용에 따라, 다수의 특징부(120)들이 가능하다. 도 1은, 모두가 동일한 일반적인 형상 및 크기를 갖는 특징부(120)들을 도시하지만, 이는 반드시 그럴 필요는 없다. 특징부(120)들에 대한 형상들의 임의의 조합 또는 배열이 가능하며, 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 여겨질 수 있다.

도 2는 몰드의 단면도이다. 몰드(200)는 사출 성형을 통해 도 1의 노즐 예비성형품(100)을 형성하는 것을 돕도록 설계될 수 있다. 몰드(200)는 2개의 부품, 즉 하부 플레이트(210) 및 상부 플레이트(220)로 이루어져 있는 것으로 도시되어 있다. 상부 플레이트(220)는 특징부 홈(222)들을 포함한다.

사출 성형용 몰드들은 성형된 부품의 제거를 용이하게 하기 위하여 종종 2개 이상의 부품들로 이루어진다. 도 2에 도시된 몰드(200)를 참조하면, 하부 플레이트(210) 및 상부 플레이트(220)는 가압에 의해 간단히 함께 유지될 수 있거나(즉, 이들 2개를 결합시키는 어떠한 특별한 특징부들도 갖지 않을 수 있거나), 이들은, 서로 맞물리는 돌출부들 또는 함몰부들을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 하부 플레이트(210) 및 상부 플레이트(220) 중 하나는 정지 또는 고정될 수 있으며, 반면 다른 하나는 위치 재설정가능하거나 제거가능하다. 일부 실시 형태에서, 하부 플레이트(210)는 상부 플레이트(220) 내부에 끼워맞추어지거나 그 안에 안착될 수 있다.

몰드(200)는 임의의 적합한 재료로부터 형성될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 하부 플레이트(210) 및 상부 플레이트(220)의 재료는 동일할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 적합한 재료는 금속, 세라믹, 또는 중합체일 수 있으며, 열 전도도, 변형 또는 뒤틀림에 대한 저항성, 내구성, 및 점착방지 특성에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 하부 플레이트(210) 또는 상부 플레이트(220)는 금속 합금, 예컨대 강철일 수 있다. 코팅되거나 표면 처리된 몰드(200)는 많은 응용에 대하여 허용 불가능할 수 있음에 유의해야 하는데, 이는 오염물이 후속 전기주조 단계들에 영향을 주거나 완성된 부품에 바람직하지 않게 존재할 위험이 있기 때문이다. 채널(222)들(도 1의 특징부(120)들의 네거티브에 상응함)이 레이저 드릴링, 전기 방전 기계가공, 또는 네거티브의 전기주조(예컨대, 도 1의 노즐 예비성형품(100))를 비롯한 임의의 적합한 공정을 통해 상부 플레이트(220) 내에 마련될 수 있으며, 여기서 네거티브는 캐스팅(casting) 또는 경화와 같은 임의의 적합한 방법, 또는, 예를 들어 2007년 3월 23일에 출원된 발명의 명칭이 "마이크로니들, 마이크로니들 어레이, 마스터, 및 복제 툴의 제조 방법(Process For Making Microneedles, Microneedle Arrays, Masters, And Replication Tools)"인 미국 특허 출원 공개 제2009/0099537호에 기재된 것과 같은 다광자 공정에 의해 생성된다.

채널(222)들은 도 1의 특징부(120)들에 상응한다. 응용에 따라, 채널(222)들은 완성된 부품의 원하는 최종 형상에 대한 고 충실도(fidelity)를 유지하는 것이 중요할 수 있다. 채널(222)들은, 사출 성형 부품이 몰드(200)로부터 결합해제된 후에 열 팽창 또는 수축을 처리하도록 설계될 수 있다.

도 3은 사출 성형의 단계를 전반적으로 보여주는 측면도이다. 몰드(300)는 하부 플레이트(310), 상부 플레이트(320), 및 언더컷 특징부(332)들을 포함하는 주입된 재료(330)를 포함한다. 도 3은 단지 사출 성형 단계의 일반화된 도면을 도시할 뿐이며, 사출 성형 시스템은 다른 구성요소들, 예컨대 측벽, 주입 게이트, 적절한 투입 라인, 및 주입된 재료(330)로부터 적절한 재료 특성을 달성하기 위한 가열 요소를 포함할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해되어야 한다.

주입된 재료(330)의 재료 선택은 몰드(300)로부터 완성된 부품, 및 특히 언더컷 특징부(332)들의 말끔한 방출(ejection), 결합해제, 또는 제거를 보장하는 것이 중요하다. 몰드(300)로부터의 완성된 부품의 제거는, 예를 들어 도 3에 예시된 시스템에서, (이 페이지의 하단을 향해) 하향으로 똑바로 당기는 힘을 사용하기 때문에, 언더컷 특징부(332)들은 그들의 주축을 따르지 않는 힘을 받으며, 이는 특징부들을 파손시키거나 심각하게 변형시키는 경향이 있다. 언더컷 특징부(332)들의 파손은, 사출 성형 부품이 결함을 갖게 할 뿐만 아니라, 파손된 부분이 종종 사출 몰드의 구멍들 내에 남아 있어서 이들을 막음으로써, 세정, 용융 또는 용해하거나 또는 달리 몰드로부터 파손된 부분을 제거하지 않고서는, 추가의 부품들이 결함을 나타내게 되게 될 가능성이 훨씬 더 높아지기 때문에 특히 문제이다. 파손에 대한 이러한 경향은 일반적으로, 무엇보다도, 수직으로부터의 언더컷 특징부의 주축의 이탈(또는, 더 일반화된 경우에는, 사출 성형 부품이 따라가며 제거되는 벡터를 포함하는 선으로부터의 이탈) 및 언더컷 특징부의 형상 및 치수에 따른다. 특히나, 파손에 대한 경향은 주입된 재료(330)로서 선택된 재료 또는 재료들의 조합과 특히 관련된다.

사출 성형 공정의 파라미터들은 원하는 응용에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 주입된 재료(330)가 몰드(예를 들어, 도 2에 도시된 채널(222)들)의 특징부들 내로 유동될 수 있게 하기 위하여 몰드(300)는 일반적으로 가열된다. 일부 실시 형태에서, 몰드(300)에 대해 가능한 한 실온 부근으로 온도를 설정하는 것이 바람직할 수 있다.

정밀 설계 및 고 충실도 복제가 요구되는 응용에서는, 사출 성형 공정 동안 특징부(332)들 중 어떠한 것도 파손되는 것이 허용되지 않을 수 있다. 유사하게, 어떠한 상당한 표면 결함 또는 변형을 갖거나, 또는 적어도, 몰드(300)의 설계를 통해 제어될 수 없는 어떠한 예측 불가능하거나 고도로 가변되는 변형을 갖는 것이 부적합할 수 있다.

도 4는 다른 사출 성형된 노즐 예비성형품의 단면도이다. 도 1에서와 같이, 노즐 예비성형품(400)은 베이스(410) 및 특징부들(420A, 420B)을 포함한다. 도 4는 사출 성형된 특징부들의 설계에서 가능한 변형들 중 일부를 예시한다. 특징부(420B)는 언더컷(평면도 투영 폭(α)이 계면 폭(β)보다 큼)이고, 특징부들(420A, 420B)은 비평행이다. 그러나, 도 1의 노즐 예비성형품(100)과 비교하여, 도 4의 특징부들(420A, 420B)은 유의한 드래프트각을 포함한다. 도 4에 도시된 단면도는, 소정의 특징부들을 예시하는 데 도움이 될지라도, 노즐 예비성형품(400) 상의 특징부들의 배열을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 예를 들어, 특징부들은 직교 어레이(Cartesian array)로, 동심원으로, 또는 이들 둘 모두의 일부 조합으로 배열될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 특징부들은 하나 이상의 평면을 가로질러 대칭일 수 있으며, 일부 실시 형태에서 특징부들은 랜덤하게 또는 의사 랜덤하게(pseudorandomly) 배열될 수 있다(그럴지라도, 사출 성형의 특성을 고려한다면, 동일한 몰드로부터 형성된 각 사출 성형된 노즐 예비성형품은 다른 것들과 동일하거나 유사할 것이다). 일부 응용에서, 각 특징부는 고유의 방향으로 유체를 스프레이하거나 또는 지향시키도록 설계될 수 있다.

도 5는 다른 사출 성형된 노즐 예비성형품의 상부 사시도이다. 노즐 예비성형품(500)은 베이스(510) 및 특징부들(520)을 포함한다. 도 5는 많은 상이한 방향들을 향하는 특징부들을 포함하는 구성을 도시한다. 노즐 예비성형품(500)은, 상이한 배향들을 갖고 상이한 길이들 및 폭들을 갖는 특징부들(520)을 포함한다. 명시적으로 표시되어 있지는 않더라도, 특징부들(520)의 대부분에 대한 평면도 투영 폭은 계면 폭보다 더 크며, 이로써 특징부들(520)은 언더컷이 된다. 도 5에 도시된 것들과 같은 가능한 특징부들의 배열에 의하여, 당업자는 노즐 또는 무화 스프레이의 전체 형상을 통해 방출되는 유체의 방향, 속도, 및 부피 플럭스를 정밀하게 제어할 기회를 인식할 것이다.

실시예

노즐 예비성형품을 사출 성형하기 위한 일반적 방법

원하는 사출 성형 온도를 유지하기 위해 오일 채널 및 물 채널을 갖는 범용 열 사이클링 몰드를 사용하였다. 몰드 베이스는 2개의 반부, 즉 고정 측부(A-측부) 및 이동 측부(B-측부)로 구성되었다. 높은 열 전도성 Cu 합금으로 제조된 외부 인서트는 미세특징부들이 포함되어 있는 내부 인서트를 내장하였다. 미세특징부들이 포함되어 있는 내부 인서트가 도 6에 도시되어 있다. 미세특징화(microfeatured) 내부 인서트는 기계가공을 사용하여 제조하였으며, 와이어-EDM을 사용하여 관통 구멍들을 생성하였다.

미세특징부들을 포함하고 있는 내부 인서트는 구멍들의 7 × 7 어레이를 포함하였는데, 이 어레이는, 각각이 180 및 300 μm 직경 구멍들인 2개의 행 및 230 μm 직경 구멍들의 3개의 행을 포함하였다. 구멍들의 7개의 열은 (표면에 대해 수직인) 수직 입사를 갖는 1개의 열, 및 수직으로부터 2개씩이 각각 15°, 20°, 및 25°로 이탈된 열들을 포함하였다. 각각의 각도(수직, 15°, 20°, 및 25°)마다의 1개의 열은 1° 드래프트각을 갖고서 생성하였으며, 각각의 각도마다의 다른 1개의 열은 드래프트각 없이 생성하였다. 구멍들은 깊이가 1 내지 1.3 mm이었다. 총 49개의 구멍들을 생성하였으며, 구멍들의 중심들 사이는 0.5 mm이었다. 인서트 설계는 또한 통기 핀(vent pin), 통기 포켓, 및 정사각형의 250 μm(1/100 또는 0.01 인치) × 250 μm(1/100 또는 0.01 인치) 통기 채널들을 포함하였다. 인서트의 개략 단면도 및 상부 사시도가 각각 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다.

내부 인서트의 미세특징부들 중 일부에 대한 평면도 투영 폭(α) 및 그의 베이스 폭, 또는 계면 폭(β)이 하기 표 1에 주어져 있다.

[표 1]

이어서, 잘 알려진 사출 성형 기법 및 파라미터를 사용하여 전술된 몰드를 사용하여 다양한 중합체 및 단일중합체를 사출 성형하였다. 사출 압력은 0.12 s의 충전 시간 및 7.5 cm/s(3 in/s)의 사출 속도에서 약 55.16 MPa(8000 psi)이었다. 유지 압력은 27.58 MPa(4000 psi)이고, 유지 시간은 4 s이었다. 몰드 온도는 약 15.6 ℃로부터 82.2 ℃까지(60 ℉로부터 180 ℉까지) 변동시켰다. 일단 성형이 완료되었으면, 몰드 부품들을 (7.62 mm/s의 속도로) 개방하고, 성형된 노즐 예비성형품 부품들을 직경이 2.34 mm인 핀 이젝터(pin ejector)들을 사용하여 (12.7 mm/s의 속도로) 방출하였다.

제조된 노즐 예비성형품 형태를 현미경 검사를 사용하여 관찰하였다.

실시예 1

(미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼즈(Dow Chemicals)로부터 상표명 "C104-1"로 입수된) MFI가 1.2인 폴리프로필렌(PP)의 내충격성 공중합체를 사출 성형 재료로 사용하였으며, 전술된 "노즐 예비성형품을 사출 성형하기 위한 일반적 방법"을 사용하여 노즐 예비성형품을 제조하였다. 몰드 인서트는 사출 성형 단계 동안 46.1 ℃(115℉)로 유지하였다. 생성된 노즐 예비성형품을 현미경 검사를 사용하여 관찰하였다. 미세특징부들은 매끄럽게 방출되었으며, 온전하게 유지되었고, 어떠한 분명한 변형도 나타내지 않았다. 실시예 1의 노즐 예비성형품의 합성 현미경 사진이 도 8에 도시되어 있다.

비교예 1

몰드 인서트를 82 ℃(180 ℉)로 유지한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 비교예 1을 실시하였다. 생성된 노즐 예비성형품은, 현미경 검사를 사용하여, 일부 미세특징부들의 베이스에서 미소한 손상이 발생되었음을 나타내는 것으로 관찰되었다. 비교예 1의 노즐 예비성형품의 현미경 사진이 도 9에 도시되어 있다.

비교예 2

몰드 인서트를 37.8 ℃(100 ℉)로 유지한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 비교예 2를 실시하였다. 생성된 노즐 예비성형품은, 현미경 검사를 사용하여, 비교예 1의 것들과 유사한 일부 미세특징부들의 베이스에서 미소한 손상이 발생되었음을 나타내는 것으로 관찰되었다.

비교예 3

사출 성형 재료가 (미국 텍사스주 휴스턴 소재의 엑손 모빌 케미칼(Exxon Mobil Chemical)로부터 상표명 "엑손 모빌 PP1024E4"로 입수된) MFI가 13인 PP 재료인 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방식으로 비교예 3을 실시하였다. 생성된 노즐 예비성형품은, 현미경 검사를 사용하여, 비교예 1의 것들과 유사한 일부 미세특징부들의 베이스에서 미소한 손상이 발생되었음을 나타내는 것으로 관찰되었다.

비교예 4

사출 성형 재료가 (미국 텍사스주 휴스턴 소재의 토탈 페트로케미칼즈(Total Petrochemicals)로부터 상표명 "폴리프로필렌 3868"로 입수된) MFI가 38인 PP 재료인 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방식으로 비교예 4를 실시하였다. 생성된 노즐 예비성형품은, 현미경 검사를 사용하여, 비교예 1의 것들과 유사한 일부 미세특징부들의 베이스에서 미소한 손상이 발생되었음을 나타내는 것으로 관찰되었다.

비교예 5

사출 성형 재료가 (미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 듀폰 퍼포먼스 폴리머즈(DuPont Performance Polymers)로부터 상표명 "자이텔(Zytel) 101L N C1010"으로 입수된) 나일론(Nylon) 66 재료이고, 몰드 인서트를 96.1 ℃(205 ℉)로 유지한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 비교예 5를 실시하였다. 생성된 노즐 예비성형품은, 현미경 검사를 사용하여, 일부 미세특징부들이 방출 동안 야기된 소성 변형을 가짐을 나타내는 것으로 관찰되었다. 비교예 5의 노즐 예비성형품의 합성 현미경 사진이 도 10에 도시되어 있다.

비교예 6

이스탄(ESTANE) ETE75DT3(열가소성 폴리우레탄, 75D 쇼어 경도, 미국 오하이오주 위클리프 소재의 루브리졸(Lubrizol)로부터 입수가능함)을 사출 성형 재료로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 비교예 6을 실시하였다. 몰드 온도는 사출 성형 단계 동안 46.1 ℃(115℉)로 유지하였다. 생성된 노즐 예비성형품을 현미경 검사를 사용하여 관찰하였다. 2개가 빠진 180 μm 특징부들을 보여주는 비교예 6의 예비성형품의 합성 현미경 사진이 도 11에 도시되어 있다. 이론에 의해 구애되고자 함이 없이, 손상(파손되어 떨어져 나간 미세특징부들)은 방출 동안 야기된 것으로 여겨진다.

비교예 7

이스탄 58134(열가소성 폴리우레탄, 45D 쇼어 경도, 미국 오하이오주 위클리프 소재의 루브리졸로부터 입수가능함)를 사출 성형 재료로 사용한 것을 제외하고는, 비교예 6과 동일한 방식으로 비교예 7을 실시하였다. 현미경 검사에 의해 관찰할 때, 생성된 비교예 7의 노즐 예비성형품은 비교예 6에서 관찰된 것들과 유사하게 보여지는 광범위한 손상을 갖는 미세특징부들(즉, 수 개의 빠진 미세특징부들)을 보여주었다.

Claims

사출 성형된 노즐 예비성형품(nozzle preform)으로서,
기재를 포함하며,
기재는 제1 주 표면 및 기재의 제1 주 표면으로부터 연장되는 복수의 단일축 미세특징부(single-axis microfeature)들을 가지며,
각각의 단일축 미세특징부는 주축을 가지며;
복수의 단일축 미세특징부들의 주축들은 비평행이고;
사출 성형된 노즐 예비성형품은 파손 또는 변형된 미세특징부를 갖지 않는, 노즐 예비성형품.
제1항에 있어서, 복수의 단일축 미세특징부들 각각은 계면 영역(surface interface area) 및 평면도 투영 영역(plan view projection area)을 가지며, 복수의 단일축 미세특징부들의 적어도 일부분에 대해 평면도 투영 폭이 계면 영역을 넘어서 연장되는, 예비성형품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 복수의 단일축 미세특징부들은 폴리프로필렌을 포함하는, 예비성형품.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 단일축 미세특징부들은 원통형인, 예비성형품.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 단일축 미세특징부들은 기판으로부터 멀어지는 쪽으로 테이퍼 형성되는(taper), 예비성형품.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 단일축 미세특징부들은 기판으로부터 멀어지는 쪽으로 테이퍼 형성되지 않는, 예비성형품.
제3항에 있어서, 폴리프로필렌은 용융 유동 지수(melt flow index)가 약 1.2인, 예비성형품.
제1항에 있어서, 비평행은 주축들 중 적어도 2개가 10도 이상 서로 이탈되어 있는 것을 의미하는, 예비성형품.
제1항에 있어서, 비평행은 주축들 중 적어도 2개가 20도 이상 서로 이탈되어 있는 것을 의미하는, 예비성형품.
제1항에 있어서, 비평행은 주축들 중 적어도 2개가 30도 이상 서로 이탈되어 있는 것을 의미하는, 예비성형품.
제1항에 있어서, 비평행은 주축들 중 적어도 2개가 40도 이상 서로 이탈되어 있는 것을 의미하는, 예비성형품.
제1항에 있어서, 비평행은 주축들 중 적어도 2개가 10 내지 40도 서로 이탈되어 있는 것을 의미하는, 예비성형품.