KR20160064243A

KR20160064243A - 플라스틱의 성형방법

Info

Publication number: KR20160064243A
Application number: KR1020167013708A
Authority: KR
Inventors: 노부히사 고이소; 겐타로 이치카와; 도요히코 나카타니; 히사시 고타니; 도모나리 다지마
Original assignee: 도요세이칸 그룹 홀딩스 가부시키가이샤; 토요 세이칸 가부시키가이샤
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2016-06-07
Also published as: JP5844023B2; CA2933460A1; CN105813820A; US20160318267A1; EP3059064A1; EP3059064A4; WO2015093256A1; KR101697172B1; CN105813820B; CA2933460C; JPWO2015093256A1; EP3059064B1

Abstract

본 발명의 성형방법은, 할형 구조를 갖고 있고 또한 할형끼리 맞댄 면인 할면에 가스 유로(37)로 통하고 있는 에어 벤트 구멍(39)이 형성되어 있는 성형형(30)을 이용하고, 성형형(30)에 의해 수지의 성형을 실시하는 플라스틱의 성형방법에 있어서, 성형형(30)에 수지를 공급하여 성형을 실시하고, 얻어진 성형품을 성형형으로부터 꺼낸 후, 다음의 성형 사이클에서 수지를 성형형(30)에 공급하기에 앞서, 적어도 성형형(30)의 일부로서 에어 벤트 구멍(39)을 포함하는 부분이 형성되어 있는 상태에서, 가스 유로(37)로부터 에어 벤트 구멍(39)으로 클리닝용 가스(G)를 공급하고, 클리닝용 가스(G)를 가스 유로(37)와는 다른 유로로부터 배출하는 것을 특징으로 한다. 이 방법에 따르면, 벤트 홈에서의 올리고머의 축적이 유효하게 방지되어 성형 사이클을 정지하는 일 없이 자동적으로 클리닝을 실시할 수 있다.

Description

플라스틱의 성형방법{PLASTIC MOLDING METHOD}

본 발명은 플라스틱의 성형방법에 관한 것이며, 특히 성형형(成形型)에 수지를 공급함으로써, 해당 성형형에 의해 획정되는 형상으로 성형하는 플라스틱의 성형방법에 관한 것이다.

종래, 플라스틱은, 금속 등의 무기재료에 비해 성형이 극히 용이하며, 소정의 성형형에 가열된 플라스틱을 공급하고, 해당 성형형에 의해 냉각함으로써, 해당 성형형에 의해 획정되는 여러 가지의 형상으로 성형할 수 있기 때문에, 여러 가지의 용도에 적용되고 있다.

상기와 같은 성형형을 이용한 대표적인 성형방법은, 사출 성형법이며, 대략적으로 말하자면, 한 쌍의 할금형(割金型, split-mold)에 의해 형성되는 캐비티의 내부에 용융 수지를 사출 충전하고, 해당 할금형에 의해 캐비티 내의 용융 수지를 냉각 고화함으로써 캐비티의 형상으로 수지를 성형한다는 것이다.

이와 같은 사출 성형법뿐만 아니라, 소정의 성형형의 면상(面上)에 액상 또는 유동 상태의 고상(固相)의 수지를 공급하여 성형형의 면에 맞춘 형상으로 수지를 성형한다는 수단에서는 모두 성형형의 표면에 수지 또는 수지 성분의 일부(윤활제 등)가 부착 잔존한다는 문제가 있다. 이와 같은 형(型) 오염을 회피하기 위해, 성형 작업을 어느 정도의 횟수로 반복하여 실시한 후, 성형형의 표면을 천 등에 의해 클리닝한다는 작업이 실시되고 있다.

그런데, 상기의 클리닝 작업에서는 클리닝마다 성형 사이클을 중단하지 않으면 안되어 생산성이 저하된다는 불편함이 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 특허문헌 1에는 성형 사이클을 중단하지 않고 클리닝을 실시하는 방법이 제안되어 있다.

즉, 사출 성형법과 같이, 성형형에 의해 형성되는 캐비티 내에 수지를 충전하여 성형하는 방법에서는, 수지의 충전과 함께, 캐비티 내의 가스 빼기를 실시할 필요가 있고, 이 때문에 벤트 구멍(vent hole)이라 불리는 가스 빼기 유로가 캐비티 공간으로 통하도록 형성되어 있다. 이 벤트 구멍은, 캐비티를 형성하기 위한 한 쌍의 성형형을 맞대는 부분에, 한쪽의 형 표면에 깊이가 0.01∼0.05mm 정도의 얕은 홈(폭은 1∼10mm 정도이다)을 설치해 둠으로써 형성되는 것이고, 이와 같이 하여 형성되는 벤트 구멍은, 캐비티 내로 통하고 있는 동시에, 가스 배출용의 가스 유로로도 통하고 있다.

특허문헌 1에서 제안되어 있는 수단은, 캐비티를 형성하고 있는 한 쌍의 성형형을 열었을 때에, 상기의 가스 유로로부터 클리닝용의 가스(예를 들면 에어)를 공급함으로써 성형형의 클리닝을 실시한다는 것이다. 이러한 수단에 따르면, 성형형을 열었을 때에 자동적으로 가스를 흘림으로써 클리닝을 실시할 수 있기 때문에, 성형 사이클을 중단하는 일이 없는데다가 벤트 구멍을 형성하는 홈(벤트 홈)의 주변부분의 클리닝을 효과적으로 실시할 수 있다는 것이다.

일본국 특개평 9-19948호 공보

특허문헌 1에서 제안되어 있는 수단은, 생산성을 저하하지 않고 성형형의 클리닝을 실시할 수 있다는 점에서 공업적으로 극히 유용하다.

그러나, 본 발명자 등의 실험에 의하면, 상기의 수단으로는 수지 부스러기나 수지로부터 블리드한 성분이나 먼지 등의 이물은 효과적으로 제거할 수 있는 것이지만, 성형 사이클을 반복하여 실시해 가는 동안에, 매우 미세한 이물이 벤트 홈 부분에 점차 축적해 가는 것을 알았다. 이러한 이물은, 본 발명자 등의 분석에 의하면, 성형에 이용하는 수지에 불가피적 성분으로서 포함되는 저분자량 성분, 예를 들어 폴리에스테르 수지를 들면, 환상삼량체 등의 올리고머, 저융점 모노머인 모노히드록시에틸테레프탈레이트나 비스히드록시에틸테레프탈레이트 등(이하, 총칭으로서 올리고머라고 기재한다)인 것이 확인되었다. 즉, 성형용의 수지에 포함되는 올리고머는, 미량이지만, 분자량이 낮고, 성형시에 벤트 홈이나 그 주변부의 매우 좁은 부분에까지 유입하여, 1회의 성형 작업으로 성형형 표면에 부착하는 양은 현저하게 미량이어도, 가스를 흘리거나(flowing) 또는 내뿜거나(blowing) 하는 정도의 작업으로는 완전하게 제거하는 것이 곤란할 뿐만 아니라, 성형을 반복할 때마다 서서히 올리고머가 축적해 가게 된다. 특히 벤트 홈에서의 올리고머의 축적은 곧바로 가스 빼기 불량을 초래하여, 성형품 중의 기포 혼입, 쇼트 성형 등의 성형 불량을 일으킨다. 이 때문에, 어느 정도의 횟수, 성형을 반복한 후, 성형을 정지하고, 수동으로 불식(拂拭) 등에 의해 성형형의 표면을 클리닝할 필요가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 벤트 홈에서의 올리고머의 축적이 유효하게 방지되어 성형 사이클을 정지하는 일 없이, 자동적으로 클리닝을 실시할 수 있는 플라스틱의 성형방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의하면, 할형(割型) 구조를 갖고 있고 또한 할형끼리 맞댄 면인 할면(割面)에 가스 유로로 통하고 있는 에어 벤트 구멍이 형성되어 있는 성형형을 이용하고, 해당 성형형에 의해 수지의 성형을 실시하는 플라스틱의 성형방법에 있어서,

상기 성형형 내에 수지를 공급하여 성형을 실시하고, 얻어진 성형품을 성형형 내로부터 꺼낸 후, 다음 성형 사이클에서 수지를 성형형 내에 공급하기에 앞서, 적어도 성형형의 일부이고 또한 상기 에어 벤트 구멍을 포함하는 부분이 형성되어 있는 상태에서, 상기 가스 유로로부터 해당 에어 벤트 구멍에 클리닝용 가스를 공급하고, 해당 클리닝용 가스를, 상기 가스 유로와는 다른 유로로부터 배출하는 것을 특징으로 하는 플라스틱의 성형방법이 제공된다.

본 발명의 성형방법에 있어서는,

(1) 상기 클리닝 가스는, 상기 성형형의 할면으로서 에어 벤트 구멍이 형성되어 있지 않은 부분으로부터 배출되는 것,

(2) 상기 성형형은, 셸금형과 코어금형을 포함하고, 해당 셸금형이 할금형 구조를 갖는 것이며, 해당 셸금형과 코어금형에 의해, 수지가 공급되는 캐비티가 형성되고, 상기 클리닝용 가스는 상기 에어 벤트 구멍으로부터 해당 캐비티 내에 도입되어 배출되는 것,

(3) 상기 캐비티 내에는 상기 수지가 사출 충전되어 용기용 프리폼을 성형하는 것,

(4) 상기 수지의 공급 시에는 상기 에어 벤트 구멍으로부터 가스 유로측으로 가스 빼기가 실시되는 것,

(5) 상기 에어 벤트 구멍을 형성하기 위한 벤트 홈의 적어도 저부(底部)의 표면이, 상기 에어 벤트 구멍의 산술 평균 거칠기 Ra(JIS B 0601:2001)가 1㎛ 이하인 것, 이라는 양태를 채용할 수 있다.

본 발명의 성형방법에서는, 일단 성형이 실시되고, 성형형으로부터 성형품을 꺼낸 후, 다음 성형을 실시함에 앞서, 성형형이 형성되어 있는 상태 또는 성형형이 완전하게는 형성되어 있지 않지만 에어 벤트 구멍은 형성되어 있는 상태에서, 상기 가스 유로로부터 에어 벤트 구멍에 클리닝용 가스가 공급된다. 즉, 성형형을 구성하는 적어도 일부의 형이 닫혀져 있고, 매우 좁은 에어 벤트 구멍이 형성되어 있는 상태에서 클리닝 가스를 흘리기 때문에, 에어 벤트 구멍을 형성하는 벤트 홈 및 그 주변부의 클리닝을 효과적으로 실시할 수 있으며, 성형용 수지에 포함되는 올리고머의 축적을 유효하게 방지하여 성형 작업을 정지하는 일 없이, 장기간에 걸쳐 연속적으로 실시하는 것이 가능해지는 것이다.

전술한 특허문헌 등에서 제안되어 있는 선행기술에서는, 성형형이 개방되어 있는 상태에서 클리닝용 가스가 흘려지기 때문에, 벤트 홈으로 통하는 가스의 배출 유로로부터 가스를 흘렸다고 하더라도, 벤트 홈이나 그 주변부에서는 가스가 확산되어 버리기 때문에 클리닝이 불충분하고, 따라서 올리고머의 축적을 방지할 수 없지만, 본 발명에서는 형이 닫혀진 상태에서 클리닝용 가스를 에어 벤트 구멍으로 흘리기 때문에, 벤트 홈이나 그 주변부에 가스가 집중하여 흐르고, 이 결과, 올리고머가 축적하지 않도록 효과적으로 클리닝을 실시하는 것이 가능해지는 것이다.

도 1은 플레이트 형상의 플라스틱 성형품을 성형하기 위한 성형형의 캐비티면 및 가스의 유로를 나타내는 도(a) 및 해당 성형형의 정면 단면도(b).
도 2는 용기용 프리폼을 성형하기 위한 성형형을 나타내는 정면 단면도(a) 및 B-B 단면도(b).
도 3은 용기 프리폼을 성형 후, 성형된 용기 프리폼을 유지한 채로 성형형의 코어형을 뽑아 낸 상태를 나타내는 정면 단면도.
도 4는 성형된 용기 프리폼의 꺼냄(取出)을 실시할 때의 성형형의 상태를 나타내는 평면 단면도(도 3에 있어서의 Z방향에서 본 도면).
도 5는 용기 프리폼의 성형을 개시할 때에, 네크(neck)부의 할형이 닫혀져 에어 벤트 구멍이 형성되어 있는 상태를 나타내는 평면 단면도(a) 및 C-C 단면도(b).
도 6은 네크부 할형이 닫혀진 후, 코어(31)가 삽입되어 있는 성형형의 상태를 나타내는 정면 단면도.
도 7은 추가로 셸(33)이 닫혀지고, 성형형이 완성된 상태에서, 성형 개시 전에 실시하는 성형형의 클리닝 공정을 설명하기 위한 정면 단면도.

본 발명의 플라스틱 성형방법을 설명하기 위한 도 1에는, 가장 심플한 형태인 플레이트 형상의 성형품을 사출 성형하기 위한 성형형이 나타내어져 있다.

즉, 도 1에 있어서, 이 성형형은, 상대적으로 움직일 수 있는 한 쌍의 할금형(1, 3)으로 형성되어 있고, 이들 할금형(1, 3)을 상대적으로 이동시켜 닫음으로써, 양자의 맞댄 면이 되는 분할면(5)에 의해 둘러싸여지는 중앙 부분에, 성형부가 되는 평면이 판상(板狀) 형상의 캐비티(7)가 형성된다(특히 도 1(a) 참조).

상기의 한쪽의 할금형(1)에는, 수지 공급용의 사출 노즐(도시하지 않음)로 이어지는 스프루(9)가 형성되고, 또한 이 스프루(9)에 대면하는 다른쪽의 할금형(3)의 부분에는, 캐비티(7) 내에 수지를 균등하게 공급하기 위한 콜드 슬러그 웰(11)이 되는 오목부가 형성되어 있다. 즉, 할금형(1, 3)을 맞대어 닫음으로써, 콜드 슬러그 웰(11)이 형성되고, 이 콜드 슬러그 웰(11)은 러너(13) 및 게이트(15)를 통하여 캐비티(7)에 통하도록 되어 있다.

따라서, 사출 노즐로부터 성형용의 수지 용융물을 사출하면, 이 수지 용융물은, 도 1(b)에 나타내어져 있는 바와 같이, 화살표 선 X로 나타내어지는 방향을 따라 스프루(9)에 도입되고, 콜드 슬러그 웰(11)을 통하여, 러너(13) 및 게이트(15)를 통과하여 캐비티(7) 내에 충전되며, 캐비티(7) 내에서 냉각 고화함으로써, 캐비티(7)의 형상에 따라 플레이트 형상의 수지 성형품이 얻어지게 된다.

이와 같이 하여 얻어진 수지 성형품은, 예를 들면 할금형(3)을 화살표 선 Y의 방향으로 슬라이드하여 할금형(1, 3)을 개방함으로써, 캐비티(7)로부터 꺼내진다.

그런데, 상기와 같이 하여 성형을 실시하는 경우, 수지 용융물의 캐비티(7) 내로의 충전에 수반하여 캐비티(7) 내의 가스 빼기를 실시하는 것이 필요하게 된다. 가스 빼기 없이 캐비티(7) 내에 수지 용융물을 충전하면, 캐비티(7) 내의 에어가 수지 용융물 중에 혼입되고, 이 결과, 얻어지는 성형품 내부에의 기포 혼입, 쇼트 성형 등의 성형 불량을 일으켜 버리기 때문이다.

상기와 같은 가스 빼기를 실시하기 위해, 예를 들면 할금형(3)에는, 가스 배출용의 가스 유로(20)가 형성되어 있고, 또한 이 가스 유로(20) 및 캐비티(7)로 통하도록 할금형(3)의 표면(할금형(1)과의 할형면(5)이 되는 부분)에 배경 기술의 항에서도 설명한 소폭이고 또한 얕은 벤트 홈(21)이 형성되어 있으며, 이와 같은 벤트 홈(21)을 형성함으로써, 할금형(1, 3)을 닫아 성형형을 형성했을 때, 캐비티(7)로 통하는 에어 벤트 구멍(23)이 형성되게 된다.

즉, 도 1(b)에 나타내어져 있는 바와 같이, 할금형(1, 3)을 닫아 성형형을 형성한 상태에서, 전술한 수지 용융물을 사출하여 캐비티(7) 내에 충전해 가면, 이 수지 용융물에 의해 캐비티(7) 내의 에어는 에어 벤트 구멍(23)을 통과하여 가스 유로(20)로부터 배출되고, 이에 따라 가스 빼기가 스무스하게 실시된다.

또한, 이와 같이 하여 가스 빼기를 실시하는 경우, 당연한 일이지만, 에어 벤트 구멍(23)은 게이트(13)의 반대측에 위치시키게 된다.

상기와 같이 하여 사출 성형을 실시할 때에, 본 발명에서는, 사출 성형 후, 성형품을 캐비티(7)로부터 꺼낸 후, 다음 성형을 실시하기에 앞서, 성형형의 클리닝을 실시한다.

이러한 클리닝은, 할금형(1, 3)을 닫은 상태에서, 수지 용융물을 사출하기 전에 실시되고, 상술한 에어 벤트 구멍(23)을 이용하며, 가스 유로(20)로부터 클리닝용 가스를 공급함으로써 실시한다. 클리닝용 가스로는, 통상은 압축 공기가 사용되지만, 환경이나 성형형에 악영향을 주지 않는 한, 질소 가스 등의 다른 가스를 사용할 수도 있다.

즉, 상술한 사출 성형을 반복 실시해 가면, 성형용의 수지 중에 불가피적 불순물로서 포함되는 미량의 올리고머가, 에어 벤트 구멍(23)(벤트 홈(21)) 및 그 주변부분의 가스 유로(20)로 밀려나와서 이들의 부분에 점차 축적해 가게 되며, 이 결과, 가스 빼기가 불충분하게 되어 성형 불량 등을 일으키게 된다.

그런데, 본 발명에서는 상기의 할금형(1, 3)을 닫은 상태에서 클리닝용 가스를 상기 가스 유로(20)로부터 압입(壓入)함으로써, 에어 벤트 구멍(23)(벤트 홈(21)) 및 그 주변부분에 부착한 미량의 올리고머를 제거하여 그 축적을 유효하게 방지할 수 있다.

예를 들면, 가스 유로(20)로부터 클리닝용 가스를 흘렸다고 하더라도, 할금형(1, 3)이 열려 있는 상태에서는 가스 유로(20)로부터 방출되는 가스가 확산되어 버리고, 올리고머가 실온 상태에서 점착성이 풍부하기도 하여, 벤트 홈(21)이나 그 주변부의 클리닝을 효과적으로 실시할 수 없다. 그런데, 본 발명에 따라, 할금형(1, 3)이 닫혀 있는 상태에서 클리닝용 가스를 가스 유로(20)로부터 공급하는 경우에는, 에어 벤트 구멍(23)(벤트 홈(21))이나 그 주변부분에서의 가스압이 높고, 가스가 집중해서 흐르기 때문에, 올리고머를 효과적으로 제거할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 할금형(1, 3)이 닫혀 있는 상태에서 클리닝용 가스를 공급하기 때문에, 해당 가스는, 화살표 선 P로 나타내어져 있는 바와 같이, 가스 유로(20)로부터 에어 벤트 구멍(23)을 통과하여 캐비티(7) 내로 흘러들어가며, 또한 캐비티(7) 내로 흘러들어간 가스는, 화살표 선 Q로 나타내어져 있는 바와 같이, 캐비티(7)를 형성하고 있는 부분의 할금형(1, 3)의 분할면(5)(에어 벤트 구멍(23)이 형성되어 있지 않은 부분)으로부터 외부로 방출되게 된다. 즉, 할금형(1, 3)의 맞댐에 의해 형성된 성형형의 파팅라인(parting line)으로부터 클리닝용 가스는 방출되게 된다. 물론, 일부는 스프루(9)로부터도 배출된다.

이 결과, 본 발명에서는 캐비티(7)를 형성하고 있는 할금형(1, 3)의 표면이나 분할면(5)의 부분에 부착한 올리고머도 유효하게 제거되고, 또한 비교적 조대(粗大)한 이물은 스프루(9)로부터 클리닝용 가스와 함께 제거된다.

그런데, 종래의 성형방법에서는 에어 벤트 구멍(23)에의 올리고머 잔류를 방지하기 위해, 통상, 에어 벤트 구멍(23)을 형성하는 부분의 형 표면, 예를 들면, 벤트 홈(21)의 적어도 홈 저부(할금형(3))의 표면, 더욱 바람직하게는 벤트 홈(21)의 대향부(할금형(1))의 표면에 경면 마무리를 실시하고, 그 표면 거칠기를 산술 평균 거칠기 Ra(JIS B 0601:2001)로 0.05∼0.25㎛ 정도로 하면 바람직하다고 여겨지고 있다.

그런데, 본 발명에서는 클리닝 가스에 의해 강제적으로 에어 벤트 구멍(23)에 잔류한 올리고머를 제거하기 때문에, 상술한 바와 같은 경면 마무리를 특별히 필요로 하지 않고, 예를 들면, 벤트 홈(21)의 적어도 홈 저부(할금형(3))에 대해서 Ra가 1㎛ 정도의 미경면(微鏡面) 마무리를 실시하면 되며, 올리고머 제거를 보다 효과적으로 하려면 Ra를 0.5㎛ 이하, 더욱 효과적으로 하려면 Ra를 0.25㎛ 이하로 하면 된다. 또한, 필요에 따라 벤트 홈(21)의 홈측부 벤트 홈(21)의 대향부(할금형(1))도 미경면 마무리를 실시하고, 에어 벤트 구멍(23) 전체를 Ra 1㎛ 이하로 하면 보다 바람직하다.

상술한 예는, 형상이 심플한 플레이트 형상의 성형품을 성형하는 경우이지만, 본 발명의 성형방법은 더욱 복잡한 형상의 성형품, 예를 들면 용기용 프리폼의 성형에도 적용할 수 있다.

이러한 용기용 프리폼의 성형 프로세스를 도 2∼도 6에 나타냈다.

우선, 용기용 프리폼의 성형형의 구조를 나타내는 도 2(a) 및 (b)를 참조하여, 전체로서 30으로 나타내어지는 성형형에 의해 성형되는 프리폼(50)은 시험관 형상의 몸통부 본체(51)와 외면에 나사산(螺條) 및 서포트 링이 형성되어 있는 네크부(53)로 형성되어 있다.

한편, 이러한 형상의 프리폼(50)을 성형하기 위한 성형형(30)은, 이러한 프리폼(50)에 상당하는 캐비티를 갖는 것인데, 크게 나누어, 코어(31)와, 몸통부 본체 형성용의 셸(33)(이하, 몸통부 셸로 약기한다)과, 네크부 형성용 셸(35)(이하, 네크부 셸로 약기한다)로 구성된다.

상기의 성형형(30)에 있어서, 몸통부 셸(33)에는 사출 노즐(도시하지 않음)로 통하는 게이트(33a)를 갖고 있고, 네크부 셸(35)은 할형 구조를 갖고 있으며, 개폐 가능한 형(35a, 35b)으로 이루어져 있다. 이 맞댄 면(할면)은 60a로 나타내어져 있다. 또, 이 네크부 셸(35)의 할형(35a, 35b) 중 적어도 어느 한쪽에 가스 유로(37)가 형성되어 있고(도 2(b) 참조), 이 가스 유로(37)는 모두 네크부 셸(35)의 할면(60a)에 형성된 벤트 홈에 의한 에어 벤트 구멍(39)으로 통하고 있다.

또한 상기의 몸통부 셸(33)은, 코어(31) 및 닫혀져 있는 네크부 셸(35)(35a, 35b)에 대하여 상대적으로 슬라이드 가능하게 설치되어 있다.

즉, 도 2에 나타내어져 있는 바와 같이, 코어(31)에 대하여 네크부의 셸할형(35a, 35b)이 닫혀져 있고, 또한 이와 같이 조립되어진 코어(31) 및 네크부의 셸할형(35a, 35b)을 슬라이드하여 코어(31)를 몸통부 셸(33) 내에 삽입함으로써, 성형형(30)이 형성된다. 즉, 이 성형형(30)에 있어서는, 그 내부에 용기용 프리폼(50)에 상당하는 형상의 캐비티를 갖고 있고, 또, 전술한 할면(60a)에 형성되어 있는 벤트 홈에 대응하는 부분에는 가스 유로(37)로 통하는 에어 벤트 구멍(39)이 형성된다.

또한, 이 도 2(a)에 있어서, 몸통부 셸(33)과 네크부 셸(35)의 할면(맞댄 면)은 60b로 나타내어져 있다.

따라서, 도 2의 성형형(30)의 캐비티 내에, 전술한 몸통부 셸(33)의 게이트(33a)로부터 수지 용융물을 사출기로부터 사출 충전하고, 냉각 고화함으로써, 용기용 프리폼(50)이 성형된다.

또, 이와 같이 하여 수지 용융물을 사출 충전함으로써, 캐비티 내에 존재하고 있는 에어는 게이트(33a)와는 거의 반대측에 형성되어 있는 에어 벤트 구멍(39)을 통과하여 가스 유로(37)로부터 외부로 배출되어 가스 빼기가 실시되게 된다.

상기와 같이 하여 수지 용융물이 캐비티 내에서 냉각 고화되어 성형된 후는 도 3에 나타내어져 있는 바와 같이, 코어(31) 및 네크부의 셸할형(35a, 35b)을 몸통부 셸(33)에 대하여 슬라이드하고, 이에 따라, 해당 프리폼(50)의 몸통부(51)가 개방된다.

이어서, 도 4에 나타내어져 있는 바와 같이, 용기용 프리폼(50)을 코어(31)로부터 뽑아내고, 네크부의 셸할형(35a, 35b)을 엶으로써, 용기용 프리폼(50)이 꺼내어진다.

이와 같이 하여, 용기용 프리폼(50)의 성형 프로세스의 1 사이클이 완료되고, 꺼내어진 용기용 프리폼은 다음 2차 성형공정(예를 들면 블로우 성형공정)으로 이송되어 용기(예를 들면 보틀)의 형태로 성형되게 된다.

이와 같이 하여 얻어지는 용기용 프리폼(50)은, 게이트 잔부(55)를 갖고 있고, 이 게이트 잔부는 적절히 커팅 등의 후가공으로 제거된다.

또한, 상기 성형형(30)을 형성하는 코어(31), 몸통부 셸(33) 및 네크부 셸(35)은 도시되어 있지 않지만, 각각, 열교환기를 내장하고 있고, 사용하는 수지종류나 성형 조건에 따라 적합한 온도로 유지되어 있다. 이것은, 전술한 도 1의 성형형에 있어서도 마찬가지이다.

성형 프로세스의 1 사이클이 완료된 후는, 다음의 성형 사이클이 실시되는데, 이 성형 사이클에서는, 도 5에 나타내어져 있는 바와 같이, 네크부의 셸할형(35a, 35b)을 닫고, 이어서 도 6에 나타내어져 있는 바와 같이, 코어(31)를 슬라이드하여 삽입한다. 이에 따라, 용기용 프리폼(50)의 네크부(51)에 대응하는 캐비티가 형성된다.

이어서, 도 7에 나타내어지는 바와 같이, 몸통부 셸(33)에 대하여, 코어(31)및 네크부의 셸할형(35a, 35b)을 슬라이드하여 닫음으로써, 용기용 프리폼(50)에 상당하는 형상의 캐비티를 갖는 성형형(30)이 형성된다. 즉, 이 성형형(30)은 도 2에서 나타내어져 있는 것과 완전히 동일하다.

상기와 같이 하여 형성된 성형형(30)을 이용하여 다시 용기 프리폼(50)을 성형하는 것이지만, 본 발명에 있어서는 이 성형에 앞서 압축 에어 등의 클리닝 가스를 이용한 클리닝을 실시한다.

예를 들면, 도 7에 나타내어져 있는 바와 같이, 성형형(30)이 형성되어 있는 상태에서, 게이트(33a)로부터의 수지 용융물의 사출 충전에 앞서, 네크부 셸(35)에 설치되어 있는 가스 유로(37)로부터 에어 벤트 구멍(39)으로 클리닝 가스(G)를 공급함으로써 클리닝을 실시한다. 이 클리닝에 의해, 에어 벤트 구멍(39)을 형성하는 벤트 홈이나 그 주변부분에 미량 부착한 수지의 올리고머 성분을 유효하게 제거할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 나타내어져 있는 바와 같이, 네크부 셸(35)의 할형(35a, 35b)이 개방되어 있고, 에어 벤트 구멍(39)이 형성되어 있지 않은 상태에서 가스 유로(37)로부터 클리닝 가스를 흘렸다고 하더라도, 벤트 홈이 형성되어 있는 할형(35a, 35b)의 표면에 가스가 도달하면, 이 표면 부분에서 가스가 확산되어 버리기 때문에, 그 클리닝 효과는 극히 작아 올리고머 성분을 유효하게 제거할 수 없다. 그런데 본 발명에서는 할형(35a, 35b)이나 몸통부 셸(33)이 닫혀지고, 벤트 홈에 의해 미세한 에어 벤트 구멍(39)이 형성되어 있기 때문에, 가스가 확산되지 않고 에어 벤트 구멍(39)에 집중하고, 이 결과, 에어 벤트 구멍(벤트 홈)(39)이나 그 주변의 가스 유로(37) 등에 부착한 올리고머 성분을 유효하게 제거할 수 있는 것이다.

게다가, 도 7에 나타내는 타이밍에 클리닝 가스를 가스 유로(37)로부터 흘리면, 에어 벤트 구멍(39)을 통과한 클리닝용 가스는 용기 프리폼(50)을 형성하는 캐비티 내의 전체에 걸쳐 흐르기 때문에, 이러한 캐비티를 형성하는 코어(31), 몸통부 셸(31) 및 네크부 셸(35)의 표면 전체의 클리닝을 효과적으로 실시할 수 있다.

또한, 이와 같이 하여 캐비티 내를 흐르는 클리닝 가스는, 도 7에 나타내어져 있는 바와 같이, 몸통부 셸(33)과 네크부 셸(35)의 할면(맞댄 면)(60b)으로부터 배출되게 된다. 또, 도시되어 있지 않지만, 네크부 셸(35)의 할면(할형(35a, 35b)끼리 맞댄 면)으로부터도 클리닝 가스는 배출된다. 따라서, 이들 할면(60b) 등의 클리닝도 효과적으로 실시할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서, 클리닝의 타이밍은, 적어도 에어 벤트 구멍(39)이 형성되도록, 성형형(30)을 형성하고 있는 금형의 적어도 일부가 닫혀져 있는 상태에서 실시하면 되고, 예를 들면 도 5 또는 도 6에 나타내는 타이밍에 클리닝을 실시할 수도 있다.

즉, 도 5에 있어서는, 몸통부 셸(33)이 닫혀져 있지 않고, 또한 코어(31)가 삽입되어 있지 않으며, 네크부(53)에 상당하는 캐비티도 형성되어 있지 않지만, 네크부의 할형(35a, 35b)은 닫혀져서 이 할면(60a) 부분에 에어 벤트 구멍(39)이 형성되어 있기 때문에(도 5(b) 참조), 가스 유로(37)로부터 클리닝 가스(G)를 흘림으로써, 에어 벤트 구멍(39)을 형성하고 있는 벤트 홈의 클리닝을 유효하게 실시할 수 있다. 이 경우, 에어 벤트 구멍(39)으로 흘려진 클리닝 가스(G)는 즉시 외부로 방출되게 된다.

또한, 도 6에 있어서는 몸통부 셸(33)이 닫혀져 있지 않지만, 네크부의 할형(35a, 35b)은 닫혀져 있고, 도 5와 마찬가지로, 할면(60a) 부분에 에어 벤트 구멍(39)이 형성되어 있으며, 이것에 더하여, 코어(31)의 삽입에 의해, 네크부(53)에 상당하는 캐비티는 형성되어 있다. 이 때문에, 가스 유로(37)로부터 에어 벤트 구멍(39)으로 흘려진 클리닝 가스(G)는 네크부(53)에 상당하는 캐비티를 통과하여 외부로 방출된다. 이 경우에는, 에어 벤트 구멍(39)(벤트 홈)의 클리닝과 함께, 네크부(53)에 상당하는 캐비티를 형성하고 있는 네크부 셸(35)(35a, 35b) 및 코어(31)의 표면의 클리닝도 효과적으로 실시된다.

또한, 전술한 도 1의 성형형과 마찬가지로, 이 용기용 프리폼의 성형형에 있어서도, 에어 벤트 구멍(39)을 형성하는 할형의 벤트 홈의 적어도 홈 저부(네크부의 할형(35a, 35b) 양측에 벤트 홈이 형성되어 있는 경우는, 적어도 양측의 홈 저부), 더 나아가서는 대향하는 할형의 대향면의 표면 거칠기를 산술 평균 거칠기 Ra로 1㎛ 이하, 바람직하게는 0.5㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.25㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 필요에 따라 홈측부 등도 미경면 마무리를 실시하여, 에어 벤트 구멍(39) 전체를 Ra 1㎛ 이하로 하면 보다 바람직하다.

상술한 도 1에 나타내는 플레이트 형상의 사출 성형품이나 도 2∼도 7의 사출 성형 프로세스로 성형되는 용기 프리폼에서의 성형에 있어서, 압축 공기 등의 클리닝 가스의 가스압은, 특별히 한정되지 않지만, 일반적으로, 0.3MPa 이상, 특히 2.0MPa 이상으로 함으로써, 효율적으로 단시간에 에어 벤트 구멍(39)을 형성하는 벤트 홈이나 그 주변의 클리닝을 보다 효과적으로 실시할 수 있다.

또, 클리닝 시간에 관해서도 특별히 한정되지 않지만, 통상, 0.5∼1.5초 정도의 단시간으로 좋지만, 길수록 클리닝을 보다 효과적으로 실시할 수 있다.

또한 도 2∼도 7의 사출 성형 프로세스에 있어서, 도 6에 나타내는 상태에서 클리닝 가스를 흘리는 것은, 이 가스(G)는, 프리폼의 네크부(53)에 대응하는 캐비티 부분으로부터 즉시 외부로 배출되기 때문에, 클리닝 가스(G)의 유속을 빠르게 할 수 있고, 따라서, 에어 벤트 구멍(39) 주변의 클리닝을 보다 효과적으로 실시할 수 있다는 이점이 있다.

한편, 도 7과 같이, 모든 금형이 닫혀지고, 용기용 프리폼(50)에 대응하는 캐비티를 갖는 성형형(30)이 완전히 형성된 타이밍에서의 클리닝은, 역류 방지 등의 관점에서 가스압이 어느 정도 제한되지만, 성형형(30)을 형성하는 금형의 전체에 걸쳐 효과적으로 클리닝을 실시하는데 있어서 유리하다.

본 발명에 있어서, 상술한 클리닝 조작은, 형 닫음부터 시작되어 형의 개방 및 성형품의 꺼냄까지의 일련의 성형 사이클에 있어서, 각 성형 사이클마다 실시하는 것이, 장기간에 걸쳐 장치를 연속적으로 가동시킨다는 점에서 적합하다.

또, 상술한 설명에서는, 사출 성형을 예로서 설명했지만, 소정의 할형 구조를 갖는 성형형을 이용하여 수지 용융물을 냉각 고화하고, 또한 성형형 중에 에어 벤트 구멍을 형성한다는 수단이라면, 사출 성형으로 한정되는 것이 아니고, 여러 가지의 성형법에 본 발명을 적용할 수 있다.

또한 성형용 수지로는, 특히 올리고머의 부착을 초래하기 쉽다는 관점에서, 폴리에스테르 수지, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트 또는 이들의 공중합 폴리에스테르가 적합하지만, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 올레핀계 수지, 그 외의 열가소성 수지 등도, 불가피적 불순물로서 올리고머를 포함하는 것이기 때문에, 이들 수지를 이용한 성형에도 본 발명을 적용할 수 있다.

실시예

본 발명의 뛰어난 효과를 다음 실험예로 설명한다.

또한, 이하의 실험에서는 고유 점도(IV)가 0.84dL/g인 보틀 성형용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 이용했다.

또, 부착 성분이 올리고머라는 확인은 다음의 방법에 의해 실시했다.

올리고머의 확인;

네크부 셸금형을 클로로포름(CHCL₃)으로 초음파 세정을 실시했다. 그 후, 세정액을 플라스크에 옮기고, 약 40℃로 설정된 회전 증발기(rotary evaporator)로 건고(乾固)했다. 이것을 디메틸포름아미드(DMF)에 용해하고, 구멍 지름 0.5㎛의 필터 유닛으로 이물을 제거하고, 고속 액체 크로마토그래피(HPLC)에 주입하여 분석했다.

또한 금형면에서의 올리고머 부착 상태는 다음 기준으로 육안으로 평가했다.

◎: 올리고머의 부착이 전혀 확인되지 않는다.

○: 올리고머는 퇴적하고 있지 않지만, 분산한 부착이 확인되었다.

×: 올리고머의 퇴적이 뚜렷이 확인되었다.

(실시예 1)

도 2에 나타내어져 있는 구조를 갖고 있고 또한 20℃로 유지되고 있는 성형형(30)을 사용했다. 이 성형형(30)에서는 네크부 셸(35a, 35b), 몸통부 셸(31)이 닫혀져 있고, 깊이 약 20㎛, 저부의 표면 거칠기 Ra=0.70㎛로 마무리된 벤트 홈에 의해 에어 벤트 구멍(39)이 형성되어 있다. 이 성형형(30)의 캐비티 내에 상기의 용기용 PET의 용융물을 사출 성형하고, 충분히 냉각한 후, 몸통부 셸(33)에 대하여 코어(31)를 슬라이드하여 열고(도 3 참조), 이어서 네크부 할형(35a, 35b)을 분할하도록 서로 열어서 시험관 형상의 용기용 프리폼(50)을 꺼냈다(도 4 참조).

다음의 사출 공정에 들어가기 전, 도 5에 나타내어져 있는 바와 같이, 네크부 셸(35a, 35b)을 닫고(이 단계에서 에어 벤트 구멍(39)이 형성되어 있다), 이어서 도 6에 나타내어져 있는 바와 같이, 그 내부에 코어(31)를 통하게 하여 네크부(53)에 상당하는 캐비티를 형성한 후, 몸통부 셸(33)에 코어(31)를 통과시키도록 더욱 슬라이드하여 프리폼(50)의 몸통부에 대응하는 캐비티를 형성했다(도 7 참조).

이어서, 소정의 에어 공급원으로부터, 가스 유로(37), 에어 벤트 구멍(39)을 통하여, 캐비티에 5MPa의 에어를 네크부 셸(35a, 35b)이나, 이들 네크부 셸(35)과 몸통부 셸(33)의 할면(60) 등에 존재하는 미소 틈으로부터 캐비티 외부로 흘러나오게 하면서 1.5초 도입하고, 이 후, 다음의 사출 공정에 들어갔다.

상기 공정을 1000회 반복한 후, 성형기를 멈추고, 에어 벤트 구멍(39)(네크부용의 할형(35a, 35b)의 벤트 홈 및 이것에 대면하는 코어(31)의 표면)에서의 올리고머의 부착 상태를 육안으로 확인한 바, 올리고머는 거의 퇴적하고 있지 않았다.

(실시예 2)

네크부 셸(35a, 35b)을 닫은 후, 도 5에 나타내어져 있는 바와 같이, 코어(31) 및 몸통부 셸(33)을 닫지 않은 상태에서, 네크부 셸(35)의 할면(네크부 셸(35a, 35b)과의 맞댄 면) 부근에 있는 가스 유로(37)로부터 5MPa의 에어를 금형 외부로 흘러나오게 하면서 벤트 홈(에어 벤트 구멍(39)에 대응하는 형 표면) 상에 1.5초 도입한 후, 코어(31) 및 몸통부 셸(33)을 닫고, 다음의 사출 공정을 실시했다.

이 공정을 실시예 1과 마찬가지로, 1000회 반복한 후, 네크부용의 셸할형(35a, 35b)의 벤트 홈에서의 올리고머의 부착 상태를 육안으로 확인한 바, 올리고머는 거의 퇴적하고 있지 않았다.

(실시예 3)

네크부 셸(35a, 35b)을 닫은 후, 코어(31)를 삽입하고, 도 6에 나타내어져 있는 바와 같이 프리폼(50)의 네크부(53)에 상당하는 캐비티가 형성되어 있는 상태에서, 가스 유로(37)로부터 5MPa의 에어를 금형 외부로 흘러나오게 하면서 1.5초 도입한 후, 몸통부 셸(33)을 닫고, 다음의 사출 공정을 실시했다.

상기 공정을 실시예 1과 마찬가지로, 1000회 반복한 후, 성형기를 멈추고, 에어 벤트 구멍(39)(네크부용의 할형(35a, 35b)의 벤트 홈 및 이것에 대면하는 코어(31)의 표면)에서의 올리고머의 부착 상태를 육안으로 확인한 바, 올리고머는 거의 퇴적하고 있지 않았다.

(실시예 4)

에어의 압력을 2MPa로 변경하고 또한 에어 도입 시간을 0.5초로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 시험한 결과, 실시예 1∼3에 비해 효과는 작지만, 올리고머가 벤트 홈에 퇴적하지 않고 분산하고 있는 모습이 보였다.

(실시예 5)

에어의 압력을 0.6MPa로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 시험한 결과, 실시예 4에 비해 효과는 작지만, 올리고머가 벤트 홈에 퇴적하지 않고 분산하고 있는 모습이 보였다.

(실시예 6)

에어의 압력을 0.6MPa로 변경하고 또한 에어 도입 시간을 0.5초로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 시험한 결과, 실시예 5에 비해 효과는 작지만, 올리고머가 벤트 홈에 퇴적하지 않고 분산하고 있는 모습이 보였다.

(비교예 1)

가스 유로(37)로부터의 에어의 도입에 의한 클리닝을 전혀 실시하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 시험한 결과, 올리고머가 벤트 홈이나 그 주변의 가스 유로(37)나 벤트 홈에 대면하는 형 표면 부분에 퇴적하고 있었다.

(비교예 2)

셸할형(35a, 35b)이 열린 상태에서, 각 할형(35a, 35b)의 각각에 대하여, 가스 유로(37)로부터 2MPa의 에어를 금형 외부로 흘러나오게 하면서 벤트 홈 표면에 0.5초 도입한 후, 셸할형(35a, 35b)을 닫고, 또한 코어(31) 및 몸통부 셸(33)을 닫고, 다음의 사출 공정에 들어간 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 시험한 결과, 올리고머는 에어 벤트 홈 및 그 주변부분에 퇴적하고 있었다.

상기의 실험 결과를 하기의 표 1에 정리해 나타냈다.

[표 1]

1, 3: 할금형 5: 분할면
7: 캐비티 15: 게이트
20: 가스 유로 21: 벤트 홈
23: 에어 벤트 구멍 30: 용기용 프리폼의 성형형
31: 코어 33: 몸통부 셸
33a: 게이트 35(35a, 35b): 네크부 셸
37: 가스 유로 39: 에어 벤트 구멍
50: 용기용 프리폼 51: 몸통부
53: 네크부

Claims

할형(split-mold) 구조를 갖고 있고 또한 할형끼리 맞댄 면인 할면(split surface)에 가스 유로로 통하고 있는 에어 벤트 구멍이 형성되어 있는 성형형을 이용하고, 상기 성형형에 의해 수지의 성형을 실시하는 플라스틱의 성형방법에 있어서,
상기 성형형 내에 수지를 공급하여 성형을 실시하고, 얻어진 성형품을 성형형 내로부터 꺼낸 후, 다음의 성형 사이클에서 수지를 성형형 내에 공급하기에 앞서, 적어도 성형형의 일부로서 또한 상기 에어 벤트 구멍을 포함하는 부분이 형성되어 있는 상태에서, 상기 가스 유로로부터 상기 에어 벤트 구멍으로 클리닝용 가스를 공급하고, 상기 클리닝용 가스를 상기 가스 유로와는 다른 유로로부터 배출하는 것을 특징으로 하는 플라스틱의 성형방법.
제 1 항에 있어서,
상기 클리닝 가스는, 상기 성형형의 할면으로서 에어 벤트 구멍이 형성되어 있지 않은 부분으로부터 배출되는 플라스틱의 성형방법.
제 1 항에 있어서,
상기 성형형은, 셸금형과 코어금형을 포함하고, 상기 셸금형이 할금형 구조를 갖는 것이고, 상기 셸금형과 코어금형에 의해 수지가 공급되는 캐비티가 형성되며, 상기 클리닝용 가스는 상기 에어 벤트 구멍으로부터 상기 캐비티 내에 도입되어 배출되는 플라스틱의 성형방법.
제 3 항에 있어서,
상기 캐비티 내에는, 상기 수지가 사출 충전되어, 용기용 프리폼을 성형하는 성형방법.
제 1 항의 어느 것인가에 있어서,
상기 수지의 공급 시에는, 상기 에어 벤트 구멍으로부터 가스 유로측으로 가스 빼기가 실시되는 성형방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에어 벤트 구멍을 형성하기 위한 벤트 홈의 적어도 저부의 표면이, 산술 평균 거칠기 Ra(JIS B 0601:2001)가 1㎛ 이하인 성형방법.