KR20170061138A

KR20170061138A - 진공 성형용 시트용 전구체, 진공 성형용 시트 및 그 제조 방법, 및 성형품의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170061138A
Application number: KR1020177009452A
Authority: KR
Inventors: 유이치로 수미
Original assignee: 가부시키가이샤 티비엠
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2017-06-02
Also published as: JPWO2016051612A1; PH12017500573A1; US20170217078A1; JP6675530B2; MA40139A1; BR112017006105A2; RU2017112992A3; CN106715082B; MA40139B1; RU2017112992A; CN106715082A; EP3202551A1; EP3202551A4; RU2674949C2; WO2016051612A1

Abstract

본 발명은, 시트로의 성형이 용이한 동시에 진공 성형시의 틀에 대한 추종성이 높으면서, 무기 물질 분말을 고충전한 진공 성형용 시트, 진공 성형용 시트를 제조하기 위한 진공 성형용 시트용 전구체, 진공 성형용 시트의 제조 방법, 및 진공 성형용 시트를 이용한 성형품의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 열가소성 수지, 무기 물질 분말 및 내부 활제를 함유하고, 상기 열가소성 수지와 상기 무기 물질 분말이, 질량비로 55：45~30：70의 범위로 포함되는, 진공 성형용 시트이다. 상기 진공 성형용 시트는, 시트 제조시의 시트의 반송 방향과 직교하는 방향(TD 방향) 및 반송 방향(MD 방향)에 있어서, JIS　K7127-1999에 준거하여 측정된 120℃에서의 신장률이 모두 20% 이상인 것이 바람직하다.

Description

진공 성형용 시트용 전구체, 진공 성형용 시트 및 그 제조 방법, 및 성형품의 제조 방법{PRECURSOR OF SHEET FOR VACUUM MOLDING USE, SHEET FOR VACUUM MOLDING USE, METHOD FOR PRODUCING SAID SHEET, AND METHOD FOR PRODUCING MOLDED ARTICLE}

본 발명은, 진공 성형용 시트용 전구체, 진공 성형용 시트 및 그 제조 방법, 및 성형품의 제조 방법에 관한 것이다.

진공 성형은, 시트 또는 판 형상의 열가소성 수지에 열을 가함으로써 연화시키고, 그것을 볼록 또는 오목 틀에 눌러 열가소성 수지와 틀(型) 사이의 공기를 아래에서부터 흡입함으로써 진공에 가까운 상태를 만들어 내고, 틀에 열가소성 수지를 밀착시켜, 원하는 형상을 만들어 내는 성형법이다. 금형 제작 비용이 싼, 시작품(試作品)을 단기간에 만들 수 있어 시작 비용도 싸고, 대형 사이즈, 얇은(THIN-WALLED) 성형이 용이, 여러가지 형상이 가능하고, 부분적인 디자인 변경이 용이, 작은 로트(small lot) 생산이 가능하다는 등의 장점을 갖고, 예를 들어, 부품 트레이, 반송 트레이, 수지 커버, 식품 트레이, 식품 팩, 형상이 간단한 스포일러나 오토바이의 카울링(cowling) 등의 제조에 이용되고 있다. 한편, 진공 성형은, 성형법상의 특성으로부터, 기본적으로는 한 면밖에 할 수 없는 등, 적용하는 제품에 형상상의 제약이 있는 것 외에 복잡한 형상을 형성하는 경우에 디테일이 나오기 어렵고, 균등한 두께를 재현하는 것이 어렵다는 문제를 갖고 있었다.

상기 진공 성형에 의한 성형품에는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리 염화 비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS) 등의 열가소성 수지의 시트가 널리 적용되고 있는 바, 최근, 상기 진공 성형에 의한 성형품에는, 석유 자원의 고갈이나 폐기물 처리에 의한 환경 문제에 대한 대응이 요구되고 있다(특허 문헌 1~3).

상기 과제에 대처하기 위해서는, 진공 성형용 시트에 사용하는 열가소성 수지의 비율을 저감시키는 것이 바람직하다. 진공 성형용 시트에 무기 물질 분말을 혼합함으로써, 열가소성 수지의 사용량을 저감시킬 수 있지만, 일반적으로, 무기 물질 분말의 함유량을 높이면, 열가소성 수지와 무기 물질 분말 혼련물의 유동성은 저하되므로, 무기 물질 분말의 함유량을 높인 혼련물을 이용하여, 균일하면서도 양호한 물성을 갖는 시트로 성형하는 것은 어려웠다.

또한, 무기 물질 분말이 고충전(高充塡)된 진공 성형용 시트를 진공 성형법으로 성형하고자 하면, 틀에 대한 추종성이 부족하여, 틀의 디테일을 재현할 수 없다는 문제를 일으킨다. 그러므로 지금까지는 진공 성형용 시트에 무기 물질 분말의 함유량을 높게 할 수 없었다.

(특허 문헌 1) 일본 특허공개공보 2001-018286호 (특허 문헌 2) 일본 특허공개공보 2004-122777호 (특허 문헌 3) 일본 특허공개공보 2007-246624호

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 시트(sheet)로의 성형이 용이한 동시에 진공 성형시의 틀에 대한 추종성(追從性)이 높으면서도, 무기 물질 분말을 고충전한 진공 성형용 시트, 진공 성형용 시트를 제조하기 위한 진공 성형용 시트용 전구체, 진공 성형용 시트의 제조 방법, 및 진공 성형용 시트를 이용한 성형품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 열가소성 수지, 무기 물질 분말 및 내부 활제를 포함하는 혼련물이, 무기 물질 분말을 고충전해도 성형성이 뛰어나므로 용이하게 시트를 제조할 수 있고, 또한, 그 시트의 진공 성형시의 틀에 대한 추종성이 높아지는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 아래의 것을 제공한다.

본 발명의 제1 양태는, 열가소성 수지, 무기 물질 분말 및 내부 활제를 함유하고, 상기 열가소성 수지와 상기 무기 물질 분말이, 질량비로 55：45~30：70의 범위로 포함되는, 진공 성형용 시트이다.

본 발명의 제2 양태는, 열가소성 수지, 무기 물질 분말 및 내부 활제를 함유하고, 상기 열가소성 수지와 상기 무기 물질 분말이, 질량비로 55：45~30：70의 범위로 포함되는 혼련물로 이루어지는, 진공 성형용 시트용 전구체이다.

본 발명의 제3 양태는, 열가소성 수지, 무기 물질 분말, 및 내부 활제를 함유하고, 상기 열가소성 수지와 상기 무기 물질 분말이 질량비로 55：45~30：70의 범위로 포함되는 혼련물을 시트형으로 성형하여 성형 시트로 하는 성형 공정을 포함하는, 진공 성형용 시트의 제조 방법이다.

본 발명의 제4 양태는, 본 발명의 제1 양태의 진공 성형용 시트에, 진공 성형 가공에 의해 형상을 부형하는, 성형품의 제조 방법이다.

본 발명에 의하면, 시트로의 성형이 용이한 동시에 진공 성형시의 틀에 대한 추종성이 높으면서도, 무기 물질 분말을 고충전한 진공 성형용 시트, 진공 성형용 시트를 제조하기 위한 진공 성형용 시트용 전구체, 진공 성형용 시트의 제조 방법, 및 진공 성형용 시트를 이용한 성형품의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 진공 성형용 시트의 제조 방법의 일 양태를 모식적으로 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명하지만, 본 발명은, 아래의 실시 형태에 아무런 한정을 받지 않고, 본 발명의 목적의 범위 안에서, 적절히 변경을 가하여 실시할 수 있다.

본 발명의 제1 양태의 진공 성형용 시트는, 열가소성 수지, 무기 물질 분말 및 내부 활제를 함유하고, 상기 열가소성 수지와 상기 무기 물질 분말은, 질량비로 55：45~30：70의 범위로 포함하는 것을 특징으로 한다.

사용되는 열가소성 수지로서는, 결정성 열가소성 수지 또는 비결정성 열가소성 수지 중 어느 하나를 이용할 수도 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀 수지, 폴리염화비닐, 폴리스티렌 등의 비닐 수지, 및, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 등의 폴리에스테르 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 한 종류 이상의 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 특히, 결정성 열가소성 수지가 바람직하고, 그 중에서도, 올레핀 수지를 선택하는 것이 바람직하다.

또한, 시트로의 제조 용이성의 관점에서 고밀도 폴리에틸렌 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 시트의 강도를 향상시키기 위해, 상기 폴리에틸렌 수지에, 폴리스티렌 등의 경질의 수지를 병용 하는 것도 가능하다.

본 발명에 사용되는 무기 물질 분말은, 종래에 플라스틱 제품에 충전제로서 첨가되는 무기 물질 분말을, 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있다. 이러한 충전제로서, 금속 화합물, 예를 들어, 금속 산화물, 금속 수산화물, 탄산 금속염, 층상 화합물 등을 예시할 수 있다. 그 중에서도, 탄산칼슘, 산화티탄, 실리카, 클레이, 탈크, 카올린, 수산화 알루미늄 등을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 중 2종 이상을 선택해 혼합하여 사용해도 된다. 시트 안으로의 분산성 향상을 위해, 이들 무기 물질 분말의 표면을, 미리, 통상적인 방법에 따라 개질해 둘 수도 있다.

본 발명에 사용되는 무기 물질 분말의 평균 입자 지름은, 0.5㎛ 이상인 것이 바람직하고, 2㎛ 이상이 더 바람직하다. 또한, 무기 물질 분말의 평균 입자 지름은, 20㎛ 이하가 바람직하고, 15㎛ 이하가 더 바람직하다. 무기 물질 분말의 입자가 너무 미세해지면, 열가소성 수지와 혼련할 때에 점도가 현저하게 상승하여, 시트 제조가 어려워지는 경향이 있다. 상기 무기 물질 분말의 평균 입자 지름이 0.5㎛ 이상이면, 시트 제조상의 문제가 없어 바람직하다. 반대로 무기 물질 분말의 입자가 커지면, 시트 표면이 조면화(粗面化)하여 성형품의 외관이 손상되는 경우가 있다. 상기 무기 물질 분말의 평균 입자 지름이 20㎛ 이하이면, 성형품의 외관의 관점에서 바람직하다. 또한, 시트 표면으로부터의 큰 무기 물질 분말 입자의 이탈을 막아, 성형품의 외관을 해치지 않도록, 그 입경 분포 범위 내에, 입자 지름 50㎛ 이상의 조대 입자를 함유하지 않는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서의 무기 물질 분말의 입자 지름은, 공기 투과법으로 측정하여 구한 수치이다.

본 발명의 진공 성형용 시트는, 상기 열가소성 수지의 상기 무기 물질 분말에 대한 비율이, 질량비로, 55：45, 즉, 55/45 이하인 것이 바람직하고, 50：50, 즉, 50/50 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 질량비는, 30：70, 즉, 30/70 이상인 것이 바람직하고, 40：60, 즉, 40/60 이상인 것이 더 바람직하다. 무기 물질 첨가 비율이 높을수록, 환경 부하(環境負荷)가 작아지므로 바람직하다. 그러나, 무기 물질 분말의 첨가 비율이 높은 범위에서는, 열가소성 수지의 무기 물질 분말에 대한 질량비가 작아짐에 따라, 진공 성형용 시트로부터 수득되는 성형품의 강도가 낮아지는 경향이 있다. 예를 들어, 열가소성 수지와 무기 물질 분말의 질량비가 30/70 이상이면, 성형품의 필요 강도를 유지할 수 있어 바람직하다. 또한, 열가소성 수지와 무기 물질 분말의 질량비가 작아짐에 따라, 무기 물질 분말의 비율이 높아지면 내부 활제의 필요량이 많아질 것이므로, 그대로 증량하면, 진공 성형용 시트의 표면의 끈적임 등의 문제를 발생시키기 쉬워지는 경향이 있다. 그러므로, 열가소성 수지와 무기 물질 분말의 질량비가 30/70 이상이면, 내부 활제의 함유량을 지나치게 높이지 않아도, 충분히 시트의 성형성이나 진공 성형시의 틀 추종성(型追從性)을 확보할 수 있으므로 바람직하다.

종래의 내부 활제가 함유되지 않는 시트의 경우는, 무기 물질 분말의 함유량을, 상기 질량비로 60/40을 초과하여 높이는 것은 어려웠다. 본 발명자들은, 무기 물질 분말을 내부 활제와 함께 열가소성 수지에 충전함으로써, 시트에 무기 물질 분말을 고충전하는 것, 동시에, 진공 성형시의 시트의 틀에 대한 추종성을 높일 수 있는 것, 또한 이 추종성은 고온도(高溫度)에서 측정한 신장률로 판단할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 또한 상기 고온도에서의 신장률은, JIS　K7127-1999에 따라 측정되는 신장률로, 온도에 대해서는, 본원에서는 120℃로 했다.

본 발명의 내부 활제는, 필름 내부에 머물러, 무기 물질 분말의 마찰을 저감시킬 수 있는 화합물이면, 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 왁스, 파라핀 왁스, 유동 파라핀 등의 탄화수소계 왁스；스테아릴 알코올, 세틸알코올, 코코넛 알코올 등의 고급 알코올；스테아르산, 하이드록시 스테아르산 등의 지방산；스테아르산칼슘, 스테아르산아연, 스테아르산마그네슘, 스테아르산납 등의 금속 비누；라우르산 아미드, 베헨산 아미드, 올레산 아미드, 에틸렌 비스스테아르산 아미드 등의 지방족 아미드；베헨산모노글리세라이드, 올레산 모노글리세라이드, 스테아르산 모노글리세라이드, 스테아르산부틸, 하이드록시 스테아르산 트리글리세라이드 등의 지방족 에스테르 등을 들 수 있다. 이들 중, 지방산, 금속 비누, 지방족 아미드, 및 알코올의 지방족 에스테르로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이, 적절한 두께의 시트를 성형하는데 바람직하다.

본 발명의 진공 성형용 시트는, 상기 내부 활제를, 열가소성 수지와 상기 무기 물질 분말의 총량 100 질량부에 대해, 0.5 질량부 이상으로 함유하는 것이 바람직하고, 2 질량부 이상으로 함유하는 것이 더 바람직하다. 한편, 진공 성형용 시트에 포함되는 상기 내부 활제는, 5.0 질량부 이하인 것이 바람직하고, 4 질량부 이하인 것이 더 바람직하다. 내부 활제의 함유량이 낮을수록, 시트로의 성형성이 저하되어, 무기 물질 분말의 함유량을 향상시킬 수 없는 경향이 있다. 진공 성형용 시트에 포함되는 내부 활제가, 열가소성 수지와 무기 물질 분말의 총량 100 질량부에 대해 0.5 질량부 이상이 되면, 무기 물질 분말의 함유량을 향상시킬 수 있고, 열가소성 수지의 사용량을 줄일 수 있으므로 바람직하다. 한편, 내부 활제의 함유량이 높을수록, 시트 표면에 대한 내부 활제의 편석이 일어나기 쉬운 경향이 있다. 내부 활제가, 열가소성 수지와 무기 물질 분말의 총량 100 질량부에 대해 5.0 질량부 이하이면, 진공 성형용 시트의 표면의 끈적임 등을 방지할 수 있으므로 바람직하다.

종래의 진공 성형용 시트는 무기 물질 분말 함유량을 높게 할 경우, 통상적인 제조 조건에서는 딱딱하고 약해져 취급성이 나쁜데다가, 진공 성형법에 의한 가공이 불가능하거나 매우 어려웠다. 본 발명의 진공 성형용 시트는, 무기 물질 분말과 함께 내부 활제를 첨가함으로써, 무기 물질 분말이 고충전되어 있는데도 상관없이, 시트로 성형할 수 있다.

또한, 진공 성형용 시트에는, 진공 성형시의 금형에 대한 추종성이 요구된다. 예를 들어, 용기를 성형하기 위해서는, 진공 성형용 시트는, 다양한 깊이의 용기에 대응할 수 있는 것이 바람직하다. 드로잉 가공(drawing) 중, 원통 용기의 깊이가 원통의 직경보다 깊어지도록, 혹은 각통(角筒) 용기의 입구 가장자리의 크기에 비해 깊어지도록 수행하는 가공은, 「딥 드로잉 가공(deep drawing)」이라고 불린다. 이러한 딥 드로잉 가공에 대응하기 위해서는, 변형의 용이성이, 진공 성형용 시트 선정의 중요한 요소가 된다.

발명자들은, 무기 물질 분말을 고충전한 시트에 대해, 진공 성형 가능한 딥 드로잉의 한도를 검토한 결과, 120℃에서의 신장률이, 시트의 반송 방향(MD 방향)에서 330%, 반송 방향과 직교하는 방향(TD 방향)에서 120%인 경우에, 시트 성형 깊이의 일반적인 한도라고 하는 깊이 70~80 mm의 딥 드로잉에 대응할 수 있는 것을 발견했다.

본 발명자들은, 진공 성형이 가능한 깊이는, 120℃에서의 신장률 수치의 거의 1/2인 것을 발견했다. 예를 들어, 과자의 작은 트레이에는, 깊이가 10 mm 이하인 것까지 있는 바, 본 발명의 진공 성형용 시트는, MD 방향 및 TD 방향 모두, JIS　K7127-1999에 준거하여 120℃에서 측정된 신장률이 20% 이상이면 충분하고, 게다가 70% 이상인 것이 바람직하다. 특히, 진공 성형용 시트의 120℃에서의 신장률이 70% 이상이면, 시트의 진공 성형시의 틀에 대한 추종성이 더 양호해져, 보다 복잡한 형상을 형성할 수 있고, 게다가 가공 조건의 여유도(裕度;tolerance)를 높일 수 있다.

본 발명의 진공 성형용 시트에는, 상기한 열가소성 수지, 무기 물질 분말 및 내부 활제 외에, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 착색용 안료, 대전 방지제, 난연제 등 중에서 선택되는 1종 이상의 보조제를, 목적에 반하지 않는 범위에서 첨가할 수 있다.

예를 들어, 산화 방지제로서는, 인계 산화 방지제, 페놀계 산화 방지제, 펜타에리트리톨계 산화 방지제를 사용할 수 있다. 인계, 보다 구체적으로는 아인산 에스테르, 인산 에스테르 등의 인계 산화 방지 안정제가 바람직하게 이용된다. 아인산 에스테르로서는, 예를 들어, 트리페닐포스파이트(triphenyl phosphite), 트리스노닐페닐포스파이트, 트리스(2, 4-디-tert-부틸 페닐)포스파이트 등의 아인산의 트리에스테르, 디에스테르, 모노에스테르 등을 들 수 있다.

인산 에스테르로서는, 트리메틸 포스페이트, 트리에틸 포스페이트, 트리부틸 포스페이트, 트리옥틸 포스페이트, 트리페닐 포스페이트, 트리크레실 포스페이트, 트리스(노닐페닐)포스페이트, 2-에틸 페닐 디페닐 포스페이트 등을 들 수 있다. 이들 인계 산화 방지제는 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상을 조합하여 이용할 수도 있다.

페놀계 산화 방지제로서는,α-토코페롤, 부틸 하이드록시 톨루엔, 시나필 알코올, 비타민 E, n-옥타데실-3-(3, 5-디-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트, 2-tert-부틸-6-(3'-tert-부틸-5'-메틸-2'-하이드록시벤질)-4-메틸 페닐 아크릴레이트, 2, 6-디-tert-부틸-4-(N, N-디메틸 아미노 메틸) 페놀, 3, 5-디-tert-부틸-4-하이드록시벤질포스포네이트 디에틸에스테르, 및 테트라키스［3-(3, 5-디-tert-부틸-4-하이드록시 페닐)프로피오닐옥시메틸］메탄 등이 예시되고, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

자외선 흡수제로서는, 벤조트리아졸 화합물, 트리아진 화합물, 벤조페논 화합물 등을 들 수 있고, 착색용 안료로서는, 카본 블랙, 이산화티탄, 각종 유기 염료, 메탈릭 안료 등을 들 수 있다.

본 발명의 진공 성형용 시트의 평균 두께에 특별히 제한은 없고, 제조하는 성형품의 형상이나 용도에 따라 임의로 선택할 수 있다. 그러나, 가공 용이성으로 말하자면, 시트의 평균 두께가 0.15 mm 이상인 것이 바람직하고, 0.20 mm 이상이 보다 바람직하고, 또한, 시트의 평균 두께는, 4 mm 이하가 바람직하고, 1 mm 이하가 보다 바람직하다. 진공 성형용 시트의 평균 두께가 얇을수록, 진공 성형용 시트로부터 수득되는 성형품의 강도가 부족한 경향이 있고, 두꺼울수록, 시트로의 성형성이나 틀에 대한 추종성이 부족한 경향이 있다. 진공 성형용 시트의 평균 두께가 0.15 mm보다 두꺼우면, 성형품의 강도를 보장할 수 있고, 4 mm보다 얇으면, 틀에 대한 추종성이 높아져 진공 성형 가공에 대한 여유도가 향상된다.

또한, 본 발명에서의 진공 성형용 시트의 평균 두께를 정확하게 구할 경우에는, 시트의 폭 방향의 중앙을 지나 폭 방향에 대해 수직으로 뻗는 선분을, 11 등분했을 때의 내측의 10지점에서의 두께를, 일정 압력을 가할 수 있는 다이얼 게이지·마이크로미터로 측정하고, 수득된 값을 평균내어 구한다.

본 발명의 진공 성형용 시트는, 종래부터 범용되고 있는 캘린더법, 압출법, 인플레이션법 등의 수단을 이용하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 열가소성 수지와 무기 물질 분말을 직접 2축의 스크류를 장착한 압출 성형기에 투입하여 혼련 및 시트형으로의 성형을 연속적으로 수행할 수도 있고, 양자를 2축의 스크류를 장착한 압출 성형기에 투입하여 혼련하여 일단 펠릿 등의 진공 성형용 시트용 전구체(중간체)를 제조한 후, 이 전구체를 별도의 성형기 등에 투입하여 시트형으로 성형할 수도 있다.

본 발명의 제2 양태인 진공 성형용 시트용 전구체는, 열가소성 수지, 무기 물질 분말 및 내부 활제를 함유하고, 상기 열가소성 수지와 상기 무기 물질 분말이, 질량비로 55：45~30：70의 범위로 포함되는 혼련물로 이루어지는 것으로, 그 형태는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 펠릿, 플레이크, 비드 등의 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

상기 방법 중에서도 생산성이나 수득되는 진공 성형용 시트의 기계적 특성, 필름 두께의 제어 용이성, 각종 수지에 대한 적용성, 환경에 대한 부하 등을 고려하면, 용융 압출 성형으로 제조하는 방법이 바람직하다. 그 중에서도, T다이 방식에 의한 압출 성형으로 진공 성형용 시트를 만드는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 캘린더법, 압출법, 인플레이션법 등의 수단을 이용하여 제조된 미처리 시트를 성형 시트라고 한다. 상기 성형 시트는, 그대로의 상태로도 진공 성형용 시트로서 이용 가능하고, 그 경우, 성형 시트와 진공 성형용 시트에 차이는 없다. 상기 성형 시트에, 미리, 인쇄, 표면 처리, 기계적 처리, 다른 시트와의 맞붙임 등의 각종 전처리를 수행하여, 최종 제품의 진공 성형용 시트로 할 수도 있다. 이들 전처리 중, 임의의 처리를 복수 조합하여 수행해도 된다.

이들 중, 표면 처리는, 진공 성형용 시트 표면에 기능성을 부여하는 것으로, 목적에 따라 양면 혹은 한 면에 실시하면 된다. 표면 처리로서는, 예를 들어, 친수화, 소수화나 가스 차단성 부여 등, 기타, 수많은 처리법이 알려져 있고, 진공 성형용 시트에, 이들 중에서 원하는 기능을 부여하는 방법을 적절히 선택하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명자는, 상기 기계적 처리로서 상기 성형 시트에 하기의 굽힘 처리하는 공정을 가함으로써, 의외로, 딱딱하고 약한 성형 시트에 충분한 유연성을 부여할 수 있고, 그 결과, 이것에 이어지는 진공 성형 처리 조건의 여유도를 향상시킬 수 있는 것을 발견했다.

본 발명에서는, 상기 성형 시트의 표면에, 봉, 판 또는 침과 같은 길이가 긴 고형의 물체를, 그 길이가 긴 방향이 시트의 반송 방향(기계 방향, MD 방향)을 횡단하도록 눌러 상기 성형 시트를 굽힘 처리하는 공정을 마련하기로 했다. 그때, 물체의 성형 시트에 대한 맞닿음(當接) 부분에서, 상기 성형 시트가 구부러져 굴곡진 상태로, 상기 물체와 상기 성형 시트를 상대적으로 이동시키도록 하여 응력을 가하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 굽힘 처리는, 성형 시트의 표면 또는 이면에 대해 적어도 한 번 수행하면 된다. 상기 굽힘 처리는, 성형 시트의 표면 및 이면 중 어느 하나에만, 혹은, 양쪽에 대해 수행할 수 있다. 단, 굽힘 처리를 성형 시트의 한 면만에 대해서만 수행하는 것은, 휨이 발생하는 원인이 될 수 있으므로 주의가 필요하다. 휨 방지의 관점에서는, 굽힘 처리를 시트의 양면에 대해 수행하는 것이 바람직하다.

굽힘 처리를 시트의 표면 및 이면의 양쪽 모두에 수행하는 경우는, 굽힘 처리를 표면 및 이면에 대해 연속적으로 수행하는 것도, 표면 혹은 이면 중 어느 하나에 대해 먼저 굽힘 처리를 수행한 후, 다시 반대측 면에 대해 굽힘 처리를 수행하는 것도 가능하다. 또한, 성형 시트를 일단 롤에 권취하여 원단(原反) 롤을 제작한 후, 그 원단 롤에 대해 굽힘 처리를 수행할 수도 있고, 성형 시트의 제조와 굽힘 처리를 연속적으로 수행할 수도 있다.

본 발명에서의 고형 물체는, 각종 폭을 갖는 성형 시트에 맞닿게 하여 일정한 누름 압력을 갖고 성형 시트에 누르므로, 길이가 긴 부재를 채용하는 것이 효과적이다. 구체적으로는, 봉, 판, 또는, 침과 같은 형상을 갖는 부재로 할 수 있다. 판 부재를 사용하는 경우는, 그 단부를 누르기 위한 부위로서 사용한다. 성형 시트의 폭 방향의 각 위치에 편차가 없는 압력을 인가하기 위해서는, 상기 고형 물체의 길이 방향의 길이를, 성형 시트의 폭 방향(CD 방향 또는 TD 방향)보다 충분히 길게 하여, 성형 시트의 반송 방향을 횡단하도록 배치하는 것이 바람직하다. 그때, 고형 물체의 길이 방향과 성형 시트의 반송 방향은 수직 또는 수직 근방으로 하는 것이, 성형 시트의 폭 방향의 각 위치에서, 편차가 없는 누름 압력을 인가하는데 바람직하다. 고형 물체의 길이 방향과 성형 시트의 반송 방향의 각도는 수직인 것이 바람직하지만, 예를 들어, 수직에 대해, ±20도, 바람직하게는 ±10도, 더 바람직하게는 ±5도의 범위로 설정할 수 있다.

본 발명에서의 고형 물체의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니고, 목적에 따라 널리 알려진 재질 중에서 선택할 수 있다. 예를 들어, SUS 등의 각종 금속 재료, FRP 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 성형 시트의 폭 방향으로, 편차가 없는, 균일한 응력을 인가하기 위해, 고형 물체의 재질로서 강성이 높은 재질을 선택하는 것이 바람직하다.

본 발명에서의 고형 물체를 길이 방향에서 봤을 경우의 단면 형상은, 원, 타원, 삼각형, 사각형, 기타 다각형 등, 특별히 한정되지 않고 채용하는 것이 가능하다. 삼각형, 사각형 또는 기타 다각형을 사용함으로써, 하나의 고형 물체에 의해, 동시에 2회 이상의 굽힘 처리를 수행할 수도 있다.

또한, 상기 고형 물체와 성형 시트의 맞닿음 부분의 단면 형상은, 시트가 파단되지 않는 정도로 예각인 모서리(角部)를 갖거나, 또는, 곡률 반경이 작은 R부를 갖는 것이 바람직하다. 고형 물체의 성형 시트에 대한 맞닿음 부분의 형상을 상기와 같이 이룸으로써, 성형 시트에 충분한 수직력(필름의 두께 방향으로 인가하는 힘)을 부여할 수 있고, 그 결과, 성형 시트에 대한 취급성이나 틀 추종성이 향상된다.

상기 성형 시트를 잡아당기면서, 상기 고형 물체와의 맞닿음 부분에서 굽혀지는 것 같은 상태로 하여, 굽힘 처리를 수행하면, 필러가 고충전된 성형 시트의 강도 및 파단 신장을 향상시킬 수 있다. 이것은, 성형 시트의 내부에 인장 응력이 작용하고 있는 과정에서, 고형 물체의 맞닿음에 의해 강한 수직력이 작용하면, 성형 시트의 두께 방향으로 수직 응력이 작용하고, 그 결과, 시트의 반송 방향으로 전단 응력이 발생하여 시트 내부 구조를 이완시킨다고 판단된다.

본 발명의 굽힘 처리에 있어서, 상기 고형 물체를 하나만 사용해도 되지만, 2개 이상의 고형 물체를 동시에 사용하는 것도 가능하다.

이어서, 도 1을 이용하여, 본 발명에 따른 진공 성형용 시트의 제조 방법을, 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 2축의 스크류를 장착한 혼련 압출 성형기(7)에, 상기한 재료를 소정 배합비로 투입하고, 가열, 용융하여 혼련한다. 2축 혼련 압출기에 의하면, 투입한 원료에 대해 강한 전단력을 작용시켜, 각 성분을 균일하게 분산시킬 수 있다. 혼련 압출 성형기(7)에 투입되어 용융 상태가 된 재료는, T다이(8)로부터, 가압 롤(9)과 인취 롤(10) 사이에 공급되어 시트화 되고, 시트형으로 성형되어 성형 시트(11)가 형성된다. 가압 롤(9)과 인취 롤(10)의 양 롤의 속도 및 양 롤 간의 갭을 조정함으로써, 임의로 성형 시트(11)의 두께를 조정하는 것이 가능해진다.

인취 롤(11)의 앞에는, 미도시의 프레임에 고정된 길이가 긴 형상의 고형 물체(12)가 복수 설치되어 있고, 그 사이에 성형 시트(11)가 도입된다. 고형 물체(12)의 앞에는, 권취 롤(13)이 설치되어, 권취 롤(13)의 회전에 의해 성형 시트(11)가 화살표로 나타나는 방향으로 인취된다. 고형 물체(12)의 전후에, 가이드 롤러(14)를 설치할 수도 있다.

길이가 긴 형상의 고형 물체(12)는, 그 길이 방향이 성형 시트(11)의 반송 방향을 횡단하도록 배치되어, 성형 시트(11)의 운동 방향이, 고형 물체(12)의 성형 시트(11)로의 누름 부분에서 굽혀지는 것 같은 각도로 방향이 바뀐다. 도 1에 있어서는, 고형 물체(12)의 단면 형상은 사각형이며, 성형 시트(11)의 운동 방향이, 고형 물체(12)의 모서리 2부분에서 굽혀지도록 방향이 바뀐다.

도 1에 있어서, 성형 시트(11)에 작용하는 고형 물체(12)에 의해 부여되는 수직력이나 전단 응력은, 인취 롤(10)의 회전보다 권취 롤(13)의 회전을 높이는 것에 의해 발생되는 속도차를 바탕으로, 성형 시트(11)에 작용하는 장력에 의해 강화된다.

인취 롤(10) 및 권취 롤(13)의 회전 속도 및 그 비는, 성형 시트(11)에 작용하는 응력의 크기를 고려해 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 압출기의 다이 출구로부터 인취한 성형 시트를 직접 굽힘 처리하는 경우에는, 다이 출구로부터의 인취 속도에 맞추어 권취 롤 속도를 결정할 필요가 있다.

인취 롤(10) 및 권취 롤(13)의 회전 속도차의 범위에 대해서는, 굽힘 처리에 제공하는 성형 시트의 이력(압출 성형 직후, 장기간 보관 등의 조건)에 의해 최적인 회전 속도차를 결정할 필요가 있다.

도 1에 있어서, 상기 굽힘 처리 공정을 거친 성형 시트를, 일단 그대로 롤에 권취하여, 롤 원단으로 할 수도 있고, 성형 시트를 그대로 미도시의 널리 알려진 연신기에 연속적으로 도입하여, 연신한 후 롤 원단으로 할 수도 있다.

이상, 원성형(原成形) 시트를 반송 방향으로 이동시키는 것을 중심으로 설명했지만, 성형 시트를 고정하고, 고형 물체 쪽을 이동시켜 시트 내에 인장 응력을 부여하는 양태로 하는 것도 가능하다.

굽힘 처리 공정을 거친 성형 시트를, 그 반송 방향 혹은 폭 방향 중 어느 하나, 또는 양방향으로 연신함으로써, 최종 제품인 진공 성형용 시트의 외관 비중 등의 여러 특성을 원하는 범위로 조정할 수도 있다.

본 발명의 진공 성형용 시트는, 진공 성형에 의해, 제품의 목적에 따른 형상으로 부형(賦形)된다. 진공 성형의 순서는, 우선, 본 발명의 진공 성형용 시트를 히터 등의 가열 수단에 의해 가열하여 연화시킨 후, 성형틀을 시트에 밀착시키고, 그 다음 성형틀과 시트 사이의 공기를 진공 펌프로 배기하고, 대기압을 이용해 시트를 성형틀에 누르고, 그대로 냉각 고체화하여 부형하고, 마지막으로 성형품을 성형틀로부터 떼어내는 것이다. 성형하기 전에, 시트의 변형이 일어나는 온도보다 낮은 온도로, 시트를 예비 가열해 둘수도 있다.

본 발명의 진공 성형용 시트에 의해 제조할 수 있는 성형품으로서는, 예를 들어, 컵, 부품 트레이, 반송 트레이, 수지 커버, 식품 트레이, 식품 팩, 폿트(pot), 컨테이너, 사발, 형상의 간단한 스포일러나 오토바이의 카울링 등을 들 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니고, 널리 다양한 제품에 응용할 수 있다.

실시예

그 다음, 본 발명을 실시예를 바탕으로 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

［실시예 1］

표 1에 기재한 바와 같은 멜트 매스 플로우 레이트(melt mass flow rate; MFR)의 고밀도 폴리에스테르 수지와, 평균 입자 지름(d50)이 2.2㎛이고, 입자 지름 45㎛ 이상인 입자를 함유하지 않는 탄산칼슘 분말을, 질량비가 20：80이 되도록 조절하고, 추가로 마그네슘 스테아레이트를 양 원료에 대해 1, 3, 5 질량%가 되도록 배합했다. 상기 혼합물을, T다이를 구비한 소형 2축 혼련 압출 성형기(테크노벨 제품)에 의해 설정 온도 220℃에서 혼련하고, 직접 성형하여 시트(평균 두께 200㎛)를 만들었다.

혼련시의 소형 2축 혼련 압출 성형기에 흐르는 혼련 부하 전류, 수지 압력 및 수지의 실제 온도를 모니터했다. 혼련시의 전류, 수지 압력 및 수지 온도가 높아질수록, 압출 성형이 어려워져, 성형 시트는 두께가 불균일해지고 강도나 신장률도 저하되어 시트로서 충분한 형태로 완성되지 않게 된다. 따라서, 혼련시의 상기 특성을 보면 성형의 난이도를 판별할 수 있다. 실험시의 수치를 표 1에 정리했다.

조건		A	B	C
수지조성	폴리에틸렌(MFR:0.4)^*부	2	2	2
	폴리에틸렌(MFR:0.8)^*부	18	18	18
	탄산칼슘 부	80	80	80
	마그네슘 스테아레이트	1	3	5
배합조건	전류 A	7.9	7.1	6.7
	수지 압력 MPa	20.3	16.8	14.9
	수지 온도 ℃	220	211	212

상기의 표로부터 명백하듯이, 마그네슘 스테아레이트의 첨가율을 증량시킬수록, 압출 성형을 하기 쉬워져, 성형 시트의 균일성이 향상되었다. 탄산칼슘의 배합량이 바뀌어도, 이 경향은 전혀 변하지 않는다.

＜실시예 2~4＞

멜트 매스 플로우 레이트가 0.8g/10 분인 고밀도 폴리에틸렌 수지와 실시예 1에서 이용한 탄산칼슘 분말을 표 2에 나타내는 소정의 질량비가 되도록 조절하는 동시에, 상기 양 원료 총량 100 질량부에 대해, 마그네슘 스테아레이트를 3 질량부가 되도록 배합한다. 상기 원료에 대해, 실시예 1과 동일하게 하여, 직접법 성형을 수행했다. 다이 출구로부터 성형 시트를 인취 롤(90℃)에 인취 후, 즉시 권취 롤(30℃)에 권취하고, 그때의 인취 롤 및 권취 롤의 회전 속도를 각각 1.75m/min으로 설정했다. 수득된 진공 성형용 시트의 평균 두께는 200㎛였다.

＜비교예 1~3＞

고밀도 폴리에틸렌 수지와 탄산칼슘 분말을, 표 2의 배합비로 혼합하는 것 외에는, 실시예 2, 3, 4와 동일하게 하여 시트를 성형하여, 평균 두께 200㎛의 진공 성형용 시트를 얻었다.

［시트의 강도 및 신장 평가］

위에서 수득한 진공 성형용 시트로부터, 시트 제조시의 반송 방향(MD 방향), 및 거기에 직교하는 방향(TD 방향)을 긴 변으로 하는, 폭 15 mm의 스트립형(短冊狀;strip-shaped)의 시험편을 잘라내어, 1000 N의 로드 셀을 부착한 인장 시험기((주) A＆D 제품)를 이용하여 120℃에서, 인장 속도 500 mm/분의 조건으로 인장 시험을 수행하여, 필름 파단시의 강도 및 신장률을 측정했다.

*：멜트 매스 플로우 레이트

본 명세서에 있어서, 멜트 매스 플로우 레이트의 값은, JIS　K7210：1999 「플라스틱-열가소성 플라스틱의 멜트 매스 플로우 레이트(MFR)」(단, 시험 온도 190℃)에 의해 측정되는 값을 의미한다.

시료번호		비교예 1	비교예 2	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 3
배합비	고밀도 폴리에틸렌 수지	100	65	50	35	30	20
배합비	탄산칼슘 분말	0	35	50	65	70	80
MD 방향	인장 강도(MPa)	3.24	3.75	3.74	3.38	3.22	1.44
MD 방향	신장률(%)	510	553	300	110	140	64
TD 방향	인장 강도(MPa)	3.39	3.75	3.98	3.63	3.25	2.54
TD 방향	신장률(%)	250	150	96	31	20	8

표 2에 의하면, 고밀도 폴리에틸렌 수지와 탄산칼슘 분말이, 질량비로 20：80인, 비교예 3의 TD 방향의 120℃에서의 신장률은 8%였다. 진공 성형용 시트의 신장률은, 20% 이상 필요하지만, 비교예 3의 진공 성형용 시트는, 이것을 만족하지 않는 것이 판명되었다.

한편, 본 발명의 실시품인 실시예 2~4는, 모두 신장률이 20% 이상이고, 특히, 실시예 2는 MD, TD 양방향 모두, 120℃의 신장률이 96%나 되고, 딥 드로잉의 진공 성형을 했을 경우에도 틀에 대한 추종성 등의 성형성에 문제가 없는 것이 예측된다. 비교예 1, 2에 대해서는, 시트로 할 때의 성형성, 진공 성형할 때의 성형성 모두 만족은 하지만, 열가소성 수지의 함유율이 높기 때문에, 환경에 대한 부하의 측면에서, 본원 발명의 과제를 해결할 수 없는 것이다.

＜실시예 5＞

고밀도 폴리에틸렌 수지(멜트 매스 플로우 레이트=0.8g/10분)와 평균 입자 지름(d=50)이 2.2㎛이고, 입자 지름 45㎛ 이상의 입자를 함유하지 않는 탄산칼슘 분말을, 질량비 45：55가 되도록 조절하고, 추가로 마그네슘 스테아레이트를 양 원료에 대해 3 질량%가 되도록 배합하여, T다이를 구비한 동일 방향 회전식 2축 압출 성형기를 이용하여 혼합해 혼련을 수행하고, 직접 성형하여 두께가 400㎛인 진공 성형용 시트를 만들었다.

이 시트(120℃에서의 신장률 MD 방향 330%, TD 방향 120%)를 세이코산교 제품 진공 성형기(포밍 480형)에 의해 분위기 온도 200~230℃에서, 깊이 24 mm의 용기 제조용 금형을 이용해 성형했다. 성형물은 그 금형을 충분히 재현하고 있어, 결과는 양호했다.

<실시예 6＞

실시예 4와 동일한 조건에서 만든 두께 400㎛의 진공 성형용 시트를 실시예 4와 동일한 진공 성형기에 의해 동일 조건에서, 깊이 73 mm의 테스트용 금형을 이용하여 성형했다. 성형물은 그 금형을 충분히 재현하고 있어, 결과는 양호했다.

11: 성형 시트
12: 고형 물체

Claims

열가소성 수지, 무기 물질 분말 및 내부 활제를 함유하고, 상기 열가소성 수지와 상기 무기 물질 분말이, 질량비로 55：45~30：70의 범위로 포함되는, 진공 성형용 시트.
제 1항에 있어서,
시트 제조시의 시트의 반송 방향과 직교하는 방향(TD 방향) 및 반송 방향(MD 방향)에 있어서, JIS　K7127-1999에 준거하여 측정된 120℃에서의 신장률이 모두 20% 이상인, 진공 성형용 시트.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 내부 활제가, 지방산, 금속 비누, 지방족 아미드, 및 알코올의 지방족 에스테르로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, 진공 성형용 시트.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 활제가, 상기 열가소성 수지 및 상기 무기 물질 분말의 총량 100 질량부에 대해, 0.5 ~ 5.0 질량부 함유되는, 진공 성형용 시트.
열가소성 수지, 무기 물질 분말 및 내부 활제를 함유하고, 상기 열가소성 수지와 상기 무기 물질 분말이, 질량비로 55：45~30：70의 범위로 포함되는 혼련물로 이루어지는, 진공 성형용 시트용 전구체.
열가소성 수지, 무기 물질 분말, 및 내부 활제를 함유하고, 상기 열가소성 수지와 상기 무기 물질 분말이 질량비로 55：45~30：70의 범위로 포함되는 혼련물을 시트형으로 성형하여 성형 시트로 하는 성형 공정을 포함하는, 진공 성형용 시트의 제조 방법.
제 6항에 있어서,
상기 혼련물이, 청구항 5에 따른 진공 성형용 시트용 전구체를 포함하는, 진공 성형용 시트의 제조 방법.
제 6항에 있어서,
상기 성형 공정이, 2축 압출 성형기를 이용하여 혼련된 상기 혼련물을 압출 성형하는 공정을 포함하는, 진공 성형용 시트의 제조 방법.
제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성형 시트를 반송 방향으로 이동시키는 도중에, 상기 성형 시트의 표면에 고체 물체를 눌러, 그 맞닿음 부분에 있어서 상기 성형 시트를 굽힌 상태로 함으로써, 상기 성형 시트의 내부에 작용하는 응력을 발생시키는 굽힘 처리 공정을 갖는, 진공 성형용 시트의 제조 방법.
제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼련물이, 상기 열가소성 수지 및 상기 무기 물질 분말의 총량 100 질량부에 대해, 상기 내부 활제를 0.5 ~ 5.0 질량부 함유하는, 진공 성형용 시트의 제조 방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 진공 성형용 시트에, 진공 성형 가공에 의해 형상을 부형하는, 성형품의 제조 방법.
제 11항에 있어서,
상기 열가소성 수지에 대한 상기 무기 물질 분말의 함유량(질량비)이, 50/50 이상인, 성형품의 제조 방법.