KR20170066581A - 강화 플라스틱 부품의 제조를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은,
a) 몰딩 장치(11, 21, 41)의 캐비티(16, 24, 43)에 1종 이상의 보강재를 제공하는 단계,
b) 컨테이너(100)에 1종 이상의 출발 물질을 제공하는 단계,
c) 컨테이너(100)를 몰딩 장치(11, 21, 41)에 삽입하는 단계,
d) 컨테이너(100)로부터의 1종 이상의 출발 물질을 캐비티(16, 24, 43)로 도입하는 단계로서, 상기 1종 이상의 출발 물질은 1종 이상의 보강재를 적어도 어느 정도 침투하는 것인 단계,
e) 1종 이상의 보강재와 함께 1종 이상의 출발 물질을 경화시켜, 강화 플라스틱 부품을 얻는 단계, 및
f) 강화 플라스틱 부품을 탈형하는 단계
를 포함하는, 강화 플라스틱 부품의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 강화 플라스틱 부품의 제조를 위한 장치 및 조립체에 관한 것이다.

Description

강화 플라스틱 부품의 제조를 위한 방법 및 장치{PROCESS AND DEVICE FOR THE PRODUCTION OF REINFORCED PLASTICS COMPONETNS}
본 발명은, 반응 시스템로서의 1종 이상의 출발 물질 및 1종 이상의 보강재로부터 강화 플라스틱 부품을 제조하기 위한 방법, 장치 및 조립체에 관한 것이다.
반응 시스템의 처리는 일반적으로 비교적 복잡한 공정 수행과 관련되어 있다. 부품의 품질 및 그 재현성을 결정하는 구체적 요인으로는 혼합물의 배합비(출발 물질, 활성화제 및 촉매의 비와 이들의 혼합), 및 환경적 영향(예를 들어, 수분 및 빛)으로부터의 반응 시스템의 보호가 있다. 사용되는 성분들은 일반적으로 "건식"으로, 즉, 유해 효과를 주는 물질이 배제된 채로 처리되어야 한다. 공정의 복잡한 수행은 종종 기계류의 기술 및 광범위한 전문 지식에 대한 처리자(processor)에 의한 비교적 큰 투자를 필요로 한다. 성분 교체를 위한 높은 세정 비용으로 인한 제한된 유연성은 때때로 낮은 플랜트 이용률로 이어진다. 게다가, 긴 사이클 시간은 반응 사출 성형(reaction injection molding; RIM) 기술 및 수지 트랜스퍼 성형(resin transfer molding; RTM) 기술의 보다 폭넓은 사용을 제한하고 있다.
RIM 공정은 오랜 역사를 가지고 있고, 또한 관련된 표준 연구분야에 기재되어 있다(예를 들어, Domininghaus, Hans and Elsner, Peter and Eyerer, Peter and Hirth, Thomas (eds.), Kunststoffe: Eigenschaften und Anwendungen [Plastics: properties and applications], 7th edn., Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2008 참조). 액체 반응 성분은 가열된 컨테이너에 저장되어 정밀 펌프에 의해 가열된 배관을 통해 혼합 헤드로 수송된다. 일부 경우, 반응 시스템은 혼합 헤드와 컨테니어 사이에서 순환한다. 공정 중의 재료 교체는 복잡하고 예를 들어 컨테이너, 계량 펌프, 수송 배관 및 혼합 헤드와 관련하여 높은 세정 비용이 발생한다. 또한, 고온에서의 긴 체류 시간은 반응성을 감소시키기 때문에, 다량의 출발 물질을 폐기하는 원인이 된다. 또한, 개개의 시스템 성분들과 공기의 접촉(그로 인한 산화)는 방지되어야 하는데, 그렇지 않으면 시스템이 충분히 반응하지 못하여 부품 내에 잔류 모노머 함량이 높아지기 때문이다. 게다가, 컨테이너, 펌프, 수송 배관 및 혼합 헤드를 일정한 온도로 유지하기 위해 플랜트의 개개의 부품을 가열하는 데 다량의 에너지가 필요하다.
DE　23　61　452　A1은, 계량 펌프가 사출 노즐에 의해 2종의 반응 성분을 몰드로 직접 이송하고, 그 후 여기에서 이들을 향류법으로 서로 혼합하는 특수화된 공정을 개시한다. 이 경우에도, 재료 교체가 상기 문제점과 관련되어 있다.
EP　2　572　851　A1은, 사출 성형기에서 열가소성 섬유 복합재를 제조하는 방법을 기재한다. 이 방법에서는, 2개의 사출 성형 조립체에서 2종의 성분들이 모노머 형태로 개별적으로 이용될 수 있다. 한 성분은 활성화제를 포함하고, 다른 한 성분은 촉매를 포함한다. 조립체는 성분들을 가열할 뿐만 아니라 성분들을 혼합 챔버로 이송하는 역할을 한다. 원활한 운전을 위해, 조립체는 수평선에 대하여 비스듬히 설치되어야 한다. 또한, 통상적으로, 혼합 챔버와 몰드에 조립체를 연결하는 호스 라인이 있다. 사출 성형기는 특수화된 디자인을 갖고 있으며, 따라서 높은 수준의 투자가 필요하다. 상기 사출 성형기는 RIM 공정에만 사용될 수 있다. 이것은 표준 사출 성형 용도에 대해 알려진 형태로 사용될 수 없다. 이 경우, 첫째, 스크류를 이용하여 유체 시스템을 수송하기가 어렵고, 둘째, 피스톤을 이용한 사출 시스템은 모노머 시스템의 매우 낮은 점도와 관련된 문제점에 매우 취약하다.
이러한 점에 비추어, 본 발명의 목적은, 선행 기술의 단점들을 극복하고, 출발 물질을 간단한 방식으로 쉽게 처리하여 강화 플라스틱 부품을 제공할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 강화 플라스틱 부품의 제조를 위한 해당 장치 및 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 측면에서, 상기 목적은,
a) 몰딩 장치(11, 21, 41)의 캐비티(16, 24, 43)에 1종 이상의 보강재를 제공하는 단계,
b) 컨테이너(100)에 1종 이상의 출발 물질을 제공하는 단계,
c) 컨테이너(100)를 몰딩 장치(11, 21, 41)에 삽입하는 단계,
d) 컨테이너(100)로부터의 1종 이상의 출발 물질을 캐비티(16, 24, 43)로 도입하는 단계로서, 상기 1종 이상의 출발 물질은 1종 이상의 보강재를 적어도 어느 정도 침투하는 것인 단계,
e) 1종 이상의 보강재와 함께 1종 이상의 출발 물질을 경화시켜, 강화 플라스틱 부품을 얻는 단계, 및
f) 강화 플라스틱 부품을 탈형하는 단계
를 포함하는, 강화 플라스틱 부품의 제조 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 제2 측면에서, 상기 목적은,
-　보강재를 수용하기 위한 몰딩 장치(11, 21, 41)의 캐비티(16, 24, 43),
-　1종 이상의 출발 물질에 대한 하나 이상의 컨테이너(100)를 수용하기 위한 수용 장치,
-　컨테이너(100)로부터 1종 이상의 출발 물질을 전달하기 위한 전달 장치(4), 및
-　1종 이상의 출발 물질을 위한, 수용 장치와 캐비티(16, 24, 43) 사이에 배치된 혼합 유닛(3)
을 포함하는, 강화 플라스틱 부품의 제조 장치에 의해 달성된다.
본 발명은 특히, 임의의 광범위한 세정 공정이 실질적으로 필요하지 않아서, 즉 세정 공정이 실질적으로 캐비티(16, 24, 29, 43, 44)에 국한되기 때문에, 상이한 반응 시스템들이 하나의 동일한 장치에서 바로 연속적으로 처리될 수 있다는 점에서, 공지된 RIM/RTM 공정의 유연성을 크게 증가시킨다는 이점을 갖는다. 이렇게 하여, 작은, 매우 작은 일련의 부품들을 실현하는 것이 가능하다.
장치 특징들이 또한 본 발명의 방법과 관련하여 하기 설명에 기재되어 있는 한, 이것들은 바람직하게는 본 발명의 장치에 관한 것이며, 이에 대해서는 이하에 더 상세히 정의한다. 마찬가지로, 장치와 관련하여 언급될 수 있는 공정 특징들도 바람직하게는 본 발명의 방법에 관련된다.
이하에서 본 발명을 더 상세히 설명한다.
본 발명은, 첫째, 강화 플라스틱 부품의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 하기 단계들을 포함한다:
a) 몰딩 장치(11, 21, 41)의 캐비티(16, 24, 43)에 1종 이상의 보강재를 제공하는 단계,
b) 컨테이너(100)에 1종 이상의 출발 물질을 제공하는 단계,
c) 컨테이너(100)를 몰딩 장치(11, 21, 41)에 삽입하는 단계,
d) 컨테이너(100)로부터의 1종 이상의 출발 물질을 캐비티(16, 24, 43)로 도입하는 단계로서, 상기 1종 이상의 출발 물질은 1종 이상의 보강재를 적어도 어느 정도 침투하는 것인 단계,
e) 1종 이상의 보강재와 함께 1종 이상의 출발 물질을 경화시켜, 강화 플라스틱 부품을 얻는 단계, 및
f) 강화 플라스틱 부품을 탈형하는 단계.
어구 "출발 물질"은 반응에 의해 폴리머를 형성하는 데 필요한 임의의 성분을 의미한다. 본 발명에 있어서 사용되는 어구 "출발 물질"은 모노머형 또는 올리고머형 출발 물질을 의미하며, 이것은 특히 모노머 및 올리고머뿐만 아니라 저분자량 폴리머와, 모노머, 올리고머, 및 저분자량 폴리머의 각각의 예비 가교결합된 단계를 포함한다. 간단히, 이하에서는 어구 "출발 물질"이 줄곧 사용된다.
폴리머는 또한 경우에 따라, 필요한 추가 물질들을 전부 포함하지만 단지 온도가 너무 낮으면 반응하지 않는 단 1종의 성분에 의해 형성될 수 있다. 2종의 출발 물질이 사용되는 경우, 1종 초과의 성분의 혼합물은 예를 들어 모노머 1과 모노머 2, 모노머 1과 촉매, 모노머 1과 활성화제, 모노머 1과 촉매와 모노머 2와 활성화제, 또는 이들의 임의의 원하는 변형예로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 어구 "몰딩 장치"는 출발 물질을 캐비티에 도입하여 상기 캐비티에서 이들을 경화시키는 장치를 의미한다. 사용되는 몰딩 장치(11, 21, 41)는 원칙적으로 비교적 통상적으로 사용되는 장치, 예를 들어, 본 발명에 적합하도록 변형된, 사출 성형 장치일 수 있다.
몰딩 장치(11, 21, 41)의 캐비티(16, 29, 44)는 실질적으로 제조하려는 부품의 네가티브형, 특히 정확히는, 필요한 스프루(sprue)를 갖는 네가티브형을 갖는다. 여기서, 캐비티(16, 24, 43)는 부품의 탈형을 용이하게 하는 이형제 코팅을 가질 수 있다.
단계 a)에서, 보강재는, 바람직하게는, 가요성, 반강성 또는 강성 형태로, 몰딩 장치(11, 21, 41)에 제공된다.
이 때, 캐비티(16, 24, 43)는 사출 몰드, 단순한(압축) 몰드, 호일 커버링을 갖는 하프쉘, 또는 이중벽 구조(텍스타일 또는 호일)에 의해 형성될 수 있다. 구체적인 일 실시형태에서, 캐비티(16, 24, 43)는 보강재에 의해, 특히 강화 텍스타일 자체에 의해 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 단계 b)에서 1종 이상의 출발 물질을 저장과 수송 둘 다를 위해 설계된 컨테이너(100)에 제공하고, 1종 이상의 출발 물질을 캐비티(16, 24, 43)에 도입한다. 본 발명의 컨테이너(100)는, 외부 영향(예를 들어, 공기, 대기 수분, 내측으로의 빛 방사)로부터 상기 1종 이상의 출발 물질을 보호하는 폐쇄형 컨테이너로서 구성되는 것이 유익하다. 컨테이너는 더 구체적으로는, 1종 이상의 출발 물질을 신뢰성 있게 수용할 수 있도록 본질적으로 안정한 구성을 갖는다. 몰딩 장치(11, 21, 41)와 관련하여, 본 발명의 컨테이너(100)는, 몰딩 장치(11, 21, 41)의 일부가 아닌, 외부 컨테이너이다. 이것은, 본 발명의 공정 전에, 바람직하게는 1종 이상의 출발 물질의 제조자(producer)가 직접 충전하고 폐쇄하며, 본 발명의 공정 수행 전까지 다시 개방되지 않는다.
본 발명의 컨테이너(100)는 특히 일회용 컨테이너일 수 있다. 이것은 비워지면, 처분되거나, 예를 들어, 완성 부품의 강화 립(rib)(30)의 형태로 남아있을 수 있다. 컨테이너(100)가 비교적 큰 유닛이라면, 이것은 다회용 컨테이너, 경우에 따라 보증금을 지불할 수 있는 다회용 컨테이너인 것이 바람직하다. 이러한 실시형태는 처리자가 컨테이너(100)를 세정할 필요가 없고, 그 대신 제조자가 그 책임을 진다는 장점을 갖는다.
본 발명의 컨테이너(100)의 실질적인 장점은, 1종 이상의 출발 물질이, 그 제조 후 바로 환경 영향으로부터 보호되고, 이 보호는, 상기 출발 물질이 캐비티(16, 24, 43)로 도입되는 순간까지 유지된다는 것에 있다. 1종 이상의 출발 물질의 정확한 계량이 제조자 측에서 이미 확보될 수 있다. 처리 전에 1종 이상의 출발 물질의 임의의 예건 또는 전처리, 예를 들어 세정/여과가 필요하지 않다.
본 발명의 컨테이너(100)는, 단계 c)에서 몰딩 장치(11, 21, 41)에 삽입되는 것이 적합하다. 이를 위해, 컨테이너(100)에 적절한 크기의 리셉터클/홀더를 제공하고, 또한, 컨테이너(100)로부터의 캐비티(16, 24, 43)로의 1종 이상의 출발 물질의 연결부를 제공하는 것이 바람직하다. 본 발명의 컨테이너(100)는 단계 c)에서 삽입되는 동안 폐쇄된 상태로 여전히 유지되고, 이로써 1종 이상의 출발 물질은 추가로 보호된다.
1종 이상의 출발 물질의 점도는, 단계 d)에서, 캐비티(16, 24, 43)로 도입되기 직전에 컨테이너(100)에서 바로 확립될 수 있다. 컨테이너(100)와 캐비티(16, 24, 43) 간의 짧은 거리로 인해, 1종 이상의 출발 물질의 체류 시간은 짧고, 따라서, 선행 기술의 가열 탱크 및 라인이 본 발명에 있어서는 더 이상 필요하지 않다. 캐비티(16, 24, 43)로 진입하기 위해 1종 이상의 출발 물질이 이동하는 거리가 짧음으로 인해, 상기 물질의 명시된 온도가 매우 정확히 유지될 수 있다. 이로 인해 더 짧은 반응 시간을 갖는 반응 시스템을 이용할 수 있어서, 사이클 시간을 선행 기술보다 더 짧게 할 수 있다.
단계 d)에서의 1종 이상의 출발 물질의 도입은, 1종 이상의 출발 물질이 라인 또는 펌프를 거치지 않고, 컨테이너(100)로부터 캐비티(16, 24, 43)로 직접 수행하는 것이 바람직하다. 1종 이상의 출발 물질은 가능하게는 단계 d)에서 혼합 유닛(3)을 통해 이동한다. 본 발명에 따르면, 1종 이상의 출발 물질을 캐비티(16, 24, 43)로 도입하기 위해, 폐쇄된 컨테이너(100)를 단계 d)에서만 개방하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 1종 이상의 출발 물질의 점도는 1　mPaㆍs 내지 1000　mPaㆍs, 바람직하게는 3　mPaㆍs 내지 500　mPaㆍs, 특히 5　mPaㆍs 내지 200　mPaㆍs로서 비교적 낮다. 따라서, 종래의 사출 성형 장치에서 취급하는 것이 어렵다. 그러나, 본 발명의 특징을 가지면 문제 없이 취급이 가능하다. 특히, 낮은 점도에 의해, 1종 이상의 출발 물질이 캐비티(16, 24, 43)에 제공된 보강재를 실질적으로 완전히 침투할 수 있기 때문에, 균질한 부품이 담보된다.
1종 이상의 출발 물질은, 캐비티(16, 24, 43)로 도입된 후, 완성 부품의 추가적인 중량 감소를 유도하는 폼 구조가 형성되도록, 첨가제, 예를 들어 발포제를 포함할 수 있다.
단계 e)에서의 캐비티(16, 24, 43)에서의 1종 이상의 출발 물질의 경화는 시스템의 반응성에 의해 일어나며, 캐비티(16, 24, 43)의 적절한 온도에 의해 보조 및/또는 촉진될 수 있다.
단계 f)에서 완성 부품을 탈형할 때, 상기에 기재한 바와 같이, 컨테이너(100)가 부품 내에 기능성 부재(30)로서 남는 것이 아니라면, 컨테이너(100) 또한, 스프루와 함께 장치로부터 제거된다.
본 발명에 의하면, 선행 기술에서 필요하고 출발 물질(들)과 경우에 따라 첨가제의 계량을 포함하는 공정 단계가 실제 제조 공정으로부터, 바람직하게는 1종 이상의 출발 물질의 제조자에게 바로 옮겨진다. 게다가, 1종 이상의 출발 물질이 컨테이너(100)로부터, 경우에 따라 혼합 유닛(3)을 통해, 캐비티(16, 24, 43)로 바로 도입되기 때문에, 몰딩 장치(11, 21, 41) 내에서 1종 이상의 출발 물질이 이동하는 거리가 크게 단축된다. 이러한 방식으로, 또한, 경우에 따라 후술하는 수많은 다른 특징들을 통해, 강화 플라스틱 부품의 제조 공정이 훨씬 단순화된다.
본 발명의 제조 방법을 이용할 경우, 종래의 RIM/RTM 장치에서 사용되는 것과 같은 저장 컨테이너 및 계량 펌프, 또는 수송 라인, 또는 혼합 헤드를 세정할 필요가 없다. 모든 잔류물이 스프루 및 컨테이너(100)와 함께 탈형 또는 제거되어, 후속 제조 사이클을 방해하거나 오염시키지 않는다.
1종 이상의 출발 물질의 처리자는, 반응 시스템의 화학작용과 관련하여 심도있는 전문 기술을 필요로 하지 않으며, 그러한 전문 기술이 완성 부품의 품질과 제조 공정의 재현성을 담보하는 데 필수적인 것도 아니다. 게다가, 공정에 관련된 기술은 매우 간단하고, 면밀한 설계로 인해, 처리자에게는 낮은 수준의 지식만을 요한다. 이것은 제조자로부터 전달되는, 출발 물질, 경우에 따라 첨가제를 갖는 컨테이너와, 강화 플라스틱 부품의 제조를 위한 본 발명의 조립체에 의해, 즉 적절히 설계된 "조립 키트(construction kit)"에 의해 달성된다.
본 발명의 방법의 또 다른 장점은 특히 매우 높은 유연성을 제공한다는 것이다. 예를 들어, 완성 부품의 재료 교체가 어려움 없이 가능하다. 서로 어떠한 불리한 영향을 주지 않으면서 서로 다른 반응 시스템을 바로 연속하여 어느 정도까지 처리할 수 있다. 한 부품에서 다음 부품으로의 색 변경도 가능하다. 실제로 개별 유닛에 이르기까지 비용 효율적인 제조가 가능하다.
본 발명의 방법은, 출발 물질(들)이 경우에 따라 다른 첨가제와 함께 컨테이너(100)에 존재하고, 경화, 즉 원하는 부품의 생성이 전적으로 온도에 의해 제어될 수 있는 일성분 시스템의 경우에 특히 유익하다.
본 발명의 보다 개량된 실시형태는, 단계 b)에서, 1종 이상의 제1 출발 물질을 제1 컨테이너(100a)에 제공하고, 적어도 1종의 제2 출발 물질을 제2 컨테이너(100b)에 제공한다. 따라서 컨테이너(100)에 대해 상기에 언급한 것이 제1 컨테이너(100a) 및 제2 컨테이너(100b)에 적용된다. 이 실시형태는 2종 이상의 출발 물질로 제조된 반응 시스템에 대해 유익한데, 그 이유는 이들이 각각 컨테이너(100a, 100b)에서 개별적으로 저장되고, 수송되고, 본 발명의 방법에 사용될 수 있기 때문이다. 따라서, 2종의 상이한 출발 물질을 상이한 온도로 예열하거나(예를 들어, 점도를 확립하기 위해), 또는 2개의 컨테이너(100a, 100b)에 서로 다른 색을 제공하는 것이 가능하다. 각각의 경우, 몰딩 장치(11, 21, 41)로의 재료의 공급을 변화시킬 수 있는 능력이 증가한다.
또한, 2종 이상의 출발 물질이 사용될 경우, 단계 c)에서 및/또는 단계 d) 전에, 제1 컨테이너(100a)로부터의, 또는 컨테이너(100)의 제1 챔버(1)로부터의 제1 출발 물질과, 제2 컨테이너(100b)로부터의, 또는 컨테이너(100)의 제2 챔버(2)로부터의 제2 출발 물질을 혼합 유닛(3)에서 서로 혼합하는 것이 반응에 유익한 것으로 입증되었다. 이로써, 첫째, 출발 물질이 캐비티(16, 24, 43)에 도입되기 전에 이미 충분히 혼합되고, 둘째, 반응 속도가 증가되는 것이 담보된다.
2종 이상의 출발 물질의 혼합은 적절한 압력 발생 장치를 사용하여 충격법 또는 향류법에 의해 수행할 수 있다. 2종 이상의 출발 물질을 캐비티(16, 24, 43)로 도입하는 동안 더 혼합할 수 있다. 대안으로, 또는 부가적으로, 혼합은 캐비티(16, 24, 43) 상류에 있는 러너(runner)(15)에서, 예를 들어 정적 혼합기 또는 오픈 포어 구조(폼 구조)를 통해 수행하거나 강화할 수 있다. 러너(15)의 표면 및/또는 형상은 난류를 발생시키고 2종 이상의 출발 물질의 혼합 강도를 증가키도록 구조화될 수 있다.
본 발명의 방법의 장점은 다른 (반응성) 성분을 동일한 몰드 내에 첨가하는 것을 통해 사출 성형 공정의 유연성이 증가된다는 것이다. 게다가, 본 발명의 방법은 압축 공정(즉, 사출 성형 없이)에 이용될 수도 있다.
본 발명의 방법의 또 다른 장점은, 특정 부품 또는 다수의 부품에 대해 제조된 부분으로 출발 물질(들)이 제공된다는 것이다. 바람직한 일 실시형태에서, 이것은 1종 이상의 출발 물질의 부피 또는 제1 출발 물질의 부피와 제2 출발 물질의 부피의 합이 몰딩 장치(11, 21, 41)의 캐비티(16, 24, 43)의 비점유 부피에 실질적으로 상응한다는 점에서 달성된다.
이러한 문맥에 있어서 어구 "실질적으로"는, 캐비티(16, 24, 43)를 충전하는 데 실제로 필요한 양과 함께, 공정 신뢰성을 제공하기 위해 상기 필요량의 2% 내지 30%, 바람직하게는 5% 내지 20%, 특히 10% 내지 15%가 추가적으로 존재한다는 것을 의미한다. 실제로, 제조 공정에 필요하고 제공되는 양은 일반적으로 이미 이러한 안전 마진을 포함하고 있다. 따라서, 스프루, 플래시(flash), 컨테이너의 미사용 공간 등에 대해 소비되는 출발 물질(들)이 고려되어야 한다. 이러한 실시형태에 의하면, 또한, 다량의 재료를 불균형하게 사용하거나 미사용 재료를 폐기물로서 버릴 필요 없이, 개개의 부품들을 제조하는 것이 가능하다. 컨테이너(100) 또는 컨테이너(100a, 100b)의 일부일 수 있는 혼합 유닛(3)도 제거하거나 없애는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 특정 유형의 반응 시스템에 대해, 단계 c)에 앞서, 단계 d)에서, 또는 단계 e) 전에, 출발 물질을 활성화시키는 것, 특히 열적으로, 화학적으로 및/또는 기계적으로 활성시키는 것이 유익한 것으로 입증되었다. 또한, 다양한 활성화 수단을 조합하는 것, 예를 들어, 출발 물질(들)의 가열과 함께, 화학적 활성화제를 제공하는 것이 가능하다. 출발 물질을 (일반적으로 1회) 활성화시킨다.
출발 물질은, 컨테이너(100)에서, 컨테이너(100)를 몰딩 장치(11, 21, 41)에 삽입하기(단계　c)) 전에, 예를 들어, 컨테이너(100)를 오븐에서 가열함으로써 열적으로 활성화시킨다. 이러한 활성화와 동시에 점도의 확립이 이루어질 수 있다.
대안으로, 출발 물질을 캐비티(16, 24, 43)로 도입하는 동안(단계 d)), 예를 들어, 컨테이너(100)와 캐비티(16, 24, 43) 사이의 정적 혼합기(즉, 혼합 유닛(3))에 의해 기계적으로, 또는 적절한 온도로 조절되는 캐비티(16, 24, 43)에 의해 열적으로 활성화시킬 수 있다. 2종의 출발 물질(경우에 따라, 첨가제와 함께)을 캐비티(16, 24, 43)로 도입할 경우, 이들의 혼합은 또한 화학적 활성화를 유발할 수 있다.
다른 가능한 (열적) 활성화의 예는, 활성화가 경화(단계 e)) 전에 이루어지도록, 출발 물질의 도입 후 캐비티(16, 24, 43)의 온도를 제어하는 것이다.
또한, 2종 이상의 출발 물질을, 이들을 활성화하고/하거나 공정에 필요한 점도를 확립하기 위해, 그 각각의 컨테이너(100a, 100b)에서 상이한 온도로 예열하는 것도 가능하다. 보다 개량된 다른 실시형태에서, 상기 예열은 또한 실제 장치의 외부에서, 예를 들어, 컨테이너(100a, 100b)를 장치로 삽입하기 전에 적절한 오븐에서 수행할 수 있다.
마찬가지로, 활성화제 및/또는 촉매가 1종 이상의 출발 물질에 이미 추가로 포함되어 있는 것이 유익할 수 있다. 따라서, 활성화제 및/또는 촉매의 이상적인 분포, 및 그에 따른 반응의 이상적인 진행은 실제 제조 공정 전에 이미 확보된다. 이것은, 출발 물질이 주위 온도에서 저장 및 수송되고, 물질들이 적소에, 즉 장치(11, 21, 41) 내에 있을 때에만 장치(11, 21, 41)와 함께 바로 오븐에서 열적으로, 및/또는 기계적으로 활성화가 개시되는 경우에 특히 유익하다.
2종 이상의 출발 물질이 별개의 컨테이너(100a, 100b)에서 사용되는 공정 실시형태의 일례에서, 특히 출발 물질의 저장 안정성을 위해, 제1 컨테이너(100a) 내의 제1 출발 물질이 활성화제를 추가로 포함하고/하거나, 제2 컨테이너(100b) 내의 제2 출발 물질이 촉매를 추가로 포함하는 것이 유익하다. 전술한 바와 같은 2종 이상의 출발 물질의 서로 간의 혼합에 바로 이어 활성화 및/또는 촉매 반응이 수행된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 위에서 기재한 것의 대안으로서, 단계 c)에서, 1종 이상의 출발 물질에 1종 이상의 활성화제 및/또는 1종 이상의 촉매를 첨가할 수 있다. 이러한 대안은 특히 예를 들어 출발 물질, 활성화제, 및/또는 촉매의 화학 작용과 관련된 이유로 채택될 수 있는데, 왜냐하면 시스템의 활성화 및 반응이 실온처럼 낮은 온도에서 일어나기 때문이다. 예를 들어, 활성화제 및/또는 촉매를 포함하는 다른 컨테이너(100)를 통해 캐비티(16, 24, 43)로 1종 이상의 출발 물질을 도입하는 것이 가능하다.
직물, 레이드 스크림, 로빙, 편물, 브레이디드(braided) 패브릭 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 보강재의 선택은 제조하려는 부품의 성질과 그 용도 또는 적용예에 따라 달라진다. 이러한 선택은 캐비티(16, 24, 43)에 보강재의 개개의 섬유를 이상적으로 배치할 수 있게 한다.
단계 d)에서의 컨테이너(100)로부터 캐비티(16, 24, 43)로의 1종 이상의 출발 물질의 도입은, 피스톤(4)을 이용하거나, 캐비티(16, 24, 43) 내 감압을 이용하거나, 스퀴즈 롤을 이용하여 수행하는 것이 유익할 수 있으며, 이들은 각각 컨테이너(100) 내의 1종 이상의 출발 물질에 작용한다. 이로써, 예를 들어, 피스톤(4)이 이동하는 속도에 의해, 보강재의 포화 시간 또는 함침 시간으로도 알려진 침투 시간을 결정할 수 있다. 대안으로, 캐비티(16, 24, 43) 내의 (가변) 감압을 확립함으로써 침투 속도를 변경하거나 적절히 조절할 수 있다.
또한, 정해진 방식으로, 즉 소정의 속도로, 컨테이너(100)를 2개의 플레이트 또는 스퀴즈 롤 사이에서 "압착"할 수 있다. 또 다른 대안은 컨테이너(100)에 압축 공기를 가하는 것이다
컨테이너(100)에 제공된 1종 이상의 출발 물질에 가해진 압력은 상기 물질을 캐비티(16, 24, 43)로 가능한 한 완전히 도입하기에 충분해야 하는 것이 중요하다. 이를 위해, 각각의 컨테이너(100) 및/또는 캐비티(16, 24, 43) 내의 유로가 특정 디자인을 가질 수 있다.
1종 이상의 출발 물질을 수용하기 위한 본 발명의 컨테이너(100)의 디자인은 출발 물질의 성질 및 양에 따라 달라질 수 있다. 구체적으로, 컨테이너는 관형 백, 이중 챔버 백, 카트리지, 캡슐, 드럼, 비이커, 베슬(vessel), 패드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 본 발명에 따르면, 컨테이너(100) 또는 컨테이너(100a, 100b)가 관형 백, 이중 챔버 백, 카트리지 또는 캡슐인 것이 바람직하다.
본 발명의 방법의 특히 바람직한 일 실시형태에서, 단계 b)에서 제공된 1종 이상의 출발 물질은 카프로락탐을 포함한다. 특히, 1종은 활성화제를 갖는 카프로락탐이고 1종은 촉매를 갖는 카프로락탐인 2종의 성분을 제공할 수 있다.
본 발명의 방법은 폴리아미드 매트릭스를 갖는 연속 섬유 강화 부품을 제조하는 데 특히 적합하다. 카프로락탐에 기초한 반응 시스템의 점도(약 5　mPaㆍs)는 에폭시 수지 및 폴리우레탄 수지와 비교하여 낮고, 강화 텍스타일의 침입을 보조한다. 따라서, 특히 대표면적의 박벽 부품의 침입을 보다 효율적으로, 즉 비교적 낮은 충전압과 보다 짧은 사이클 시간으로 하는 것이 가능하다. 카프로락탐의 중합에 의해 생성된 폴리아미드는, 열가소성 물질로서, 가열될 때 성형 공정에 적용될 수 있고, 이로써 또한 특히 다단계 공정으로 추가로 처리될 수 있다. 본 발명의 방법과 종래의 사출 성형의 조합은, 필요에 따라 상이한 충전재 및 상이한 보강재를 가지면서, 동일한 또는 관련 유형의 매트릭스를 갖는 개별 부품 부재의 제조를 가능하게 하며, 이는 기능성 부재와 지지 부재 간의 화합성에 유리한 영향을 미친다. 이로써, 예를 들어, 짧은 유리 섬유 강화 립과 연속 섬유 강화 라미네이트 간의 접착력을 좋게 할 수 있고, 전체 부품을 분쇄재생 또는 재활용할 수 있다.
본 발명의 방법에 대한 상기 설명과 바람직한 예는 후술하는 본 발명의 장치와 이하에 기재하는 조립체의 조립에 대해서도 유효하다. 마찬가지로, 본 발명의 장치에 대해 후술하는 설명 및 바람직한 예도 그에 따라 본 발명의 방법에 유효하다.
둘째, 본 발명은,
-　보강재를 수용하기 위한 몰딩 장치(11, 21, 41)의 캐비티(16, 24, 43),
-　1종 이상의 출발 물질을 위한 하나 이상의 컨테이너(100)를 수용하기 위한 수용 장치,
-　컨테이너(100)로부터의 1종 이상의 출발 물질을 전달하기 위한 전달 장치(4), 및
-　1종 이상의 출발 물질을 위한, 수용 장치와 캐비티(16, 24, 43) 사이에 배치된 혼합 유닛(3)
을 포함하는, 강화 플라스틱 부품의 제조를 위한 장치를 제공한다.
앞서 설명한 바와 같이, 몰딩 장치(11, 21, 41)의 캐비티(16, 24, 43)는 실질적으로 제조하고자 하는 부품의 형상의 네가티브형을 갖는다.
본 발명의 수용 장치는, 하나 이상의 컨테이너(100)를 정확히 위치시켜 고정하도록 설계된다. 수용 장치는 하나 이상의 컨테이너(100)를 수용하기 위한 자유 부피와, 하나 이상의 컨테이너(100)를 고정하기 위한 형태 고정 또는 힘 고정 메카니즘을 갖는다. 플랜트 컨트롤 시스템에 의해 능동적으로 또는 수동적으로 트리거링되면, 1종 이상의 출발 물질의 전달 후, 상기 메카니즘이 상기 하나 이상의 컨테이너(100)를 고정하거나 해제시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 수용 장치는 전달 장치(4)와 함께 제조 조립체를 형성할 수 있다.
출발 물질은 본 발명의 컨테이너(100)에 저장되어 수송되며, 이로부터 바로 캐비티(16, 24, 43)로 도입된다. 이로써, 출발 물질의 제조로부터 최종적으로 처리될 때까지, 출발 물질은 환경 영향으로부터 보호된다.
전달 장치(4)의 디자인은 다양할 수 있으며, 이 장치는 유익하게는 컨테이너(100) 및 그 안에 존재하는 1종 이상의 출발 물질에 작용하는 피스톤(4)을 포함한다. 여기서 피스톤(4)이 이동하는 속도는 폭넓은 범위에서 조정될 수 있다. 또한, 2개의 플레이트 사이에서 또는 스퀴즈 롤에 의해 정해진 방식으로 컨테이너(100)를 "압착"시킬 수 있다. 마찬가지로, 전달 장치(4)는 캐비티(16, 24, 43)에 감압을 발생시켜 출발 물질에 작용하게 하는 장치일 수 있다. 여기서, 전달 장치(4)는, 별개의 장치(예를 들어, 감압 장치, 스퀴즈 롤), 또는 컨테이너(100)의 일부(예를 들어, 피스톤(4))의 형태일 수 있다.
본 발명의 혼합 유닛(3)은, 특히, 첨가제를 1종 이상의 출발 물질와 혼합하는 경우, 또는 2종 이상의 출발 물질을 처리하는 경우, 1종 이상의 출발 물질의 철저한 혼합을 담보한다. 혼합 유닛(3)은 또한 사용 후 처분되는 일회용 혼합 유닛으로서 설계될 수 있다.
본 발명의 장치는, 몰딩 장치(11, 21, 41) 내에서 1종 이상의 출발 물질이 이동하는 선행 기술에서 요구되는 거리를 크게 단축시킨다. 이러한 방식으로, 또한 경우에 따라, 이하에 기재하는 다수의 다른 특징들을 통해, 강화 플라스틱 부품의 제조 장치는 훨씬 단순화된다. 요구되는 투자 비용도 감소되고, 이에 따라 본 발명의 장치는 다양한 사용자에게 이익이 되며 비용 효율적이다.
특히, 종래의 RIM/RTM 장치에서 사용되는 것과 같은 저장 컨테이너 및 계량 펌프, 또는 수송 라인 또는 혼합 헤드가 존재하지 않는다; 이들은 사용 후 세정이 필요한 것들이다.
본 발명의 장치의 또 다른 이점은, 예를 들어 최종 부품의 재료를 문제 없이 교체할 수 있게 하는 높은 유연성에 있다. 본 발명은, 필요한 장비를 컨테이너(100)로, 그리고, 캐비티(16, 24, 43) 바로 상류의 위치에 이동시킴으로써, 종래의 장치, 예를 들어, 사출 성형 장치에 적용될 수 있다.
특정한 일 실시형태에서, 몰딩 장치의 디자인은, 사출 성형 공정으로부터 알려진, 턴테이블(turntable) 몰드(41) 또는 큐브 몰드(21)의 것일 수 있다. 상기 몰드(21, 41)는 코어 풀러(core-puller) 장치와 함께 종래의 사출 성형 장치에 사용된다. 코어 풀러는 하나 이상의 컨테이너(100)에 압력을 가하여 1종 이상의 출발 물질을 캐비티(16, 24, 43)로 도입하는 역할을 한다. 그 후, 턴테이블 몰드(41) 또는 큐브 몰드(21)를 회전시킨 후, 표준 열가소성 물질과 함께 부품을 오버몰딩한다. 이로써, 립, 스티프너 및 패스닝을 위한 다른 기능성 부재(30) 등을 재료 상에 몰딩할 수 있다. 따라서, 턴테이블 몰드(41) 또는 큐브 몰드(21)에 대해 적절한 제어 시스템을 갖는 종래의 사출 성형 장치에 있어서, 2종의 상이한(폴리머) 재료로 만들어진 부품을 제조하는 것이 가능하다. 오버몰딩 재료는 또한 예를 들어 인성 변경 재료일 수 있다.
몰드(21, 41)의 측면 중 하나는 RIM 경화 공정을 위해 고온을 공급하는 한편, 다른 측면은 통상적인 열가소성 재료와의 오버몰딩을 위해 저온을 공급할 수 있다. 이에 따라 거의 편평한 표면을 갖는 RIM 부품을 기능화하는 것이 매우 쉽다.
본 발명의 장치의 보다 개량된 실시형태에서, 수용 장치는 하나 이상의 컨테이너(100) 내의 1종 이상의 출발 물질을 활성화하기 위한 하나 이상의 장치를 포함한다. 이 장치는, 예를 들어, 히터, 기계적 혼합기, 또는 빛을 조사하기 위한 장치일 수 있다.
본 발명의 장치의 빠른 무위험 운전을 위해서는, 혼합 유닛(3)을 하나 이상의 컨테이너(100)에 통합시키는 것이 유익한 것으로 입증되었다. 이것은, 첫째, 복잡한 세정을 필요로 하는 혼합 헤드를 생략할 수 있게 한다. 이 실시형태는, 특히, 컨테이너(100)가 2개 이상의 챔버(1, 2)를 가지고, 여기에 2종 이상의 출발 물질이 존재하는 경우에 특히 유용하다.
본 발명의 또 다른 변형예는, 예를 들어, 그 각각의 컨테이너(100)로부터의 2종의 출발 물질을 2개의 컨테이너 중 하나의 혼합 유닛(3)에서 조합하는 것을 제공한다. 이로써, 2개의 컨테이너(100) 중 하나의 혼합 유닛(3)을 생략할 수 있다.
보다 개량된 실시형태에서, 본 발명의 장치는, 몰딩 장치(21, 41)의 하나 이상의 제1 캐비티(24, 43) 및 제2 캐비티(29, 44)를 포함할 수 있고, 여기서, 상기 하나 이상의 제1 캐비티(29, 44)의 부피는 하나 이상의 제2 캐비티(24, 43)의 부피와 다르다. 특히, 하나 이상의 제2 캐비티(24, 43)의 부피가 더 크다. 이러한 보다 개량된 실시형태는 사출 성형 공정을 통한 기능성 부재의 성형을 가능하게 한다.
셋째, 본 발명은, 하기 성분:
i) 몰딩 장치(11, 21, 41)의 캐비티(16, 24, 43) 내의 1종 이상의 보강재,
ii) 하나 이상의 컨테이너(100) 내의 1종 이상의 출발 물질, 및
iii) 1종 이상의 출발 물질에 대해 유효한 1종 이상의 활성화제, 및/또는 1종 이상의 출발 물질에 유효한 1종 이상의 촉매
를 포함하는, 강화 플라스틱 부품의 제조를 위한 조립체를 제공한다.
여기서, 상기 1종 이상의 보강재는 1종 이상의 출발 물질에 대해 화학적 및/또는 물리적으로 적합화된 표면 변형을 갖는다.
보다 구체적으로, 상기 조립체는
i) 1종 이상의 출발 물질에 화학적 및/또는 물리적으로 적합화된 표면 변형을 갖는 1종 이상의 보강재,
ii) 하나 이상의 컨테이너(100) 내의 1종 이상의 출발 물질, 및
iii) 1종 이상의 출발 물질에 대해 유효한 1종 이상의 활성화제, 및/또는 1종 이상의 출발 물질에 대해 유효한 1종 이상의 촉매
를 포함한다.
본 발명에 있어서, 용어 "조립체(assembly)"는 최종 사용자 또는 처리자에게 제공되는 키트의 유형을 의미한다. 제조자(공급자)는 기술 지원과 함께 보강재(들) 및 반응 시스템(들)으로 이루어진 완전한 패키지를 처리자에게 제공할 수 있다. 처리자는, 예를 들어 열가소성 물질에 대해 상기 처리자가 통상적으로 사용하는 것들과 매우 유사한 장치에서, 매우 유사한 방식으로 반응 시스템을 처리할 수 있다. 처리자 측에 대한 심도있는 공정 전문지식은 부품의 품질 및 공정의 재현성을 결정하는 결정적 요인이 아니다. 이것은, 재료, 및 출발 물질의 균일성과 반응성, 그에 따라 공정의 상당 부분에 대한 책임을 지는 제조자에 의해 제공된다. 본 발명의 조립체는 저장 및 수송이 용이하고, 서로 별도로 존재하는 성분 i), ii) 및 iii)에 의해 취급성이 좋다.
보강재 및 출발 물질의 예는 본 발명의 공정과 관련하여 이미 앞에서 기술하였다.
보강재의 표면 변형을 위한 본 발명의 예는 섬유/매트릭스 접합력을 개선하기 위해 반응 시스템에 적합화된 섬유 사이즈(섬유 코팅)를 포함한다.
1종 이상의 출발 물질로서의 카프로락탐의 경우, 활성화제의 예는 지방족 디이소시아네이트, 예컨대 부틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 옥타메틸렌 디이소시아네이트, 데카메틸렌 디이소시아네이트, 운도데카메틸렌 디이소시아네이트, 도데카메틸렌 디이소시아네이트, 및 방향족 디이소시아네이트, 예컨대 톨릴 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌비스(페닐 이소시아네이트), 4,4'-메틸렌비스(사이클로헥실 이소시아네이트), 또는 폴리이소시아네이트, 예컨대 헥사메틸렌 디이소시아네이트의 이소시아누레이트, BASF SE의 바소나트(Basonat)® HI 100, 알로파네이트, 예컨대 에틸 알로파네이트 또는 이들의 혼합물을 포함하며, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 이소포론 디이소시아네이트가 바람직하고, 헥사메틸렌 디이소시아네이트가 특히 바람직하다. 디이소시아네이트는 모노이소시아네이트로 대체될 수 있다.
적절한 대안적인 활성화제로는 디아실 할라이드, 예컨대 부틸렌디아실 클로라이드, 부틸렌디아실 브로마이드, 헥사메틸렌디아실 클로라이드, 헥사메틸렌디아실 브로마이드, 옥타메틸렌디아실 클로라이드, 옥타메틸렌디아실 브로마이드, 데카메틸렌디아실 클로라이드, 데카메틸렌디아실 브로마이드, 도데카메틸렌디아실 클로라이드, 도데카메틸렌디아실 브로마이드, 및 방향족 디아실 할라이드, 예컨대 톨릴렌디아실 클로라이드, 톨릴렌메틸렌디아실 브로마이드, 이소포론디아실 클로라이드, 이소포론디아실 브로마이드, 4,4'-메틸렌비스(페닐)아실 클로라이드, 4,4'-메틸렌비스(페닐)아실 브로마이드, 4,4'-메틸렌비스(사이클로헥실)아실 클로라이드, 4,4'-메틸렌비스(사이클로헥실)아실 브로마이드, 또는 이들의 혼합물을 들 수 있고; 헥사메틸렌디아실 클로라이드, 헥실메틸렌디아실 브로마이드 또는 이들의 혼합물이 바람직하고, 헥사메틸렌디아실 클로라이드가 특히 바람직하다. 디아실 할라이드는 모노아실 할라이드로 대체될 수 있다.
또 다른 대안적인 바람직한 활성화제는 N,N'-헥산-1,6-디일비스(헥사하이드로-2-옥소-1H-아제핀-1-카복스아미드)(상품 Bruggolen® C 20)이다.
촉매의 예로는 나트륨 카프로락타메이트, 칼륨 카프로락타메이트, 브로마이드 마그네슘 카프로락타메이트, 클로라이드 마그네슘 카프로락타메이트, 마그네슘 비스카프로락타메이트, 나트륨 하이드라이드, 나트륨 금속, 나트륨 하이드록시드, 나트륨 메톡시드, 나트륨 에톡시드, 나트륨 프로폭시드, 나트륨 부톡시드, 칼륨 하이드라이드, 칼륨 금속, 칼륨 하이드록시드, 칼륨 메톡시드, 칼륨 에톡시드, 칼륨 프로폭시드 및 칼륨 부톡시드를 들 수 있다. 촉매는 바람직하게는 나트륨 하이드라이드, 나트륨 금속, 나트륨 카프로락타메이트를 포함하는 군으로부터 선택되고; 나트륨 카프로락타메이트(예를 들어, 상품 Bruggolen® C 10, 카프로락탐 중 18 중량%의 나트륨 카프로락타메이트의 용액)가 특히 바람직하다.
본 발명은 폴리머 제조를 위한 모든 반응 시스템을 포함한다. 바람직한 시스템은 EP-, PU-, 및 PA-RIM 시스템이고, 음이온성 PA 시스템이 섬유 포화 시의 낮은 점도로 인해 특히 적합하다.
다른 목적, 특징, 이점 및 가능한 적용예는 도면을 참조한 본 발명의 실시예의 하기 설명으로부터 명백하며, 이 때, 기술 및/또는 묘사되는, 개별적인 또는 임의의 원하는 조합의 특징들은 모두, 청구항에 함께 기재되든지 다른 청구항에 인용되든지 간에, 본 발명의 발명 대상의 일부이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 컨테이너(100)의 다이아그램이고,
도 2a는, 컨테이너(100)를 갖는 본 발명의 일 실시형태에 따른 몰딩 장치(11)의 일부의 다이아그램이며,
도 2b는, 2개의 컨테이너(100a, 100b)를 갖는 본 발명의 일 실시형태에 따른 몰딩 장치(11)의 일부의 다이아그램이며,
도 3은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 몰딩 장치(11)의 일부의 다이아그램이고,
도 4는, 큐브 몰드(21)의 형태를 갖는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 몰딩 장치(21)의 일부의 다이아그램이고,
도 5는, 턴테이블 몰드(41)의 형태를 갖는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 몰딩 장치(41)의 일부의 다이아그램이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 컨테이너(100)의 다이아그램이다.
도면은 본 발명의 특정 실시형태를 도시하며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 복수의 컨테이너(100)를 갖는 다른 실시형태도 고려될 수 있고 배제되지 않는다.
이하에서 용어 "성분"이 언급될 때, 이 용어는 개개의(순수한) 출발 물질뿐만 아니라, 활성화제, 촉매 등과 같은 첨가제를 포함한 출발 물질도 의미한다. 본 발명에 있어서, 컨테이너(100)의 한 챔버에는 항상 단 하나의 성분이 존재한다.
도　1은, 총 3개의 챔버(1, 2, 3)를 갖는 폐쇄형 컨테이너(100)를 도시한다. 2종의 성분 A 및 B가 챔버(1) 및 챔버(2)에 개별적으로 존재한다. 예를 들어 피스톤(4)에 의한, 압력 적용에 동반되는 소정의 파괴점(6)에서의 분리벽(5)의 천공이 2종의 출발 물질을 혼합 유닛으로서 설계된 챔버(3)로 이송시켜서 그 안에서 서로 혼합되게 할 수 있다. 압력이 더 증가하면, 밸브(7)가 개방되고 혼합된 성분 A 및 B가 몰딩 장치의 캐비티(여기에는 도시되지 않음)로 유입된다.
혼합 유닛으로서 설계된 챔버(3)는 폼(foam)을 포함할 수 있으며, 이 폼을 통해 성분 A 및 B가 이송되어 혼합된다. 마찬가지로, 챔버(3)는 정적 혼합기를 포함할 수 있다. 본 발명의 보다 개량된 실시형태에서, 소정의 파괴점(6)은 혼합 노즐의 형태를 취할 수 있다.
도　2a는, 본 발명의 장치(11) 내의 컨테이너(100)를 도시하며, 이하에서는 상기 장치에 대해 "몰드"라는 다른 용어가 사용되기도 한다. 컨테이너(100)의 위치는 분리면(13)으로의 통로를 갖는 제1 하프 몰드(12) 내에 있다. 제2 하프 몰드(14)에는, 컨테이너(100)를 캐비티(16)에 연결하는 러너(15)가 존재한다. 본 실시형태에서, 제1 하프 몰드(13)를, 경우에 따라 컨테이너 주변 영역에서만 가열하는데, 이것은 2개의 온도 T1 및 T2로 표시되어 있다. 이러한 고온의 하프 몰드(12)에 의해, 컨테이너(100)를 성분 A 및 B의 반응 온도를 넘는 온도로 가열하는 것이 가능하다. 컨테이너(100) 내의, 예를 들어 피스톤(4)(여기에는 도시되지 않음)에 힘(F)을 가하면, 컨테이너(100) 내에, 소정의 파괴점(6)이 없어지게 하는 압력이 발생하고, 성분 A 및 B의 혼합이 시작된다.
도　2b는 도 2a에 도시된 실시형태의 변형예로서, 여기에서는 2개의 챔버(1, 2)를 갖는 컨테이너(100) 대신에, 각각에 하나의 챔버가 제공된 2개의 별개의 컨테이너(100a, 100b)가 존재한다.
도　3은, 분리면(13)에 의해 분리된, 2개의 하프 몰드(12, 14)를 갖는 몰드(11)의 다이아그램이다. 부품에 대한 러너(15) 및 캐비티(16)가, 제1 하프 몰드(12) 내의 컨테이너(100)와 함께 도시되어 있다. 성분 A 및 B의 사출, 이들의 혼합, 보강재(여기에는 도시되지 않음)가 이미 제공된 캐비티(16)로의 재료의 충전 및 그 경화 후, 스프루 및 컨테이너(100)와 함께 부품들을 쉽게 탈형시킬 수 있다.
도 4는 큐브 몰드(21)를 갖는 특정 실시형태 중 하나를 도시한다. 여기에서는, 반응 시스템으로서의 1종 이상의 출발 물질 및 1종 이상의 보강재로부터 편평면의 부품을 제조하는 제1 단계 후, 제2 단계에서 사출 성형을 통해 립 및 패스닝 부재에 의한 기능화를 수행할 수 있다. 몰드(21)는 3개 부분, 즉, 컨테이너를 수용하기 위한 공간과, 컨테이너(100)와 캐비티(24) 사이의 러너(15)를 갖는 가동 비회전형 사이드(22), 수직축을 중심으로 회전할 수 있는 가동부(25), 및 사출 성형 장치의 사출측 상에 설치된 고정부(26)로 이루어진다. 몰드(21)는 상이한 부피를 갖는 2개의 캐비티(24, 29)를 형성한다. 캐비티(24)는 편평면을 가지고 기능성 부재가 없다. 이와는 달리, 고정 몰드부(26) 내의 캐비티(29)는 립(30)을 위한 오목부 또는 유사한 기능성 부재를 갖는다.
사출 유닛(27)이 모식적으로 도시되어 있다. 이것은, 다른 러너(28)에 의해, 기능성 부재를 위한 오목부를 갖는 캐비티(29)로의 연결부를 갖는다. 상기 러너(28)에 의해, 도시되지 않았지만, 가동부(25)의 움직임에 의해 캐비티(24)로부터 더 큰 캐비티(29)로 전달되는 추가의 립(30) 또는 다른 기능성 부재를 편평면 상에 사출하는 것이 가능하다.
큐브 몰드(21)는, 사이클 시간이 크게 단축될 수 있도록, 재료의 공급, 성형 공정, 및 제거에 최대 4개의 위치가 제공될 수 있다는 이점을 갖는다. 도 4의 그림을 단순화하기 위해, 이 도면은 재료 공급 유닛과 제거 유닛을 생략하고 있다. 이 때, 사이드(22), 가동부(25) 및 파트(26)가 서로 다른 온도로 유지될 수 있고, 여기서, 예를 들어, 출발 물질(들)을 활성화시키기 위해, 사이드(22)의 온도는 파트(26)의 온도보다 높다.
도　5는, 턴테이블 몰드(41)를 갖는 특정한 한 실시형태를 도시한다. 운전 방식은 도 4를 참조하여 설명한 변형예의 것과 유사하다. 도 5에 도시된 변형예의 경우, 몰드(41)의 하프 몰드(42)는 수평축 둘레로 회전한다. 2개의 캐비티(43, 44)가 생긴다. 1종 이상의 출발 물질 및 1종 이상의 보강재로 제조된 편평면 부품의 제조는 캐비티(43)에서 진행된다. 위에서 설명한 경우에서와 같이, 캐비티(44) 내에 립(30) 또는 다른 기능성 부재를 위한 추가적인 오목부가 존재한다. 캐비티(44)는 러너(28)에 의해 사출 성형 장치의 사출 조립체(27)에 연결된다. 기능성 부재는, 사출 성형 공정인 제2 단계에 의해 재료 상에 성형될 수 있다. 반응 성분 A 및 B를 갖는 컨테이터(100)의 위치는 몰드(41)의 위쪽 부분에 있다. X로 표시된 선을 따라, 경우에 따라, 턴테이블 몰드(41)의 고정부에 열 분리면을 제공함으로써, 이 경우에도, 상이한 온도를 달성하는 것이 가능하다.
도 6은, 피스톤(4)의 배치가, 혼합 유닛(3)이 초기에는 부피를 갖지 않도록 하는, 컨테이너(100)의 또 다른 실시형태를 도시한다. 피스톤(4)의 피스톤 로드(8)에 견인력을 가하면, 2종의 성분 A 및 B가 피스톤(4) 내의 어퍼쳐(50a, 50b)를 통해 혼합 유닛(3)으로 이송된다. 완전한 혼합이 완료되면, 피스톤(4)은 왼쪽 방향으로 다시 이동하며, 어퍼쳐(50a, 50b)는 폐쇄되고(한쪽 운전), 2종의 혼합된 성분 A 및 B가 캐비티로 강제 유입된다.
본 발명의 각각의 컨테이너(100)의 디자인은, 제조하려는 부품 필요한, 그 안에 존재하는 반응 성분의 계량된 양이, 경우에 따라 1종 이상의 다른 반응 성분과 함께 이미 존재하도록 함으로써, 한 부품에 대해 또는 다수의 동일한 부품에 대해 충전이 정확히 충분하도록 하는 것이다.
컨테이너(100) 자체는 다양한 소재로 제조된 것일 수 있다. 컨테이너(100)의 소재는 출발 물질(들)에 대해 비활성이고 환경 영향으로부터 이들을 보호해야 하는 것이 중요하다. 폴리아미드 또는 금속이 바람직하다.
본 발명의 방법 및 본 발명의 장치에 의하면, 매일 사용에 요구되는 다종 다양한 제품들이 강화 플라스틱 부품의 형태로 제조될 수 있고, 이것은 또한 특수화된 용도에도 적용되며, 특히 소수의 유닛에서 개별 유닛에 이르기까지 적용된다. 그 적용예로는 의료 기술, 특히 보철, 스포츠 부문, 예를 들어, 특정한 신체 형상에 맞추기 위한 스플린트, 또는 보호용 부재, 또는 신발 삽입물을 들 수 있다.
선행 기술에 비해 크게 단순화된 제조 공정은, 특히 본 발명이 프레스에서 열가소성 또는 열경화성 섬유 복합 부품에 사용될 수 있게 한다.
여기서, 반응 시스템의 처리 및 공정 과정은 오늘날 통상적으로 이용되는 표준 공정에 기초한 것이다(예를 들어, Wolfgang Kaiser, Kunststoffchemie fuer Ingenieure [Plastics chemistry for engineers] 10/2011, page　190, ISBN: 978-3-446-43047-1 참조). 이 때, 부품 제조를 위한 반응 시스템의 사용은 화학적 및 물리적 공정에 기초한 것이다. 2가지의 조합은 "비스포크 부품(bespoke component)"의 실현을 가능하게 한다.
RIM 성분은 일반적으로 다양한 추가적인 물질(특히 촉매 및 활성화제)의 존재 하에 액체 성분들의 혼합에 의해 제조된다. 이 때, 특성 프로파일은 특히 성분들의 성질 및 기능성, 성분들의 혼합 거동 및 선택된 추가 물질들의 조합에 의해 결정된다.
구체적인 예로서, 성분, 즉, 컨테이너(100)의 제1 챔버(1) 내의 카프로락탐과 활성화제로서의 N,N'-헥산-1,6-디일비스(헥사하이드로-2-옥소-1H-아제핀-1-카복스아미드)(Bruggolen® C 20)와, 컨테이너(100)의 제2 챔버(2) 내의 카프로락탐과 촉매로서의 나트륨 카프로락타메이트(Bruggolen® C 10)를 가열하고 피스톤(4) 및 믹서 유닛(3)을 이용하여 혼합한 후, 이 혼합물을 이용하여 캐비티 내의 강화 직물을 포화시킨다. 부품을 제거하고 컨테이너(100)를 제거한 후, 제품 교체를 행할 수 있었고, 이것은 열 안정화 시스템 및 색상이 서로 다른 성분들을 포함한 새로운 컨테이너(100)에만 요구되었다.
종래의 공정을 이용한 비교 실험은 저장 컨테이너, 호스 및 혼합 헤드를 포함한 전체 시스템을 플러싱(flushing)을 필요로 한다. 실험실 운전에 있어서, 이것은, 압축 공기를 사용하여, 언급된 시스템 성분을 세정한 후, 5 kg의 순수한 카프로락탐을 갖는 공급 라인 각각을 플러싱함으로써 행한다. 세정 카프로락탐을 용융시키는 데 필요한 시간은 세정 공정에 필요한 시간인 1시간의 대부분을 차지한다.

Claims (16)

  1. 강화 플라스틱 부품의 제조 방법으로서,
    a) 몰딩 장치(11, 21, 41)의 캐비티(16, 24, 43)에 1종 이상의 보강재를 제공하는 단계,
    b) 컨테이너(100)에 1종 이상의 출발 물질을 제공하는 단계,
    c) 컨테이너(100)를 몰딩 장치(11, 21, 41)에 삽입하는 단계,
    d) 컨테이너(100)로부터의 1종 이상의 출발 물질을 캐비티(16, 24, 43)로 도입하는 단계로서, 상기 1종 이상의 출발 물질은 1종 이상의 보강재를 적어도 어느 정도 침투하는 것인 단계,
    e) 1종 이상의 보강재와 함께 1종 이상의 출발 물질을 경화시켜, 강화 플라스틱 부품을 얻는 단계, 및
    f) 강화 플라스틱 부품을 탈형하는 단계
    를 포함하는, 강화 플라스틱 부품의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계 b)에서, 1종 이상의 제1 출발 물질을 제1 컨테이너(100a)에 제공하고, 1종 이상의 제2 출발 물질을 제2 컨테이너(100b)에 제공하는 것인 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 단계 d) 전에, 적어도, 제1 컨테이너(100a), 또는 컨테이너(100)의 제1 챔버(1)로부터의 제1 출발 물질과, 제2 컨테이너(100b), 또는 컨테이너(100)의 제2 챔버(2)로부터의 제2 출발 물질을 혼합 유닛(3)에서 서로 혼합하는 것인 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 1종 이상의 출발 물질의 부피가, 몰딩 장치(11, 21, 41)의 캐비티(16, 24, 43)의 비점유 부피에 실질적으로 상응하는 것인 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 c) 전에, 단계 d)에서, 또는 단계 e) 전에, 출발 물질을, 특히 열적으로, 화학적으로, 및/또는 기계적으로 활성화시키는 것인 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 1종 이상의 출발 물질이 활성화제 및/또는 촉매를 추가로 포함하는 것인 제조 방법.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 컨테이너(100a) 내의 제1 출발 물질은 활성화제를 추가로 포함하고/하거나, 제2 컨테이너(100b) 내의 제2 출발 물질은 촉매를 추가로 포함하는 것인 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 c)에서, 1종 이상의 출발 물질에 1종 이상의 활성화제 및/또는 1종 이상의 촉매를 첨가하는 것인 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 d)에서의 도입을, 컨테이너(100) 내의 1종 이상의 출발 물질에 작용하는, 피스톤(4)을 이용하거나, 캐비티(16) 내의 감압을 이용하거나, 스퀴즈 롤을 이용하여 행하는 것인 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 컨테이너(들)(100)가 관형 백, 이중 챔버 백, 카트리지, 캡슐, 드럼, 비이커, 실린더, 베슬, 패드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 b)에서 제공된 1종 이상의 출발 물질이 카프로락탐을 포함하는 것인 제조 방법.
  12. 강화 플라스틱 부품의 제조를 위한 장치로서,
    -　보강재를 수용하기 위한 몰딩 장치(11, 21, 41)의 하나 이상의 캐비티(16, 24, 43),
    -　1종 이상의 출발 물질을 위한 하나 이상의 컨테이너(100)를 수용하기 위한 수용 장치,
    -　컨테이너(100)로부터의 1종 이상의 출발 물질을 전달하기 위한 전달 장치, 및
    -　1종 이상의 출발 물질을 위한, 수용 장치와 캐비티(16, 24, 43) 사이에 배치된 혼합 유닛(3)
    을 포함하는, 강화 플라스틱 부품의 제조를 위한 장치.
  13. 제12항에 있어서, 수용 장치가, 하나 이상의 컨테이너 내의 1종 이상의 출발 물질의 활성화를 위한 하나 이상의 장치를 포함하는 것인 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 혼합 유닛(3)이 하나 이상의 컨테이너(100)에 통합되어 있는 것인 장치.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 몰딩 장치(21, 41)의 적어도 하나의 제1 캐비티(24, 43) 및 제2 캐비티(29, 44)를 포함하고, 적어도 하나의 제1 캐비티(29, 44)의 부피는 적어도 하나의 제2 캐비티(24, 43)의 부피와 다른 것인 장치.
  16. 강화 플라스틱 부품의 제조를 위한 조립체로서,
    i) 몰딩 장치(11, 21, 41)의 캐비티(16, 24, 43) 내의 1종 이상의 보강재,
    ii) 하나 이상의 컨테이너(100) 내의 1종 이상의 출발 물질, 및
    iii) 1종 이상의 출발 물질에 대해 유효한 1종 이상의 활성화제, 및/또는 1종 이상의 출발 물질에 대해 유효한 1종 이상의 촉매
    를 포함하고, 상기 1종 이상의 보강재는 상기 1종 이상의 출발 물질에 대해 화학적으로 및/또는 물리적으로 적합화된 표면 변형을 갖는 것인 강화 플라스틱 부품의 제조를 위한 조립체.
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