KR20190093638A - 발포 성형체의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

물리 발포제의 제어장치를 생략 또는 간략화할 수 있으며, 또한 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량(침투량)을 안정화할 수 있는 발포 성형체의 제조방법을 제공한다. 발포 성형체의 제조방법에 있어서, 기아 존에 물리 발포제를 도입하기 위한 도입구가 형성된 가소화 실린더와, 상기 도입구에 접속하는 도입 속도 조정 용기를 가지는 제조장치를 이용하며, 상기 제조방법은, 열가소성 수지를 용융 수지로 하는 것과, 일정 압력의 상기 물리 발포제를 상기 도입 속도 조정 용기를 개재하여 상기 기아 존에 도입하고, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지하는 것과, 상기 용융 수지를 기아 상태로 하는 것과, 상기 기아 상태의 용융 수지와 상기 가압 유체를 접촉시키는 것과, 상기 용융 수지를 발포 성형체로 성형하는 것을 포함하며, 상기 도입 속도 조정 용기의 내경의 최대값이, 상기 도입구의 내경보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

발포 성형체의 제조방법 및 제조장치

본 발명은, 발포 성형체의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.

최근, 초임계 상태의 질소나 이산화탄소를 물리 발포제로서 이용한 사출 발포 성형 방법이 연구 및 실용화되고 있다(특허문헌 1∼3). 이들 특허문헌 1∼3에 의하면, 물리 발포제를 이용한 사출 발포 성형 방법은 이하와 같이 행해진다. 우선, 물리 발포제를 밀폐된 가소화 실린더에 도입하고, 가소화 용융한 수지에 접촉 분산시킨다. 물리 발포제가 초임계 상태가 되는 정도로 가소화 실린더 내를 고압으로 유지하면서, 물리 발포제가 분산된 용융 수지를 계량하고, 금형 내에 사출 충전한다. 용융 수지에 상용(相容)하고 있었던 초임계 유체는, 사출 충전 시에 급(急)감압되어 가스화하고, 용융 수지가 고화(固化)됨으로써 기포(발포 셀)가 성형체 내부에 형성된다. 이들의 사출 발포 성형 방법에서는, 물리 발포제는 수지 내압보다도 조금 높은 압력으로 계량되고, 계량 후, 가소화 실린더 내에 도입된다. 따라서, 물리 발포제의 용융 수지에의 용해량은, 물리 발포제의 도입량으로 결정된다(도입량 제어).

또한, 특허문헌 4에는, 물리 발포제를 이용한 사출 발포 성형 방법에 있어서, 성형의 도중에 용융 수지 중에 포함되는 물리 발포제를 일부 분리하여, 가소화 실린더(혼련 장치)의 밖으로 배기하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 4에서는, 물리 발포제를 배기하는 벤트가 형성되며, 또한 벤트가 형성된 영역(감압 존)의 압력을 일정하게 보지(保持)하는 기구를 가지는 혼련 장치가 개시되어 있다. 이 방법에 의하면, 물리 발포제의 용융 수지에의 용해량은, 감압 존에 있어서의 배압(背壓) 밸브의 압력에 의해 결정된다(압력 제어). 따라서, 상기 서술한 특허문헌 1∼3에 개시되는 바와 같이, 물리 발포제의 가소화 실린더에의 주입량을 정확하게 제어할 필요는 없다.

특허문헌 5 및 6에도, 물리 발포제를 이용한 사출 발포 성형 방법에 있어서, 물리 발포제를 가소화 실린더에 압력 제어로 도입하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 5 및 6에서는, 가소화 실린더 내에 용융 수지가 미충만이 되는 기아 존을 마련하고, 기아 존에 물리 발포제를 도입한다.

특허문헌 5 및 6에 개시되는 제조장치는, 종래의 일반적인 제조장치와 마찬가지로, 물리 발포제의 도입구의 내경이 작으며, 그 도입구는, 역지 밸브 등에 의해 간헐적으로 개방되는 구조이다. 종래의 물리 발포제를 이용하는 제조장치가 이러한 구조인 이유는, 이하이다. 첫번째, 가소화 실린더 내에의 물리 발포제의 도입 시, 고온의 용융 수지와의 접촉에 의해 물리 발포제의 온도는 급격하게 상승되어, 물리 발포제의 도입량이 불안정하게 되는 폐해가 생긴다. 이 때문에, 종래의 제조장치에서는, 물리 발포제의 유로를 가늘게 조이고, 물리 발포제의 유량을 제어하여 도입량의 안정화를 도모하려고 하였다. 두번째로, 이러한 가는 유로에 용융 수지가 역류하면, 즉시 유로가 막혀 기능하지 않게 될 우려가 있다. 이 때문에, 물리 발포제의 도입구는 상시 개방으로 하는 것이 아닌, 역지 밸브 등을 마련하여, 간헐적으로 개방하는 구조로 하였다.

일본국 특허 제2625576호 공보 일본국 특허 제3788750호 공보 일본국 특허 제4144916호 공보 일본국 공개특허 특개2013-107402호 공보 일본국 공개특허 특개2001-341152호 공보 일본국 공개특허 특개2004-237522호 공보

특허문헌 1∼3의 물리 발포제를 이용한 사출 발포 성형 방법에서는, 용융 수지 중의 물리 발포제의 농도가 높으면, 용융 수지와 물리 발포제가 상(相)분리될 우려가 있다. 이 때문에, 물리 발포제의 농도를 포화 용해도의 1/5∼1/10 정도로 내릴 필요가 있었다. 그리고, 이처럼 용융 수지 중의 물리 발포제의 농도를 포화 용해도에 대하여 낮은 비율로 하면서도, 금형에의 사출 충전 시에 많은 발포핵을 형성하기 위하여, 가소화 실린더에 도입하는 물리 발포제를 고압력으로 설정하여 도입량을 정확하게 계량할 필요가 있었다. 이는, 물리 발포제의 공급 기구를 복잡화하여, 장치의 이니셜 코스트를 높이는 요인이 되고 있었다.

한편, 특허문헌 4의 물리 발포제를 이용한 사출 발포 성형 방법에서는, 상기 서술의 혼련 장치의 채용에 의해, 물리 발포제의 일부 배기 후에, 용융 수지 중의 물리 발포제 농도를 포화 용해도(포화 농도) 가까이까지 높이는 것이 가능하여, 비교적 낮은 압력의 물리 발포제를 이용하여 많은 발포핵을 형성할 수 있다. 그러나, 특허문헌 4의 사출 발포 성형 방법은, 감압 존의 압력을 일정하게 보지하기 위하여, 스크루를 역회전함으로써 감압 존을 다른 존으로부터 차단하는 시일 기구를 가진다. 그 때문에 스크루가 길어지는 것, 스크루를 역회전하기 위하여 가소화 계량 시간이 길어지는 등의 과제를 가지고 있었다.

특허문헌 5 및 6의 사출 발포 성형 방법은, 압력 제어에 의해 물리 발포제를 가소화 실린더에 도입하기 때문에, 물리 발포제의 도입량을 정확하게 계량할 필요는 없다. 또한, 특허문헌 4에 개시되는 바와 같은 시일 기구를 반드시 마련할 필요는 없다. 그러나, 본 발명자들의 검토에 의하면, 특허문헌 5 및 6에 개시되는 바와 같은 가소화 실린더 내의 기아 존에의 물리 발포제의 도입을 간헐적으로 행했을 경우, 기아 존에 있어서의 압력이 변동되며, 이 결과, 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량(침투량)을 정밀하게 제어할 수 없을 우려가 있다.

이 주원인은, 물리 발포제를 간헐적으로 가소화 실린더에 도입하기 때문에, 물리 발포제의 도입량이 불충분하기 때문이라고 추측된다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이, 도입되는 물리 발포제와 용융 수지의 온도차의 문제나, 용융 수지 역류의 문제가 존재하기 때문에, 특허문헌 5 및 6에 개시되는 구조의 장치를 이용하여, 물리 발포제의 도입량을 증가시켜서 안정화를 도모하는 것은 곤란하였다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하는 것이며, 물리 발포제의 복잡한 제어장치를 생략 또는 간략화할 수 있으며, 또한 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량(침투량)을 단순한 기구에 의해 안정화할 수 있는 발포 성형체의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제 1 양태를 따르면, 발포 성형체의 제조방법에 있어서, 열가소성 수지가 가소화 용융되어서 용융 수지가 되는 가소화 존과, 상기 용융 수지가 기아 상태가 되는 기아 존을 가지며, 상기 기아 존에 물리 발포제를 도입하기 위한 도입구가 형성된 가소화 실린더와, 상기 도입구에 접속하는 도입 속도 조정 용기를 가지는 제조장치를 이용하며, 상기 제조방법은, 상기 가소화 존에 있어서, 상기 열가소성 수지를 가소화 용융하여 상기 용융 수지로 하는 것과, 일정 압력의 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 상기 도입 속도 조정 용기에 공급하고, 상기 도입 속도 조정 용기로부터 상기 기아 존에 상기 일정 압력의 가압 유체를 도입하고, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지하는 것과, 상기 기아 존에 있어서, 상기 용융 수지를 기아 상태로 하는 것과, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지한 상태에서, 상기 기아 존에 있어서, 상기 기아 상태의 용융 수지와 상기 가압 유체를 접촉시키는 것과, 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 접촉시킨 상기 용융 수지를 발포 성형체로 성형하는 것을 포함하며, 상기 도입 속도 조정 용기의 내경의 최대값이, 상기 도입구의 내경보다 큰 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조방법이 제공된다.

상기 도입 속도 조정 용기는, 상기 도입구로부터 멀어짐에 따라, 상기 도입 속도 조정 용기의 내경이 커지는 테이퍼부를 가져도 된다. 상기 도입 속도 조정 용기는, 그 내경이 변화되지 않는 통형상의 스트레이트부를 추가로 가지며, 상기 스트레이트부가 상기 도입구에 접속하고, 상기 스트레이트부에 인접하여, 상기 테이퍼부가 배치되어도 된다. 통형상의 상기 스트레이트부의 연장 방향에 있어서의 길이는, 상기 가소화 실린더의 측벽의 두께의 2배 이하여도 된다.

상기 도입 속도 조정 용기의 용적은, 상기 가소화 실린더의 상기 기아 존의 용적의 0.1배∼5배여도 된다. 상기 도입구의 내경에 대한, 상기 도입 속도 조정 용기의 내경의 최대값의 비율이, 20 이하여도 된다. 상기 도입 속도 조정 용기의 내벽에, 테플론(등록 상표) 함유 도금막이 형성되어 있어도 된다. 상기 도입구의 내경이, 상기 가소화 실린더의 내경의 20%~100%여도 된다. 상기 도입 속도 조정 용기의 용적이, 5㎖∼20L여도 된다.

본 발명의 제 2 양태를 따르면, 발포 성형체를 제조하는 제조장치에 있어서, 열가소성 수지가 가소화 용융되어서 용융 수지가 되는 가소화 존과, 상기 용융 수지가 기아 상태가 되는 기아 존을 가지며, 상기 기아 존에 물리 발포제를 도입하기 위한 도입구가 형성된 가소화 실린더와, 상기 도입구에 접속하는 도입 속도 조정 용기와, 상기 도입 속도 조정 용기에 접속되며, 상기 도입 속도 조정 용기를 개재하여 상기 가소화 실린더에 물리 발포제를 공급하는 물리 발포제 공급 기구를 가지며, 상기 도입 속도 조정 용기의 내경의 최대값이, 상기 도입구의 내경보다 큰 제조장치가 제공된다.

본 발명의 제 3 양태를 따르면, 제조장치를 이용한 발포 성형체의 제조방법에 있어서, 상기 제조장치는, 열가소성 수지가 가소화 용융되어서 용융 수지가 되는 가소화 존과, 상기 용융 수지가 기아 상태가 되는 기아 존을 가지며, 상기 기아 존에 물리 발포제를 도입하기 위한 도입구가 형성된 가소화 실린더와; 상기 도입구에 접속하는 통형상의 스트레이트부와, 상기 스트레이트부에 연접되며, 상기 도입구로부터 멀어짐에 따라, 내경이 커지는 테이퍼부를 가지는 도입 속도 조정 용기;를 구비하며, 상기 제조방법은, 상기 가소화 존에 있어서, 상기 열가소성 수지를 가소화 용융하여 상기 용융 수지로 하는 것과, 일정 압력의 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 상기 도입 속도 조정 용기에 공급하는 것과, 상기 일정 압력의 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 상기 테이퍼부에서 가온하는 것과, 상기 일정 압력의 가온된 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를, 상기 도입 속도 조정 용기로부터 상기 스트레이트부를 개재하여 상기 기아 존에 도입하고, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지하는 것과, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지한 상태에서, 상기 기아 존에 있어서, 상기 기아 상태의 용융 수지와 상기 가압 유체를 접촉시키는 것과, 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 접촉시킨 상기 용융 수지를 발포 성형체로 성형하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 발포 성형체의 제조방법은, 물리 발포제의 용융 수지에의 도입량, 도입 시간 등을 제어할 필요가 없다. 따라서, 본 발명의 제조방법은, 복잡한 제어장치를 생략 또는 간략화할 수 있으며, 장치 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 본 발명의 발포 성형체의 제조방법은, 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량(침투량)을 단순한 기구에 의해 안정화할 수 있다.

도 1은 실시형태의 발포 성형체의 제조방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 2는 실시형태에서 이용하는 발포 성형체의 제조장치를 도시한 개략도이다.
도 3은 실시형태에서 이용하는 도입 속도 조정 용기의 개략도이다.

도 1에 나타내는 플로우 차트를 참조하면서, 본 실시형태의 발포 성형체의 제조방법에 대하여 설명한다.

[발포 성형체의 제조장치]

우선, 본 실시형태에서 이용하는 발포 성형체를 제조하는 제조장치에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 도 2에 나타내는 제조장치(사출 성형 장치)(1000)를 이용하여 발포 성형체를 제조한다. 제조장치(1000)는, 주로, 스크루(20)가 내설(內設)된 가소화 실린더(210)와, 물리 발포제를 가소화 실린더(210)에 공급하는 물리 발포제 공급 기구인 봄베(100)와, 금형이 마련된 형 체결 유닛(도시 생략)과, 가소화 실린더(210) 및 형 체결 유닛을 동작 제어하기 위한 제어장치(도시 생략)를 구비한다. 가소화 실린더(210) 내에 있어서 가소화 용융된 용융 수지는, 도 2에 있어서의 오른쪽으로부터 왼쪽을 향하여 유동한다. 따라서, 본 실시형태의 가소화 실린더(210) 내부에 있어서는 도 2에 있어서의 오른쪽을 「상류」 또는 「후방」, 왼쪽을 「하류」 또는 「전방」이라고 정의한다.

가소화 실린더는, 열가소성 수지가 가소화 용융되어서 용융 수지가 되는 가소화 존(21)과, 가소화 존(21)의 하류측에, 용융 수지가 기아 상태가 되는 기아 존(23)을 가진다. 「기아 상태」란, 용융 수지가 기아 존(23) 내에 충만하지 않고 미충만이 되는 상태이다. 따라서, 기아 존(23) 내에는, 용융 수지의 점유 부분 이외의 공간이 존재한다. 또한, 기아 존(23)에 물리 발포제를 도입하기 위한 도입구(202)가 형성되어 있으며, 도입구(202)에는, 도입 속도 조정 용기(300)가 접속되어 있다. 봄베(100)는, 도입 속도 조정 용기(300)를 개재하여 가소화 실린더(210)에 물리 발포제를 공급한다.

또한, 제조장치(1000)는, 기아 존(23)을 1개밖에 가지고 있지 않지만, 본 실시형태에 이용되는 제조장치는, 이로 한정되지 않는다. 예를 들면, 용융 수지에의 물리 발포제의 침투를 촉진하기 위하여, 기아 존(23) 및 그에 형성되는 도입구(202)를 복수 가지고, 복수의 도입구(202)로부터 물리 발포제를 가소화 실린더(210)에 도입하는 구조여도 된다. 또한, 제조장치(1000)는 사출 성형 장치이지만, 본 실시형태에 이용되는 제조장치는, 이로 한정되지 않으며, 예를 들면, 압출 성형 장치여도 된다.

[발포 성형체의 제조방법]

(1) 열가소성 수지의 가소화 용융

우선, 가소화 실린더(210)의 가소화 존(21)에 있어서, 열가소성 수지를 가소화 용융하여 용융 수지로 한다(도 1의 단계 S1). 열가소성 수지로서는, 목적으로 하는 성형체의 종류에 따라 다양한 수지를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 폴리프로필렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 어모퍼스 폴리올레핀, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르에테르케톤, ABS 수지(아크릴로니트릴·부타디엔·스티렌 공중합 수지), 폴리페닐렌설파이드, 폴리아미드이미드, 폴리젖산, 폴리카프로락톤 등의 열가소성 수지, 및 이들의 복합 재료를 이용할 수 있다. 이들의 열가소성 수지는, 단독으로 이용하여도, 2종류 이상을 혼합하여 이용하여도 된다. 또한, 이들의 열가소성 수지에 글라스 섬유, 탤크, 카본 섬유 등의 각종 무기 필러를 혼련한 것을 이용할 수도 있다. 열가소성 수지에는, 발포핵제로서 기능하는 무기 필러나 용융 장력을 높이는 첨가제를 혼합하는 것이 바람직하다. 이들을 혼합함으로써, 발포 셀을 미세화할 수 있다. 본 실시형태의 열가소성 수지는, 필요에 따라 그 외의 범용의 각종 첨가제를 포함하여도 된다.

본 실시형태에서는, 도 2에 나타내는 스크루(20)가 내설된 가소화 실린더(210) 내에서 열가소성 수지의 가소화 용융을 행한다. 가소화 실린더(210)의 외벽면에는 밴드 히터(도시 생략)가 배치하여 마련되어 있으며, 이에 의해 가소화 실린더(210)가 가열되고, 추가로 스크루(20)의 회전에 의한 전단(剪斷) 발열도 가해져, 열가소성 수지가 가소화 용융된다.

(2) 기아 존의 압력 보지

다음으로, 일정 압력의 물리 발포제를 도입 속도 조정 용기에 공급하고, 도입 속도 조정 용기(300)로부터 기아 존(23)에 일정 압력의 가압 유체를 도입하고, 기아 존(23)을 상기 일정 압력으로 보지한다(도 1의 단계 S2).

물리 발포제로서는, 가압 유체를 이용한다. 본 실시형태에 있어서 「유체」란, 액체, 기체, 초임계 유체 중 어느 하나를 의미한다. 또한, 물리 발포제는, 비용이나 환경 부하의 관점에서, 이산화탄소, 질소 등이 바람직하다. 본 실시형태의 물리 발포제의 압력은 비교적 저압이기 때문에, 예를 들면, 질소 봄베, 이산화탄소 봄베, 공기 봄베 등의 유체가 저장된 봄베로부터, 감압 밸브에 의해 일정 압력으로 감압하여 취출한 유체를 이용할 수 있다. 이 경우, 승압 장치가 불필요하게 되므로, 제조장치 전체의 비용을 저감할 수 있다. 또한, 필요하면 소정의 압력까지 승압한 유체를 물리 발포제로서 이용하여도 된다. 예를 들면, 물리 발포제로서 질소를 사용하는 경우, 이하의 방법으로 물리 발포제를 생성할 수 있다. 우선, 대기 중의 공기를 컴프레서로 압축하면서 질소 분리막을 통하여 질소를 정제한다. 다음으로, 정제한 질소를 부스터 펌프나 시린지 펌프 등을 이용하여 소정 압력까지 승압하여, 물리 발포제를 생성한다. 또한, 압축 공기를 물리 발포제로서 이용하여도 된다. 본 실시형태에서는, 물리 발포제와 용융 수지의 강제적인 전단 혼련을 행하지 않는다. 이 때문에, 물리 발포제로서 압축 공기를 이용하여도, 용융 수지에 대하여 용해성이 낮은 산소는 용융 수지에 용해되기 어려워, 용융 수지의 산화 열화를 억제할 수 있다.

기아 존(23)에 도입하는 물리 발포제의 압력은 일정하며, 도입되는 물리 발포제와 동일한 일정 압력으로 기아 존(23)의 압력은 보지된다. 이 물발포제의 압력은, 1㎫∼20㎫이 바람직하고, 1㎫∼15㎫이 보다 바람직하고, 2㎫∼8㎫이 보다 더 바람직하다. 용융 수지의 종류에 따라 최적의 압력은 다르지만, 물리 발포제의 압력을 1㎫ 이상으로 함으로써, 발포시키는데에 필요한 양의 물리 발포제를 용융 수지 내에 침투시킬 수 있으며, 20㎫ 이하로 함으로써, 장치 부하를 저감할 수 있다. 또한, 용융 수지를 가압하는 물리 발포제의 압력이 「일정하다」란, 소정 압력에 대한 압력의 변동 폭이, 바람직하게는 ±20% 이내, 보다 바람직하게는 ±10% 이내인 것을 의미한다. 기아 존의 압력은, 예를 들면, 가소화 실린더(210)의 기아 존(23) 내에 마련된 압력 센서(27)에 의해 측정된다. 또한, 스크루(20)의 진퇴에 수반하여, 기아 존(23)은 가소화 실린더(210) 내를 전후 방향으로 이동하지만, 도 2에 나타내는 압력 센서(27)는, 기아 존(23)의 최전진 위치 및 최후퇴 위치에 있어서, 항상 기아 존(23) 내에 존재하는 위치에 마련된다. 또한, 도입구(202)에 대향하는 위치도, 항상 기아 존(23) 내에 있다. 따라서, 압력 센서(27)는 도입구(202)에 대향하는 위치에는 마련되어 있지 않지만, 압력 센서(27)가 나타내는 압력과, 도입구(202)에 대향하는 위치의 압력은, 거의 동일하다. 또한, 본 실시형태에서는, 기아 존(23)에 물리 발포제만을 도입하지만, 본 발명의 효과에 영향을 주지 않는 정도로, 물리 발포제 이외의 다른 가압 유체를 동시에 기아 존(23)에 도입하여도 된다. 이 경우, 기아 존(23)에 도입되는 물리 발포제를 포함하는 가압 유체는, 상기 서술의 일정 압력을 가진다.

본 실시형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 봄베(100)로부터 도입 속도 조정 용기(300)를 개재하여, 도입구(202)로부터 기아 존(23)에 물리 발포제를 공급한다. 물리 발포제는, 감압 밸브(151)를 이용하여 소정의 압력으로 감압한 후, 승압 장치 등을 거치는 일 없이, 도입구(202)로부터 기아 존(23)에 도입된다. 본 실시형태에서는, 가소화 실린더(210)에 도입하는 물리 발포제의 도입량, 도입 시간 등을 제어하지 않는다. 그 때문에, 그들을 제어하는 기구, 예를 들면, 역지 밸브나 전자(電磁) 밸브 등을 이용한 구동 밸브는 불필요하며, 도입구(202)는, 구동 밸브를 가지지 않아, 항상 개방되어 있다. 본 실시형태에서는, 봄베(100)로부터 공급되는 물리 발포제에 의해, 감압 밸브(151)로부터, 도입 속도 조정 용기(300)를 거쳐, 가소화 실린더(210) 내의 기아 존(23)까지, 일정한 물리 발포제의 압력으로 보지된다.

물리 발포제의 도입구(202)는, 종래의 제조장치의 물리 발포제의 도입구와 비교하여 내경(D1)이 크다. 이 때문에, 비교적 저압의 물리 발포제여도, 가소화 실린더(210) 내에 효율적으로 도입할 수 있다. 또한, 용융 수지의 일부가 도입구(202)에 접촉하여 고화되었을 경우여도, 내경(D1)이 크기 때문에, 완전하게 막는 일 없이 도입구로서 기능할 수 있다. 예를 들면, 가소화 실린더(210)의 내경이 클 경우, 즉, 가소화 실린더의 외경이 클 경우에, 도입구(202)의 내경(D1)을 크게 하기 쉽다. 한편, 도입구(202)의 내경(D1)이 지나치게 크면, 용융 수지의 체류가 발생하여 성형 불량의 원인이 되고, 또한, 도입구(202)에 접속하는 도입 속도 조정 용기(300)가 대형화하여 장치 전체의 비용이 상승된다. 구체적으로는, 도입구(202)의 내경(D1)은, 가소화 실린더(210)의 내경의 20%~100%가 바람직하고, 30%~80%가 보다 바람직하다. 또는, 가소화 실린더(210)의 내경에 의존하지 않고, 도입구(202)의 내경(D1)은, 3㎜∼150㎜가 바람직하고, 5㎜∼100㎜가 보다 바람직하다. 여기에서, 도입구(202)의 내경(D1)이란, 도 3에 나타내는, 가소화 실린더(210)의 내벽(210a) 상에 있어서의 개구부의 내경을 의미한다. 또한, 도입구(202)의 형상, 즉, 가소화 실린더(210)의 내벽(210a) 상에 있어서의 개구부의 형상은, 진원형으로 한정되지 않으며, 타원이나 다각형이어도 된다. 도입구(202)의 형상이 타원이나 다각형일 경우에는, 도입구(202)의 면적과 같은 면적의 진원형에 있어서의 그 직경을 「도입구(202)의 내경(D1)」이라고 정의한다.

<도입 속도 조정 용기>

도입구(202)에 접속하는 도입 속도 조정 용기(300)에 대하여 설명한다. 도입구(202)에 접속하는 도입 속도 조정 용기(300)는, 일정 이상의 용적을 가짐으로써, 가소화 실린더(210)에 도입되는 물리 발포제의 유속을 완만하게 하여, 도입 속도 조정 용기(300) 내에 물리 발포제가 체류할 수 있는 시간을 확보할 수 있다. 도입 속도 조정 용기(300)는, 주위에 배치된 밴드 히터(도시 생략)에 의해 가열된 가소화 실린더(210)에 직접 접속됨으로써, 가소화 실린더(210)의 열이 도입 속도 조정 용기(300)에 전도된다. 이에 의해, 도입 속도 조정 용기(300) 내부의 물리 발포제는 가온되어, 물리 발포제와 용융 수지의 온도차가 작아져, 물리 발포제가 접촉하는 용융 수지의 온도를 극도로 저하시키는 것을 억제하여, 물리 발포제의 용융 수지에의 용해량(침투량)을 안정화할 수 있다. 즉, 도입 속도 조정 용기(300)는, 물리 발포제의 가온 기능을 가지는 버퍼 용기로서 기능한다. 한편, 도입 속도 조정 용기(300)는, 그 용적이 너무 크면, 장치 전체의 비용이 상승된다. 도입 속도 조정 용기(300)의 용적은, 기아 존(23)에 존재하는 용융 수지의 양에도 의존하지만, 5㎖∼20L가 바람직하고, 10㎖∼2L가 보다 바람직하고, 10㎖∼1L가 보다 더 바람직하다. 도입 속도 조정 용기(300)의 용적을 이 범위로 함으로써, 비용을 고려하면서 물리 발포제가 체류할 수 있는 시간을 확보할 수 있다.

또한, 후술하는 바와 같이 물리 발포제는 용융 수지에 접촉하여 침투함으로써, 가소화 실린더(210) 내에서 소비된다. 기아 존(23)의 압력을 일정하게 보지하기 위하여, 소비된 만큼의 물리 발포제가 도입 속도 조정 용기(300)로부터 기아 존(23)에 도입된다. 도입 속도 조정 용기(300)의 용적이 지나치게 작으면, 물리 발포제의 치환 빈도가 높아지기 때문에, 물리 발포제의 온도가 불안정하게 되고, 그 결과, 물리 발포제의 공급이 불안정하게 될 우려가 있다. 따라서, 도입 속도 조정 용기(300)는, 1∼10분동안에 가소화 실린더에 있어서 소비되는 양의 물리 발포제를 체류할 수 있는 용적을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들면, 도입 속도 조정 용기(300)의 용적은, 당해 도입 속도 조정 용기(300)가 접속되는 기아 존(23)의 용적의 0.1배∼5배가 바람직하고, 0.5배∼2배가 보다 바람직하다. 본 실시형태에서는, 기아 존(23)의 용적은, 용융 수지를 포함하지 않는, 빈 가소화 실린더(210)에 있어서, 스크루(20)의 축의 직경 및 스크루 플라이트의 깊이가 일정한 부분이 위치하는 영역(23)의 용적을 의미한다.

본 실시형태에서 이용하는 도입 속도 조정 용기(300)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 통형상의 용기 본체(310)와, 용기 본체(310)를 가소화 실린더(210)에 연결하는 연결 부재(320)와, 용기 본체(310)의 덮개(330)로부터 주로 구성된다. 통형상의 용기 본체(310)의 일방의 단부는, 연결 부재(320)를 개재하여 도입구(202)에 접속하고, 도입구(202)를 개재하여, 가소화 실린더(210)의 기아 존(23)과, 내부 공간(312)이 연통(連通)된다. 또한, 통형상의 용기 본체의 타방의 단부(도입구(202)와 반대측의 단부)에는, 덮개(330)가 개폐 가능하게 마련된다. 그리고, 용기 본체(310)에는, 내부 공간(312)에 물리 발포제를 공급하기 위한 배관(154)이 접속된다.

또한, 도입 속도 조정 용기(300)의 내부 공간(312)의 형상에 착목하였을 경우, 도입 속도 조정 용기(300)는, 도입구(202)에 접속하며, 그 내경이 변화되지 않는 통형상의 제 1 스트레이트부(31)와, 제 1 스트레이트부(31)에 인접하여 마련되며, 도입구(202)로부터 멀어짐에 따라, 그 내경이 커지는 테이퍼부(32)와, 테이퍼부(32)에 인접하여 마련되며, 그 내경이 변화되지 않는 통형상의 제 2 스트레이트부(33)를 가진다. 즉, 도입 속도 조정 용기(300)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 작은 내경(D1)을 가지는 원통인 제 1 스트레이트부(31)와, 큰 내경(D2)을 가지는 원통인 제 2 스트레이트부(33)를, 각각의 중심축이 동일한 직선(m) 상에 늘어서도록 배치하고, 제 1 스트레이트부(31)와 제 2 스트레이트부(32)를 테이퍼부(32)의 테이퍼면으로 결합한 구조를 가진다. 본 실시형태에서는, 제 1 스트레이트부(31) 및 제 2 스트레이트부(33)의 중심축과 일치하는 직선(m)의 연장 방향은, 통형상인 속도 조정 용기(300)의 연장 방향과 일치한다. 본 실시형태에 있어서는, 제 1 스트레이트부(31)는 연결 부재(320)에 의해 구성되며, 테이퍼부(32) 및 제 2 스트레이트부(33)는, 용기 본체(310)에 의해 구성된다.

도입 속도 조정 용기(300)의 내경의 최대값(D2)은, 도입구의 내경(D1)보다 크다(D2>D1). 여기에서, 도입 속도 조정 용기(300)의 내경의 최대값(D2)이란, 통형상인 속도 조정 용기(300)의 연장 방향(직선(m))과 직교하는, 내부 공간(312)의 단면에 있어서, 최대의 면적을 가지는 단면(이하, 「최대 단면」이라고 기재한다)의 내경을 의미한다. 또한, 최대 단면의 형상은, 진원형으로 한정되지 않으며, 타원이나 다각형이어도 된다. 이 경우에는, 최대 단면과 같은 면적의 진원형에 있어서의 그 직경을 「도입 속도 조정 용기(300)의 내경의 최대값(D2)」이라고 정의한다. 본 실시형태에서는, 도입구의 내경(D1)은, 제 1 스트레이트부(31)의 내경, 즉 연결 부재(320)의 내경과 동등하며, 도입 속도 조정 용기(300)의 내경의 최대값(D2)은, 용기 본체(310)의 제 2 스트레이트부(33)의 내경과 동등하다. 이 특징(D2>D1)을 가지는 도입 속도 조정 용기(300)는, 예를 들면, 이하의 효과를 가진다.

예를 들면, 도입 속도 조정 용기(300)는, 도입구(202)의 내경(D1)을 가지는 제 1 스트레이트부(31)가 테이퍼부(32)에 접속됨으로써, 내경이 D1로부터 점차 커져서 D2로 되어 있기 때문에, 물리 발포제의 유통로가 확보되기 쉽다. 기아 존(23)에 있어서 용융 수지는 기아 상태로 존재하지만, 그래도, 용융 수지가 도입구(202)로부터 도입 속도 조정 용기(300) 내부에 침입 또는 팽출(膨出)하는 경우가 있다. 이 경우, 용융 수지는 도입 속도 조정 용기(300)에 의해 열을 빼앗겨, 점도가 상승하여 유동성이 저하되고, 더욱 온도가 저하되면 고화된다. 고화에 의해, 용융 수지의 도입 속도 조정 용기(300) 내부에 침입을 저지할 수 있지만, 고화된 용융 수지에 의해, 물리 발포제의 유통로가 완전하게 막히면, 물리 발포제를 기아 존(23)에 공급할 수 없다고 하는 문제가 생긴다. 그래서, 본 실시형태의 도입 속도 조정 용기(300)는, 도입구(202)의 내경(D1)을 가지는 제 1 스트레이트부(31)가 테이퍼부(32)에 접속됨으로써, 도입구(202)로부터 멀어짐에 따라 내경이 D1로부터 점차 커져서 D2로 되어 있다. 도입구(202)로부터 멀어질수록, 침입한 용융 수지는 열을 빼앗겨 고화되기 쉬워지지만, 본 실시형태의 도입 속도 조정 용기(300)는, 도입구(202)로부터 멀어짐에 따라 용기 내부가 넓게 되어 있다. 이 때문에, 도입구(202)로부터 멀어짐에 따라 용기 벽면에 접촉한 용융 수지가 고화되었다고 하여도, 물리 발포제의 도입로가, 완전하게 고화된 용융 수지에 의해 막히는 것을 억제할 수 있다. 예를 들면, 벽면에 접촉한 용융 수지가 고화되어도, 벽면으로부터 멀어진 물리 발포제의 도입로의 중심 부근에서는, 용융 수지는 유동성을 가지는 용융 상태를 유지할 수 있다. 이에 의해, 도입 속도 조정 용기(300)의 물리 발포제의 유통로를 확보할 수 있다. 또한, 제 1 스트레이트부(31)의 말단에 테이퍼부(32)가 접속되어 있는 것은 반드시 필요한 것은 아니며, 제 1 스트레이트부(31)의 말단으로부터 내경이 확대되도록 구성되어 있으면, 물리 발포제의 유통로는 확보된다.

또한, 도입 속도 조정 용기(300)의 내경의 최대값(D2)을 도입구(202)의 내경(D1)보다 크게 함으로써(D2>D1), 가소화 실린더(210)로부터의 열전도에 의해 도입 속도 조정 용기(300)의 내의 물리 발포제의 가온을 촉진할 수 있다. 상기 서술한 바와 같이, 도입 속도 조정 용기(300) 내에서 물리 발포제가 가온됨으로써, 물리 발포제와 용융 수지의 온도차가 작아져, 물리 발포제의 용융 수지에의 용해량(침투량)이 안정화한다. 본 실시형태의 도입 속도 조정 용기(300)는, 용기 내부가 도입구(202)보다도 넓혀진 형상(D2>D1)을 가지기 때문에, 용기 내부가 도입구(202)와 동(同)면적인 형상(D2=D1)과 비교하여, 도입 속도 조정 용기(300)의 하부에, 즉, 가소화 실린더(210)에 가까운 부분에, 보다 다량의 물리 발포제를 체류시킬 수 있다. 용기의 하부는 가소화 실린더(210)에 가깝기 때문에, 보다 다량의 물리 발포제를 효율적으로 가온할 수 있다. 특히, 용융 수지의 가소화 계량 개시 시에는, 다량의 물리 발포제가 도입 속도 조정 용기(300)로부터 기아 존(23)에 도입된다. 이러한 경우여도, 본 실시형태의 도입 속도 조정 용기(300)는, 다량의 가온된 물리 발포제를 기아 존(23)에 도입할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 직선(m)을 포함하는 도입 속도 조정 용기(300)의 단면에 있어서, 속도 조정 용기(300)의 연장 방향(직선(m))에 대한 테이퍼부(32)의 내벽의 각도는, 45도로 되어 있지만, 20도 이상 90도 이하가, 상기 서술한 효과를 가지는 데에 있어서 바람직한 범위로서 규정되며, 25도 이상 65도 이하의 경우가 가장 효과적이다. 또한, 여기에서 테이퍼부(32)의 내벽의 각도가 90도인 경우란, 제 1 스트레이트부(31)와 제 2 스트레이트부(33)가, 직선(m)과 수직한 평면에 의해 접속되는 경우를 말한다.

도입 속도 조정 용기(300)의 내경의 최대값(D2)은, 도입구(202)의 내경(D1)보다 크기 때문에(D2>D1), 도입구의 내경(D1)에 대한, 도입 속도 조정 용기의 내경의 최대값(D2)의 비율(D2/D1)은, 1보다 크다. 상기 서술의 효과를 더욱 촉진하는 관점에서는, 상기 비율(D2/D1)은, 2 이상이 바람직하다. 한편, 장치 비용 억제의 관점에서는, 도입 조제 용기(300)는 작은 쪽이 바람직하고, 상기 비율(D2/D1)은, 예를 들면, 20 이하이며, 10 이하가 바람직하다.

도입구(202)의 내경(D1)이 비교적 큰 경우, 예를 들면, 도입구(202)의 내경(D1)이 60㎜ 이상, 바람직하게는 80㎜ 이상인 경우에는, 상기 서술한 용융 수지의 팽창 돌출에 의해 도입구(202)가 막힐 우려가 저하되기 때문에, 상기 서술의 비율(D2/D1)은, 비교적 작아도 된다. 이 경우, 도입구의 내경(D1)에 대한, 도입 속도 조정 용기의 내경의 최대값(D2)의 비율(D2/D1)은, 예를 들면, 1을 초과하고 3 이하이며, 바람직하게는, 1을 초과하고 2 이하이다.

또한, 도입구(202)의 내경(D1)이 비교적 클 경우, 도입 속도 조정 용기(300)의 용적도 커진다. 그에 수반하여, 가소화 실린더(210)로부터의 열전도에 의해 도입 속도 조정 용기(300) 내에서 가온되는 물리 발포제의 온도 구배가 커질 우려가 있다. 이 온도 구배를 작게 하기 위하여, 도입 속도 조정 용기(300) 내에 교반기를 마련하고, 도입 속도 조정 용기(300) 내의 물리 발포제를 교반하여도 된다. 교반기는, 가소화 실린더(210)에 가까운, 도입 속도 조정 용기(300) 내의 하부, 예를 들면, 본 실시형태의 테이퍼부(31)에 마련하는 것이 바람직하다. 또는, 다른 방법으로서는, 다공(多孔)성 또는 망목(網目) 형상의 금속판을 도입 속도 조정 용기(300) 내의 하부에 마련하여도 된다. 본 실시형태에 있어서는 대용적의 물리 발포제를 가온하기 때문에, 도입 속도 조정 용기(300)의 바닥부(제 2 스트레이트부(33)의 가소화 실린더(210)측의 단부)에, 다수의 구멍이 뚫린 SUS제의 판(두께 5㎜)(311)을 용기 본체(310)에 연결하여 설치하였다. 용기 본체(310)로부터의 열전도에 의해 가온된 금속판(311)에 의해 물리 발포제의 가온이 촉진되어, 도입 속도 조정 용기(300) 내 하부에 있어서의, 물리 발포제의 온도 구배를 작게 할 수 있다. 도입 속도 조정 용기(300) 내 하부에 있어서의 온도 구배를 작게 함으로써, 기아 존(23)에 도입하는 물리 발포제의 온도를 보다 균일화할 수 있다.

본 실시형태의 도입 속도 조정 용기(300)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 도입구(202)로부터 멀어짐에 따라, 도입 속도 조정 용기(300)의 내경이 커지는 테이퍼부(32)를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 테이퍼부(32)를 도입 속도 조정 용기(300)의 하부, 즉 가소화 실린더(210)에 가까운 부분에 마련함으로써, 배관(154)으로부터 공급된 물리 발포제가, 도입구(202)에 접근함에 따라 열을 공급하는 테이퍼부(32)에 근접하여 점차 가온된다. 이에 의해, 기아 존(23)에 도입하는 물리 발포제의 온도를 보다 균일화할 수 있다.

도입 속도 조정 용기(300)에 있어서, 통형상의 제 1 스트레이트부(31)의 연장 방향(도 3 중의 직선(m))에 있어서의 길이(높이)(h)는, 가소화 실린더(210)의 측벽의 두께(d)의 2배 이하가 바람직하고, 1배 이하가 보다 바람직하다. 제 1 스트레이트부(31)의 길이(h)가 상기 범위 내이면, 고화된 용융 수지에 의해, 도입 속도 조정 용기(300) 내의 물리 발포제의 유통로가 막힐 우려가 더욱 저하된다. 통형상의 제 1 스트레이트부(31)의 길이(높이) h의 하한값은, 특별하게 한정되지 않으며, 실질적으로는, 예를 들면, 가소화 실린더(210)의 측벽의 두께(d)의 0.1배 이상이며, 바람직하게는, 0.3배 이상이다.

덮개(330)는, 용기 본체(310)의 제 2 스트레이트부(33)에 개폐 가능하게 마련된다. 덮개(330)는, 특별한 공구를 이용하지 않고, 작업자의 손에 의해 개폐 가능한 것이 바람직하다. 발포 성형체의 성형에 있어서는, 사전에 성형 조건의 설정을 행하는 경우가 있다(조건 도출). 성형 조건의 설정에 있어서는, 피더 스크루(212)나 스크루(20)의 회전수 등의 최적화를 행하여, 기아 존(23)에 있어서, 기아 상태가 안정적으로 만들어져 있는지 확인한다. 이와 동시에, 도입 속도 조정 용기(300) 내부에 도입구(202)로부터 용융 수지가 팽출되지 않았는지도 확인한다. 이 때문에, 덮개(330)의 개폐는, 볼트를 이용하지 않고, 간편한 방법으로 개폐 가능하게 하여, 도입 속도 조정 용기(300) 내에 침입한 수지를 없애는 것이 바람직하다. 덮개(330)를 작업자의 손에 의해 개폐 가능하게 함으로써, 성형 조건의 설정의 작업 효율이 향상된다. 덮개(330)의 시일 기구는 임의이지만, 스프링을 내장한 시일 기구, 또는 클러치식의 고압 시일 기구 등을 이용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 스프링을 내장한 폴리이미드의 시일 부재(331)를 이용한다. 이 시일 부재(331)는, 내부 공간(312) 내에 체류하는 물리 발포제의 가스압에 의해 팽창되어, 시일성이 높아진다.

도입 속도 조정 용기(300)를 구성하는 재료는, 가압 유체를 수용하는 관점에서 내압성인 것이 바람직하며, 벽면에서의 용융 수지의 고화를 촉진하고, 용기 내부에의 용융 수지의 침입을 억제하는 관점에서, 열용량이 크고, 온도가 상승되기 어려우며, 부착된 수지로부터 열을 빼앗기 쉬운 것이 바람직하다. 또한, 물리 발포제를 가온한다고 하는 관점에서는 열전도율이 높으며, 용기 본체(310)로부터의 열이 전해지기 쉬운 것이 바람직하다. 이들의 관점에서, 도입 속도 조정 용기(300)는, 예를 들면, 스테인리스강(SUS) 등의 금속으로 구성되는 것이 바람직하다. 연결 부재(320)도 마찬가지이다.

도입 속도 조정 용기(300)의 내벽, 즉, 내부 공간(312)을 구획하는 내벽에는, 테플론(폴리테트라플루오로에틸렌, PTFE) 함유 도금막이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 테플론 함유 도금막은, 도입 속도 조정 용기(300)의 내벽 전체면에 형성되어 있어도 되고, 일부에만 형성되어 있어도 된다. 특히, 용융 수지와의 접촉의 우려가 있는, 도입 속도 조정 용기(300) 내의 하부, 예를 들면, 제 1 스트레이트부(31) 및/또는 테이퍼부(32)의 내벽에 형성되는 것이 바람직하다. 발포 성형체의 성형 중에, 수지가 내벽에 부착된 상태로 장시간 경과하면, 수지는 탄화하여 고착(固着)하고, 후에 박리되어, 성형 불량의 원인이 된다. 도입 속도 조정 용기(300)의 내벽에 테플론 함유 도금막을 형성함으로써, 이 용융 수지의 고착을 억제할 수 있다. 테플론 함유 도금막, 그 중에서도, 테플론 함유 무전해 니켈인 도금막은, 높은 내열성 및 내찰상(耐擦傷)성을 가지고, 고경도이며, 또한, 복잡 형상의 피(被)도금체에의 피복성에도 우수하다. 또한, 도입 속도 조정 용기(300)의 내벽에 발수성 또는 발유(發油)성을 부여할 수 있으며, 또한, 내열성에도 우수한 다른 표면 처리방법으로서는, 엑시머 레이저를 사용한 표면 처리를 들 수 있다. 그러나, 도입 속도 조정 용기(300)의 내벽에 대하여, 엑시머 레이저를 사용한 표면 처리를 행하는 것은 대단히 곤란하기 때문에, 테플론 함유 도금막을 형성하는 것이 바람직하다. 무전해 도금막 중의 테플론의 함유량은, 도금막의 안정성과, 부착되는 용융 수지의 박리성과의 균형으로부터, 10∼50중량%가 바람직하다.

이상, 본 실시형태에서 이용하는 도입 속도 조정 용기(300)에 대하여 설명하였지만, 본 실시형태에서 이용하는 도입 속도 조정 용기는, 이 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 제 1 변형예로서는, 도입 속도 조정 용기가, 테이퍼부(32)를 가지지 않는 구성을 들 수 있다. 즉, 제 1 스트레이트부(31)와, 제 2 스트레이트부(33)가, 테이퍼면 대신에, 통형상인 속도 조정 용기(300)의 연장 방향(직선(m))과 직교하는 면에 의해 연결되어도 된다. 또한, 제 2 변형예로서는, 도입 속도 조정 용기가, 제 1 스트레이트부(31)를 가지지 않는 구성을 들 수 있다. 이 경우, 가소화 실린더(210)의 내벽(210a) 상에 있어서의 개구부인 도입구(202)에, 테이퍼부(32)가 연결된다. 즉, 가소화 실린더(210)의 측벽 내에 있어서도, 내벽(210a)으로부터 멀어지는 것에 따라, 도입 속도 조정 용기(300)의 내경이 넓어지는 구조가 된다.

또한, 도입 속도 조정 용기(300)는, 가소화 실린더(210)와 별개체의 용기여도 되며, 가소화 실린더(210)와 일체로 형성되어, 가소화 실린더(210)의 일부를 구성하여도 된다.

(3) 용융 수지를 기아 상태로 한다

다음으로, 용융 수지를 기아 존(23)으로 유동시켜, 기아 존(23)에 있어서 용융 수지를 기아 상태로 한다(도 1의 단계 S3). 기아 상태는, 기아 존(23)의 상류로부터 기아 존(23)에의 용융 수지의 보냄량과, 기아 존(23)으로부터 그 하류에의 용융 수지의 보냄량의 밸런스로 결정되며, 전자의 쪽이 적으면 기아 상태가 된다.

본 실시형태에서는, 용융 수지가 압축되어서 압력이 높아지는 압축 존(22)을 기아 존(23)의 상류에 마련함으로써, 기아 존(23)에 있어서 용융 수지를 기아 상태로 한다. 압축 존(22)에는, 상류측에 위치하는 가소화 존(21)보다도 스크루(20)의 축의 직경을 크게(굵게)하여, 스크루 플라이트를 단계적으로 얕게 한 대경(大徑) 부분(20A)을 마련하고, 또한, 대경 부분(20A)의 하류측에 인접하여 시일부(26)를 마련한다. 시일부(26)는, 대경 부분(20A)과 마찬가지로 스크루(20)의 축의 직경이 크며(굵으며), 또한, 스크루 플라이트가 마련되어 있지 않고, 스크루 플라이트 대신에 스크루(20)의 축에 얕은 홈이 복수 형성되어 있다. 대경 부분(20A) 및 시일부(26)는, 스크루(20)의 축의 직경을 크게 함으로써, 가소화 실린더(210)의 내벽과 스크루(20)의 클리어런스를 축소하고, 하류로 보내는 수지 공급량을 저감할 수 있기 때문에, 용융 수지의 유동 저항을 높일 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 있어서, 대경 부분(20A) 및 시일부(26)는, 용융 수지의 유동 저항을 높이는 기구이다. 또한, 시일부(26)는, 물리 발포제의 역류, 즉, 시일부(26)의 하류측로부터 상류측으로의 물리 발포제의 이동을 억제하는 효과도 가진다.

대경 부분(20A) 및 시일부(26)의 존재에 의해 압축 존(22)으로부터 기아 존(23)에 공급되는 수지 유량이 저하되고, 상류측의 압축 존(22)에 있어서는 용융 수지가 압축되어서 압력이 높아져, 하류측의 기아 존(23)에 있어서는, 용융 수지가 미충만(기아 상태)이 된다. 용융 수지의 기아 상태를 촉진하기 위하여, 스크루(20)는, 압축 존(22)에 위치하는 부분과 비교하여, 기아 존(23)에 위치하는 부분의 축의 직경이 작으며(얇으며), 또한, 스크루 플라이트가 깊은 구조를 가진다. 또한, 스크루(20)는, 압축 존(22)에 위치하는 부분과 비교하여, 기아 존(23) 전체에 걸쳐서, 거기에 위치하는 부분의 축의 직경이 작으며(얇으며), 또한, 스크루 플라이트가 깊은 구조를 가지는 것이 바람직하다. 또한 기아 존(23) 전체에 걸쳐서, 스크루(20)의 축의 직경 및 스크루 플라이트의 깊이는, 대략 일정한 것이 바람직하다. 이에 의해, 기아 존(23)에 있어서의 압력을 대략 일정하게 보지하고, 용융 수지의 기아 상태를 안정화할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는, 기아 존(23)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 스크루(20)에 있어서, 스크루(20)의 축의 직경 및 스크루 플라이트의 깊이가 일정한 부분에 형성된다.

압축 존(22)에 마련되는 용융 수지의 유동 저항을 높이는 기구는, 압축 존(22)으로부터 기아 존(23)에 공급되는 수지 유량을 제한하기 위하여 일시적으로 용융 수지가 통과하는 유로 면적을 축소시키는 기구이면, 특별히 제한되지 않는다. 본 실시형태에서는, 스크루의 대경 부분(20A) 및 시일부(26)의 양방을 이용했지만, 일방만 이용하여도 된다. 스크루의 대경 부분(20A), 시일부(26) 이외의 유동 저항을 높이는 기구로서는, 스크루 플라이트가 다른 부분과는 역방향에 마련된 구조, 스크루 상에 마련된 라비린스 구조 등을 들 수 있다.

용융 수지의 유동 저항을 높이는 기구는, 스크루와는 별도의 부재인 링 등으로서 스크루에 형성하여도 되고, 스크루의 구조의 일부로서 스크루와 일체로 마련하여도 된다. 용융 수지의 유동 저항을 높이는 기구는, 스크루와는 별도의 부재인 링 등으로서 마련하면, 링을 변경함으로써 용융 수지의 유로인 클리어런스부의 크기를 변경할 수 있으므로, 용이하게 용융 수지의 유동 저항의 크기를 변경할 수 있다고 하는 이점이 있다.

또한, 융 수지의 유동 저항을 높이는 기구 이외에, 기아 존(23)으로부터 상류의 압축 존(22)으로 용융 수지의 역류를 방지하는 역류 방지 기구(시일 기구)를 압축 존(22)과 기아 존(23)의 사이에 마련하는 것에 의해서도, 기아 존(23)에 있어서 용융 수지를 기아 상태로 할 수 있다. 예를 들면, 물리 발포제의 압력에 의해 상류측에 이동 가능한 링, 강구(鋼球) 등의 시일 기구를 들 수 있다. 단, 역류 방지 기구는 구동부를 필요로 하기 때문에, 수지 체류의 우려가 있다. 이 때문에, 구동부를 가지지 않는 유동 저항을 높이는 기구쪽이 바람직하다.

본 실시형태에서는, 기아 존(23)에 있어서의 용융 수지의 기아 상태를 안정화시키기 위하여, 가소화 실린더(210)에 공급하는 열가소성 수지의 공급량을 제어하여도 된다. 열가소성 수지의 공급량이 지나치게 많으면 기아 상태를 유지하는 것이 곤란하게 되기 때문이다. 본 실시형태에서는, 범용의 피더 스크루(212)를 이용하여, 열가소성 수지의 공급량을 제어한다. 열가소성 수지의 공급량이 제한됨으로써, 기아 존(23)에 있어서의 용융 수지의 계량 속도가, 압축 존(22)에서의 가소화 속도보다도 커진다. 이 결과, 기아 존(23)에 있어서의 용융 수지의 밀도가 안정적으로 저하되어, 용융 수지에의 물리 발포제의 침투가 촉진된다.

본 실시형태에 있어서, 용융 수지의 유동 방향에 있어서의 기아 존(23)의 길이는, 용융 수지와 물리 발포제의 접촉 면적이나 접촉 시간을 확보하기 위하여 긴 쪽이 바람직하지만, 지나치게 길면 성형 사이클이나 스크루 길이가 길어지는 폐해가 생긴다. 이 때문에, 기아 존(23)의 길이는, 가소화 실린더(210)의 내경의 2배∼12배가 바람직하고, 4배∼10배가 보다 바람직하다. 또한, 기아 존(23)의 길이는, 사출 성형에 있어서의 계량 스트로크의 전체 범위를 제공하는 것이 바람직하다. 즉, 용융 수지의 유동 방향에 있어서의 기아 존(23)의 길이는, 사출 성형에 있어서의 계량 스트로크의 길이 이상인 것이 바람직하다. 용융 수지의 가소화 계량 및 사출에 수반하여 스크루(20)는 전방 및 후방으로 이동하지만, 기아 존(23)의 길이를 계량 스트로크의 길이 이상으로 함으로써, 발포 성형체의 제조 중, 항상, 도입구(202)를 기아 존(23) 내에 배치할(형성할) 수 있다. 바꾸어 말하면, 발포 성형체의 제조 중에 스크루(20)가 전방 및 후방으로 움직여도, 기아 존(23) 이외의 존이, 도입구(202)의 위치로 오지 않는다. 이에 의해, 도입구(202)로부터 도입되는 물리 발포제는, 발포 성형체의 제조 중, 항상, 기아 존(23)에 도입된다. 이처럼 충분히 또한, 적당한 크기(길이)를 가지는 기아 존을 마련하고, 거기에 일정 압력의 물리 발포제를 도입함으로써, 기아 존(23)을 일정 압력에 의해 보지하기 쉬워진다. 본 실시형태에 있어서는, 기아 존(23)의 길이는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 스크루(20)에 있어서, 스크루(20)의 축의 직경 및 스크루 플라이트의 깊이가 일정한 부분의 길이와 대략 동일하다.

또한, 압축 존(22)과 기아 존(23)의 사이에, 유동 속도 조정 존(25)을 마련하여도 된다. 유동 속도 조정 존(25)의 상류의 압축 존(22)에 있어서의 용융 수지의 유동 속도와, 하류의 기아 존(23)에 있어서의 용융 수지의 유동 속도를 비교하면, 기아 존(23)에 있어서의 용융 수지의 유동 속도의 쪽이 빠르다. 본 발명자들은, 압축 존(22)과 기아 존(23)의 사이에, 완충 존이 되는 유동 속도 조정 존(25)을 마련하고, 이 급격한 용융 수지의 유동 속도의 변화(상승)를 억제함으로써, 제조되는 발포 성형체의 발포성이 향상하는 것을 발견했다. 압축 존(22)으로부터 기아 존(23)의 사이에 완충 존이 되는 유동 속도 조정 존(25)을 마련함으로써, 발포 성형체의 발포성이 향상되는 이유의 상세는 불분명하지만, 유동 속도 조정 존(25)에 용융 수지가 체류함으로써 기아 존(23)으로부터 유입된 물리 발포제와 용융 수지가 혼련되어, 접촉 시간이 길어지는 것이 한가지 원인이 아닐까 추측된다. 본 실시형태에서는, 도 2에 나타내는 가소화 스크루(20)의 유동 속도 조정 존(25)에 위치하는 부분에, 감압부 및 압축부를 마련함으로써, 즉, 스크루 플라이트의 깊이를 변화시킴으로써, 더욱 바꿔 말하면, 스크루 직경의 크기(굵기)를 변화시킴으로써, 용융 수지의 유동 속도를 조정한다.

(4) 용융 수지와 물리 발포제의 접촉

다음으로, 기아 존(23)을 일정 압력으로 보지한 상태에서, 기아 존(23)에 있어서 기아 상태의 용융 수지와 일정 압력의 상기 물리 발포제를 접촉시킨다(도 1의 단계 S4). 즉, 기아 존(23)에 있어서, 용융 수지를 물리 발포제에 의해 일정 압력으로 가압한다. 기아 존(23)은 용융 수지가 미충만(기아 상태)이며 물리 발포제가 존재할 수 있는 공간이 있기 때문에, 물리 발포제와 용융 수지를 효율적으로 접촉시킬 수 있다. 용융 수지에 접촉한 물리 발포제는, 용융 수지에 침투하여 소비된다. 물리 발포제가 소비되면, 도입 속도 조정 용기(300) 중에 체류하고 있는 물리 발포제가 기아 존(23)에 공급된다. 이에 의해, 기아 존(23)의 압력은 일정 압력으로 보지되며, 용융 수지는 일정 압력의 물리 발포제에 계속하여 접촉한다.

종래의 물리 발포제를 이용한 발포 성형에서는, 가소화 실린더에 소정량의 고압의 물리 발포제를 소정 시간 내에 강제적으로 도입하고 있었다. 따라서, 물리 발포제를 고압력으로 승압하여, 용융 수지에의 도입량, 도입 시간 등을 정확하게 제어할 필요가 있으며, 물리 발포제가 용융 수지에 접촉하는 것은, 짧은 도입 시간뿐이었다. 이에 대하여 본 실시형태에서는, 가소화 실린더(210)에 물리 발포제를 강제적으로 도입하는 것이 아닌, 기아 존(23)의 압력이 일정하게 되도록, 일정 압력의 물리 발포제를 연속적으로 가소화 실린더 내에 공급하고, 연속적으로 물리 발포제를 용융 수지에 접촉시킨다. 이에 의해, 온도 및 압력에 의해 결정되는 용융 수지에의 물리 발포제의 용해량(침투량)이, 안정화한다. 또한, 본 실시형태의 물리 발포제는, 항상 용융 수지에 접촉하고 있기 때문에, 필요 충분한 양의 물리 발포제가 용융 수지 내에 침투할 수 있다. 이에 의해, 본 실시형태에서 제조하는 발포 성형체는, 종래의 물리 발포제를 이용한 성형 방법과 비교하여 저압의 물리 발포제를 이용하고 있는 것임에도 불구하고, 발포 셀이 미세하다.

또한, 본 실시형태의 제조방법은, 물리 발포제의 도입량, 도입 시간 등을 제어할 필요가 없기 때문에, 역지 밸브나 전자 밸브 등의 구동 밸브, 또한 이들을 제어하는 제어기구가 불필요하게 되어, 장치 비용을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서 이용하는 물리 발포제는 종래의 물리 발포제보다도 저압이기 때문에 장치 부하도 작다.

본 실시형태에서는, 발포 성형체의 제조 중, 항상, 기아 존(23)을 일정 압력으로 보지한다. 즉, 가소화 실린더 내에서 소비된 물리 발포제를 보충하기 위하여, 상기 일정 압력의 물리 발포제를 연속적으로 공급하면서, 발포 성형체의 제조방법의 모든 공정이 실시된다. 또한, 본 실시형태에서는, 예를 들면, 연속으로 복수 샷의 사출 성형을 행하는 경우, 사출 공정, 성형체의 냉각 공정 및 성형체의 취출 공정이 행해지고 있는 사이에도, 다음의 샷만큼의 용융 수지가 가소화 실린더 내에서 준비되어 있으며, 다음의 샷만큼의 용융 수지가 물리 발포제에 의해 일정 압력으로 가압된다. 즉, 연속으로 행하는 복수 샷의 사출 성형에서는, 가소화 실린더 내에, 용융 수지와 일정 압력의 물리 발포제가 항상 존재하여 접촉하고 있는 상태, 즉, 가소화 실린더 내에서 용융 수지가 물리 발포제에 의해 일정 압력으로 상시, 가압된 상태에서, 가소화 계량 공정, 사출 공정, 성형체의 냉각 공정, 취출 공정 등을 포함한, 사출 성형의 1사이클이 행해진다. 마찬가지로, 압출 성형 등의 연속 성형을 행하는 경우에도, 가소화 실린더 내에, 용융 수지와 일정 압력의 물리 발포제가 항상 존재하여 접촉하고 있는 상태, 즉, 가소화 실린더 내에서 용융 수지가 물리 발포제에 의해 일정 압력으로 상시, 가압된 상태로 성형이 행해진다.

(5) 발포 성형

다음으로, 물리 발포제를 접촉시킨 용융 수지를 발포 성형체로 성형한다(도 1의 단계 S5). 본 실시형태에서 이용하는 가소화 실린더(210)는, 기아 존(23)의 하류에, 기아 존(23)에 인접하여 배치되며, 용융 수지가 압축되어서 압력이 높아지는 재압축 존(24)을 가진다. 우선, 가소화 스크루(20)의 회전에 의해, 기아 존(23)의 용융 수지를 재압축 존(24)으로 유동시킨다. 물리 발포제를 포함하는 용융 수지는, 재압축 존(24)에 있어서 압력 조정되어, 가소화 스크루(20)의 전방으로 압출되어 계량된다. 이 때, 가소화 스크루(20)의 전방으로 압출된 용융 수지의 내압은, 가소화 스크루(20)의 후방에 접속하는 유압 모터 또는 전동 모터(도시 생략)에 의해, 스크루 배압으로서 제어된다. 본 실시형태에서는, 용융 수지로부터 물리 발포제를 분리시키지 않고 균일 상용시켜, 수지 밀도를 안정화시키기 위하여, 가소화 스크루(20)의 전방으로 압출된 용융 수지의 내압, 즉, 스크루 배압은, 일정하게 보지되어 있는 기아 존(23)의 압력보다도 1∼6㎫ 정도 높게 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시형태에서는, 스크루(20) 전방의 압축된 수지가 상류측으로 역류하지 않도록, 스크루(20)의 선단에 체크 링(50)이 마련된다. 이에 의해, 계량 시, 기아 존(23)의 압력은, 스크루(20) 전방의 수지 압력에 영향을 주지 않는다.

발포 성형체의 성형 방법은, 특별하게 한정되지 않으며, 예를 들면, 사출 발포 성형, 압출 발포 성형, 발포 블로우 성형 등에 의해 성형체를 성형할 수 있다. 본 실시형태에서는, 도 2에 나타내는 가소화 실린더(210)로부터, 금형 내의 캐비티(도시 생략)에, 계량한 용융 수지를 사출 충전하여 사출 발포 성형을 행한다. 사출 발포 성형으로서는, 금형 캐비티 내에, 금형 캐비티 용적의 75%~95%의 충전 용량의 용융 수지를 충전하고, 기포가 확대되면서 금형 캐비티를 충전하는 숏샷법을 이용하여도 되고, 또한, 금형 캐비티 용적 100%의 충전량의 용융 수지를 충전한 후, 캐비티 용적을 확대시켜서 발포시키는 코어 백법을 이용하여도 된다. 얻어지는 발포 성형체는 내부에 발포 셀을 가지기 때문에, 열가소성 수지의 냉각 시의 수축이 억제되어서 싱크 마크나 휨이 경감되어, 저비중의 성형체를 얻을 수 있다.

이상 설명한 본 실시형태의 제조방법에서는, 물리 발포제의 용융 수지에의 도입량, 도입 시간 등을 제어할 필요가 없기 때문에, 복잡한 제어장치를 생략 또는 간략화할 수 있으며, 장치 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 발포 성형체의 제조방법은, 기아 존(23)을 일정 압력으로 보지한 상태에서, 기아 존(23)에 있어서, 기아 상태의 용융 수지와 상기 일정 압력의 물리 발포제를 접촉시킨다. 이에 의해, 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량(침투량)을 단순한 기구에 의해 안정화할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명에 대하여 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 설명한다. 단, 본 발명은, 이하에 설명하는 실시예 및 비교예로 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

본 실시예에서는, 열가소성 수지로서 미네랄 강화 폴리아미드 6(PA6)을 이용하고, 물리 발포제로서 질소를 이용하여 발포 성형체를 제조하였다.

(1) 제조장치

본 실시예에서는, 상기 서술한 실시형태에서 이용한 도 2에 나타내는 제조장치(1000)를 이용하였다. 제조장치(1000)의 상세에 대하여 설명한다. 상기 서술한 바와 같이, 제조장치(1000)는 사출 성형 장치이며, 가소화 실린더(210)와, 물리 발포제를 가소화 실린더(210)에 공급하는 물리 발포제 공급 기구인 봄베(100)와, 금형이 마련된 형 체결 유닛(도시 생략)과, 가소화 실린더(210) 및 형 체결 유닛을 동작 제어하기 위한 제어장치(도시 생략)를 구비한다.

가소화 실린더(210)의 노즐 선단(29)에는, 에어 실린더의 구동에 의해 개폐하는 셧오프 밸브(28)가 마련되어, 가소화 실린더(210)의 내부를 고압으로 보지할 수 있다. 노즐 선단(29)에는 금형(도시 생략)이 밀착하고, 금형이 형성하는 캐비티 내에 노즐 선단(29)으로부터 용융 수지가 사출 충전된다. 가소화 실린더(210)의 상부측면에는, 상류측으로부터 순서대로, 열가소성 수지를 가소화 실린더(210)에 공급하기 위한 수지 공급구(201) 및 물리 발포제를 가소화 실린더(210) 내에 도입하기 위한 도입구(202)가 형성된다. 이들의 수지 공급구(201) 및 도입구(202)에는 각각, 수지 공급용 호퍼(211) 및 피더 스크루(212), 도입 속도 조정 용기(300)가 배치하여 마련된다. 도입 속도 조정 용기(300)에는, 봄베(100)가, 감압 밸브(151), 압력계(152), 개방 밸브(153)를 개재하여, 배관(154)에 의해 접속된다. 도입 속도 조정 용기(300)의 용기 본체(310) 및 연결 부재(320)의 내벽에는, 테플론 함유 무전해 니켈인 도금막을 형성하였다. 도금막의 막두께는 20㎛, 도금막 중의 테플론의 함유량은, 약 30중량%로 하였다. 또한, 가소화 실린더(210)의 기아 존(23) 내에는, 기아 존(23)의 압력을 모니터하는 센서(27)가 마련되어 있다.

스크루(20)는, 열가소성 수지의 가소화 용융을 촉진하고, 용융 수지의 계량 및 사출을 행하기 위하여, 가소화 실린더(210) 내에 있어서 회전 및 진퇴 가능하도록 배치하여 마련되어 있다. 스크루(20)에는, 상기 서술한 바와 같이, 용융 수지의 유동 저항을 높이는 기구로서, 시일부(26) 및 스크루(20)의 대경 부분(20A)이 마련되어 있다.

가소화 실린더(210)에서는, 수지 공급구(201)로부터 가소화 실린더(210) 내에 열가소성 수지가 공급되어, 열가소성 수지가 밴드 히터(도시 생략)에 의해 가소화되어서 용융 수지가 되고, 스크루(20)가 정회전함으로써 하류로 보내진다. 스크루(20)에 마련된 시일부(26) 및 대경 부분(20A)의 존재에 의해, 시일부(26)의 상류측에서는, 용융 수지가 압축되어서 압력이 높아져, 시일부(26)의 하류의 기아 존(23)에서는, 용융 수지가 미충만(기아 상태)이 된다. 또한 하류에 보내진 용융 수지는, 사출 전에 가소화 실린더(210)의 선단 부근에 있어서 재압축되어서 계량된다.

이에 의해, 가소화 실린더(210) 내에서는, 상류측으로부터 순서대로, 열가소성 수지가 가소화 용융되는 가소화 존(21), 용융 수지가 압축되어서 압력이 높아지는 압축 존(22), 용융 수지의 유동 속도를 조정하는 유동 속도 조정 존(25), 용융 수지가 미충만이 되는 기아 존(23), 기아 존에 있어서 감압된 용융 수지가 다시 압축되는 재압축 존(24)이 형성된다.

제조장치(1000)에 있어서, 가소화 실린더(210)의 내경은 35㎜이며, 도입구(202)의 내경(D1)은 8㎜였다. 따라서, 도입구(202)의 내경(D1)은, 가소화 실린더(210)의 내경의 약 23%였다. 도입 속도 조정 용기(300)의 내경의 최대값(D2)은 80㎜였다. 따라서, 도입 속도 조정 용기(300)의 내경의 최대값(D2)은, 도입구의 내경(D1)보다 크며(D2>D1), 비율(D2/D1)은, 10이었다. 또한, 도입 속도 조정 용기(300)의 제 1 스트레이트부(31)의 길이(h)는, 12㎜이며, 가소화 실린더(210)의 측벽의 두께(d)는, 40㎜였다. 따라서, 제 1 스트레이트부(31)의 길이(h)는, 가소화 실린더(210)의 측벽의 두께(d)의 0.3배였다. 또한, 도입 속도 조정 용기(300)의 용적은 약 80㎖이며, 기아 존(23)의 용적은, 110㎖였다. 따라서, 도입 속도 조정 용기(300)의 용적은, 기아 존(23)의 용적의 약 0.7배였다. 또한, 본 실시예에서는, 캐비티의 크기가 100㎜×200㎜×3㎜인 금형을 이용하였다.

(2) 발포 성형체의 제조

본 실시예에서는, 봄베(100)로서, 질소가 14.5㎫로 충전된 용적 47L의 질소 봄베를 이용하였다. 우선, 감압 밸브(151)의 값을 4㎫로 설정하고, 봄베(100)를 개방하고, 감압 밸브(151), 압력계(152), 또한 도입 속도 조정 용기(300)를 개재하여, 가소화 실린더(210)의 도입구(202)로부터, 기아 존(23)에 4㎫의 질소를 공급하였다. 성형체의 제조 중, 봄베(100)는 상시, 개방된 상태로 하였다.

가소화 실린더(210)에 있어서, 밴드 히터(도시 생략)에 의해, 가소화 존(21)을 220℃, 압축 존(22)을 240℃, 유동 속도 조정 존(25) 및 기아 존(23)을 220℃, 재압축 존(24)을 240℃로 조정하였다. 그리고, 수지 공급용 호퍼(211)로부터, 피더 스크루(212)를 30rpm의 회전수로 회전시키면서, 열가소성 수지의 수지 펠릿(도요보제, 그라마이드 T777-02)을 가소화 실린더(210)에 공급하고, 스크루(20)를 정회전시켰다. 이에 의해, 가소화 존(21)에 있어서, 열가소성 수지를 가열, 혼련하고, 용융 수지로 하였다.

피더 스크루(212)의 회전수는, 사전에 솔리드 성형체(무발포 성형체)의 성형에 의해, 본 실시예의 성형 조건의 설정(조건 도출)을 행하고, 수지 펠릿이 기아 공급되는 회전수로 결정하였다. 여기에서, 수지 펠릿의 기아 공급이란, 가소화 존(21)에 있어서, 수지 펠릿의 공급 중, 가소화 실린더 내에 수지 펠릿 또는 그 용융 수지가 충만하지 않는 상태가 유지되어, 공급된 수지 펠릿 또는 그 용융 수지로부터 스크루(20)의 플라이트가 노출되어 있는 상태를 의미한다. 수지 펠릿의 기아 공급의 확인은, 예를 들면, 적외선 센서 또는 가시화 카메라로 스크루(20) 상의 수지 펠릿 또는 용융 수지의 유무를 확인하는 방법을 들 수 있다. 본 실시예에서는, 이용한 피더 스크루(212)에 투명창이 마련되어 있으며, 투명창을 개재하여 수지 공급구(201) 직하(直下)의 가소화 존(21)의 상태를 시인하여 확인하였다.

스크루(20)를 배압 6㎫, 회전수 100rpm으로 정회전함으로써, 용융 수지를 가소화 존(21)로부터 압축 존(22)으로 유동시키며, 또한, 유동 속도 조정 존(25) 및 기아 존(23)으로 유동시켰다.

용융 수지는, 스크루 대경 부분(20A) 및 시일부(26)와, 가소화 실린더(210)의 내벽의 간극으로부터, 유동 속도 조정 존(25) 및 기아 존(23)으로 유동하기 때문에, 기아 존(23)에의 용융 수지의 공급량이 제한되었다. 이에 의해, 압축 존(22)에 있어서는 용융 수지가 압축되어서 압력이 높아지고, 하류측의 기아 존(23)에 있어서는, 용융 수지가 미충만(기아 상태)이 되었다. 기아 존(23)에서는, 용융 수지가 미충만(기아 상태)이기 때문에, 용융 수지가 존재하지 않는 공간에 도입구(202)로부터 도입된 물리 발포제(질소)가 존재하고, 그 물리 발포제에 의해 용융 수지는 가압되었다.

또한, 용융 수지는 재압축 존(24)에 보내져서 재압축되어, 가소화 실린더(210)의 선단부에 있어서 1샷만큼의 용융 수지가 계량되었다. 그 후, 셧오프 밸브(28)를 개방하고, 캐비티 내에, 캐비티의 용적의 90%의 충전율이 되도록 용융 수지를 사출 충전하여 평판상의 발포 성형체를 성형하였다(숏샷법). 성형 후, 발포 성형체가 냉각되는 것을 기다려, 금형 내에서 발포 성형체를 취출하였다. 냉각 시간은, 10초로 하였다. 성형 사이클은 18초이며, 솔리드 성형체(무발포의 성형체)의 성형 사이클과 동등한 값이었다.

이상 설명한 성형체의 사출 성형을 연속하여 1000샷 행하여, 1000개의 발포 성형체를 얻었다. 1000개의 발포 성형체의 제조 중, 상시, 압력 센서(27)에 의해 가소화 실린더(210) 내의 기아 존(23)의 압력을 계측하였다. 그 결과, 기아 존(23)의 압력은, 항상 4㎫로 일정하였다. 또한, 기아 존(23)에 공급되는 질소의 압력을 나타내는 압력계(152)의 값도, 발포 성형체의 제조 중, 상시, 4㎫이었다. 이상으로부터, 가소화 계량 공정, 사출 공정, 성형체의 냉각 공정, 취출 공정 등을 포함하는 사출 성형의 1사이클을 통하여, 기아 존(23)에 있어서, 4㎫의 질소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되어 있었던 것, 및 1000개의 성형체의 연속 성형 동안, 기아 존(23)에 있어서, 질소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되어 있었던 것을 확인할 수 있었다.

1000개의 발포 성형체의 중량 편차를 표준 편차(σ)를 중량 평균값(ave.)으로 나눈 값(상대 표준 편차값 : σ/ave.(%))으로 평가하였다. 그 결과, (σ/ave.)=0.21%였다. 마찬가지의 평가를 솔리드 성형체(무발포의 성형체)에서 행한 바, (σ/ave.)=0.18%로, 본 실시예와 동등한 값이었다. 이 결과로부터, 본 실시예의 발포 성형체의 중량 안정성은, 솔리드 성형체와 동등한 것을 알았다.

본 실시예에서는, 솔리드 성형체와 비교하여 비중이 약 10% 정도 가벼우며, 휨이 교정된 발포 성형체를 연속적으로 안정적으로 제조할 수 있었다. 비중 저감율은, 물리 발포제의 용해량(침투량)에 영향을 받는다고 생각된다. 이 결과로부터, 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량(침투량)이 안정화되어 있었던 것을 알았다. 또한, 분리한 가스가 성형체 표면에 전사되어 표면성을 악화시키는 스월 마크는, 근소한 발생에 머무르고 있었다. 또한, 얻어진 발포 성형체 단면의 발포 셀 상태를 관찰하였다. 이 결과, 발포 셀의 평균 셀 직경은 18㎛로 미세한 것을 알았다.

종래의 초임계 유체를 이용한 물리 발포 성형 기술에서는, 솔리드와 비교하여, 발포 성형체의 중량 편차가 커지는 것이 주지의 사실이었다. 그러나, 본 실시예에서는 솔리드에 손색 없는, 중량 편차가 작은 발포 성형체가 얻어졌다. 본 실시예에서는, 발포 성형체의 중량 편차가, 상대 표준 편차값으로 0.5% 이하로 안정되어 있으며, 또한 평균 셀 직경이 100㎛ 이하의 발포 성형체를 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

1000샷 연속 성형 후, 도입 속도 조정 용기(300)에의 질소의 도입을 멈추고, 가소화 실린더(210) 내의 용융 수지를 퍼지로 내보냈다. 그 후, 개방 밸브(153)를 개방하여 압력계(152)의 표시가 제로(대기압)가 될 때까지 도입 속도 조정 용기(300) 내의 잔압(殘壓)을 개방하였다. 다음으로, 덮개(330)의 시일 부재(331)의 팽윤이 원래로 돌아갈 때까지, 약 5분간 기다렸다. 그 후, 덮개(330)를 작업자가 손으로 개방한 바 스무드하게 개방할 수 있었다. 도입 속도 조정 용기(300) 하부의 제 1 스트레이트부(31) 부근에 퇴적된 수지는 얼마 되지 않아, 핀셋으로 완전하게 취출할 수 있었다. 즉, 도입 속도 조정 용기(300)의 내벽에 고착한 수지는 확인되지 않았다.

도입구(202)로부터 취출한 수지는, 내벽면에 접하는 부분은 고화되어 있었지만, 내벽면으로부터 멀어진 부분은 고화되어 있지 않았다. 이에 의해, 제 1 스트레이트부(31)에 체류 수지는 존재하고 있었지만, 물리 발포제의 기아 존(23)에의 공급은 가능한 것을 확인할 수 있었다.

본 실시예에 이용한 도입 속도 조정 용기(300) 대신에, 내벽에 테플론 함유 도금막이 형성되어 있지 않은 내압 용기를 이용하였을 경우에는, 폴리아미드와 같은 금속과 상성이 좋은 수지 재료의 성형을 행하면, 내압 용기의 내벽에 수지가 고착하여 잔존하고, 이 잔존 수지가, 예를 들면, 수지 재료를 대신하여 발포 성형을 행할 때에, 오염물이 되는 것을 알고 있다. 도입 속도 조정 용기(300)의 내벽에 고착한 수지가 확인되지 않은 것으로부터, 본 실시예에 있어서, 테플론 함유 도금막의 유효성이 확인되었다.

[실시예 2]

본 실시예에서는, 물리 발포제로서 이산화탄소 이용하였다. 따라서, 물리 발포제 공급 장치인 봄베(100)로서, 압력 6㎫ 액체 이산화탄소 봄베를 이용하였다. 그리고, 감압 밸브(151)의 값을 5㎫로 설정하였다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 연속하여 1000개의 발포 성형체를 제조하였다.

발포 성형체의 제조 중, 상시, 압력 센서(27)에 의해 가소화 실린더(210) 내의 기아 존(23)의 압력을 계측하였다. 그 결과, 기아 존(23)의 압력은, 항상 5㎫로 일정하였다. 또한, 기아 존(23)에 공급되는 이산화탄소의 압력을 나타내는 압력계(152)의 값도, 발포 성형체의 제조 중, 상시, 5㎫이었다. 이상으로부터, 가소화 계량 공정, 사출 공정, 성형체의 냉각 공정, 취출 공정 등을 포함하는 사출 성형의 1사이클을 통하여, 기아 존(23)에 있어서, 5㎫의 이산화탄소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되어 있었던 것, 및 1000개의 성형체의 연속 성형 동안, 기아 존(23)에 있어서, 이산화탄소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되어 있었던 것을 확인할 수 있었다.

1000개의 발포 성형체의 중량 편차를 표준 편차(σ)를 중량 평균값(ave.)으로 나눈 값(σ/ave.(%))으로 평가하였다. 그 결과, (σ/ave.)=0.24%였다. 마찬가지의 평가를 솔리드 성형체(무발포의 성형체)에서 행한 바, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, (σ/ave.)=0.20%이며, 본 실시예와 동등한 값이었다. 이 결과로부터, 본 실시예의 발포 성형체의 중량 안정성은, 솔리드 성형체와 동등한 것을 알았다.

본 실시예에서는, 솔리드 성형체와 비교하여, 비중이 약 10% 정도 가벼우며, 휨이 교정된 발포 성형체를 연속적으로 안정적으로 제조할 수 있었다. 이 결과로부터, 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량(침투량)이 안정화되어 있었던 것을 알았다. 또한, 얻어진 발포 성형체 단면의 발포 셀 상태를 관찰하였다. 이 결과, 발포 셀의 평균 셀 직경은 30㎛로 실시예 1과 비교하여 컸지만, 미세한 발포 셀이 얻어졌다. 본 실시예와 실시예 1의 발포 셀의 크기의 상이는, 물리 발포제의 종류의 상이에 기인한다고 추측된다. 종래의 초임계 유체를 이용한 물리 발포 성형 기술에서는, 물리 발포제로서 이산화탄소를 이용하면, 발포 셀의 미세화가 곤란하였다. 본 실시예에서는, 종래의 성형 기술과 비교하여, 이산화탄소의 용융 수지에 대한 용해량이 증가하기 때문에, 물리 발포제로서 질소를 이용하였을 경우(실시예 1)와 마찬가지의 정도의 미세한 발포 셀을 형성할 수 있었다고 추측된다.

본 실시예의 결과로부터, 물리 발포제로서 이산화탄소를 이용하였을 경우에도, 기아 존(23)의 압력 보지를 간편한 방법으로 행할 수 있으며, 물리 발포제로서 질소를 이용한 실시예 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것을 알았다.

[비교예 1]

본 비교예에서는, 도입 속도 조정 용기(300) 대신에, 용기의 내경(D2)이 일정하며, 또한, 도입구(202)의 내경(D1)과 동일한 8㎜인 내압 용기를 이용하였다(D1=D2=8㎜). 내압 용기의 용적은 약 10㎖로 하였다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 발포 성형체를 제조하였다.

본 비교예에서는, 100샷까지는 실시예 1과 마찬가지로, 안정적으로 성형할 수 있었다. 그러나, 200샷을 막 넘은 시점에서, 발포하고 있지 않는 불량품이 다발하였다. 장치를 멈추고, 내압 용기의 내부를 확인한 바, 수지가 내부에 충만하고 있었다. 내압 용기 내부에 수지가 충만했기 때문에, 기아 존(23)에 물리 발포제를 원활하게 도입할 수 없게 되어, 성형 불량이 발생하였다고 추측된다.

또한, 본 비교예에서 이용한 장치에 있어서, 성형 조건을 변경하고, 롱런의 연속 성형이 가능한지 검토를 행하였다. 구체적으로는, 가소화 실린더(210)의 외벽면의 밴드 히터에 의해, 기아 존(23)의 용융 수지의 온도 조절을 행하였다. 그러나, 용융 수지의 온도를 조절하여도, 내압 용기 내에 수지가 충만하거나, 또는, 도입구(202) 부근에서 용융 수지가 고화되어 물리 발포제의 유로를 막거나, 어느쪽의 불량이 발생하여, 롱런의 연속 성형이 가능한 성형 조건을 발견할 수는 없었다. 이 원인은, 이하와 같이 추측된다.

기아 존(23)의 용융 수지의 온도, 즉, 도입구(202) 근방의 용융 수지의 온도가 지나치게 높으면, 용융 수지는 내압 용기의 깊숙히까지 들어가, 용기 내를 메워버린다. 한편, 도입구(202) 근방의 용융 수지의 온도가 너무 낮으면, 도입구(202) 부근에서 용융 수지가 고화되어 물리 발포제의 유로를 막아버린다. 이 2개의 불량을 모두 해소할 수 있는 용융 수지의 온도 범위는, 대단히 좁다고 추측된다. 본 비교예에서 이용한 내압 용기는, 용기의 내경(D2)이 도입구(202)의 내경(D1)과 동일하다(D1=D2). 이 때문에, 본 비교예와 같이, 도입구(202)의 내경(D1)이 8㎜로 작으면, 내압 용기의 내경(D2)도 작아져, 내압 용기의 벽면과, 벽면으로부터 멀어진 물리 발포제의 도입로의 중심 부근과의 온도에 차가 없어져, 균일화된다. 따라서, 본 비교예에서는, 상기 서술한 2개의 불량을 모두 해소할 수 있는 용융 수지의 온도 범위가, 특히 좁다고 추측된다. 이 때문에, 예를 들면, 100샷 정도의 발포 성형은 가능했지만, 1000샷을 넘는 롱런의 연속 성형은 할 수 없었다고 추측된다.

본 발명의 제조방법은, 물리 발포제에 관계되는 장치 기구를 간략화할 수 있다. 또한, 발포성이 우수한 발포 성형체를 저비용으로, 효율적으로 제조할 수 있다.

20 스크루
21 가소화 존
22 압축 존
23 기아 존
24 재압축 존
25 유동 속도 조정 존
26 시일부
27 압력 센서
100 봄베
210 가소화 실린더
300 도입 속도 조정 용기
1000 제조장치

Claims (19)

1. 발포 성형체의 제조방법에 있어서,
   열가소성 수지가 가소화 용융되어서 용융 수지가 되는 가소화 존과, 상기 용융 수지가 기아 상태가 되는 기아 존을 가지며, 상기 기아 존에 물리 발포제를 도입하기 위한 도입구가 형성된 가소화 실린더와,
   상기 도입구에 접속하는 도입 속도 조정 용기를 가지는 제조장치를 이용하며,
   상기 제조방법은,
   상기 가소화 존에 있어서, 상기 열가소성 수지를 가소화 용융하여 상기 용융 수지로 하는 것과,
   일정 압력의 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 상기 도입 속도 조정 용기에 공급하고, 상기 도입 속도 조정 용기로부터 상기 기아 존에 상기 일정 압력의 가압 유체를 도입하고, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지하는 것과,
   상기 기아 존에 있어서, 상기 용융 수지를 기아 상태로 하는 것과,
   상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지한 상태에서, 상기 기아 존에 있어서, 상기 기아 상태의 용융 수지와 상기 가압 유체를 접촉시키는 것과,
   상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 접촉시킨 상기 용융 수지를 발포 성형체로 성형하는 것을 포함하며,
   상기 도입 속도 조정 용기의 내경의 최대값이, 상기 도입구의 내경보다 큰 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 도입 속도 조정 용기는, 상기 도입구로부터 멀어짐에 따라, 상기 도입 속도 조정 용기의 내경이 커지는 테이퍼부를 가지는 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 도입 속도 조정 용기는, 그 내경이 변화되지 않는 통형상의 스트레이트부를 추가로 가지며,
   상기 스트레이트부가 상기 도입구에 접속하고, 상기 스트레이트부에 인접하여, 상기 테이퍼부가 배치되는 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   통형상의 상기 스트레이트부의 연장 방향에 있어서의 길이는, 상기 가소화 실린더의 측벽의 두께의 2배 이하인 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도입 속도 조정 용기의 용적은, 상기 가소화 실린더의 상기 기아 존의 용적의 0.1배∼5배인 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도입구의 내경에 대한, 상기 도입 속도 조정 용기의 내경의 최대값의 비율이, 20 이하인 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도입 속도 조정 용기의 내벽에, 폴리테트라플루오로에틸렌 함유 도금막이 형성되는 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도입구의 내경이, 상기 가소화 실린더의 내경의 20%~100%인 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도입 속도 조정 용기의 용적이, 5㎖∼20L인 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조방법.
10. 발포 성형체를 제조하는 제조장치에 있어서,
    열가소성 수지가 가소화 용융되어서 용융 수지가 되는 가소화 존과, 상기 용융 수지가 기아 상태가 되는 기아 존을 가지며, 상기 기아 존에 물리 발포제를 도입하기 위한 도입구가 형성된 가소화 실린더와,
    상기 도입구에 접속하는 도입 속도 조정 용기와,
    상기 도입 속도 조정 용기에 접속되며, 상기 도입 속도 조정 용기를 개재하여 상기 가소화 실린더에 물리 발포제를 공급하는 물리 발포제 공급 기구를 가지며,
    상기 도입 속도 조정 용기의 내경의 최대값이, 상기 도입구의 내경보다 큰 것을 특징으로 하는 제조장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 도입 속도 조정 용기는, 상기 도입구로부터 멀어짐에 따라, 상기 도입 속도 조정 용기의 내경이 커지는 테이퍼부를 가지는 것을 특징으로 하는 제조장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 도입 속도 조정 용기는, 그 내경이 변화되지 않는 통형상의 스트레이트부를 추가로 가지며,
    상기 스트레이트부가 상기 도입구에 접속하고, 상기 스트레이트부에 인접하여, 상기 테이퍼부가 배치되는 것을 특징으로 하는 제조장치.
13. 제 12 항에 있어서,
    통형상의 상기 스트레이트부의 연장 방향에 있어서의 길이는, 상기 가소화 실린더의 측벽의 두께의 2배 이하인 것을 특징으로 하는 제조장치.
14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도입 속도 조정 용기의 용적은, 상기 가소화 실린더의 상기 기아 존의 용적의 0.1배∼5배인 것을 특징으로 하는 제조장치.
15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도입구의 내경에 대한, 상기 도입 속도 조정 용기의 내경의 최대값의 비율이, 20 이하인 것을 특징으로 하는 제조장치.
16. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도입 속도 조정 용기의 내벽에, 폴리테트라플루오로에틸렌 함유 도금막이 형성되는 것을 특징으로 하는 제조장치.
17. 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도입구의 내경이, 상기 가소화 실린더의 내경의 20%~100%인 것을 특징으로 하는 제조장치.
18. 제 10 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도입 속도 조정 용기의 용적이, 5㎖∼20L인 제조장치.
19. 제조장치를 이용한 발포 성형체의 제조방법에 있어서,
    상기 제조장치는,
    열가소성 수지가 가소화 용융되어서 용융 수지가 되는 가소화 존과, 상기 용융 수지가 기아 상태가 되는 기아 존을 가지며, 상기 기아 존에 물리 발포제를 도입하기 위한 도입구가 형성된 가소화 실린더와,
    상기 도입구에 접속하는 통형상의 스트레이트부와, 상기 스트레이트부에 연접되며, 상기 도입구로부터 멀어짐에 따라, 내경이 커지는 테이퍼부를 가지는 도입 속도 조정 용기를 구비하며,
    상기 제조방법은,
    상기 가소화 존에 있어서, 상기 열가소성 수지를 가소화 용융하여 상기 용융 수지로 하는 것과,
    일정 압력의 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 상기 도입 속도 조정 용기에 공급하는 것과,
    상기 일정 압력의 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 상기 테이퍼부에서 가온하는 것과,
    상기 일정 압력의 가온된 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를, 상기 도입 속도 조정 용기로부터 상기 스트레이트부를 개재하여 상기 기아 존에 도입하고, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지하는 것과,
    상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지한 상태에서, 상기 기아 존에 있어서, 상기 기아 상태의 용융 수지와 상기 가압 유체를 접촉시키는 것과,
    상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 접촉시킨 상기 용융 수지를 발포 성형체로 성형하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조방법.

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