KR20210036726A - 사출금형, 이를 포함하는 사출성형기 및 이를 이용한 사출 성형품의 제조방법 - Google Patents

사출금형, 이를 포함하는 사출성형기 및 이를 이용한 사출 성형품의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사출금형, 이를 포함하는 사출성형기 및 이를 이용한 사출 성형품의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1층 이상의 폴리머 증착 단열층이 금형 면에 적층되고, 상기 폴리머 증착 단열층의 열저항은 3.33 Ⅹ 10-6 m2K/W 이상 1.0 Ⅹ 10-3 m2K/W 이하인 사출금형, 이를 포함하는 사출성형기 및 이를 이용한 사출 성형품의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 특수 설비 없이도 스월마크(swirl marks)나 은줄(silver steaks), G/F 들뜸, 웰드라인(weld line) 등과 같은 표면의 외관 불량이 없는 미려한 외관의 사출 성형품을 제조할 수 있고, 부품이나 장치의 교체 없이도 반영구적으로 사용이 가능하며, 제조공정의 시간, 비용 및 정밀도를 크게 향상시킬 수 있는 사출금형, 이를 포함하는 사출성형기 및 이를 이용한 사출 성형품의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.

Description

사출금형, 이를 포함하는 사출성형기 및 이를 이용한 사출 성형품의 제조방법{INJECTION MOLD, INJECTION MOLDING MACHINE COMPRISING AND THE METHOD FOR PREPARING MOLD PRODUCT USING THE SAME}
본 발명은 사출금형, 이를 포함하는 사출성형기 및 이를 이용한 사출 성형품의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속가열냉각 성형장치나 역압 성형장치와 같은 특수 설비 없이도 스월마크(swirl marks)나 은줄(silver steaks), G/F(Glass Fiber) 들뜸, 웰드라인(weld line) 등과 같은 표면 외관의 불량이 없는 미려한 외관의 사출 성형품을 제조할 수 있고, 단열 수단의 교체 없이도 반영구적으로 사용이 가능하며, 제조공정의 시간, 비용 및 정밀도를 크게 향상시킬 수 있는 사출금형, 이를 포함하는 사출성형기 및 이를 이용한 사출 성형품의 제조방법에 관한 것이다.
자동차 부품이나 전자제품의 경량화 목적의 달성을 위해 발포 성형이 많이 사용되고 있다. 이러한 발포 성형은 주로 화학발포제의 팽창을 이용하여 성형품 내부에 미세 기공을 형성시킴으로써 성형품의 비중을 저하시켜 경량화 목적을 달성한다. 그러나 발포 성형을 적용함으로써 경량화는 가능하나 팽창하는 발포 가스의 영향으로 미려한 외관을 얻는 것은 현존 기술로는 불가능한 실정이다. 주된 불량은 발포 가스에 의한 스월마크(swirl marks)나 은줄(silver streaks) 등의 발생으로, 페인트 도장에 의해서도 불량을 가리기 매우 힘들어 발포 성형품 단독으로 외관 제품으로의 사용은 어렵고 가죽이나 천을 씌워 사용하는 형태로 이용되거나, 사전에 성형품 표면에 스월마크나 은줄의 발생을 막기 위해 급속가열냉각성형(RHCM)이나 역압성형이 개발되어 사용되고 있으나, 공정 비용이 크게 증가하고 제어나 조작이 매우 까다롭고 원하는 만큼의 외관특성을 지속적으로 얻기 어려운 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 본 발명은 특수 설비 없이도 스월마크(swirl marks)나 은줄(silver steaks), G/F 들뜸, 웰드라인(weld line) 등과 같은 표면 외관의 불량이 없는 미려한 외관의 사출 성형품을 제조할 수 있고, 부품이나 장치의 교체 없이도 반영구적으로 사용이 가능하며, 제조공정의 시간, 비용 및 정밀도를 크게 향상시킬 수 있는 사출금형, 이를 포함하는 사출성형기 및 이를 이용한 사출 성형품의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예는 1층 이상의 폴리머 증착 단열층이 금형 면에 적층되고, 상기 폴리머 증착 단열층의 열저항은 3.33 Ⅹ 10-6 m2K/W 이상 1.0 Ⅹ 10-3 m2K/W 이하인 사출금형을 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출금형, 사출장치 및 구동장치를 포함하는 사출성형기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수지 조성물을 사출성형하는 사출 성형품의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사출금형은 금형 면에 1층 이상의 폴리머 증착 단열층을 포함함으로써, 매 공정마다 코팅 필름을 재단 및 설치하는 번거로움 없이 반영구적으로 사용이 가능하며, 사출 성형품의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예 따른 사출 성형기는 상기 사출 금형을 사용함으로써, 제조공정의 시간, 비용 및 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예 따른 사출 성형품의 제조방법은 급속가열냉각 성형장치나 역압 성형장치와 같은 특수 설비 없이도 스월마크(swirl marks)나 은줄(silver steaks), G/F 들뜸, 웰드라인(weld line) 등과 같은 표면 외관의 불량이 없는 미려한 외관의 사출 성형품을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출금형과 사출 성형품의 제조방법을 간략하게 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 증착 단열층이 증착되기 전과 후의 사출금형의 고정측 플레이트의 일 실시예를 촬영한 사진이다.
도 3은 발포성형이 아닌 수지 조성물을 이용한 사출 성형품의 표면을 촬영한 사진이다.
도 4는 금형에 폴리머 증착 단열층을 증착하지 않고 제작한 사출 성형품인 비교예 5의 표면을 촬영한 사진이다.
도 5는 금형에 폴리머 증착 단열층을 증착하여 제작한 사출 성형품인 실시예 1의 표면을 촬영한 사진이다.
도 6은 금형에 폴리머 증착 단열층을 증착하지 않고 제작한 사출 성형품인 비교예 5의 표면에 유리섬유 들뜸이 발생한 것을 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형에 폴리머 증착 단열층을 증착하여 제작한 사출 성형품인 실시예 1의 표면에 유리섬유 들뜸이 발생하지 않은 것을 촬영한 사진이다.
도 8은 금형에 폴리머 증착 단열층을 증착하지 않고 제작한 사출 성형품인 비교예 5의 표면에 가스 자국이 발생한 것을 촬영한 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형에 폴리머 증착 단열층을 증착하여 제작한 사출 성형품인 실시예 1의 표면에 가스 자국이 발생하지 않은 것을 촬영한 사진이다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 특별히 정의하지 않은 일반(비발포) 사출금형 또는 발포사출금형; 일반 사출성형기 또는 발포사출성형기; 및 일반(비발포) 사출 성형품 또는 발포 사출 성형품의 제조방법과 관련된 기타 구성은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 채용되는 기술인 경우 특별히 제한되지 않으며, 본 발명을 명확히 설명하기 위해 그 기재를 생략하였다.
본 명세서에 있어서, 캐비티 두께는 플레이트 바닥에서 수직으로 공간이 차지하는 높이를 의미한다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예는 1층 이상의 폴리머 증착 단열층이 금형 면에 적층되고, 상기 폴리머 증착 단열층의 열저항은 3.33 Ⅹ 10-6 m2K/W 이상 1.0 Ⅹ 10-3 m2K/W 이하인 사출금형을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사출금형은 금형 면에 1층 이상의 폴리머 증착 단열층을 포함함으로써, 매 공정마다 코팅 필름을 재단 및 설치하는 번거로움 없이 반영구적으로 사용이 가능하며, 사출 성형품의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금형 면에 1층 이상의 폴리머 증착 단열층이 적층된다. 구체적으로, 상기 금형 면에 2층, 3층, 4층 또는 5층으로 적층될 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 금형 면에 1층 내지 2층으로 적층되는 것이 바람직하다. 상술한 범위 내에서 상기 폴리머 증착 단열층의 층수를 상기 열저항의 범위 내에서 목적에 따라 선택함으로써, 단열 효과가 충분히 발휘되며 가공시간이 짧고 경제성이 우수하며 외관 특성이 우수한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리머 증착 단열층의 열저항은 3.33 Ⅹ 10-6 m2K/W 이상 1.0 Ⅹ 10-3 m2K/W 이하이다. 상술한 범위 내에서 상기 폴리머 증착 단열층의 열저항을 조절함으로써, 수지를 성형하는 과정에서 단열이 되어 금형 표면을 간접 가열할 수 있으며, 상기 수지가 냉각되는 것을 일시적으로 지연시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적층된 폴리머 증착 단열층의 총 두께는 20 ㎛ 이상 130 ㎛ 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 적층된 폴리머 증착 단열층의 총 두께는 30 ㎛ 이상 120 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이상 110 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하, 60 ㎛ 이상 90 ㎛ 이하, 70 ㎛ 이상 80 ㎛ 이하일 수 있다. 상술한 범위 내에서 상기 적층된 폴리머 증착 단열층의 총 두께를 조절함으로써, 접착력 및 단열성을 향상시키고, 가공시간을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리머 증착 단열층의 열전달계수는 0.01 W/mK 이상 1.00 W/mK 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리머 증착 단열층의 열전달계수는 0.05 W/mK 이상 0.95 W/mK 이하, 0.10 W/mK 이상 0.90 W/mK 이하, 0.15 W/mK 이상 0.85 W/mK 이하, 0.20 W/mK 이상 0.80 W/mK 이하, 0.25 W/mK 이상 0.75 W/mK 이하, 0.30 W/mK 이상 0.70 W/mK 이하, 0.35 W/mK 이상 0.65 W/mK 이하, 0.40 W/mK 이상 0.60 W/mK 이하일 수 있다. 상술한 범위 내에서 상기 폴리머 증착 단열층의 열전달계수를 조절함으로써, 수지를 성형하는 과정에서 단열이 되어 금형 표면을 간접 가열할 수 있으며, 상기 수지가 냉각되는 것을 일시적으로 지연시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리머 증착 단열층은 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 수지, 폴리클로로트리플루오르에틸렌(PCTFE) 수지, 폴리불화비닐리덴(PVDF) 수지, 폴리불화비닐(PVF) 수지, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지, 퍼플루오르알콕시 알켄 수지(PFA), 4불화 에틸렌-6 불화프로필렌 공중합체(FEP), 에틸렌 4불화에틸렌 공중합체(ETFE), 에틸렌 클로로트리플루오르에틸렌 공중합체(ECTFE) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 폴리머 증착 단열층은 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 수지, 폴리에테르르케톤(PEEK) 수지 또는 퍼플루오르알콕시 알켄 수지(PFA)일 수 있다. 상술한 것으로 수지 또는 공중합체로부터 상기 폴리머 증착 단열층수지를 선택함으로써, 표면의 윤활 특성 증대 및 소착 특성 저감으로 성형 시 발생하는 가스가 금형 면에 소착되지 않아 이로 인한 성형 불량이 줄어들고 금형의 청소 주기가 길어지게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 사출금형은 일반 금형 또는 발포 사출금형인 것일 수 있다. 즉, 상기 사출금형은 일반 사출 성형 공정 또는 발포 성형 공정을 위한 사출금형일 수 있다. 구체적으로, 상기 사출금형은 발포 사출금형인 것이 바람직하다. 상기 사출금형은 발포 사출금형인 것으로 선택함으로써, 고속가열냉각 성형장치나 역압 성형장치와 같은 특수 설비 없이도 스월마크(swirl marks)나 은줄(silver steaks), G/F 들뜸, 웰드라인(weld line) 등과 같은 표면 외관의 불량이 없는 미려한 외관의 발포 또는 일반 사출 성형품을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리머 증착 단열층은 소결 경화 폴리머 증착 단열층일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 폴리머 증착 단열층은 액상 또는 분말 형태의 코팅 도료를 스프레이 코팅, 팁(Dip) 코팅, 스핀(Spin) 코팅 등의 방법으로 금형 면에 도포한 후 150 ℃ 이상 또는 150 ℃ 이상 450 ℃ 이하, 380 ℃ 이상 내지 450 ℃ 이하, 바람직하게는 400 ℃ 이상 내지 450 ℃ 이하 분위기에서 열처리 또는 소결 건조하여 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금형 면은 고정측 플레이트 성형면, 가동측 플레이트 성형면, 또는 이들 모두인 것일 수 있으나, 특별히 제한되지 않는다. 상술한 성형면에 상기 폴리머 증착 단열층을 증착시킴으로써, 사출 성형품의 요구 특성 및 경제성에 따라 적절히 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고정측 금형은 일례로 스프루(sprue), 러너(runner), 게이트(gate) 및 캐비티 사이드(cavity side) 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가동측 금형은 일례로 코어 사이드(core side) 및 이젝터 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 게이트는 사이드 게이트(side gate)일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출금형과 사출 성형품의 제조방법을 간략하게 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 상부 그림 좌측이 고정측 플레이트가 포함되고 상부 그림 우측이 이동측 플레이트가 포함되며, 좌측의 노즐로부터 스프루를 통해 금형 캐비티에 용융 수지 조성물이 충전되면 본 발명에 따른 폴리머 증착 단열층이 형성된 고정측 플레이트 면에서는 용융 수지 조성물의 열원으로 금형 면을 순간적으로 가열시키고 단열 효과에 의해 고화층의 생성을 순간적으로 지연시켜 일반 발포의 발포율을 확보함과 동시에 발포셀 성장압력에 의해 금형 면의 형상이 그대로 전사되어 스월마크나 은줄 등이 발생되지 않은 사출 성형품을 제조하고 이후 이동측 플레이트가 이동하여 사출 성형품을 사출금형으로부터 토출시킨다. 하부 그림 좌측은 본 발명에 따른 폴리머 증착 단열층이 형성되지 않은 금형 면을 개략적으로 나타내고, 하부 그림 우측은 본 발명에 따른 증착층이 형성된 금형 면을 개략적으로 나타내는데, 우측의 증착층이 형성된 금형 면의 경우 상술한 바와 같은 단열 효과에 따른 고화층의 생성을 순간적으로 지연으로 사출 성형품 표면에 발포셀 성장압력에 의해 금형면의 형상이 그대로 전사되어 스월마크나 은줄 등이 발생되지 않는 미려한 외관 표면을 확보할 수 있다. 도면에서 플레이트 내 빨간 색 부분은 충전되는 용융 수지 조성물을 의미하며, 스프루로부터 캐비티까지 연결되는 러너와 게이트의 도시는 생략하였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 증착 단열층이 증착되기 전과 후의 사출금형의 고정측 플레이트의 일 실시예를 촬영한 사진이다.
도 2를 참조하면, 도면에서 좌측 사진은 증착층이 형성되지 않은 고정측 플레이트(금형 증착 전)이며, 우측 사진은 증착층이 형성된 고정측 플레이트(금형 증착 후)인데, 좌측 사진의 고정측 플레이트에 탈지 및 초음파 세척 등의 클리닝 공정을 실시한 후에 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 분말을 스프레이 코팅, 딥(Dip) 코팅, 스핀(Spin) 코팅 등의 방법으로 코팅 처리한 후 400 ℃ 이상 조건에서, 보다 구체적으로는 400 ℃ 이상 450 ℃ 이하 조건에서 열처리를 통하여 소결시키고, 여기에 다시 퍼플루오르알콕시 불소수지(PFA) 분말을 상기와 같은 방법인 스프레이 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅 등으로 도포한 후 400 ℃ 이상, 보다 구체적으로는 400 ℃ 이상 내지 450 ℃ 이하의 분위기에서 가열 건조시킴으로써 우측 사진과 같은 증착층이 형성된 고정측 플레이트를 제작하였다. 이때 캐비티의 두께는 2~4 mm이었고, 도면 상 고정측 플레이트에 대응되는 이동측 플레이트는 도시하지 않았으나, 이는 고정측 플레이트의 형상에 따라 설계되는 것으로 당업자에게 자명한 것인 바, 이를 생략하였다.
본 발명의 다른 일 실시예는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출금형, 사출장치 및 구동장치를 포함하는 사출성형기를 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예 따른 사출 성형기는 상기 사출 금형을 사용함으로써, 제조공정의 시간, 비용 및 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 사출성형기는 상술한 사출금형과 기술적 특징을 공유하며, 따라서 중첩되는 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 사출장치는 수지 조성물이 투입되는 호퍼, 투입된 수지 조성물을 가소화시키며 이동시키는 가열 실린더 및 스크류를 하나 이상 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가열 실린더는 통상의 일반(비발포) 사출성형기 또는 발포사출성형기에 사용되는 가열 실린더인 경우 특별히 제한되지 않고, 실린더 바깥쪽에 장착되어, 투입된 수지 조성물을 녹이기 위해 실린더 내부로 열을 공급하는 히터 및 사출금형에 용융 수지 조성물을 분출시키는 노즐을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스크류는 일례로 스크류 헤드; 역류방지 밸브; 및 연속 또는 불연속 스크류 본체;를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 역류방지 밸브는 사출성형기에 사용되는 가열 실린더 내에서 가소화된 수지 조성물, 즉 용융 수지 조성물의 역류를 방지하는 밸브인 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 체크링(check ring)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연속 스크류 본체는 플라이트가 중간에 단절 없이 연속적으로 형성된 스크류 본체일 수 있다. 바람직하게는 플라이트가 피드존(feed zone), 트랜지션존(transition zone) 및 미터링존(metering zone)에 걸쳐 단절 없이 연속적으로 형성된 스크류 본체일 수 있으며, 이 경우 투입된 수지 조성물을 용이하게 가소화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 불연속 스크류 본체는 플라이트가 중간에 단절된 스크류 본체일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 캐비티 두께는 사출 성형품의 디자인에 따라 조절되는 것으로 특별히 제한되지 않으나, 일례로 1 내지 15 mm, 2 내지 10 mm, 또는 2 내지 5 mm일 수 있다. 상술한 범위 내에서 상기 캐비티 두께를 조절함으로써, 기계적 물성이 우수하면서도 미려한 외관을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구동장치는 통상의 사출성형기에 적용 가능한 구동장치인 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 유압실린더 및 스크류 회전용 유압모터를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형기를 이용하여 수지 조성물을 사출성형하는 사출 성형품의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예 따른 사출 성형품의 제조방법은 급속가열냉각 성형장치나 역압 성형장치와 같은 특수 설비 없이도 스월마크(swirl marks)나 은줄(silver steaks), G/F 들뜸, 웰드라인(weld line) 등과 같은 표면 외관의 불량이 없는 미려한 외관의 사출 성형품을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수지 조성물의 사출유량은 40 cc/s 이상일 수 있다. 구체적으로 40 cc/s 이상, 40 내지 2000 cc/s, 40 내지 1000 cc/s, 40 내지 200 cc/s, 또는 40 내지 100 cc/s 일 수 있다. 상술한 범위 내에서 상기 수지 조성물의 사출유량을 조절함으로써, 미려한 외관의 사출 성형품을 제조할 수 있다. 참고로 사출유량은 사출성형기에 성형 조건 입력 시 사용자가 지정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 사출성형은 일반 성형방법, 미성형법 또는 코어백 성형 방법에 의하여 수행되는 발포성형일 수 있다.
구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 사출성형은 미성형법에 의하여 수행되는 발포성형일 수 있다. 상기 사출성형이 미성형법에 의하여 수행됨으로써, 스월마크(swirl marks)나 은줄(silver steaks), G/F 들뜸, 웰드라인 (weld line) 등과 같은 표면 외관의 불량이 없는 미려한 외관의 발포 성형품을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 미성형법은 본 발명이 속한 기술분야에서 통성적으로 사용되는 미성형법인 경우 특별히 제한되지 않고, 보다 구체적으로 가소화된, 즉 용융된 발포성형수지 조성물을 캐비티에 채워 넣고 셀 성장으로 성형을 완성하는 방법일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 사출성형은 용융된 발포 수지 조성물을 캐비티에 채워 넣고 가동측 금형, 즉 코어를 후퇴시키며 셀 성장으로 성형을 완성하는 코어백 성형방법에 의하여 수행되는 발포성형일 수 있다. 상기 사출성형이 코어백 성형 방법에 의하여 수행되는 발포성형으로 선택됨으로써, 스월마크(swirl marks)나 은줄(silver steaks) 등이 없는 미려한 외관의 발포 성형품을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수지 조성물은 열가소성 수지 100 중량부, 충진제 0 내지 150 중량부 및 첨가제 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 상술한 범위 내에서 열가소성 수지, 충진제, 첨가제의 함략을 각각 조절함으로써, 사출 성형품을 강도를 향상할 수 있으며 깨끗하고 미려한 외관을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 충진제는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용되는 충진제인 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 미네랄 필러(mineral filler), 유리 섬유(glass fiber), 탄소섬유(carbon fiber), 카본블랙 및 CNT(Carbon nanotube)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다, 상술한 충진제를 선택함으로써, 사출 성형품을 강도를 향상할 수 있으며 깨끗하고 미려한 외관을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 충진제는 캐리어 수지와 충진제 성분을 포함하는 마스터 배치일 수 있으며, 상기 캐리어 수지는 발포사출성형품 또는 사출성형품으로 성형이 가능한 열가소성 수지인 경우 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로 본 발명에 따른 열가소성 수지 범위 내에서 선택될 수 있고, 상기 충진제 성분은 안료 등일 수 있으며, 상기 마스터 배치 내 충진제 성분의 함량은 30 중량% 내지 80 중량% 또는 40 중량% 내지 60 중량%일 수 있다. 상술한 것으로부터 충진재를 선택함으로써 다른 물성의 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 충진제가 카본블랙인 경우 0.1 중량부 내지 10 중량부, 0.5 중량부 내지 8 중량부, 또는 1 중량부 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 상술한 범위 내에서 충진제의 함량을 조절함으로써, 사출 성형품을 강도를 향상할 수 있으며 깨끗하고 미려한 외관을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 충진제가 미네랄 필러(mineral filler), 유리섬유(glass fiber), 탄소섬유(carbon fiber) 및 CNT(Carbon nanotube)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 경우 또 다른 예로 0.5 중량부 내지 120 중량부, 1 중량부 내지 100 중량부, 5 중량부 내지 80 중량부 또는 10 중량부 내지 60 중량부로 포함될 수 있다. 상술한 범위 내에서 상기 충진제의 함량을 조절함으로써, 사출 성형품을 강도를 향상할 수 있으며 깨끗하고 미려한 외관을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 첨가제는 활제, 충격보강제, 산화방지제, UV안정제 및 화학발포제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상술한 첨가제를 선택함으로써, 미려한 외관을 달성하면서도 첨가제가 목적하는 효과가 온전히 발휘되는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 첨가제는 0.5 내지 8 중량부, 1 내지 5 중량부, 또는 2 내지 4 중량부일 수 있다. 상술한 범위 내 상기 첨가제의 함량을 조절함으로써, 성형품의 외관을 달성하면서도 첨가제가 목적하는 효과가 온전히 발휘될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학발포제는 무기발포제일 수 있다. 상기 화학발포제를 무기 발포제로 선택함으로써, 사출 성형품의 외관을 깨끗하고 미려하게 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 무기발포제는 특별히 제한되지 않으나, 중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 중탄산암모늄, 탄산나트륨, 탄산암모늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나일 수 있다. 상술한 것으로부터 무기발포제를 선택함으로써, 사출 성형품의 외관을 깨끗하고 미려하게 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌(PP) 수지, 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지, 폴리부타디엔텔레프탈레이트(PBT) 수지, 폴리아미드6(PA6) 수지, 폴리아미드66(PA66) 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리카보네이트/ 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌(PC/ABS) 수지, 폴리메틸렌메타크릴레이트(PMMA) 수지, 스티렌아크릴로나이트릴(SAN) 수지, 폴리스티렌(PS) 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리에틸렌(PE) 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나일 수 있다. 상술한 것으로부터 상기 열가소성 수지를 선택함으로써, 수지 고유의 물성을 유지하면서도 사출 성형품의 외관을 깨끗하고 미려하게 형성할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1
ABS 수지(LG 화학 제조, AF365F) 100 중량부, 충진제로 밀드(milled) 유리섬유 25 중량부 및 발포제로 동진세미켐의 LP338 3 중량부가 혼합된 발포성형수지 조성물을 호퍼, 실린더 및 스크류를 포함하는 일반 사출장치에 일괄 투입하고, 성형온도를 230 ℃로 고정하여 용융 및 혼련한 뒤, 사출유량 40 cc/s 및 금형온도 50 ℃ 조건 하에 상기 도 2의 폴리머 증착 단열층이 형성된 고정측 플레이트와 폴리머 증착 단열층이 형성된 이동측 플레이트(미도시)를 포함하는 사출금형에 주입하고 미성형법으로 발포에 의해 셀을 성장시켜 최종 발포 성형품을 제조하였다. 상기 고정측 플레이트 및 상기 이동측 플레이트를 열전달계수 0.25 W/mK 및 열저항이 8.0 Ⅹ 10-5 m2K/W 인 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지로 두께 20 ㎛인 폴리머 증착 단열층을 형성시켜 사출 성형품을 제조하였다. 또한 상기 사출성형에 사용된 사출성형기 제원은 최대 사출속도: 112 mm/s(79 cc/s), 최대 형체력: 150 Ton, 스크류 직경: 45 mm, 최대 사출압력: 2,210 bar이었다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지로 열저항을 5.20 Ⅹ 10-4 m2K/W로 설정하여 두께 130㎛인 폴리머 증착 단열층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 사출 성형품을 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지 대신 열전달계수 0.24 W/mK 및 열저항 5.42 Ⅹ 10-4 m2K/W인 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 수지로 두께 130㎛인 폴리머 증착 단열층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 사출 성형품을 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에서 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지 대신 열전달계수 0.24 W/mK 및 열저항 5.42 Ⅹ 10-4 m2K/W인 퍼플루오르알콕시 알켄 수지(PFA)로 두께 130㎛인 폴리머 증착 단열층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 사출 성형품을 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지로 열저항을 4.0 Ⅹ 10-5 m2K/W로 설정하고 두께 10㎛인 폴리머 증착 단열층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 사출 성형품을 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에서 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지로 열저항을 6.0 Ⅹ 10-4 m2K/W로 설정하고, 두께 150㎛인 폴리머 증착 단열층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 사출 성형품을 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1에서 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지 대신 열전달계수 0.24 W/mK 및 열저항 8.33 Ⅹ 10-5 m2K/W인 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 수지로 두께 20㎛인 폴리머 증착 단열층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 사출 성형품을 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 1에서 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지 대신 두께 20㎛, 열전달계수 0.24 W/mK 및 열저항 8.33 Ⅹ 10-5 m2K/W인 퍼플루오르알콕시 알켄 수지(PFA)로 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 사출 성형품을 제조하였다.
비교예 5
상기 실시예 1에서 고정측 플레이트와 이동측 플레이트에 폴리머 증착 단열층을 증착하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 사출 성형품을 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4의 외관을 육안으로 평가하여 스월마크(swirl marks) 및 은 줄(silver steaks)의 다소 여부 및 사출 성형품의 공차를 판단하였다. 상기 판단에 따른 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4의 결과는 표 1과 같다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
스월마크 적음 적음 적음 적음 많음 적음 많음 많음
은 줄 적음 적음 적음 적음 많음 적음 많음 많음
사출 성형품의 공차 양호 양호 양호 양호 양호 금형관리가
어려움		 양호 양호
상기 표 1과 같이 상기 폴리머 증착 단열층의 열저항은 4.0 Ⅹ 10-5 m2K/W 이상 5.5 Ⅹ 10-4 m2K/W 이하인 실시예 1 내지 4는 수월마크 및 은줄의 발생이 적어 외관이 깨끗하고 미려한 것을 확인하였다. 이에 비하여 비교예 1은 두께 10㎛ 및 열저항 4.0 Ⅹ 10-5 m2K/W인 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지를 사용하여 수월마크 및 은줄이 많이 발생함을 확인하였다. 또한, 비교예 2는 두께 150㎛ 및 열저항 6.0 Ⅹ 10-4 m2K/W인 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지를 사용하여 스월마크 및 은줄은 적지만, 상기 폴리머 적층 단열층의 두께가 두꺼워 금형의 관리가 용이하지 않은 문제가 있었다. 나아가, 비교예 3은 열전달계수 0.24 W/mK 및 열저항 8.33 Ⅹ 10-5 m2K/W인 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 수지로 두께 20㎛인 폴리머 증착 단열층을 형성한 것을 사용하여 수월마크 및 은줄이 많이 발생함을 확인하였다. 더불어, 비교예 4는 열전달계수 0.24 W/mK 및 열저항 8.33 Ⅹ 10-5 m2K/W인 퍼플루오르알콕시 알켄 수지(PFA)로 두께 20㎛인 폴리머 증착 단열층을 형성한 것을 사용하여 수월마크 및 은줄이 많이 발생함을 확인하였다.
추가적으로 본 발명의 실시예 1과 비교예 5의 외관을 촬영하여 수월마크, 은줄, 유리섬유 들뜸 및 가스 자국을 확인하였다.
도 3은 발포성형이 아닌 수지 조성물을 이용한 사출 성형품의 표면을 촬영한 사진이다. 상기 도 3과 같이 발포 성형을 하지 않은 경우 사출 성형품의 표면은 깨끗하고 미려함을 확인할 수 있다.
도 4는 금형에 폴리머 증착 단열층을 증착하지 않고 제작한 사출 성형품인 비교예 5의 표면을 촬영한 사진이다. 상기 도 4와 같이 수월마크 및 은줄이 다량 발생하여 사출 성형품의 외관이 저하됨을 확인하였다. 도 5는 금형에 폴리머 증착 단열층을 증착하여 제작한 사출 성형품인 실시예 1의 표면을 촬영한 사진이다. 본 발명의 실시예 1은 비교예 5에 비하여 수월마크 및 은줄이 발생하지 않으며, 도 3과 같은 발포성형이 아닌 수지 조성물을 이용한 사출 성형품의 표면과 같음을 확인하였다.
도 6은 금형에 폴리머 증착 단열층을 증착하지 않고 제작한 사출 성형품인 비교예 5의 표면에 유리섬유 들뜸이 발생한 것을 촬영한 사진이다. 비교예 5는 도 6과 같이 유리섬유(GF) 들뜸이 발생함으로 확인하였다. 이에 비하여 본 발명의 실시예 1은 유리섬유 들뜸이 발생하지 않은 것을 확인할 수있다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형에 폴리머 증착 단열층을 증착하여 제작한 사출 성형품인 실시예 1의 표면에 유리섬유 들뜸이 발생하지 않은 것을 촬영한 사진이다.
도 8은 금형에 폴리머 증착 단열층을 증착하지 않고 제작한 사출 성형품인 비교예 5의 표면에 가스 자국이 발생한 것을 촬영한 사진이다. 비교예 5는 수지 조성물에 포함된 첨가제가 열분해됨으로써 가스가 발생하고 이로 인하여 사출 성형품에 자국을 형성한 것을 확인할 수 있다. 이에 비하여 본 발명의 실시예 1은 상기 가스 자국이 발생하지 않음을 확인하였다. 구체적으로 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형에 폴리머 증착 단열층을 증착하여 제작한 사출 성형품인 실시예 1의 표면에 가스 자국이 발생하지 않은 것을 촬영한 사진이다. 도 9는 상기 폴리머 증착 단열층을 금형면에 증착함으로써, 단열효과가 구현되어 첨가제의 열분해를 방지하면서 가스 자국의 발생을 방지하는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명은 폴리머 증착 단열층을 금형 면에 증착하고 상기 폴리머 증착 단열층의 열저항, 두께 및 열전달계수를 조절함으로써, 특수 설비 없이도 스월마크(swirl marks)나 은줄(silver steaks), G/F 들뜸, 웰드라인(weld line) 등과 같은 표면의 외관 불량이 없는 미려한 외관의 사출 성형품을 제조할 수 있고, 부품이나 장치의 교체 없이도 반영구적으로 사용이 가능하며, 제조공정의 시간, 비용 및 정밀도를 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (13)

1층 이상의 폴리머 증착 단열층이 금형 면에 적층되고,
상기 폴리머 증착 단열층의 열저항은 3.33 Ⅹ 10-6 m2K/W 이상 1.0 Ⅹ 10-3 m2K/W 이하인 사출금형.
청구항 1에 있어서,
상기 적층된 폴리머 증착 단열층의 총 두께는 20 ㎛ 이상 130 ㎛ 이하인 것인 사출금형.
청구항 1에 있어서,
상기 폴리머 증착 단열층의 열전달계수는 0.01 W/mK 이상 1.00 W/mK 이하인 것인 사출금형.
청구항 1에 있어서,
상기 폴리머 증착 단열층은 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 수지, 폴리클로로트리플루오르에틸렌(PCTFE) 수지, 폴리불화비닐리덴(PVDF) 수지, 폴리불화비닐(PVF) 수지, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지, 퍼플루오르알콕시 알켄 수지(PFA), 4불화 에틸렌-6 불화프로필렌 공중합체(FEP), 에틸렌 4불화에틸렌 공중합체(ETFE), 에틸렌 클로로트리플루오르에틸렌 공중합체(ECTFE) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 것인 사출금형.
청구항 1에 있어서,
상기 사출금형은 일반 성형 공정 또는 발포 성형 공정을 위한 것인 사출금형.
청구항 1에 있어서,
상기 폴리머 증착 단열층은 소결 경화 폴리머 증착 단열층인 것인 사출금형.
청구항 1에 있어서,
상기 금형 면은 고정측 플레이트 성형면, 가동측 플레이트 성형면, 또는 이들 모두인 것인 사출금형.
청구항 1 내지 7 중 어느 한 항의 사출금형, 사출장치 및 구동장치를 포함하는 사출성형기.
청구항 8의 사출성형기를 이용하여 수지 조성물을 사출성형하는 사출 성형품의 제조방법.
청구항 9에 있어서,
상기 수지 조성물의 사출유량은 40 cc/s 이상인 사출 성형품의 제조방법.
청구항 9에 있어서,
상기 사출성형은 일반 사출성형방법, 미성형법 또는 코어백 성형 방법에 의하여 수행되는 발포성형인 사출 성형품의 제조방법.
청구항 9에 있어서,
상기 수지 조성물은 열가소성 수지 100 중량부, 충진제 0 내지 150 중량부 및 첨가제 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것인 사출 성형품의 제조방법.
청구항 12에 있어서,
상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌(PP) 수지, 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지, 폴리부타디엔텔레프탈레이트(PBT) 수지, 폴리아미드6(PA6) 수지, 폴리아미드66(PA66) 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리카보네이트/ 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌(PC/ABS) 수지, 폴리메틸렌메타크릴레이트(PMMA) 수지, 스티렌아크릴로나이트릴(SAN) 수지, 폴리스티렌(PS) 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리에틸렌(PE) 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 것인 사출 성형품의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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