KR20240041707A - 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 설정된 두께의 나선형 홈이 형성된 금형; 미리 설정된 양의 용융된 수지를 상기 금형의 나선형 홈으로 사출하도록 구성된 사출기; 용융된 수지의 사출 후 보압을 인가하도록 상기 사출기를 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 나선형 홈으로 사출된 용융된 수지는 상기 나선형 홈을 따라 이동하며 사출품으로 고화되고, 상기 제어기는 수지의 사출 후 보압의 인가를 대기하는 시간인 보압 지연 시간 경과 후 보압을 가하도록 사출기를 제어하며, 고화시간은 보압 지연 시간 경과 후 보압의 인가에 의하여 사출품의 길이가 변화되지 않는 보압 지연 시간들 중 최소값으로 정의될 수 있다.
또한, 상기 시스템을 이용하여 열가소성 수지의 고화시간 평가 방법이 더 개시된다.

Description

열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF EVALUATING SOLIDIFICATION TIME OF THERMOPLASTIC RESIN}

본 발명은 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사출 성형 공정에서 수지가 고화되는 시간(예를 들어 냉각 시간에 해당)을 정량적으로 측정할 수 있는 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 열가소성 수지인 폴리올레핀(PO), 엔지니어링 플라스틱(EP, engineering plastic), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS) 소재는 우수한 기계적, 열적 물성을 가지고 있으므로, 자동차, 정보 통신 기술, 가전 부품 소재로 널리 사용되고 있다. 열가소성 수지를 가공하는 다양한 방법 중 사출 성형은 플라스틱을 가열하여 녹여 금형 안으로 밀어 넣은 후 냉각시켜 플라스틱 제품을 생산해 내는 성형방식이다.

일반적으로, 사출 성형은 금형 폐쇄, 용융 수지 사출, 보압, 냉각, 금형 개방 및 제품 취출의 단계를 순차적으로 포함한다. 냉각 시간은 사출 성형을 통한 생산 시간의 약 70 ~ 80%를 차지하고 있어 제품 생산성과 긴밀하게 관련되어 있다. 따라서, 냉각 시간의 단축을 통하여 생산성을 향상시키기 위하여, 소재 및 공정 개발이 활발히 진행되고 있다.

현재 플라스틱이 고화되는 시간을 찾고자 기계적, 열적, 유변학적 물성 분석을 통한 많은 연구가 진행 중이지만, 고화 시간이 빠르다 또는 느리다와 같이 상대적인 판단만 가능하고 실제 사출 공정에서의 냉각 시간을 정확히 예측하지는 못하고 있다.

사출 공정에서의 냉각 시간을 정량적으로 측정하기 위하여, 대한민국 특허출원 제10-2020-0125232호(이하, '선행발명'이라고 합니다.)가 대한민국 특허청에 출원되었다. 선행발명에 따르면, 사출 압축 금형/사출기를 사용하여 면적 증가가 일어나지 않는 시점까지의 압축 지연 시간을 냉각 시간으로 정의하여 냉각 시간을 정량적으로 측정한다.

그러나, 선행발명에서는 사출 압축 금형/사출기를 사용하여 공정 변수가 많고, 초기 두께 설정이 어려우며, 수지 사용량 및 측정 시간이 상대적으로 많았다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예는 상대적으로 적은 수지 사용량 및 작은 측정 시간으로 사출 성형 공정에서 수지가 고화되는 시간(예를 들어 냉각 시간에 해당)을 정량적으로 측정할 수 있는 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.

또한, 일반적인 금형/사출기를 사용할 수 있고 수지가 고화되는 시간을 측정하기 위한 초기 설정이 간단한 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템은 설정된 두께의 나선형 홈이 형성된 금형; 미리 설정된 양의 용융된 수지를 상기 금형의 나선형 홈으로 사출하도록 구성된 사출기; 용융된 수지의 사출 후 보압을 인가하도록 상기 사출기를 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 나선형 홈으로 사출된 용융된 수지는 상기 나선형 홈을 따라 이동하며 사출품으로 고화되고, 상기 제어기는 수지의 사출 후 보압의 인가를 대기하는 시간인 보압 지연 시간 경과 후 보압을 가하도록 사출기를 제어하며, 고화시간은 보압 지연 시간 경과 후 보압의 인가에 의하여 사출품의 길이가 변화되지 않는 보압 지연 시간들 중 최소값으로 정의될 수 있다.

상기 제어기는 사출기의 온도와 금형의 온도가 미리 설정된 값으로 유지되도록 제어할 수 있다.

상기 제어기는 보압 지연 시간을 증가시키며 용융된 수지의 사출, 보압 지연시간 동안 대기 및 보압의 인가를 반복하도록 사출기를 제어할 수 있다.

상기 설정된 두께는 평가 대상인 수지의 용도에 따라 변경될 수 있다.

상기 제어기는 미리 설정된 보압 시간 동안 보압이 인가되도록 사출기를 제어할 수 있다.

상기 시스템은 보압 인가 후 사출품의 이미지를 획득하고 획득한 이미지를 제어기로 전송하도록 구성된 이미지 장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 열가소성 수지의 고화시간 평가 방법은 a) 사출기를 통하여 설정된 두께의 나선형 홈이 형성된 금형에 미리 설정된 양의 용융된 수지를 사출하는 단계; b) 보압의 인가를 대기하는 시간인 보압 지연 시간 동안 대기하는 단계; c) 보압 지연 시간 경과 후 사출기를 통하여 보압을 인가하는 단계; d) 보압 인가 후 이미지 장치를 통하여 사출품의 이미지를 획득하는 단계; e) 보압 지연 시간을 변화하며 a) 단계 내지 d) 단계를 반복하는 단계; 그리고 f) 제어기에 의하여, 상이한 보압 지연 시간에 대한 사출품의 이미지들을 비교하여 사출품의 길이가 변화되지 않는 보압 지연 시간들 중 최소값으로 정의되는 고화시간을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제어기는 사출기의 온도와 금형의 온도가 미리 설정된 값으로 유지되도록 제어할 수 있다.

상기 e) 단계는 보압 지연 시간을 증가시키며 실행될 수 있다.

상기 설정된 두께는 평가 대상인 수지의 용도에 따라 변경될 수 있다.

상기 c) 단계는 미리 설정된 보압 시간 동안 실행될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상대적으로 적은 수지 사용량 및 작은 측정 시간으로 사출 성형 공정에서 수지가 고화되는 시간을 정량적으로 측정할 수 있다.

또한, 일반적인 금형/사출기를 사용할 수 있고, 예를 들어 초기 두께 설정이 필요하지 않는 등 초기 설정이 간단하며, 직관적으로 고화시간을 평가할 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

본 명세서의 실시 예들은 유사한 참조 부호들이 동일하거나 또는 기능적으로 유사한 요소를 지칭하는 첨부한 도면들과 연계한 이하의 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템에 사용될 수 있는 사출 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템에 사용되는 금형의 예를 보인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템에 사용되는 제어기의 입출력 관계를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열가소성 수지의 고화시간 평가 방법의 흐름도이다.
도 5는 보압 지연 시간을 변화시키며 고화된 사출품의 형상의 하나의 예를 보여준다.
도 6은 홈의 깊이를 변화시키며 두 종류의 열가소성 수지의 고화시간의 비교를 보여준다.
도 7은 다양한 종류의 수지에 대하여 선행발명의 방법과 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 측정한 고화시간의 비교를 보여준다.
위에서 참조된 도면들은 반드시 축적에 맞추어 도시된 것은 아니고, 본 발명의 기본 원리를 예시하는 다양한 선호되는 특징들의 다소 간략한 표현을 제시하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 특정 치수, 방향, 위치, 및 형상을 포함하는 본 발명의 특정 설계 특징들이 특정 의도된 응용과 사용 환경에 의해 일부 결정될 것이다.

여기에서 사용되는 용어는 오직 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥상 명시적으로 달리 표시되지 않는 한, 복수 형태들을 또한 포함하는 것으로 의도된다. "포함하다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 본 명세서에서 사용되는 경우, 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들 중 하나 이상의 존재 또는 추가를 배제하지는 않음을 또한 이해될 것이다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은, 연관되어 나열된 항목들 중 임의의 하나 또는 모든 조합들을 포함한다.

추가적으로, 아래의 방법들 또는 이들의 양상들 중 하나 이상은 적어도 하나 이상의 제어기에 의해 실행될 수 있음이 이해된다. "제어기"라는 용어는 메모리 및 프로세서를 포함하는 하드웨어 장치를 지칭할 수 있다. 메모리는 프로그램 명령들을 저장하도록 구성되고, 프로세서는 아래에서 더욱 자세히 설명되는 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위해 프로그램 명령들을 실행하도록 특별히 프로그래밍된다. 제어기는, 여기에서 기재된 바와 같이, 유닛들, 모듈들, 부품들, 장치들, 또는 이와 유사한 것의 작동을 제어할 수 있다. 또한, 아래의 방법들은, 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 하나 이상의 다른 컴포넌트들과 함께 제어기를 포함하는 장치에 의해 실행될 수 있음이 이해된다.

또한, 본 개시의 제어기는 프로세서에 의해 실행되는 실행 가능한 프로그램 명령들을 포함하는 비일시적인 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체로서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체들의 예들은 롬(ROM), 램(RAM), 컴팩트 디스크(CD) 롬, 자기 테이프들, 플로피 디스크들, 플래시 드라이브들, 스마트 카드들 및 광학 데이터 저장 장치들을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 컴퓨터 판독가능 기록 매체는 또한 컴퓨터 네트워크 전반에 걸쳐 분산되어 프로그램 명령들이, 예를 들어, 텔레매틱스 서버(telematics server) 또는 제어기 영역 네트워크(Controller Area Network; CAN)와 같은 분산 방식으로 저장 및 실행될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 설정된 두께의 나선형 홈이 형성된 금형에 용융된 수지를 사출하고 보압 지연 시간의 경과 후 보압을 가하여 사출품의 길이가 변화되지 않는 보압 지연 시간을 고화시간으로 측정한다. 따라서, 고화시간을 정량적으로 측정할 수 있다. 또한, 초기 두께 설정이 필요하지 않고 제어기에 의하여 보압 절환 위치의 설정이 용이하다. 더 나아가, 일반적인 사출 공정을 수행하며 고화시간을 측정하므로 공정 변수가 적은 일반적인 금형/사출기의 사용이 가능하다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 열가소성 수지의 고화시간을 평가하는 시스템 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템에 사용될 수 있는 사출 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템에 사용되는 금형의 예를 보인 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 사출 장치는 사출기(10)와, 금형(30)과, 사출기(10)를 통하여 금형(30)에 용융된 수지를 공급하기 위한 수지 공급원(도시하지 않음)과, 상기 금형(30)을 이동시키기 위한 금형 이동 장치(도시하지 않음)를 포함한다.

사출기(10)는 고상의 열가소성 수지를 받아 녹인 후 금형(30)에 공급하도록 구성된다. 사출기(10)는 속이 빈 몸체(12)와, 상기 몸체(12)의 내부에 회전 가능하게 배치된 스크류(20)를 포함한다.

몸체(12)는 일측에 호퍼(14)가 형성되어 고상의 열가소성 수지는 호퍼(14)를 통해 몸체(12)의 내부에 공급된다. 몸체(12)의 타측에는 출구(16)가 형성되어 몸체(12) 내부에서 용융되어 몸체(12)의 타측으로 이송된 용융된 수지는 출구(16)를 통해 금형(30)으로 공급될 수 있다.

스크류(20)는 상기 몸체(12)의 내부에 배치되어 있으며, 그 일단은 동력원(24)의 동력원 축(26)에 연결된다. 예를 들어, 동력원(24)은 몸체(12)의 외부에 배치되며 몸체(12)의 일측을 관통하여 동력원 축(26)에 연결될 수 있다. 하나의 예에서, 상기 동력원(24)은 전기 모터일 수 있다. 그러나, 동력원(24)의 유형은 전기 모터에 한정되지 않으며, 스크류(20)를 제어 가능한 방식으로 회전시킬 수 있는 다양한 장치를 포함한다.

상기 스크류(20)의 외주면에는 스크류 나선(22)이 형성되어 고상의 열가소성 수지 및/또는 용융 수지를 몸체(12)의 타측의 출구(16)를 향하여 이송할 수 있다. 상기 스크류(20)에는 제1히터(46; 도 3 참고)가 장착되어 몸체(12) 내부의 수지에 열을 가해 용융시킬 수 있다. 그러나, 제1히터(46)의 위치는 이에 한정되지 아니하며, 몸체(12) 내부의 수지에 열을 가하기 적절한 임의의 위치에 위치할 수 있다.

금형(30)은 고정 금형(32)과 가동 금형(34)을 포함한다.

가동 금형(34)은 금형 이동 장치에 연결되어 고정 금형(32)을 향하여 제1방향을 따라 이동할 수 있고, 이에 따라 가동 금형(34)은 고정 금형(32)에 결합할 수 있다. 가동 금형(34) 및/또는 고정 금형(32)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 설정된 깊이의 나선형 홈(38)이 형성된다. 여기에서는 나선형 홈(38)을 예시하나, 홈(38)의 형상은 사출품의 길이 변화를 인식하기에 적절한 형상일 수 있다.

가동 금형(34)과 고정 금형(32)이 결합된 상태에서, 용융된 수지가 사출기(10)로부터 상기 홈(38)에 공급된다. 이를 위하여, 상기 고정 금형(32)에는 사출기(10)의 출구(16)에 연결된 수지 주입구(36)가 형성될 수 있다. 수지 주입구(36)는 고정 금형(32) 대신 가동 금형(34)에 형성될 수도 있다. 상기 수지 주입구(36)의 일단은 출구(16)에 연결되고 수지 주입구(36)의 타단은 홈(38)의 설정된 위치(예를 들어, 중심)에 연결되어 사출기(10) 내의 용융된 수지는 수지 주입구(36)를 통해 금형(30) 내의 홈(38)으로 공급된다.

금형 이동 장치는 가동 금형(34)에 연결되어 가동 금형(34)을 고정 금형(32)을 향하여 이동시키거나 고정 금형(32)으로부터 멀어지도록 이동시킬 수 있다. 금형 이동 장치는, 반드시 이에 제한되지 아니하나, 유압이나 공압 등에 의하여 작동하는 피스톤일 수 있다.

금형 이동 장치에 의하여 가동 금형(34)은 고정 금형(32)으로부터 분리될 수 있고, 이 상태에서는 금형(30) 내에서 사출되어 냉각된 사출품은 금형(30)으로부터 취출될 수 있다. 이를 위하여, 상기 사출 장치는 상기 금형(30)을 냉각하기 위한 냉각 장치(도시하지 않음), 금형(30)의 온도를 유지하기 위한 제2히터(48; 도 3 참고), 사출품을 밀어 취출하기 위한 사출품 취출 장치(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 여기서는 냉각 장치와 제2히터(48)가 모두 사용되는 것을 예시하나, 제2히터(48)를 사용하지 않고 냉각 장치만으로 금형(30)의 냉각 및 온도 유지를 수행할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템에 사용되는 제어기의 입출력 관계를 도시한 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템은 사출기(10), 금형(30), 그리고 제어기(60)를 포함한다. 사출기(10) 및 금형(30)은 위에서 설명한 바와 같다.

제어기(60)는 제1, 2온도 센서(40, 42) 및 타이머(44)로부터 입력을 수신하도록 구성되고, 상기 입력에 기초하여 동력원(24), 제1, 2히터(46, 48) 및 이미지 장치(50)의 작동을 제어하도록 구성된다. 추가적으로, 제어기(60)는 사용자 인터페이스(도시하지 않음)에 연결되어 사용자로부터 사출 조건(예를 들어, 사출기의 온도, 사출 속도, 금형 온도 등) 및 보압 조건(예를 들어, 스크류의 회전 각도, 보압 지연 시간, 보압의 크기, 보압 시간 등)을 입력받을 수 있고, 사출기(10) 및/또는 동력원(24)에 연결되어 상기 사출 조건 및 보압 조건에 따라 사출기(10) 및/또는 동력원(24)의 작동을 제어할 수 있다. 이를 위하여, 제어기(60)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 열가소성 수지의 고화시간 평가 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍된 것일 수 있다.

제1온도 센서(40)는 사출기(10)의 온도, 예를 들어 스크류(20)의 온도를 측정하고, 이에 대한 신호를 제어기(60)에 전송한다.

제2온도 센서(42)는 금형(30)의 온도를 측정하고, 이에 대한 신호를 제어기(60)에 전송한다.

제어기(60)는 제1, 2온도 센서(40)로부터 전송받은 신호를 기초로 제1, 2히터(46, 48) 및 냉각 장치의 작동을 제어할 수 있다. 통상적으로, 평가하고자 하는 열가소성 수지의 종류에 따라 사출기(10)의 온도와 금형(30)의 온도는 미리 설정되어 있다.

타이머(44)는 특정 시점(예를 들어, 사출 공정이 완료된 시점)으로부터 경과된 시간을 측정하고, 상기 경과된 시간이 보압 지연 시간에 도달하면, 보압 지연 시간에 도달함을 알리는 신호를 제어기(60)에 전송할 수 있다. 여기서, 상기 보압 지연 시간은 사출 공정이 완료된 시점으로부터 보압의 인가를 지연하는 시간으로 정의된다. 또한, 타이머(44)는 보압의 인가 후 경과된 시간을 측정하고, 상기 경과된 시간이 보압 시간에 도달하면, 보압 시간에 도달함을 알리는 신호를 제어기(60)에 전송할 수 있다. 여기서, 보압 시간은 사출품에 보압이 인가되는 시간 간격으로 정의된다.

제어기(60)는 타이머(44)의 작동을 시작하는 신호를 타이머(44)에게 전송하여 타이머(44)를 작동시킬 수 있다. 또한, 제어기(60)는 타이머(44)로부터 받은 신호를 기초로 동력원(24)의 작동을 제어할 수 있다.

이미지 장치(50)는 사출품의 이미지를 획득하고, 획득된 이미지를 제어기(60)에 전송한다. 상기 이미지 장치(50)는 제어기(60)에 의하여 제어될 수 있다. 이미지 장치(50)는, 이에 한정되지 않지만, 카메라 등일 수 있다.

제어기(60)는 이미지 장치(50)로부터 받은 사출품의 이미지를 분석하여 사출품의 길이가 최초의 길이로부터 변화되었는지 여부를 판단한다. 예를 들어, 제어기(60)는 상이한 보압 지연 시간만큼 대기한 후 동일한 조건의 보압을 인가하여 다수의 사출품의 이미지를 획득하고, 획득한 이미지를 분석하여 보압 지연 시간이 증가함에도 사출품의 길이가 변화되지 않은 보압 지연 시간을 저장한다. 제어기(60)는 저장된 보압 지연 시간 중 최소값을 고화시간으로 계산한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열가소성 수지의 고화시간 평가 방법의 흐름도이다. 도 5는 보압 지연 시간을 변화시키며 고화된 사출품의 형상의 하나의 예를 보여준다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열가소성 수지의 고화시간 평가 방법은 사출 공정을 진행(S100)함으로써 시작된다. 제어기(60)는 제1히터(46)를 제어하여 사출기(10) 내의 고상의 열가소성 수지를 녹이고, 동력원(24)을 제어하여 설정된 양의 용융 수지를 홈(38)에 공급한다. 하나의 예에서, 설정된 양의 용융 수지를 홈(38)에 공급하기 위해 동력원(24)이 회전해야 하는 각도가 보압 절환 위치로 제어기(60)에 저장되어 있고, 제어기(60)는 동력원(24)을 상기 각도만큼 회전시켜 설정된 양의 용융 수지를 홈(38)에 공급한다. 다른 하나의 예에서, 설정된 양의 고상의 열가소성 수지를 녹여 설정된 양의 용융 수지를 모두 홈(38)에 공급할 수 있다.

보압 절환 위치에 도달하면, 제어기(60)는 동력원(24)을 일시적으로 정지시키고 미리 설정된 보압 지연 시간 동안 보압의 인가를 대기한다(S110). 앞에서 설명한 바와 같이, 보압 지연 시간은 사출 공정이 완료된 시점으로부터 보압의 인가를 지연하는 시간으로 정의된다. 당업자는 사출품이 완전히 고화되지 않을 적절한 시간으로 상기 보압 지연 시간을 미리 설정할 수 있다.

보압 지연 시간 동안 보압의 인가를 대기한 후, 제어기(60)는 동력원(24)을 제어하여 설정된 크기의 보압을 설정된 보압 시간 동안 사출품에 인가하여 보압 공정을 진행한다(S120). 상기 보압은 스크류(20)의 회전에 의해 유체를 금형(30), 특히 사출품을 향해 가압함으로써 이루어진다. 하나의 예에서, 상기 보압의 크기는 1000 kgf/cm²이고 보압 시간은 2초일 수 있다. 그러나, 상기 보압의 크기 및 보압 시간은 예시일 뿐이며 이에 한정되지 아니한다.

보압 공정을 진행한 후, 제어기(60)는 이미지 장치(50)를 제어하여 사출품의 이미지를 획득한다. 그 후, 제어기(60)는 보압 지연 시간을 설정 시간만큼 증가시킨 후 S100 단계 내지 S120 단계를 반복하며, 도 5에 예시한 바와 같이, 상이한 보압 지연 시간에 대한 사출품의 이미지를 획득한다(S130).

제어기(60)는 상이한 보압 지연 시간에 대해 획득한 사출품의 이미지들을 분석하여 사출품의 길이가 최초의 사출품의 길이로부터 변화되었는지 여부를 판단한다. 일반적으로 보압 인가 전 보압 지연 시간 동안 사출품의 고화가 진행되므로, 보압 지연 시간이 증가함에 따라 사출품의 길이 증가는 감소한다. 특정 보압 지연 시간 이상에서는 사출품의 고화가 완료되어 사출품의 길이 증가가 전혀 없다. 이와 같이, 제어기(60)는 사출품의 길이가 최초의 사출품의 길이로부터 변화되지 않는 보압 지연 시간들을 저장하고, 저장된 보압 지연 시간들 중 최소값을 고화시간으로 계산한다(S140). 예를 들어, 도 5에 예시한 바와 같이, 보압 지연 시간이 10초 내지 15초이면, 사출품의 길이가 최초의 사출품의 길이로부터 증가한다. 즉, 보압 지연 시간이 15초가 될 때까지 사출품이 완전히 고화되지 않아 보압 지연 시간 경과 후 보압의 인가에 의하여 홈(38) 내의 용융 수지가 유동하여 사출품의 길이가 증가한다. 그러나, 보압 지연 시간이 16초 이상이면, 사출품의 길이가 최초의 사출품의 길이로부터 증가하지 않는다. 즉, 보압 지연 시간이 16초 이상이면, 사출품이 완전히 고화되어 보압 지연 시간 경과 후 보압의 인가에도 불구하고 홈(38) 내의 용융 수지가 유동하지 못하고 사출품의 길이가 증가하지 않는다. 따라서, 16초, 17초, 20초인 보압 지연 시간이 저장되고, 제어기(60)는 이들 보압 지연 시간 중 최소값인 16초를 고화시간으로 계산한다.

S100 단계 내지 S140 단계를 수행하여 하나의 종류의 열가소성 수지에 대해 고화시간을 계산한 후, 다른 하나의 종류의 열가소성 수지에 대해 S100 단계 내지 S140 단계를 반복할 수 있다. 더 이상 고화시간을 결정할 열가소성 수지가 없으면, 제어기(60)는 열가소성 수지의 고화시간 평가 방법을 종료한다.

실시예, 비교예

도 6은 홈의 깊이를 변화시키며 두 종류의 열가소성 수지의 고화시간의 비교를 보여준다. 도 6에서 좌측의 두 개의 막대 그래프는 홈(38)의 깊이가 3mm인 경우의 고화시간을 보여주고, 우측의 두 개의 막대 그래프는 홈(38)의 깊이가 5mm인 경우의 고화시간을 보여준다. 또한, 수지 B의 용융점(melting temperature, Tm)은 수지 A의 용융점보다 약 40℃ 높기 때문에 수지 A의 경우 사출기(10)의 온도는 260℃로 설정되고 금형(30)의 온도는 60℃로 설정되는 반면, 수지 B의 경우 사출기(10)의 온도는 290℃로 설정되고 금형(30)의 온도는 80℃로 설정된다.

종래 기술에 따르면, 수지 B의 용융점이 수지 A의 용융점보다 높다는 사실로부터 수지 B의 고화시간이 수지 A의 고화시간보다 짧다는 것을 알 수 있으나, 얼마나 짧은 지를 정량적으로 알 수 없었다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 홈(38)의 깊이가 3mm이면 수지 B의 고화시간이 수지 A의 고화시간보다 약 1.5초만큼 짧고(수지 A의 고화시간은 8초, 수지 B의 고화시간은 6.5초), 홈(38)의 길이가 5mm이면 수지 B의 고화시간이 수지 A의 고화시간보다 약 4.5초만큼 짧다는 것(수지 A의 고화시간은 17초, 수지 B의 고화시간은 12.5초)을 알 수 있다. 따라서, 평가 대상인 수지의 용도(예를 들어, 제작될 제품의 예상 두께 등)에 따라 상이한 수지들의 고화시간을 예측할 수 있다. 또한, 홈(38)의 깊이가 3mm보다 5mm인 경우 수지 A와 수지 B의 고화시간의 차이에 대한 변별력이 더 높은 것을 알 수 있다.

도 7은 다양한 종류의 수지에 대하여 선행발명의 방법과 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 측정한 고화시간의 비교를 보여준다. 수지 C와 수지 D는 동일한 수지이고, 수지 E와 수지 F도 동일한 수지이다. 또한, 수지 C, 수지 D와 수지 E, 수지 F는 용융점이 동일하여 유사한 고화시간을 가질 것으로 예상된다. 사출압축방식으로 표시된 고화시간은 선행발명의 방법으로 검출한 고화시간을 의미하며, 보압지연방식으로 표시된 고화시간은 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 검출한 고화시간을 의미한다. 사출기(10)의 온도는 260℃로 설정하고 금형(30)의 온도는 80℃로 설정하며 홈(38)의 두께는 5mm로 설정한다. 기핵제가 고화시간에 끼치는 영향을 알기 위해 수지 D와 수지 F에는 0.2%의 기핵제를 첨가하였다.

도 7에서 수지 C와 수지 E의 고화시간을 비교하면, 선행발명의 방법으로 검출한 고화시간은 모두 28초이고 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 검출한 고화시간은 모두 21초이다. 또한, 도 7에서 수지 D와 수지 F의 고화시간을 비교하면, 선행발명의 방법으로 검출한 고화시간은 각각 26초와 27초이고 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 검출한 고화시간은 모두 19초이다. 도 7에서 수지 C와 수지 D의 고화시간 및 수지 E와 수지 F의 고화시간을 비교하면, 기핵제가 존재하지 않는 경우의 고화시간은 기핵제가 존재하는 경우의 고화시간에 비해 약 1초 ~ 2초 줄어드는 것을 알 수 있다(선행발명, 본 발명의 실시예 모두의 경우). 이와 같이, 선행발명의 방법과 본 발명의 실시예에 따른 방법 모두 고화시간의 변별력은 유사한 것을 알 수 있다. 다만, 선행발명의 방법에 비해, 본 발명의 실시예에 따른 방법에 따르면, 고화시간이 짧은 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 길이 변화를 측정하는데 반면 선행발명의 방법은 면적 변화를 측정하므로, 본 발명의 실시예에 따른 방법이 보다 적은 수지 사용량으로 더 직관적으로 고화시간을 평가할 수 있다.

예를 들어, 선행발명의 방법에 따르면, 고화시간을 측정하기 위해 필요한 수지 사용량은 3.5kg이고 측정 소요시간은 30분인데 반하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 고화시간을 측정하기 위해 필요한 수지 사용량은 1.5kg이고, 측정 소요시간은 15분이었다. 이와 같이, 본 발명의 실시예는, 선행발명에 비해, 상대적으로 적은 수지 사용량 및 작은 측정 시간으로 수지의 고화시간을 정량적으로 측정할 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10: 사출기 12: 몸체
14: 호퍼 16: 출구
20: 스크류 22: 스크류 나선
24: 동력원 26: 동력원 축
30: 금형 32: 고정 금형
34: 가동 금형 36: 수지 주입구
38: 홈

Claims (11)

1. 설정된 두께의 나선형 홈이 형성된 금형;
   미리 설정된 양의 용융된 수지를 상기 금형의 나선형 홈으로 사출하도록 구성된 사출기;
   용융된 수지의 사출 후 보압을 인가하도록 상기 사출기를 제어하는 제어기;
   를 포함하며,
   상기 나선형 홈으로 사출된 용융된 수지는 상기 나선형 홈을 따라 이동하며 사출품으로 고화되고,
   상기 제어기는 수지의 사출 후 보압의 인가를 대기하는 시간인 보압 지연 시간 경과 후 보압을 가하도록 사출기를 제어하며,
   고화시간은 보압 지연 시간 경과 후 보압의 인가에 의하여 사출품의 길이가 변화되지 않는 보압 지연 시간들 중 최소값으로 정의되는 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어기는 사출기의 온도와 금형의 온도가 미리 설정된 값으로 유지되도록 제어하는 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어기는 보압 지연 시간을 증가시키며 용융된 수지의 사출, 보압 지연시간 동안 대기 및 보압의 인가를 반복하도록 사출기를 제어하는 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 설정된 두께는 평가 대상인 수지의 용도에 따라 변경되는 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어기는 미리 설정된 보압 시간 동안 보압이 인가되도록 사출기를 제어하는 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   보압 인가 후 사출품의 이미지를 획득하고 획득한 이미지를 제어기로 전송하도록 구성된 이미지 장치를 더 포함하는 열가소성 수지의 고화시간 평가 시스템.
7. a) 사출기를 통하여 설정된 두께의 나선형 홈이 형성된 금형에 미리 설정된 양의 용융된 수지를 사출하는 단계;
   b) 보압의 인가를 대기하는 시간인 보압 지연 시간 동안 대기하는 단계;
   c) 보압 지연 시간 경과 후 사출기를 통하여 보압을 인가하는 단계;
   d) 보압 인가 후 이미지 장치를 통하여 사출품의 이미지를 획득하는 단계;
   e) 보압 지연 시간을 변화하며 a) 단계 내지 d) 단계를 반복하는 단계; 그리고
   f) 제어기에 의하여, 상이한 보압 지연 시간에 대한 사출품의 이미지들을 비교하여 사출품의 길이가 변화되지 않는 보압 지연 시간들 중 최소값으로 정의되는 고화시간을 결정하는 단계;
   를 포함하는 열가소성 수지의 고화시간 평가 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제어기는 사출기의 온도와 금형의 온도가 미리 설정된 값으로 유지되도록 제어하는 열가소성 수지의 고화시간 평가 방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 e) 단계는 보압 지연 시간을 증가시키며 실행되는 열가소성 수지의 고화시간 평가 방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 설정된 두께는 평가 대상인 수지의 용도에 따라 변경되는 열가소성 수지의 고화시간 평가 방법.
11. 제7항에 있어서,
    상기 c) 단계는 미리 설정된 보압 시간 동안 실행되는 열가소성 수지의 고화시간 평가 방법.

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