KR890000229B1 - 내압성 플라스틱 용기 및 그 성형방법 - Google Patents

내압성 플라스틱 용기 및 그 성형방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

내압성 플라스틱 용기 및 그 성형방법
제1도는 본 발명에 따른 플라스틱 용기를 축방향으로 1/4을 절개한 단면도.
제2도는 플라스틱 용기의 바닥부의 단면도.
제3도는 바닥부의 구성 요소를 나타내는 개략도.
제4도는 지면과 접촉하는 바닥부의 환상부의 확대 단면도.
제5도 내지 제8도는 본 발명에 의한 플라스틱 용기의 성형 방법에 의한 각 단계를 도시한 취입 공동의 개략적인 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 용기 2 : 경사벽
3 : 바닥벽 5 : 내주벽부
11 : 취입 주형 12 : 바닥주형
13 : 공동 16 : 파리손
쌍축 분자 배향 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Biaxially molecule-oriented polyethlene terephtalate)는 산소, 일산화탄소와 같은 가스에 대하여 침투성이 적고 열저항성, 강성 그리고 투명성이 우수하므로, 풀리에틸렌 테레프탈레이트는 현재 탄산 음료수용 플라스틱 용기의 재료로서 가장 많이 사용되고 있다.
쌍축 배향 플라스틱 용기 (이하 용기라 한다)의 내압성과 내충격성은 균일한 분자 배향이 전 용기에 걸쳐 이루어졌을 때 얻어지며, 안전한 내열 강도와 내충격강도는 분자 배향이 균일하지 않은 용기에서는 얻어질 수 없다. 현재 사용되는 연신 취입 성형에 의해 생산되는 종래의 바닥 구조를 갖는 용기는 탄산 음료수로 채워지고 밀봉되어지는데, 용기가 38℃의 온도에 있으면 용기의 바닥 표면은 내부 압력과 팽창에 의해 변형된다. 그러므로, 이러한 변형을 방지하기 위하여 바닥벽의 두께를 증가시키면 내충격 강도가 감소하며, 이러한 경우 용기가 높은 높이의 선반에서 떨어진다면 용기는 깨어진다. 이는 용기의 구조상 바닥부의 분자 배향이 불충분하여 효과적인 분자 배향이 이루어지지 않았기 때문이다.
따라서, 탄산 음료수용 용기 특히, 콜라용 용기에 있어서, 바닥은 쉽게 쌍축 배향될 수 있는 구면형상으로 성형되고, 자립 특성(Self-standing property)을 갖기 위하여 다른 플라스틱으로 성형된 베이스 컵을 장착한다. 상기 베이스 컵의 장착은 용기 성형 기계와는 전혀 다른 장치를 사용하고, 접착제를 사용하여 달성된다. 따라서, 이러한 공정은 자립 특성을 갖는 성형 용기의 경우와 비교할 때 제조 경비를 증가시키며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 성형된 용기를 재사용할 때 베이스 컵을 제거하여야만 한다. 500ml의 적은 용량의 용기에 있어서, 베이스 컵이 차지하는 비율이 1000ml가 넘는 큰 용량의 용기보다 그 비율이 크며, 이에 따른 제작비가 증가된다.
전술한 것과 같은 베이스 컵이 필요없는 탄산 음료수용의 자립 용기 즉, 단일 부품의 용기가 개발되었다. 현재 상업용의 자립 용기는 미합중국 특허 제3,598,270호에 도시된 바와같이 부분적으로 외부로 돌출된 반구형의 바닥벽 부분안에 페탈로이드 다리부 (petaloid leg)를 갖는것과, 영국 특허공개 공보 제2,040,256A호에 도시된 바와같이 안쪽으로 경사진 바닥벽 부분안에 외주벽부와 상기외주벽부의 하단으로 부터 안쪽으로 굴곡된 둥근 지붕형상의 바닥벽으로 구성되며 상기외주벽부가 밖으로 돌출된 다수의 다리부를 가지고 있다.
상기에 언급한 자립 용기는 돌출된 다리부를 갖고 있으며, 이에 의해 자립 특성을 확실히 하게 하고, 다리부 또는 돔(dome)의 주변 모서리의 림사이에 형성된 리브에 의해 내부 압력에 의한 바닥 부재의 변형이 방지한다. 이러한 용기에 있어서, 다리부를 성형하는 것이 어렵고, 같은 형상의 필요한 수만큼의 다리부를 성형하기 위해서는 고도의 성형기술과 성형 조건이 필요하다. 더우기 다리부에 의한 자립 특성은 용기의 정지 상태에서의 특정한 문제를 포함하는 것이 아니라 용기가 채워질 목적으로 이동하고 있을때 용기가 그 이동 통로안에 약간의 오프셋 부분이 있으므로서 때때로 떨어지는 문제가 발생한다.
일본 특허공개 소55-163137호에는 상기 자립용기에 관해 언급된 단점들을 해결하기 위한 새로운 구조의 용기가 제안되어 있다. 이 용기는 샴페인 용기와 유사한 바닥 구조를 갖고 있으며 용기의 자립 특성은 바닥벽 부분이 안쪽으로 경사지고 외주벽부가 절두원추체 형태의 내주벽부가 있는 외주벽부의 하단에 형성된 지면과 접촉하는 환상부에 의해 얻어지며 용기의 압력 저항 특성은 내주벽부와 바닥벽사이에 연속적으로 성형된 불록 곡면을 갖는 내주벽부와 바닥벽에 의해 이루어진다.
상기의 새로운 용기(이하 샴페인 용기라 한다)의 구조에 있어서, 용기가 내용물로 채워져서 떨어졌을 때 지면과 접촉하는 환상부를 따라 원형으로 파괴된다. 이러한 결과는 지면과 접촉하는 환상부의 적은 곡률반경과 성형할 때 만들어진 불충분한 쌍측 배향에 의한 것이다. 따라서, 지면과 접촉하는 환상부는 큰 곡률반경을 갖도록 반원형 형상으로 돌출시켜야 하자만 이는 앞에서 언급한 것과같이 다리부를 성형하는 그것과 마찬가지로 전 주변부에 걸쳐 반원주 형상으로 외주 벽부와 내주 벽부사이의 접합점에 대응하는 지면과 접촉하는 환상부를 돌출시키는 어려움을 갖고 있으며, 곡률 반경이 커질대 낙하 충격강도가 증가하지만 내압강도는 감소하므로 바닥벽이 내부 압력에 의하여 변형된다.
본 발명은 다양한 구조의 샴페인 용기 바닥을 성형하여 그것의 내압 강도와 낙하 충격 강도에 대하여 연구하였으며, 그 결과 본 발명은 탄산 음료수용 용기에서 요구되는 조건을 발견하였다. 즉, 내압강도, 낙하충격강도, 무게감소, 성형시 낮은 경비등과 같은 조건을 발견하였다. 외주벽부와 내주벽부 사이에 형성된 경사면의 각도는 가능한한 예각으로 형성하고, 지면과 접촉하는 환상부의 단면 형상은 반원형이 아니라 외주벽부측면과 내주벽부 측면 사이의 곡률을 다르게 제조하고, 바닥벽의 벽 두께는 외주벽부로 부터 바닥벽의 중앙으로 갈수록 점진적으로 두껍게한다. 또한 바닥벽은 파리손(parison)이 낮은 온도 및 낮은 취입 성형 압력에서 성형한다.
또한, 종래 기술의 연신 취입 성형 방법은 파리손을 축방향으로 연신시키는 동시에 모든 취입 주형을 고정하고 공동안에서 이를 완전히 팽챙시키는 방법으로 상기 조건에 만족하는 샴페인 용기를 형성하는 것이 어렵다는 것이 발견되었다. 이것의 난점은 낮은 온도의 파리손을 낮은 취입 압력으로는 바닥 주형의 주변부에 형성된 지면과 접촉하는 환상부를 성형하기 위한 좁은 공간으로 팽창시킬 수 없다는 점에 기인한다.
상기 조건을 만족시킬 수 있는 주형 방법은 취입 공동의 일부를 형성하는 바닥 주형에 대한 위치를 변화시키는 단계와, 외주벽부의 성형을 진행하기 위해 바닥부를 성형하기 위한 바닥 주형이 위치하는 지점에서 파리손을 완전히 연신시키면서 취입시키는 단계와, 바닥 주형을 공동밖으로 팽창되게 상승하도록 이동시키는 단계와, 외주벽부에 대하여 공동의 하단부와 바닥 주형사이의 바닥부를 미는 단계와, 내부벽부와 바닥벽을 용기 안쪽으로 복귀시켜 성형하는 단계로 구성한다.
앞에서 설명한 성형 방법은 미합중국 특허 제4,035,455호에 기술되어 있으나, 본 발명의 가장 중요한 점은 파리손의 바닥을 변형 온도로 유지한채로 바닥 주형을 이동시키는 것이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 종래의 샴페인 용기바닥에 관하여 위에서 언급한 단점을 제거하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 용기의 바닥에 형성된 환상부와 내주 및 외주 벽부의 특별한 구조를 제공하므로써 내압강도 및 낙하 충격강도 모두가 우수한 플라스틱 용기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 안쪽으로 경사지게 형성된 외주벽부와, 상기 외주벽부의 하단부로부터 안쪽으로 뒤집혀서 형성된 내주벽부와, 내주벽부의 상부 부분에 연속적으로 형성된 블록한 곡면으로 형성된 바닥벽으로 구성된 바닥 벽을 갖는 쌍축으로 배향된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 용기를 매우 용이하게 성형하기 위한 방법을 제공하는데 있다.
앞에서 언급한 목적에 의한 본 발명은 외주벽부의 수직선에 대한 각도는 내주벽부의 수직선에 대한 각도보다 크게 형성하며, 내주벽부와 바닥벽 사이의 접합점에서 내주 및 외주벽부의 하단부와 모서리 부분에 대하여 형성된 지면과 접촉하는 환상부의 내부 및 외부 모서리 부분을 곡면으로 형성하며, 내압강도와 낙하 충격 강도를 증가시키기 위하여 지면과 접촉하는 환상부의 상기 두 모서리 부분사이의 곡률 반경의 편차를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 내주벽부와 바닥벽을 성형하고 동시에 지면과 접촉하는 환상부를 성형하기 위해 파리손의 바닥부를 변형 온도로 유지시키면서 취입 공동안에 축방향으로 완전히 연장된 파리손의 바닥부를 바닥 주형을 이동시키므로써 먼저 성형된 외주벽부를 내부로 밀어올리는 방법을 특징으로 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예로써 상세히 설명되어질 것이다.
도면에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 용기(1)가 도시되어 있다. 이 용기(1)는 목부분과 몸체벽(1a)과 경사 벽(2)을 일체로 성형하기 위해 취입 공동안에 바닥부를 갖는 사출 성형 파리손을 신장시키고 취입시키므로써 성형된다. 용기(1)의 경사벽(2)은 몸체벽(1a)과 함께 쌍축 배향되어 있다.
몸체벽(1a)까지 연속적인 경사벽(2)은 안쪽으로 경사진 외주벽주(2a)와, 볼록한 곡면으로 형성된 바닥벽(3)과 , 약간 안쪽으로 경사진 내부벽부(5)로 구성된다.
내주벽부(5)는 외주벽부(2a)의 하단부로 부터 안쪽으로 복귀될 때 성형되며 바닥벽(3)은 내주벽부(5)의 상부에 연속적으로 형성된다.
지면(4)과 접촉하는 환상부는 외주벽주(2a)와 내주벽부(5)의 하단부에 형성되며, 내부 및 외부의 두개의 모서리(4a, 4b)를 가지고 있다. 이 두개의 모서리(4a, 4b)는 바닥벽(3)과 내주벽부(5)사이의 접합점에서 모서리(5a)와 함께 곡면으로 형성되며, 접합부에서의 외부모서리(4b)와 모서리(5a)가 내부 모서리(4a)보다 더 큰 곡률 반경을형성된다.
앞에서 설명한 바와같이 구성된 용기(1)에 있어서, 바닥벽(3)에서 받는 내부 압력은 외주벽부(5)가 바닥벽의 원주부를 지지하므로 접합점의 모서리(5a)에 집중된다. 상기 내부 압력은 볼록한 곡면 형태의 바닥벽(3)을 밀도록 밑으로 작용한다. 그리하여, 바닥벽의 원주부 즉, 접합점의 모시리(5a)를 외측으로 민다, 다시 말해서, 내부 압력이 내주벽주(5)의 안쪽으로 작용하므로, 내주벽부로 전달되는 바닥벽(3)으로 부터의 응력은 내주벽부(5)상에 작용하는 압력에 의해 부분적으로 상쇄되어 내주벽부(5)상의 응력집중을 완화시킨다. 따라서, 바닥벽(3)에 변형이 일어날지라도, 이러한 변형은 지면(4)과 접촉하는 환상부에 영향을 주지 않으며 따라서 자립도를 유지시킨다.
자립 효과는 제3도에 의해 설명되어질 것이다. 지면과 접촉하는 환상부의 직경(d)의 용기 몸체부의 최대직경(D)에 대한 비(d/D)가 0.55 내지 0.80인 용기(1)에 있어서, 외주벽부(2a)는 수직선에 대해 6 내지 30°범위의 각(β)를 가지며 동시에 내주벽부(5)는 수직선에 대하여 5°내지 7°범위의 각(α)을 갖는 것이 양호하다. 내압강도를 증가시키기 위한 고려로써 경사벽(2)을 구성하는 벽두께를 여러 부분으로 구분하는 것이 필요하다.
제2도의 실시예에 있어서, 바닥벽(3)은 벽두께를 크게 형성하고, 만일 벽두께를 내주벽주(5)쪽으로 부터 증가시키면 내압 강도는 더욱 증가된다.
제4도의 실시예에 있어서, 외주벽부(2a)의 벽두께 (t1)는 내주벽부의 벽두께(t2)보다 크며 바닥벽(3)의 벽두께(t3)는 내주벽부(5)의 벽두께(t2)보다 크다. 그러나, 이러한 두께 분포는 양적인 제한이 있다. 지면(4)과 접촉하는 환상부의 안쪽의 바닥벽의 무게가 용기무게의 16.0%를 넘으면 내압 강도는 증가하나 낙하충격 강도는 감소한다. 이것은 벽두께가 증가하면 연신 취입성형을 할때 파리손의 바닥에서의 열량이 커지고 따라서, 바닥은 다른 부분과 비교하여 충분히 쌍축배향을 얻을 수 없기 때문이다.
바닥벽의 무게가 14.5%보다 적다면 내부 압력에 의한 변형이 일어난다. 이는 낙하 충격 강도를 증가시키도록 충분한 쌍축 배향이 이루어질지라도 강성이 떨어지기 때문이다. 따라서, 바닥벽의 무게는 용기무게의 14.5% 내지 16.0%의 범위것이 좋으며 바닥벽(3)의 곡률(R)은 30도 내지 40도의 범위의 것이 좋다.
다음표는 내압 강도와 낙하충격 강도가 우수한 다수의 다른 용량의 용기의 인자들을 보여준다. 제3도에서 h1은 내주벽부의 높이이고 h2는 바닥벽의 높이이고 a는 내주벽부의 내경이다.
[표]
Figure kpo00001
변형 검사는 다음과 같이 한다.
탄산수를 용기에 집어넣고, 용기를 완전히 밀폐시킨후 이때의 용기의 내부 압력은 6.4kg/C㎡가 되였다. 용기를 38℃의 오븐에 집어넣고, 24시간 후 용기를 끄집어 내어 용기 바닥의 변형상태를 본다.
충격 시험은 다음과 같다.
용기를 1.8m의 높이에서 수직으로 떨어뜨린다.
용기(1)의 성형은 미합중국특허 공보 제4,105,391호에 도시된 성형기계를 사용하여 할 수 있다.
제5도 내지 제8도에 도시된 단계는 예증의 목적으로 상기 성형기계의 취입 공동을 개략적으로 예를 든것이다.
도면에 있어서, 도면부호(11)는 취입 주형(11)이며 도면부호(12)는 취입주형(11)의 바닥에서 자유로운 행정을 하며 밀폐된 바닥주형(12)이다. 볼록한 바닥 주형을 따라 바닥부를 성형하기 위한 공동(13)은 종래의 것보다 좁아졌으며 용기의 바닥면을 성형하기 위한 공동의 하단부 표면(13a)은 적은 곡률 반경을 갖는다.
도면부호(14)는 연신 로드(14)이며 이는 목부주형(15)과 함께 취입 주형에 이송되는 바닥을 갖는 파리손(16)의 내부에 위치하게 된다. 파리손의 온도는 80 내지 100℃이다.
먼저, 바닥 주형(12)은 제5도에 도시된 바와같이 성형 위치보다 낮게 위치한다. 다음에 제6도와 같이 파리손(16)을 바닥주형(2)의 위치로 축방향으로 신장시킨다. 제7도와 같이 측면방향으로 파리손(16)을 팽창시키기 위해 파리손 안으로 13 내지 14kg/C㎡의 압력의 공기를 취입시키고, 취입 성형 공정동안에 바닥 주형(12)을 성형위치로 이동시켜 팽창된 파리손 바닥을 강제 복원시키고, 제8도와 같이 바닥주형(12)의 상부표면에 의해 제2도와 같은 형태의 샴페인 용기로 용기(17)의 바닥표면을 형성한다.
위에 설명한 것과 같이 바닥주형(12)이 성형위치보다 낮은 상태에서는 바닥부를 성형하기 위한 공동(13)은 제5도 내지 제9도에서 처럼 좁게 형성되어 있지 않으며 공기 압력에 의해 팽창된 재료는 바닥부를 성형하기 위한 공동(13)의 주형 표면에 대하여 충분히 신장된다. 이러한 조건하에서, 바닥주형(12)이 예를들면, 0.2 내지 0.5초안에 성형위치로 갈때 파리손(16)은 변형 온도에서의 열량을 유지하여 바닥 주형 상부표면에 의해 제5도에 도시된 바와같은 공동의 하단부 표면(13a)보다 낮은 부분을 상방으로 귀한시키는 힘을 가하며, 주형 표면과 접촉하는 공동의 하단부 표면(13a)위에 얇게 신장된 재료는 냉각과 고형화 작업이 진행된다. 따라서 공동의 하단부 표면(13a)의 내부 또는 이보다 낮은 부분의 재료들만이 복귀하게 되어 볼록한 바닥벽(3)이 성형되고, 동시에 바닥부를 성형하기 위해 공동(13)과 같은 모양의 소정의 바닥부를 가진 용기, 즉 제2도에 도시된 바닥 구조를 갖는 용기가 성형된다.

Claims (3)

  1. 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 일체로 된 목부, 몸체부, 그리고 바닥부를 갖는 내압성 플라스틱 용기에 있어서, 몸체벽(1a)과 함께 쌍축 배향된 바닥벽(3)과 안쪽으로 경사진 외주벽부(2a)와 상기 외주벽부(2a)의 하단부를 내측으로 귀환시킨 내주벽부(5)와 내주벽부(5)의 상부 부분에 연속적으로 형성된 블록 곡면의 바닥벽(3)으로 구성되고, 수직선에 대한 외주벽부(2a)의 각(β)이 수직선에 대한 내주벽부(5)의 각(α)보다 크며 내주벽부(5)와 바닥벽(3)사이의 접합점에서의 모서리와 내주 및 외주벽부(5,2a)의 하단부에 형성된 지면과 접촉하는 환상부의 내부 및 외부 모서리가 각각 곡면으로 형성되며 지면과 접촉하는 환상부의 외부 모서리의 곡률반경(r1)이 내부 모서리의 곡률 반경(r2)보다 크고 지면과 접촉하는 상기 모서리의 곡률 반경(r3)이 외부 모서리의 곡률 반경(r1)보다 큰 것을 특징으로 하는 내압성 플라스틱 용기.
  2. 제1항에 있어서, 용기의 경사벽(2)을 형성하는 외주벽부(2a)가 수직선에 대해 6°내지 30°의 각(β)를 가지며 동시에 내주벽부(5)가 수직선에 대해 5°내지 7°의 각(α)를 가지며 용기 몸체부의 최대 직경(D)에 대한 지면과 접촉하는 환상부의 직경(d)의 비(d/D)가 0.55내지 0.80의 범위에 있으며 내주벽부(5)의 벽두께(t2)가 외주벽부(2a)의 벽두께(t1)보다 크며 바닥벽(3)의 벽두께(t3)가 내주벽부(5)의 벽두께(t2)보다 크고 지면과 접촉하는 환상부의 내부의 바닥벽(3) 무게가 용기 무게의 14.5 내지 16.0%의 범위안에 있는 것을 특징으로 하는 내압성 플라스틱 용기.
  3. 취입 공동의 바닥 주형(12)이 상하로 이동할 수 있는 것을 포함하는 내압성 플라스틱 용기를 제조하는 방법에 있어서, 파리손(16)을 상부 표면으로부터 용기용 바닥주형(12)의 하부 부분까지 연신시키고, 연신된 파리손(16)의 취입 성형 공정시에 파리손(16) 바닥이 변형온도를 유지하는 시간내에 바닥 주형(12)을 밀어올리며 용기의 바닥을 복귀시켜 성형하므로써 용기 바닥에 대한 재료를 길게 종방향으로 연신된 파리손(16)으로부터 성형하여 증가된 연신 효과를 갖는 양호한 질의 바닥을 갖는 용기를 성형하는 것을 특징으로 하는 내압성 플라스틱 용기의 제조 방법.
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