KR920000004B1 - 다층 합성수지제 캔 몸체 및 그 제조방법 - Google Patents

다층 합성수지제 캔 몸체 및 그 제조방법 Download PDF

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다이이찌 아오끼
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Abstract

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Description

다층 합성수지제 캔 몸체 및 그 제조방법
제1도는 목부분 금형과 사출성형되고 바닥이 3층인 패리손의 길이 방향 단면도.
제2도는 스트레치 블로우 성형된 중간부재와 중간부재를 갖고 있는 목부분 금형의 길이 방향 단면도.
제3도는 연장된 부분의 절단 부분을 보이는 부분 단면도.
제4도는 연장된 부분이 절단된 캔 몸체의 일부분을 확대시킨 캔 몸체의 길이 방향 단면도.
제5도는 캔 몸체에 금속 뚜껑을 시이밍하여 제작된 합성수지제 캔의 정면도.
제6도 및 제7도는 개구단과 금속 뚜껑의 감긴 상태를 부분적으로 보이는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 패리손(parison) 1a : 외층
1b : 내층 2 : 중간층
2a : 전단 3 : 목부분
4 : 목부분금형 5 : 스트레칭봉(stretching rod)
6 : 중간부재 6a : 외층
6b : 내층 7 : 연장부분
8 : 개구단 9 : 캔 몸체
9a : 외층 9b : 내층
10 : 2중노즐 11 : 중심금형
14 : 금속 뚜껑 61 : 몸체
62 : 바닥 91 : 몸체
92 : 바닥
본 발명은 사출성형된 바닥을 갖는 다층 패리손으로부터 제작되며 전체에 걸쳐 2방향성을 갖는 다층 합성수지제 캔 몸체, 금속 뚜껑을 따라 개구부의 주위단을 시이밍(seamig)할 수 있고 최소한 3층으로 된 벽을 갖는 캔 몸체와 그 제조법에 관계한다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트, 비닐 클로라이드등과 같은 열가소성 플라스틱 수지로 형성된 용기는 다양한 목적의 용기로 사용된다. 특히, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 스트레치 브로우 성형(stretch blow molding)하여 얻어진 용기는 그 방향성과 강성 때문에 비교적 양호한 가스차단성을 갖고, 그 때문에 이들 용기는 쥬스, 쉐이크(shake) 및 맥주등 뿐만 아니라 탄산음료 같은 것의 용기로 폭넓게 사용될 수 있다.
그러나, 스트레치 블로우 성형된 용기에있어서, 암출된 또는 사출성형된 패리손의 개구부를 고정하고 그성형이 행해진다.
그 개구부는 일반적으로 목부분 또는 립(lip)부분이라고 불리우며, 그 부분은 얇게 스트레칭 할 수 없다. 따라서, 패리손의 개구부는 압출 또는 사출성형된 상태로 유지되고 방향성이 없으며, 그것은 강도가 약하고 벽은 두께가 두껍고 경도가 높다. 이러한 것들 때문에, 금속 뚜껑이 맞물릴지라도, 외측으로 연장된 개구부의 외주단이 금속 뚜껑을 따라서 시이밍이될 때, 굽힘응력에 기인하여 개구부의 외주단에서 균열이 발생하고 개구부를 시이밍에 의하여 밀폐할 수가 없다.
앞에 기술한 관점에서, 중간부재로부터 개구부에 시이밍을 가할 수 있고 패리손으로부터 만들어지는 용기의 형태를 갖는 중간부재를 스트레치 블로우 성형하는 개구단을 갖는 2방향성 용기가 미국특허 제 4,496,064호에 발표되었다.
이 용기에 있어서, 그 몸체가 외측으로 연장된 상부단을 갖는 병형태의 중간부재가 열가소성 플라스틱 수지의 사출성형물의 바닥이 있는 패리손으로부터 스트레치 블로우 성형된다. 중간부재는 연장된 부분에서 절단되어 최소한 연장된 부분의 2방향성을 갖는 하부의 개구단을 형성한다. 바닥과 2방향성 몸체로 구성되는 용기는 금속 뚜껑과 개구단을 서로 시이밍하여 밀폐시킬 수 있다.
종래 기술로 발표된 용기에 있어서, 전체 용기가 하나의 수지로부터 형성되기 때문에, 중간부재로부터 절단된 연장된 부분 이상의 부분은 수지의 원료 물질로서 다시 사용될 수 있다. 스트레치 블로우 성형된 몸체와 바닥이 용기를 구성할지라도 절단된 부분을 버리지 않고 재사용된다. 하여튼, 내열성과 가스차단성을 더욱 향상시키기 위해서 앞에서 기술한 특성을 갖는 유리섬유와 수지등과 같은 특성이 다른 물질이 용기를 형성하는 수지 사이에 중간층으로서 가해져서 최소한 3층의 용기를 제공한다. 상기 용기를 제작하기 위하여 성형된 바닥을 갖는 패리손이 자연적으로 3층으로 형성되고 중간부재의 연장된 부분이 3층으로 형성되어, 결국 단층의 경우와는 달리 연장된 부분에서 절단된 부분이 수지물질로서 다시 사용될 수 없는 단점을 갖게 되며, 재료의 낭비를 초래한다. 따라서, 단층의 경우와 비교하여, 3층용기의 시이밍은 더욱 비싸진다. 따라서 3층용기가 단층용기에 비하여 가스차단성과 내열성에 있어서 우수할지라도, 일회용 용기로서는 사용하기 어렵다.
3층용기의 연장된 부분이 절단될 때, 각층의 절단면이 노출되고, 절단부분에서 발생하는 외력에 의하여 층간의 분리가 형성된 개구부에서 발생한다. 이 층간의 분리는 금속 뚜껑을 외주단과 개구단의 결합력을 감소시키고, 여기서 내용물이 탄산음료등과 같이 내부압력을 발생하는 것일때에는 시이밍이 상기 내부압력에 의하여 손상된다.
그 결과 탄산가스와 액체가 외부로 새어나오고, 또는 새어나오지는 않을 지라도, 그것들은 점차로 개구단의 끝부분에서 층사이로 스며들어 몸체의 각층들이 서로 분리되게 한다. 그 결과 용기의 외관 뿐만 아니라 용기의 기능을 손상시켜 용기를 사용할 수 없게 한다.
앞에서 기술한 관점에서, 캔 형태의 다층구조를 갖고 개구부를 시이밍에 의하여 닫을 수 있는 용기를 만들기 위해서는, 다층 패리손의 개구부를 변형없이 용기의 개구부로서 사용하고 굽힘응력에 견딜 수 있는 형태로 중간층의 끝을 위치시킨 개구단을 성형하는 것으로 구성된 방법만이 가능하다. 어떤 제작자가 기술된 바와 같은 방법으로 시이밍을 제공할 수 있는 용기를 개발하였지만 상업적으로 불가능했다.
본 발명의 목적은 2방향성의 다층 합성수지제 캔 몸체와 그 제조방법을 제공하는 것이다. 병형태의 중간부재를 절단하여 만들어지는 다층구조의 합성수지제 캔이 바닥이 있는 패리손을 스트래치 블로우 성형하여 얻어지지만, 절단된 수지는 수지원료로서 다시 사용될 수 있으며 개구단이 절단되고 시이밍을 형성할 때 각 층의 끝은 노출되지 않으며 층사이의 분리가 일어나기 어렵다. 캔 몸체는 경제적이며 신뢰성이 높고, 가스차단성과 내열성이 높다.
앞에서 기술한 관점에서, 본 발명자는 다층구조의 합성수지제 캔 몸체와 그 제조방법을 더욱 연구하여, 그 결과로 연장부분 아래의 최소한 3층 부분과 상기 연장된 부분 이상의 단층 부분으로 구성된 앞에서 기술한 중간부재가 바닥을 갖는 패리손으로부터 성형되고, 중간부재가 앞에서 기술한 바와 같이 연장부분에서 절단되어 앞에서 기술한 문제들을 해결한다.
이 다층구조의 합성수지제 캔 몸체에 있어서, 몸체와 몸체에 연속된 바닥은 최소한 3층으로 구성되고 시이밍되는 개구단은 단층으로 구성된다. 몸체와 바닥이 3층 부분은 캔 몸체에 구성하는 수지와 수지사이에 삽입된 중간층으로 구성되고 몸체를 구성하는 수지는 삽입된 중간층에 의하여 외층과 내층을 형성하여 전단부가 개구단과 몸체사이의 경계부분 근방에 위치한다.
개구단은 단층으로 구성되고 다른 부분은 3층으로 구성된 캔 몸체는 바닥을 갖는 3층의 패리손으로부터 제작될 수 있다. 사출성형된 바닥을 갖는 다층 패리손에 있어서, 중간부재의 바닥으로부터 연장부분의 아래부분까지 형성하는 패리손의 바닥과 몸체는 3층으로 형성되고, 개구부로부터 연장부분의 아래부분까지를 이루는 목부분을 단층으로 형성한다.
몸체와 바닥부분은 바닥을 갖는 다층의 패리손으로부터 중간부재를 스트레치 블로우 성형하여 몸체와 바닥부분이 얻어지고 연장부분에서 중간부재를 절단하여 단층의 개구단을 마련한다.
캔 몸체를 형성하는데 사용하는 수지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐클로라이드등과 같은 2방향성을 제공할 수 있는 열가소성 플라스트수지를 포함한다. 중간층을 형성하는데 사용하는 물질은 캔 몸체를 형성하는 수지보다 가스차단성이 우수한 폴리아미이드수지, 에틸렌비닐알콜 공중합체(EVOH), 폴리에스터와 폴리아마이드수지의 혼합물, 및 캔 몸체를 형성하는 수지보다 내열성이 우수한 폴리카보네이트 및 폴리스티렌 및 열가소성 수지와 유리섬유의 혼합물등을 포함한다.
본 발명에 있어서, 바닥을 갖는 패리손을 스트레치 블로우 성형한 중간부재의 연장된 부분이 절단되어 몸체를 따라 충분히 2방향성을 갖고 시이밍될 수 있는 개구단을 형성한다. 연장부분이 단층이기 때문에 단일의 수지를 사용하는 경우와 마찬가지로 절단부분은 수지재료로서 다시 사용될 수 있다. 중간층으로서 사용된 수지는 일반적으로 고가이며, 중간층은 절단되지 않고 효과적으로 사용되어 재료의 낭비를 방지한다.
더욱이, 개구단은 단층부분을 절단하여 형성되기 때문에, 연장부분을 절단할지라도 각층의 끝표면은 노출되지 않으며 각층의 끝부분은 절단시에 가해지는 외력에 의해서 벗겨지는 일이 없다. 따라서, 다음 단계로 실행되는 금속 뚜껑과 개구단의 시이밍은 단층의 경우와 같은 강도를 가지며 층사이로 액체 또는 가스가 스며드는 일도 없고 내압에 기인한 파괴도 없다.
본 발명에 따라서 얻어진 캔 몸체의 벽두께는 그 내용 물에 따라서 적당하게 선택될 수 있다. 중간층의 벽두께는 10μ내지 80μ 또는 그 이상으로 성형된다. 바닥의 벽두께는 변형을 방지하기 위해서 몸체의 벽두께보다 두껍게 하는 것이 좋다. 내부압력이 가해질 경우에는 바닥은 압력을 충분히 견딜 수 있는 구조로 성형하는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법은 잘 알려진 성형조건에 관계하여 스트레치 블로우 성형기로서 성취될 수 있으며, 그 방향성 용기가 성형되는 조건이 사용될 수 있다. 예를들어 미국 특허 제 4105391호의 명세서에 기재된 성형기계가 있다.
제1도에서 기호(1)은 바닥을 갖는 패리손을 나타내고, 패리손 몸체는 중간층(2)에 의하여 외층(1a)과 내층(1b)으로 형성된다. 중간층(2)은 후에 기술될 중간부재의 연장부분의 아래에 위치하도록 제한되어 마련된 전단(2a)을 가지며, 그것에 의해 바닥을 갖는 패리손의 목부분(3)은 단층으로 구성된다.
그런 바닥을 갖는 3층의 패리손(1)은 동심원의 형태로 배치된 수지의 2중통로를 갖는 잘알려진 이중노즐(10)을 사용하여 성형될 수 있다. 몸부분금형(4), 중심금형(11)과 닫힌 사출금형(A) 사이에 외부 수지통로(10a)로부터 수지(폴리에틸렌 테레프탈레이트)를 사출하여 패리손 몸체를 형성하고 외부수지통로(10b)로부터 폴리에틸렌 테레프탈레이트안으로(예를들어 EVOH) 수지를 사출하여 중간층을 형성하여 성형을 이룩한다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 EVOH 수지의 사출시간을 조절하여 앞에는 기술한 중간층(2)을 목부분(3)의 하부까지 제한할 수 있다. 예를들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 1.4초동안 사출되고 그 사출을 중단하고 EVOH를 사출한다. 다시 0.1초후에 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 EVOH를 동시에 사출하도록 명령한다. 그러면 목부분(3)은 단층이고 몸체와 바닥은 3층으로 형성되고 바닥을 갖는 패리손이 형성된다. 단층부분의 길이는 처음 사출되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 사출시간에 따라 변화한다. 또한 만약 그 사출시간을 길게 정해놓으면 단층부분의 길이가 길어지고 그 사출시간을 짧게 정해놓으면 중간층(2)이 목부분(3)까지 연장된다.
성형된 후의 바닥을 갖는 패리손은 제2도에 보는 바와 같이 목부분금형(4)에 의하여 고정하고 있는 상태를 유지하면서 사전에 준비된 분해 가능한 금형의 쌍으로 이루어진 블로우금형(B)안으로 넣어지고 병형태의 중간부재(6)으로 성형된다. 이 경우에 있어서, 필요하다면, 블로우금형(B)에 넣어 지기전에 패리손의 온도를 조절하기 위하여 바닥을 갖는 패리손(1)은 온도 제어장치에 넣어진다. 중간부재의 성형은 목부분금형(4)을 통하여 바닥을 갖는 패리손(1)의 내부 바닥면까지 스트레칭봉을 삽입하여 축방향으로 스트레칭하고 바닥을 갖는 패리손으로 스트레칭봉(5)의 주위에서 공기를 붙어넣어 이루어지며, 연속적이며 일체로 형성된 몸체(61)와 바닥(62) 및 몸체(61)로부터 외측으로 더욱 연장되는 동안 몸체(61)의 상부단에 형성된 연장부분(7)을 갖는 3층의 중간부재(6)가 형성된다.
이 스트레치 블로우 성형에 의하여, 패리손몸체를 형성하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 개구부를 제외하고 EVOH로 형성된 중간층(2)과 함께 얇게 스트레칭되며, 바닥을 갖는 패리손(1)의 내층(1b)과 외층(1a)은 중간부재(6)의 외층(6a)과 내층(6b)으로 형성된다. 중간부재(6)에 있어서, 연장부분의 하부(71)로부터 개구부(3)까지의 부분은 단층의 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 형성된다. 또한 몸체(61)와 바닥(62)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 EVOH로 구성된 3층 구조를 갖는다.
중간부재(6)는 블로우 금형(B)에서 꺼내어진후에 연장부분(7)에서 절단된다. 절단은 미리 마련된 절단기를 연장부분(7)의 하부측(71)에 접촉하게 하여 이루어진다. 또한 절단된 중간부재(6)는 두부분으로 나뉘며, 그중 하나는 연장부분(7)상부의 단층부분이고, 다른 하나는 연장부분의 하부측(7a)에 의해서 형성되고 단층의 형태인 개구단(8)를 갖는 캔 몸체이다.
캔 몸체(9)의 몸체(91)과 바닥(92)은 개구단(8)의 아래에 위치한 중간층(2)과 외층(9a)과 내층(9b)에 의하여 마련되는 3층요소로 형성되어, 그의 가스차단성과 내열성이 중간층(2)에 의해서 개선된다. 캔 몸체(9)는 개구단(8)로부터 바닥(92)까지 2축방향성을 갖는다. 또한 비록 금속뚜껑(14)의 주위단(14a)과 개구단(8)이 제5도에 보인 상태의 캔으로 캔 몸체(9)를 형성하기 위하여 제6도에 보인 상태로 시이밍될지라도 개구단(8)은 이때 발생하는 응력에 충분히 견디며 주위단(14a)와 밀착하여 균열없이 충분히 밀폐된다.
캔 몸체(9)의 2축방향성을 갖는 단층부분에서 시이밍이 이루어지기 때문에 시이밍될 때 발생하는 응력이 캔 몸체(9)의 3층 부분까지 전파되지 않는다. 또한 내층(9b)과 외층(9a) 및 중간층은 층 사이의 분리가 없이 밀착되어 있다.
앞에서 기술한 실시예와 달리, 제7도에서 보인 바와 같이 중간층(2)의 전단(2a)이 개구단(8)의 기단 근방에 위치하고, 그것은 중간층(2)의 전단(2a)이 시이밍부분 아래에 위치하게 한다. 이 경우에 있어서, 성형조건에 따라서 전단(2a)이 평탄해지지 않을 수도 있지만, 그 부분은 개구단 부분까지 연장되지 않을 것이다.

Claims (3)

  1. 압출 또는 사출성형에 의하여 폴리에틸렌 테레프탈레트등과 같은 열가소성 수지로 형성된 바닥을 갖는 패리손을 성형하는, 상기 패리손을 사전에 마련된 스트레칭봉과 블로우 성형에 의하여 몸체의 상부단에서 몸체보다 외측으로 연장하여 형성된 연장부분을 연속적으로 갖고 2방향성을 갖고 병형태인 중간부재로 형성하고, 상기 연장부분의 하부측에서 상기 중간부재를 절단하여 형성하고 연장부분의 하부측에서 시이밍할 수 있고, 몸체의 바닥이 일체로된 다층 합성수지 캔에 있어서, 몸체와 바닥이 상기 개구단의 아래에 위치한 전단을 갖는 중간층에 의하여 형성되는 최소한 3층 구조를 갖고, 상기 개구단은 내층과 외층을 형성하는 수지만으로 구성된 것을 특징으로 하는 다층 합성수지 캔.
  2. 동심원의 형태로 배치된 최소한 두 개의 수지통로가 배치된 2중 노즐을 사용하여 중간층의 전단이 목부분아래에 위치한 최소한 3층의 바닥을 갖는 패리손을 형성하고, 다층의 바닥을 갖는 패리손을 몸체와 바닥이 최소한 3층이고 상기 몸체보다 더 팽창된 연장부분 상부의 부분은 단층인 병형태의 중간부재로 스트레치 블로우 성형하고, 상기 중간부재의 연장부분 하부측에서 상기 중간부재를 절단하여 상기 하부측에 의한 개구단이 단층이고 몸체와 바닥이 최소한 3층 구조인 캔 몸체를 얻는 다층 합성수지제 캔 몸체 제작방법.
  3. 제1항과 제2항에 있어서, 상기 중간층이 가스차단성 또는 내열성이 우수한 열가소성 수지 또는 열가소성 수지와 혼합된 무기물질로 구성된 것을 특징으로 하는 캔 몸체 및 그 제조방법.
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