WO2012057491A2 - 발포 성형 방법 및 장치 - Google Patents

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WO2012057491A2
WO2012057491A2 PCT/KR2011/007965 KR2011007965W WO2012057491A2 WO 2012057491 A2 WO2012057491 A2 WO 2012057491A2 KR 2011007965 W KR2011007965 W KR 2011007965W WO 2012057491 A2 WO2012057491 A2 WO 2012057491A2
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강명호
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주식회사 나다이노베이션
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    • B29C44/60—Measuring, controlling or regulating

Definitions

  • the present invention relates to a foam molding method and apparatus using a porous member. More specifically, the present invention relates to a foam molding method and apparatus capable of uniformly mixing a molten resin and a blowing agent and preventing partial foaming from occurring in a mixed molten mixture before molding.
  • Foam molding is a method of producing a product by generating bubbles during the injection molding or extrusion molding process and uniformly dispersing them in the polymer resin. Since the foamed part occupies a large part of the volume, the material cost can be greatly reduced, the weight can be reduced, and the thermal insulation or elastic force due to the bubble can be obtained.
  • a physical blowing agent or a chemical blowing agent is used.
  • chemical blowing agents low molecular weight organic compounds which decompose at critical temperatures and release gases such as nitrogen, carbon dioxide or carbon monoxide are used.
  • gases such as carbon dioxide and nitrogen are used.
  • Conventional methods of foam injection using a physical blowing agent inject a physical blowing agent into the molten polymer stream, disperse the blowing agent in the polymer to form a mixture, and then inject and solidify into the desired mold to form.
  • the injection molding is injected by pre-mixing the resin, the blowing agent, and other additives, or by injecting the blowing agent in the appropriate position of the barrel (melting barrel) and uniformly dispersed in the polymer resin under high pressure.
  • the mixture of the polymer resin and the blowing agent injected in this way is injected into the cavity, which is the molding space in the mold, and then foamed as the generated gas expands.
  • a foaming technique using a physical blowing agent can use harmless gases such as carbon dioxide and nitrogen, can evenly distribute bubbles throughout the molding, and can reduce the size of the bubbles.
  • Foam injection molding using a gas blowing agent supplies a gas blowing agent to the molten polymer resin, mixes it, and rotates a screw in the barrel to push the polymer resin-gas mixture to generate a pressure difference, thereby causing pressure inside the polymer resin-gas mixture. Foaming is done by the car.
  • US Pat. No. 7,198,748 discloses an injection molding apparatus for mixing a molten resin and a gas blowing agent in a barrel.
  • the injection molding apparatus disclosed in the patent includes a screw installed in a cylinder and provided with a permeable section on an outer circumferential surface, a blowing agent feed device for supplying a blowing agent, and a cutting element connected to an end of the screw. ) And a mixing element.
  • This injection molding apparatus supplies a blowing agent to the permeable part provided on the outer circumferential surface of the screw through a bore formed in the screw.
  • the blowing agent supplied to the permeable part is injected into the molten resin inside the cylinder and mixed with the molten resin inside the cylinder.
  • the mixture of molten resin-foaming agent is mixed while passing through the cutting member and the mixing member and injected into the mold.
  • the permeable part is made of a porous material and functions as a nozzle for uniformly supplying the blowing agent to the molten resin in a large area.
  • the above-described conventional injection molding apparatus has a process of stabilizing the state of the molten mixture by mixing a molten resin, which is a fluid of high viscosity, and a gas blowing agent of a low viscosity, and then maintaining it for a predetermined time while satisfying conditions such as pressure and temperature. need.
  • a molten resin which is a fluid of high viscosity
  • a gas blowing agent of a low viscosity a low viscosity
  • the pressure required to fill the partially foamed molten mixture into the cavity is higher than the pressure required to fill the partially foamed molten mixture, so that when the molten resin is filled at a high pressure, the excess molten resin is filled.
  • the foaming ratio becomes low.
  • the partially foamed molten resin is difficult to maintain a continuously stable production process because of the uneven foaming state. For the same reason, the defect rate of the conventional foam molding apparatus is known to be about 30%.
  • the present invention is to solve the problems of the conventional foam molding technology as described above.
  • the present invention provides a foaming molding method and apparatus which can prevent the molten state mixture of the molten resin and the foaming agent from partially foaming before molding, so that the surface of the molded product is beautiful and the strength of the molded article can be prevented from being reduced due to uneven foaming.
  • the present invention provides a method and apparatus for mixing the molten resin and the blowing agent instantaneously and uniformly before molding, omitting the step of stabilizing the mixture after mixing the molten resin and the blowing agent for a certain time, it is possible to foam at high magnification It is an object to provide a foam molding method and apparatus.
  • a foam molding apparatus includes a porous member having a nozzle, pores of an open cell structure provided upstream of the nozzle, and a molten resin supply for supplying a molten resin to the porous member. And a blowing agent supply unit for supplying a blowing agent to the porous member, wherein the molten resin supplying unit and the blowing agent supplying unit simultaneously supply a molten resin and a blowing agent to the porous member so that the molten resin and the blowing agent provide a porous member. At the same time it is characterized in that it is mixed while flowing.
  • the porous member may be installed inside the nozzle for discharging the molten resin in which the blowing agent is mixed, or may be installed in front of the upstream side of the nozzle for discharging the molten resin in which the blowing agent is mixed.
  • the molten resin and the blowing agent in the fluid state are mixed while passing through the open cell of the porous member at the same time.
  • the molten resin and the blowing agent flow through the fine pores of the porous member in a turbulent state and are contacted over a large area to form a uniform mixture.
  • the molten mixture, which has been mixed in the porous member is immediately discharged through the nozzle, so that defects due to partial foaming in the process of stabilizing the molten resin and the blowing agent in the chamber and then stabilizing the mixture can be prevented.
  • the foam molding apparatus according to the present invention can be used for the production of foam injection molded articles or the production of foam extrusion molded articles.
  • the molten resin supply unit supplies the molten resin to the upstream side end face of the flow of the porous member, the foaming agent supply
  • the unit is preferably adapted to supply a blowing agent to the outer peripheral surface of the upstream end of the flow of the porous member.
  • the blowing agent supply unit is more preferably configured to supply the blowing agent at a plurality of positions at regular intervals along the outer circumference of the cylindrical porous member.
  • the molten resin supply unit supplies molten resin to an upstream side end face of the flow of the porous member
  • the blowing agent supply unit supplies the foaming agent to the porous material for more uniform mixing. It may also be supplied to the upstream side end face of the flow of the member.
  • a foam molding method is provided.
  • the foam molding method according to the present invention is a foam molding method in which a molten resin and a foaming agent are mixed, and a molten resin mixed with a foaming agent is discharged and molded through a nozzle. It is characterized in that the blowing agent is simultaneously passed through the porous member having pores of the open cell structure and mixed.
  • the foam molding apparatus according to the present invention allows the molten resin and the foaming agent to pass through the pores of the open cell structure provided inside the porous member at high speed to be quickly mixed and discharged from the molding apparatus to the outside. It is possible to produce a foamed molded article having good condition and excellent strength.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a foam molding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a block diagram showing a part of the configuration of the foam molding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the foam molding apparatus of the present invention may be a foam extrusion apparatus or a foam injection apparatus.
  • the extruder and the injection molding machine are generally classified by the shape of the nozzle and whether or not the mold is connected to the nozzle. Therefore, the foam injection apparatus will be described in the following examples for convenience.
  • the foam molding apparatus has a molten resin in the nozzle 22, the porous member 40 provided upstream of the nozzle 22, and the porous member 40. It includes a molten resin supply unit for supplying a blowing agent, and a blowing agent supply unit for supplying a blowing agent to the porous member.
  • the molten resin supply unit includes a barrel 20 that accommodates the molten resin R, and a screw 30 that is installed inside the barrel 20 for injecting the molten resin R.
  • the porous member 40 is provided in the nozzle 22 of the barrel 20.
  • the blowing agent supply unit 50 is connected to the porous member 40 to supply the blowing agent E through the blowing agent supply pipe 51.
  • the controller 60 controls the valves 24, 52, 53, the screw drive 35, and the like.
  • the barrel 20 includes a melting chamber 21 for accommodating the molten resin R, and at one end, a nozzle 22 for injecting the molten resin R of the melting chamber 21 into the mold 10 is provided. It is installed.
  • the barrel 20 is combined with a hopper 23 for supplying a solid resin.
  • the solid resin introduced into the melting chamber 21 through the hopper 23 is melted in the melting chamber 21, and the molten resin R is pumped toward the nozzle 22 while being stirred by the screw 30.
  • the barrel 20 is provided with a heater that provides heat for melting the solid resin.
  • An end of the nozzle 22 is connected to the mold 10, and an opening and closing valve 24 for opening and closing a passage connecting the mold 10 and the barrel 20 may be installed at the end of the nozzle 22.
  • the opening / closing valve 24 is controlled by the controller 60 and controls the operation of supplying the mixture of the molten resin R and the blowing agent E to the mold 10.
  • the screw 30 is rotatably installed in the melting chamber 21 and serves to feed the molten resin R toward the nozzle 22 while stirring.
  • the screw 30 rotates by receiving a driving force from the screw driving device 35.
  • the screw drive 35 is controlled by the controller 60.
  • the porous member 40 functions as a mixer for uniformly mixing the molten resin (R) and the blowing agent (E) and is integrally installed on the nozzle 22 or installed on the front surface thereof.
  • the porous member 40 has pores of an open cell structure with a low flow resistance of the fluid so that the fluid can flow smoothly therein.
  • the shape or size of the pores formed in the porous member 40 is not particularly limited, but a pore size sufficient for the molten resin and the blowing agent to pass through and a length of a length sufficient for the molten resin and the blowing agent to be uniformly mixed when the porous member passes through the porous member 40. It is preferable that the structure is enough to secure.
  • the material of the porous member 40 is not particularly limited, but considering the high pressure and temperature inside the molding apparatus, a ceramic or metal material, which is excellent in heat resistance, wear resistance and durability, and has high mechanical strength, is preferable.
  • the porous metal may be manufactured by copper, stainless steel, aluminum, nickel, FeCrAl alloy, or the like by sintering, compression molding, gas injection, or the like.
  • the porous member 40 is fitted to fit inside the nozzle, but is not limited thereto. Any position may be installed at the front of the nozzle to mix the molten resin and the blowing agent.
  • the blowing agent is not particularly limited, and any known physical or chemical blowing agent can be used, but for the aforementioned reasons, physical blowing agents such as nitrogen, carbon dioxide, supercritical fluid, water and the like are more preferable.
  • the blowing agent supply unit 50 is for supplying a blowing agent (E) to the porous member 40, and stores the blowing agent (E) and supplies the blowing agent (E) to the porous member 40 at high pressure.
  • the blowing agent supply pipe 51 extending from the blowing agent supply unit 50 may be connected to an inlet 41, a central portion, or a peripheral portion of the porous member 40 into which the molten resin R enters.
  • the blowing agent may be supplied to the porous member 40 through an end of a shower head which is well dispersed.
  • the blowing agent supply pipe 51 has a blowing agent injection control valve 52 for controlling the supply operation of the blowing agent E and a check valve 53 for preventing the blowing agent E supplied to the porous member 40 from flowing back. Can be installed.
  • the controller 60 controls the opening / closing valve 24, the screw drive 35, the blowing agent supply device 50 and the blowing agent injection control valve 52 to supply and melt the mixture.
  • the overall operation of the apparatus such as the feeding of the resin R and the supply of the blowing agent E, is controlled.
  • the solid resin is introduced into the melting chamber 21 through the hopper 23 and the screw 30 is operated while applying heat to melt the solid resin and pressurize the molten resin R toward the nozzle 22 while stirring. do.
  • the blowing agent injection control valve 52 is opened and the blowing agent E is blown from the blowing agent supply device 50. Supplies).
  • the blowing agent E supplied to the nozzle 22 is mixed with the molten resin R while flowing into the pores of the open cell structure inside the porous member 40.
  • the molten resin (R) and the blowing agent (E), which are pumped to the porous member 40, are uniformly mixed while passing through the pores of the open cell structure inside the porous member 40 in a turbulent form at high speed.
  • the opening / closing valve 24 is opened to secure a passage through which the mixture of the molten resin (R) and the blowing agent (E) can flow. do.
  • the mixture that has passed through the porous member 40 is advanced toward the mold 10 by the force of the operation of the screw 30 and is injected into the cavity 11 through the injection hole 14 of the mold 10.
  • the closing valve 24 is closed to prevent the mixture injected into the cavity 11 from leaking.
  • the mixture injected into the cavity 11 is foamed due to the pressure difference so that a foamed injection molded product is produced with a smooth solid skin on the outside and a high foaming ratio on the inside (eg, 50% or more).
  • the foam injection molding apparatus allows the molten resin (R) and the blowing agent (E) to pass through the pores of the open cell structure provided in the porous member 40 at high speed to quickly mix them. Simultaneously, by injecting into the cavity 11 of the mold 10, a foamed injection molded product of uniform quality can be produced at a low failure rate.

Landscapes

  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 다공질 부재를 이용한 발포 성형 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 용융 수지와 발포제를 균일하게 혼합하고, 성형하기 전에 혼합된 용융상태 혼합물에서 부분적으로 발포가 일어나는 것을 방지할 수 있는 발포 성형 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따른 발포 성형장치는, 노즐과, 상기 노즐의 상류 측에 설치된 오픈 셀(open cell) 구조의 기공을 갖는 다공질 부재와, 상기 다공질 부재에 용융 수지를 공급하기 위한 용융 수지 공급유닛과, 상기 다공질 부재에 발포제를 공급하기 위한 발포제 공급유닛을 포함하고, 상기 용융 수지 공급유닛과 상기 발포제 공급유닛은 동시에 용융 수지와 발포제를 다공질 부재에 공급하여, 용융 수지와 발포제가 다공질 부재를 동시에 흘러서 통과하면서 혼합되도록 하는 것을 특징으로 한다. 상기 다공질 부재는 발포제가 혼합된 용융상태 수지를 배출하기 위한 노즐의 내부에 설치하거나, 발포제가 혼합된 용융상태 수지를 배출하기 위한 노즐의 상류 측 전방에 설치할 수 있다.

Description

발포 성형 방법 및 장치
본 발명은 다공질 부재를 이용한 발포 성형 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 용융 수지와 발포제를 균일하게 혼합하고, 성형하기 전에 혼합된 용융상태 혼합물에서 부분적으로 발포가 일어나는 것을 방지할 수 있는 발포 성형 방법 및 장치에 관한 것이다.
발포 성형은 사출성형 또는 압출성형 공정 중에 기포를 생성시키고 이를 고분자 수지 내에 균일하게 분산시켜 제품을 제조하는 방법이다. 발포 성형물은 부피의 많은 부분을 기포가 차지하므로, 재료비를 대폭 절감할 수 있고, 무게를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 기포로 인한 단열성이나 탄성력을 얻을 수 있는 장점이 있다.
발포 성형에는 물리적 발포제나 화학적 발포제가 사용된다. 화학적 발포제로는 임계온도에서 분해되고, 질소, 이산화탄소, 또는 일산화탄소와 같은 기체를 방출하는 저분자량의 유기화합물이 사용된다. 물리적 발포제로는 이산화탄소, 질소와 같은 기체를 사용한다. 종래의 물리적 발포제를 사용하여 발포 사출하는 방법은, 용융된 폴리머 스트림에 물리적 발포제를 주입하고, 발포제를 폴리머에 분산시켜서 혼합물을 형성한 후에 목적하는 주형에 사출하고 응고시켜서 성형한다.
일반적으로 발포 사출성형은 수지와 발포제, 기타 첨가제를 미리 배합하여 사출하거나, 수지를 용융하는 배럴(BARREL)의 적당한 위치에 발포제를 주입하고 고압 하에서 고분자 수지 내에 균일하게 분산시킨 후 사출한다. 이렇게 사출되는 고분자 수지와 발포제의 혼합물은 금형 내의 성형 공간인 캐비티로 주입된 후 생성된 가스가 팽창하면서 발포가 이루어진다.
발포 사출성형 중에서 물리적 발포제를 사용하는 발포 기술은 이산화탄소나 질소 등 무해 가스를 사용할 수 있고, 기포를 성형물 전체에 고르게 분포시킬 수 있으며, 기포의 크기를 작게 할 수 있는 장점이 있다. 가스 발포제를 이용하는 발포 사출성형은 용융 고분자 수지에 가스 발포제를 공급하여 혼합하고, 배럴 내부의 스크류를 회전시켜 고분자 수지-가스 혼합물을 밀어내면서 압력차를 발생시켜서, 고분자수지-가스 혼합물의 내부에서 압력차에 의해 발포가 하는 것이다. 물리적 발포제를 이용하는 사출성형에 있어서 용융된 고분자 수지와 가스 발포제를 균일하게 혼합하는 것과, 동시에 성형 전에 부분적으로 발포가 일어나지 않도록 균일하게 혼합된 상태를 유지하는 것이 중요하다.
가스 발포제를 이용하는 발포 기술의 일예로 미국특허 US7,198,748호에 배럴 내에서 용융 수지와 가스 발포제를 혼합하는 사출성형 장치가 개시되어 있다. 상기 특허에 개시된 사출성형 장치는, 실린더 내에 설치되고 외주면에 투과성부(Permeable section)가 마련된 스크류, 발포제를 공급하기 위한 발포제공급장치(Blowing agent feed device), 스크류의 끝단에 연결된 절단부재(Shearing element) 및 혼합부재(Mixing element)를 포함한다. 이러한 사출성형 장치는 스크류 내부에 형성된 보어(Bore)를 통해 발포제를 스크류의 외주면에 설치된 투과성부로 공급한다. 투과성부로 공급된 발포제는 실린더 내부의 용융 수지로 주입되어 실린더 내부에서 용융 수지와 혼합된다. 용융 수지-발포제의 혼합물을 절단부재 및 혼합부재를 통과시키면서 혼합하여 금형에 주입한다. 투과성부는 다공질 재질로 되어 있고, 발포제를 용융 수지에 넓은 면적에서 균일하게 공급하는 노즐 기능을 한다.
그러나, 상술한 종래 사출성형 장치는 고점도의 유체인 용융 수지와 저점도의 가스 발포제를 혼합한 후 압력 및 온도 등의 조건을 만족시킨 상태로 일정한 시간 체류시켜서 용융상태 혼합물의 상태를 안정화시키는 과정이 필요하다. 그런데, 용융상태 혼합물을 외부로 배출하기 전에 일정 시간 동안 체류시키면 일정 압력을 유지하더라도 계면에서 발생하는 압력 차이에 의한 압력 손실이 유발되어 발포제의 일부가 조기 발포되는 것을 방지할 수 없어서, 부분적으로 발포된 상태의 용융 상태 혼합물 형성된다. 이를 압출 또는 사출하여 금형의 캐비티에 충전하면, 성형물의 외면이 발포되어 성형물의 표면이 거칠어지고, 성형물의 강도가 떨어지게 된다.
특히, 부분적으로 발포된 용융상태 혼합물을 사출하는 경우 사출과정에서 이미 발포된 가스의 일부가 외부로 누출되어 균일한 발포 배율을 갖는 성형품을 제조하기가 어렵다. 또한, 부분적으로 발포된 용융상태 혼합물을 캐비티에 충전하는데 필요한 압력이 부분적으로 발포되지 않은 용융상태 혼합물 충전할 때 필요한 압력보다 높아지게 되어, 높은 압력으로 용융 수지를 충전하게 되면 과량의 용융 수지가 충전되므로 발포 배율이 낮아 지게 된다. 또한, 부분적으로 발포된 용융 수지는 발포 상태가 불균일하기 때문에 연속적으로 안정적인 생산 공정을 유지하기 어렵다. 상기와 같은 이유로 종래의 발포 성형장치의 경우 불량률이 30% 내외로 알려져 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 발포 성형 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 용융 수지와 발포제의 용융상태 혼합물이 성형 전에 부분적으로 발포되는 것을 방지하여, 성형물의 표면이 미려하고, 불균일 발포에 의한 성형품의 강도 저하를 방지할 수 있는 발포 성형 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 용융 수지와 발포제를 성형 전에 순간적으로 균일하게 혼합하는 방법 및 장치를 제공하여, 용융 수지와 발포제를 혼합한 후 일정 시간 체류시켜 안정화시키는 공정을 생략하여, 고배율로 발포할 수 있는 발포 성형 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 발포 성형장치는, 노즐과, 상기 노즐의 상류 측에 설치된 오픈 셀(open cell) 구조의 기공을 갖는 다공질 부재와, 상기 다공질 부재에 용융 수지를 공급하기 위한 용융 수지 공급유닛과, 상기 다공질 부재에 발포제를 공급하기 위한 발포제 공급유닛을 포함하고, 상기 용융 수지 공급유닛과 상기 발포제 공급유닛은 동시에 용융 수지와 발포제를 다공질 부재에 공급하여, 용융 수지와 발포제가 다공질 부재를 동시에 흘러서 통과하면서 혼합되도록 하는 것을 특징으로 한다. 상기 다공질 부재는 발포제가 혼합된 용융상태 수지를 배출하기 위한 노즐의 내부에 설치하거나, 발포제가 혼합된 용융상태 수지를 배출하기 위한 노즐의 상류 측 전방에 설치할 수 있다.
본 발명에 따른 발포 성형장치는, 유체 상태의 용융수지와 발포제가 동시에 다공질 부재의 오픈 셀을 통과하면서 혼합되도록 되어 있다. 용융수지와 발포제는 다공질 부재의 미세한 기공을 난류(TURBULANCE) 상태로 흘러서 통과하면서 넓은 면적에서 접촉하여 균일한 혼합물이 형성된다. 또한, 다공질 부재에서 혼합이 완료된 용융상태 혼합물은 노즐을 통하여 즉시 배출되도록 하여, 용융 수지와 발포제를 챔버 내에서 혼합한 후 일정시간 체류시켜 안정화시키는 공정에서 생기는 부분 발포에 의한 결함을 방지할 수 있다. 본 발명에 따른 발포 성형장치는 발포 사출성형품 제조 또는 발포 압출 성형품 제조에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 발포 성형장치는 용융수지와 발포제의 혼합을 간편하고 효율적으로 하기 위해, 상기 용융 수지 공급유닛은 용융 수지를 상기 다공질 부재의 유동의 상류 측 단부면으로 공급하고, 상기 발포제 공급유닛은 발포제를 상기 다공질 부재의 유동의 상류 측 단부의 외주면에 공급하도록 하는 것이 바람직하다. 발포제 공급유닛은 실린더 형상의 다공질 부재의 외주면 둘레를 따라서 일정한 간격으로 복수의 위치에서 발포제를 공급하도록 구성하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 발포 성형장치는, 보다 균일한 혼합을 위하여, 상기 용융 수지 공급유닛은 용융 수지를 상기 다공질 부재의 유동의 상류 측 단부면으로 공급하고, 상기 발포제 공급유닛은 발포제를 상기 다공질 부재의 유동의 상류 측 단부면에 공급하도록 할 수도 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라서 발포 성형 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 발포 성형 방법은, 용융 수지와 발포제를 혼합하고, 발포제가 혼합된 용융상태 수지를 노즐을 통하여 배출하여 성형하는 발포 성형 방법에 있어서, 상기 용융 수지와 발포제의 혼합은, 용융 수지와 발포제를 오픈 셀(open cell) 구조의 기공을 갖는 다공질 부재로 동시에 통과시켜서 혼합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 발포 성형 장치는 용융 수지와 발포제를 다공질 부재의 내부에 마련되는 오픈 셀 구조의 기공으로 고속으로 통과시켜 신속하게 혼합시킴과 동시에 성형장치로부터 외부로 배출시킬 수 있어, 종래에 비해 표면 상태가 좋고, 강도가 우수한 발포성형물을 제조할 수 있다.
또한, 종래 발포 성형장치와 달리 용융 수지와 발포제를 혼합한 후 일정 시간 체류시켜 안정화시키는 공정을 생략할 수 있어 생산성을 높일 수 있고 기존의 일반 성형장치인 압출성형기 또는 사출성형기를 간단한 개조를 통해 발포 성형장치로 사용할 수 있어 경제적이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 발포 성형 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 발포 성형 장치의 일부 구성을 나타낸 블록도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 의한 발포 성형 장치 및 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 발포 성형장치는 발포 압출장치 또는 발포 사출장치일 수 있다. 통상, 압출기와 사출기는 노즐의 형태와 노즐에 금형이 연결되어 있는지 여부에 의해 구분되어 지는 것이 일반적이며, 따라서 이하의 실시예에서는 편의를 위해 발포 사출장치에 대해 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 의한 발포 성형 장치는 노즐(22)과, 노즐(22)의 상류 측에 설치된 다공질 부재(40)와, 다공질 부재(40)에 용융 수지를 공급하기 위한 용융 수지 공급유닛과, 상기 다공질 부재에 발포제를 공급하기 위한 발포제 공급유닛을 포함한다. 용융 수지 공급유닛은, 용융 수지(R)를 수용하는 배럴(20), 용융 수지(R)를 사출하기 위해 배럴(20) 내부에 설치되는 스크류(30)를 포함한다. 다공질 부재(40)는 배럴(20)의 노즐(22)에 설치되어 있다. 발포제 공급유닛(50)은 발포제 공급관(51)를 통하여 발포제(E)를 공급할 수 있도록 다공질 부재(40)에 연결되어 있다. 제어장치(60)는 밸브들(24, 52, 53)과 스크류 구동장치(35) 등을 제어한다.
배럴(20)은 용융 수지(R)를 수용하기 위한 용융실(21)을 구비하고, 일단에 용융실(21)의 용융 수지(R)를 금형(10)에 주입하기 위한 노즐(22)이 설치되어 있다. 배럴(20)에는 고체 수지를 공급하기 위한 호퍼(23)가 결합된다. 호퍼(23)를 통해 용융실(21)에 투입되는 고체 수지는 용융실(21)에서 용융되며, 용융 수지(R)는 스크류(30)에 의해 교반되면서 노즐(22) 쪽으로 압송된다. 도시되지는 않았으나, 배럴(20)에는 고체 수지를 용융시키기 위한 열을 제공하는 히터가 설치된다.
노즐(22)의 끝단은 금형(10)과 연결되며, 노즐(22)의 끝단에는 금형(10)과 배럴(20)를 연결하는 통로를 개폐하기 위한 개폐 밸브(24)가 설치될 수 있다. 개폐 밸브(24)는 제어장치(60)에 의해 제어되며, 용융 수지(R)와 발포제(E)의 혼합물을 금형(10)으로 공급하는 동작을 제어한다.
스크류(30)는 용융실(21)에 회전 가능하게 설치되며, 용융 수지(R)를 교반하면서 노즐(22) 쪽으로 압송하는 역할을 수행한다. 스크류(30)는 스크류 구동장치(35)로부터 구동력을 제공받아 회전한다. 스크류 구동장치(35)는 제어장치(60)에 의해 제어된다.
상기 다공질 부재(40)는 용융 수지(R)와 발포제(E)를 균일하게 혼합하기 위한 혼합기의 기능을 하는 것으로 노즐(22)에 일체형으로 설치되거나 그 전면부에 설치된다. 상기 다공질 부재(40)는 그 내부로 유체가 원활하게 유동할 수 있도록 유체의 유동 저항이 작은 오픈 셀(Open cell) 구조의 기공(Pore)을 갖는다. 상기 다공질 부재(40)에 형성된 공극의 형태나 크기는 특별히 제한되는 것은 아니나, 용융수지와 발포제가 통과하기에 충분한 공극 크기와 용융 수지와 발포제가 다공질 부재 통과시 균일하게 혼합되기에 충분한 길이의 유로를 확보할 수 있을 정도의 구조인 것이 바람직하다. 또한, 상기 다공질 부재(40)의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니나, 성형장치 내부의 높은 압력과 온도를 고려하면 내열성, 내마모성 및 내구성이 우수하고 기계적 강도가 높은 소재인 세라믹 또는 금속재질이 바람직하다. 다공질 금속은 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, FeCrAl 합금 등을 이용하여 소결 성형(Sintering), 압축 성형, 가스 주입(Gas injection) 등의 방법으로 제조할 수 있다. 본 실시예에서 다공질 부재(40)가 노즐의 내부에 억지끼워 맞춤되어 설치되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 노즐의 전방에 설치되어 용융수지와 발포제를 혼합할 수 있는 위치면 어느 위치라도 무방하다.
본 발명에 있어서, 상기 발포제는 특별히 제한되는 것은 아니고 공지의 물리적 또는 화학적 발포제 모두 사용가능하나, 전술한 이유로 물리적 발포제, 예를 들면 질소, 이산화탄소, 초임계 유체, 물 등이 보다 바람직하다.
발포제 공급유닛(50)은 발포제(blowing agent, E)를 다공질 부재(40)에 공급하기 위한 것으로, 발포제(E)를 저장하고 발포제(E)를 고압으로 다공질 부재(40)로 공급한다. 상기 발포제 공급유닛(50)에서 연장된 발포제 공급관(51)은 용융 수지(R)가 진입하는 다공질 부재(40)의 입구(41), 중앙부 또는 주변부 쪽에 연결될 수 있다. 상기 발포제 공급관(51)이 다공질부재(40)의 상류 측 입구(41)쪽에 위치하는 경우에는 분산이 잘되는 구조인 샤워헤드(shower head) 형태의 말단을 통해 다공질 부재(40)에 발포제를 공급할 수 있고, 발포제(E)는 다공질 부재(40)의 입구(41) 쪽에서 용융 수지(R)와 혼합되기 시작하여 용융 수지(R)와 함께 다공질 부재(40)의 출구(42) 쪽으로 유동하면서 충분히 혼합된다. 발포제 공급관(51)에는 발포제(E)의 공급 동작을 제어하기 위한 발포제 주입제어 밸브(52)와 다공질 부재(40)로 공급된 발포제(E)가 역류하는 것을 방지하기 위한 체크 밸브(53)가 설치될 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 제어장치(60)는 개폐 밸브(24), 스크류 구동장치(35), 발포제 공급장치(50) 및 발포제 주입제어 밸브(52)를 제어함으로써, 혼합물의 공급, 용융 수지(R)의 압송, 발포제(E)의 공급 등 장치의 전반적인 동작을 제어한다.
이하, 본 발명의 일실시예에 의한 발포성형 장치의 한 예인 발포 사출장치를 이용한 발포 사출성형 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 고체 수지를 호퍼(23)를 통해 용융실(21)에 투입하고 열을 가하면서 스크류(30)를 작동시켜, 고체 수지를 용융하고 용융 수지(R)를 교반하면서 노즐(22) 쪽으로 압송한다. 압송되는 용융 수지(R)가 다공질 부재(40) 내부의 오픈 셀 구조의 기공을 통과할 때, 발포제 주입제어 밸브(52)를 개방하고 발포제 공급장치(50)로부터 발포제(E)를 노즐(22)에 공급한다.
노즐(22)로 공급되는 발포제(E)는 다공질 부재(40) 내부의 오픈 셀 구조의 기공으로 유동하면서 용융 수지(R)와 혼합된다. 다공질 부재(40)로 압송되는 용융 수지(R)와 발포제(E)는 난류 형태로 다공질 부재(40) 내부의 오픈 셀 구조의 기공을 고속으로 통과하면서 균일하게 혼합된다.
이렇게 용융 수지(R)와 발포제(E)가 다공질 부재(40)를 통과하면서 혼합되면 개폐 밸브(24)를 개방하여 용융 수지(R)와 발포제(E)의 혼합물이 유동할 수 있는 통로를 확보한다. 다공질 부재(40)를 통과한 혼합물은 스크류(30)의 작동에 의한 압송력으로 금형(10) 쪽으로 전진하여 금형(10)의 주입구(14)를 통해 캐비티(11)로 사출된다. 캐비티(11) 내로 일정량의 혼합물이 주입되면 개폐 밸브(24)를 닫아 캐비티(11)로 주입된 혼합물이 누출되지 못하게 막는다. 캐비티(11) 내로 주입된 혼합물은 압력차이로 인해 발포되어 외면은 매끈한 솔리드 스킨(Solid skin) 상태이고 내부는 발포 배율이 높은(예컨대, 50% 이상) 발포 사출물이 만들어진다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 발포 사출성형 장치는 용융 수지(R)와 발포제(E)를 다공질 부재(40) 내부에 마련되는 오픈 셀 구조의 기공으로 고속으로 통과시켜 신속하게 혼합시킴과 동시에 금형(10)의 캐비티(11)에 주입함으로써, 균일한 품질의 발포 사출물을 낮은 불량률로 제조할 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (6)

  1. 노즐과,
    상기 노즐의 상류 측에 설치된 오픈 셀(open cell) 구조의 기공을 갖는 다공질 부재와,
    상기 다공질 부재에 용융 수지를 공급하기 위한 용융 수지 공급유닛과,
    상기 다공질 부재에 발포제를 공급하기 위한 발포제 공급유닛을 포함하고,
    상기 용융 수지 공급유닛과 상기 발포제 공급유닛은 동시에 용융 수지와 발포제를 다공질 부재에 공급하여, 용융 수지와 발포제가 다공질 부재를 동시에 흘러서 통과하면서 혼합되도록 하는 것을 특징으로 하는 발포 성형장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용융 수지 공급유닛은, 용융 수지를 상기 다공질 부재의 유동의 상류 측 단부면으로 공급하고,
    상기 발포제 공급유닛은, 발포제를 상기 다공질 부재의 유동의 상류 측 단부의 외주면에 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 발포 성형장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용융 수지 공급유닛은, 용융 수지를 상기 다공질 부재의 유동의 상류 측 단부면으로 공급하고,
    상기 발포제 공급유닛은, 발포제를 상기 다공질 부재의 유동의 상류 측 단부면에 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 발포 성형장치.
  4. 용융 수지와 발포제를 혼합하고, 발포제가 혼합된 용융상태 수지를 노즐을 통하여 배출하여 성형하는 발포 성형 방법에 있어서,
    상기 용융 수지와 발포제의 혼합은, 용융 수지와 발포제를 오픈 셀(open cell) 구조의 기공을 갖는 다공질 부재로 동시에 통과시켜서 흐르도록 하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 발포 성형 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다공질 부재는, 발포제가 혼합된 용융상태 수지를 배출하기 위한 노즐의 내부에 설치된 것을 특징으로 하는 발포 성형 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 다공질 부재는, 발포제가 혼합된 용융상태 수지를 배출하기 위한 노즐의 상류 측 전방에 설치된 것을 특징으로 하는 발포 성형 방법.
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