KR100200026B1 - 프레스성형용 금형 및 그를 이용한 열가소성 수지의 프레스성형방법 - Google Patents

Abstract

프레스 성형은 상반부 혹은 하반부에 구비된 용융 수지통로를 열고 닫는 상기 반부의 금형 캐비티 측면 10 ~ 100

Description

[발명의 명칭]

프레스성형용 금형 및 그를 이용한 열가소성 수지의 프레스성형방법

[발명의 분야]

본 발명은 열가소성수지의 프레스성형에 적합한 금형 및 그 금형을 이용한 프레스 성형방법에 관한 것이다.

[종래기술]

많은 가소성 성형품이 경제성, 자유로운 조형성 및 경량성의 견지에서 자동차와 가전제품 분야와 같은 여러분야에 광범위하게 사용되고 있다.

그러한 성형품의 제조방법으로서 프레스성형방법 혹은 사출성형방법이 알려져 있다. 프레스성형방법은 성형품을 사출성형방법의 성형품 보다 낮은 압력하에서 성형할 수 있어 작은 성형변형을 갖는 성형품을 제조할 수 있으므로 작은 휨(warpage)과 변형을 갖는 성형품이 작은 형체력(型締力)을 갖는 성형기를 사용하여 싼 비용으로 유리하게 제조될 수 있다. 아울러, 프레스성형방법은 성형압력이 더 작기 때문에 다양한 재료가 성형품의 표면상에 접층될때 표피재료가 손상될 가능성이 없는 점에서도 유리하다.

예를 들어, 용융상태의 열가소성 수지가 금형체에 갖춰진 용융수지 통로를 통해 공급되고 그 수지가 프레스되는 열가소성 수지의 프레스 성형방법이 일본국 특허 공개 번호 제 22917/1986 호(미합중국 특허출원번호 제 07/793,329 호에 대응) 공보에 기재되어 있다. 그러나, 상기 방법에 사용된 금형은, 상기 공보에 기재된 바와 같이, 그를 통해 수지가 금형의 내측으로 들어가는 선단부가 금형의 캐비티 측면과 같은 높이인 노즐을 갖는다(제1도 참조). 따라서, 그러한 금형을 사용하여 성형을 반복할때, 금형의 노즐 근처 부분의 온도는 공급된 용융수지에 의해 점진적으로 증가된다. 특히, 성형이 단시간에 반복될때(즉, 성형사이클이 짧을 때), 금형의 그런 부분은 불충분하게 냉각되어 성형품은 불충분하게 냉각된 부분에 인접하여 있는 부분에서 벌지(bulge)를 갖게 되고 /거나 성형품은 그러나 부분에서, 성형품의 다른 부분의 그것과는 다른 글로스(gloss)를 갖는다. 그러므로, 좋은 외관을 갖는 성형품을 제조한다는 것은 어려웠다.

아울러, 접층된 표피재료를 구비하는 다층 성형품이 성형될때, 그러한 성형품은 노즐에 인접 혹은 근처에 있던 그의 부분상에 벌지를 갖게 되어, 좋은 외관을 갖는 성형품은 연속 성형에 의해 제조될 수 없었다.

노즐 근처의 금형 표면부분의 온도 증가를 방지하기 위해 금형의 노즐 부분의 온도를 상대적으로 낮은 온도로 설정한 경우, 용융수지가 금형의 캐비티로 들어가기 어려울 뿐만 아니라, 용융수지의 온도가 낮아져서 용융수지가 금형의 캐비티내로 공급되는 유입구에 해당하는 부분에 링상(ring-shaped) 마아크를 갖는 성형품과 같은 결함 있는 제품을 제조하기 쉽다.

[발명의 요약]

본 발명자들은 성형사이클이 짧은 경우에도 상기 문제점들을 극복하여 좋은 외관을 갖는 열가소성 수지의 프레스성형품을 제조할 수 있도록 폭넓은 연구를 행하여, 그런 목적이 용융 수지통로의 노즐을 특정거리만큼 금형의 캐비티 측면으로 부터 떨어진 금형의 부분에 구비시키는 것에 의해 이루어짐을 발견하였다.

따라서, 본 발명은 상반부 혹은 하반부가 용융수지 통로를 갖고 상기 용융 수지통로를 열고 닫는 노즐의 선단부가 상기 반부의 캐비티 측면 10~100아래의 금형 부분에 위치됨을 특징으로 하는 열가소성 수지의 프레스 성형용 금형을 제공한다. 본 발명은 상기 금형을 이용하여 용융상태의 열가소성 수지를 용융 수지통로와 노즐을 통하여 상반부와 하반부 사이의 닫히지 않는 캐비티에 공급한 다음 용융 수지 통로가 닫힌 후에 금형을 클램핑하여 성형품을 제조함을 특징으로 하는 열가소성 수지의 프레스 성형방법을 또한 제공한다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 종래의 프레스 성형용 금형에 대한 종단면도.

제2도는 본 발명의 프레스성형용 금형에 대한 종단면도.

[발명의 상세한 설명]

본 발명을, 이하에서, 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

제2도는 용융 수지통로(1)가 하반부에 구비되고, 노즐(2)의 선단부(tip portion)가 10~100만큼(제2도에서 거리 h로 표시됨) 금형의 금형 캐비티 측면(3)으로 부터 아래로 떨어져 있는 본 발명의 금형을 예시한다. 제1도 및 제2도에서, 동일한 번호는 동일한 요소를 나타낸다.

단일통로당 반드시 단일 노즐이어야 하는 것은 아니고, 2 혹은 그 이상의 노즐이 필요한 만큼 단일 통로에 구비될 수 있다.

노즐(2)은 수지통로에 대해 열고 닫는 기능을 갖고 있으며 열고 닫는 작동을 위해 노즐의 하부에 핀(4)이 구비된다.

핀(4)은 유압장치(도시되지 않음)에 의해 용융수지의 공급 혹은 정지에 따라 올려지거나 내려진다.

핀(4)은 수지가 공급될때 내려져 노즐(2)과 핀(4) 사이에 공간이 정의되고 그에 의해 용융수지 통로는 열린 위치에 있게 된다. 필요한 수지의 양이 공급된 때, 핀(4)이 올려지며 그 선단부는 노즐(2)의 개구를 닫아 용융 수지통로가 닫히게 된다.

그러므로, 핀(4)의 선단부는 핀(4)이 올려져 노즐(2)의 개구와 접촉할때 노즐(2)의 개구를 완전하게 밀폐시키는 모양과 디자인을 가져야 한다. 예를 들어, 선단부는 노즐의 개구를 내접시키거나 외접시키는 반구면 형상이거나, 노즐의 개구의 직경 보다 큰 직경을 갖는 원통형상일 수 있다. 모양과 디자인이 그들 기능을 충족시키는 한 적합한 어떤 것일 수도 있다.

노즐(2)의 선단부의 위치가 10~100바람직하게 20~80(제2도에서 거리 h로 나타냄) 금형의 캐비티 측면(3) 아래에 위치되는 것은 중요하다. 노즐(2)과 캐비티 측면 사이 수지통로의 부분은 노즐의 직경과 동일한 직경을 가질 수 있고, 바람직하게 그런 용융 수지통로의 부분은 캐비티 측면상의 개구의 직경이 노즐의 직경 보다 약간 더 크도록 데이퍼된다.

노즐의 선단부와 캐비티 측면간의 거리가 10보다 작은 경우, 금형 표면상의 온도를 균일하게 유지하기 어렵고 성형 사이클이 짧은 경우 좋은 외관을 갖는 성형품을 제조할 수 없다. 노즐의 선단부와 캐비티 측면간의 거리가 100를 넘는 경우, 금형의 두게가 증가되고 금형의 무게도 증가된다.

노즐을 열고 닫는 메카니즘으로서, 상기 설명된 바와 같이, 열고 닫는 기능용 핀(4)이 노즐의 하부에 구비되는 메카니즘 대신, 다양한 메카니즘이 이용될 수 있다. 예를 들면, 수지의 공급압력에 따라 팽창하는 스프링이 노즐내에 구비되어 수지 공급압력이 수지 공급에 의해 노즐내 수지에 인가될때 스프링이 수축하고, 수지 공급이 중단되어 수지 공급압력이 없을 때 스프링이 팽창하고, 노즐 개구는 닫히게 된다. 어떤 메카니즘이 이용되는가는 선택사항이다. 열림작동 및 닫힘작동이 확실하게 되는 견지 및 금형이 복수의 노즐을 가질 때 각 노즐의 열림 및 닫힘이 별개로 제어될 수 있다는 견지에서 핀이 유압장치에 의해 작동되는 메카니즘을 채택하는 것이 바람직하다.

프레스 성형방법에서, 용융수지가 낮은 압력에서 완전히 닫히지 않는 금형내 캐비티에 공급된 다음 혹은 가압되어 캐비티의 가장자리 부분이 수지로 채워진 다음 조형(shaping)이 행해진다. 그러므로, 금형이 복수의 노즐을 갖는 경우, 게이트 밸런스(gate balance)가 영향을 미치므로 노즐 배치와 각 노즐을 통해 공급된 용융수지 양은 적절하게 조정되어야 한다. 아울러, 수지 온도, 금형 온도 및 이의 분포가 적당하지 않는 경우, 성형품의 형상은 그들에 의해 악영향을 받는다. 이 문제를 적절하게 다루기 위해서는, 용융 수지통로의 열림 및 닫힘이 매우 짧은 주기로 확실하게 행해져야 하고, 각 노즐의 열림 및 닫힘 주기가 별개로 제어되어야 한다.

본 금형은 그 안에 복수의 눈은 관을 구비하여 그를 통해 가열매체를 순환시켜 금형을 소망의 온도에 유지시킬 수 있다. 또한 금형은 용융 수지통로의 바깥 둘레부에 가열기(5)를 구비하여 용융 수지의 온도를 일정하게 유지할 수도 있다. 아울러, 캐비티는 가열기로 부터의 열이 금형에 영향을 미치지 않도록 가열기의 바깥둘레부를 둘러싸는 식으로 구비될 수 있다.

본 발명의 금형을 이용하여, 용융상태의 열가소성 수지를 수지 통로를 통해 상반부와 하반부 사이 닫혀 있지 않은 공간으로 공급하고, 노즐을 닫으며, 그리고 금형 클램핑을 행하여 좋은 외관을 갖는 성형품을 제조한다.

본 발명의 프레스 성형방법에 따라 열가소성 수지를 성형할때, 예를 들어, 일본국 특허공개 번호 제 22917/1986 호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 좋은 외관을 갖는 성형품을 효과적으로 제조하기 위해서는, 캐비티의 틈이 적당하게된 때 상반부와 하반부 사이의 캐비티로의 적시의 수지공급도 중요하다. 그런 적시공급의 목적으로, 용융 수지는 상반부와 하반부간의 틈이 (C +0.1) 내지 50(단 C는 최종 클래핑에서의 틈) 인 동안 공급됨이 바람직하고, 그리고 그 공급동안, 클램핑은 30/ch 이상이 아닌 비율로 행해지며 혹은 클램핑이 일시 정지된 다음 용융 수지의 공급이 완료됨과 동시에 혹은 직전에 다시 시작된다.

표피 재료가 상반부와 하반부와 성형된 접층 사이에 미리 공급되는 경우, 표피재료가 압력과 열에 의해 손상되지 않도록 용융수지는 캐비티의 틈이 (C + 5) 내지 (C +100)인 동안 공급되는 것이 바람직하다.

본 발명의 프레스 성형방법에 사용되는 열가소성 재료는 사출성형 혹은 압출성형에 일반적으로 사용되는 것이다. 예를 들면, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴/부타디엔 공중합체 및 나일론이 사용될 수 있다.

표피재료가 본 발명의 방법에 사용될 때, 이것은 표면이 엠보스된 폴리비닐 클로라이드 시이트, 열가소성 탄성체 시이트 혹은 그의 가죽상(leather like) 시이트 혹은 후측이 연신 폴리에틸렌 시이트, 연신 폴리프로필렌 시이트 혹은 연신 폴리우레탄 시이트 등으로 접층된 제직물(woven fabric), 부직포, 혹은 직물(fabric)을 포함한다.

열가소성 수지가 본 발명의 방법에 따라 프레스 성형될때, 성형조건은 특정적으로 제한되지 않고 종래의 성형조건이 적용된다. 예를 들어, 폴리프로필렌이 열가소성 수지로서 사용되는 경우, 표피재료가 접층되지 않을 때, 좋은 외관을 갖는 성형품 제조를 위한 바람직한 조건은 200 ~280의 수지 온도 및 50 ~ 100의 금형 온도를 포함하고 표피재료가 접층될 때, 바람직한 조건은 170 ~ 220의 수지 온도와 20 ~ 50의 금형 온도를 포함한다.

이러한 바람직한 온도들은 사용된 수지 및 사용된 표피재료의 특성에 의존하므로, 상기 조건은 그러한 온도에 특별히 제한되지 않음은 물론이다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 다른 프레스 성형용 금형은 선단부가 금형면 아래 소정 거리에 위치되는 노즐을 구비하므로 금형의 캐비티 측면은 노즐의 선단부로 부터의 열에 의해 거의 영향을 받지 않는다. 그러므로, 열가소성 수지가 본 발명의 금형을 사용하여 프레스 성형될때, 좋은 외관을 갖는 성형품이 성형 사이클이 짧은 경우에도 제조될 수 있다.

[실시예]

본 발명을 더 구체적으로 설명하기 위하여, 실시예들이 이하에서 설명된다. 그러나, 본 발명은 반드시 그러한 실시예들에 의해 제한되지는 않는다.

[실시예 1]

상반부와 하반부를 구비하는 프레스성형장치에 있어서, 제2도에 나타낸 바와 같이 용융 수지통로가 구비되었고, 2개 노즐의 선단부들이 금형의 캐비티 측면으로 부터 20거리 만큼 떨어져 있는 하반부(8)가 이용되었다.

상반부의 온도는 90에 설정되었고 하반부의 온도는 80에 설정되었다. 260의 온도에서 폴리프로필렌(Sumitomo Chemical Co., Ltd.로 부터 Sumitomo-Noblen AX568의 상표하에 이용가능하고 65g/10 분의 멜트 플루우인덱스(melt flow index)를 갖는)이 열가소성 수지로서 사용되었다. 상기 수지를 하반부에 공급하고 프레스 성형하여 다음 순서에 다라 성형품을 제조하였다.

유압 실린더에 의해 핀(4)을 낮추어 노즐(2)을 열고 용융수지 통로를 통해 캐비티내로 용융수지(6)를 공급하였고, 소정량의 수지가 공급된 후 핀(4)을 상승시켜 노즐(5)의 개구를 닫고 수지 통로를 닫아 수지 공급을 마쳤다.

우선, 상반부(7)의 내림을 시작하였다. 캐비티 틈이 3가 되었을 때, 하반부(7)의 내림을 일시정지시킨 다음 용융수지(6)의 공급을 시작하였다. 소정량의 용융수지(6)공급이 완료되기 직전에, 하반부(7)의 내림을 재시작하여 용융수지(6)를 프레스 성형하고 그 다음 압력이 인가되는 동안 40초 동안 수지를 냉각한 다음 상반부를 올려 성형품을 꺼냈다. 성형품의 두께는 1.8였고 성형사이클은 55초였다. 그런 성형 절차가 500번 계속 반복되었음에도, 벌지 및 결함적인 글로스 없이 좋은 외관을 갖는 성형품이 제조되었다.

[실시예 2]

노즐의 선단부가 금형의 캐비티 측면 65아래에 있는 금형을 이용하여 다음의 성형절차를 행하였다. 엠보스된 표면과 3의 두께를 갖는 연신된 폴리프로필렌 시이트(연신비 : 15)의 후측이 접착제에 의해 0.5의 두께를 갖는 폴리비닐 클로라이드와 접층된 표피 재료가 폴리비닐 클로라이드 시이트의 일측을 위로한 채 하반부상에 미리 놓았다.

그 다음, 상반부는 상반부(7)와 하분부(8)간의 캐비티 틈이 50가 될때 까지 내려지고, 상반부의 내림률은 5/초로 설정되었고, 용융수지(6)는 2개의 노즐(2)를 통해 공급되었다. 용융수지는 표피재료를 상반부면에 대해 프레스하면서 표피재료와 하반부 사이에 공급되었다. 캐비티 틈이 20가 되었을때, 수지 공급을 마무리했고, 동시에, 핀(4)을 올려 각 노즐(2)의 개구를 닫았고 수지 통로를 막았다. 상반부(6)가 내려졌을 때, 수지는 그 위로 표피재료를 상반부에 대해 프레스하면서 용융수지는 가압되었고 캐비티의 가장자리부는 유동수지로 채워졌다. 냉각과 함께 압력의 인가를 40 초 동안 지속한 다음 상반부를 올려 의도한 다층 성형품을 꺼냈다. 이 성형절차의 사이클은 65초이었다. 이런 성형절차를 연속하여 100 반복하였지만 각각이 벌지 혹은 결함적인 글로스 없이 좋은 외관을 갖는 다층 성형품이 제조되었다.

[비교실시예 1]

노즐(2)의 선단부가 금형의 캐비티 측면 5아래 위치한 금형이 사용되었다는 점을 제외하고 실시예 1이 반복되었다. 15번째 사이클까지 성형된 제품은 좋은 외관을 가졌다. 그러나, 20번째 혹은 그 이상 사이클에서 성형된 제품은 노즐에 인접한 부분상에 우묵한 곳(depressions)을 가졌고, 30번째 혹은 그 이상 사이클에서 성형된 제품은 현저한 변형을 가졌다.

[본 발명의 효과]

본 발명에 다른 프레스성형용 금형에서 노즐의 선단부는 금형의 캐비티 측면으로부터 적정 거리 떨어져 있으므로, 금형의 캐비티 측면은 노즐로 부터의 열에 의해 거의 영향을 받지 않는다. 따라서, 이러한 금형을 이용하여 열가소성 수지의 프레스 성형을 행할때, 성형 사이클이 짧은 경우에도 좋은 외관을 갖는 성형품이 제조될 수 있다.

Claims (2)

1. 상반부 혹은 하반부에 용융 수지통로를 구비하고, 상기 용융 수지통로를 열고 닫는 노즐의 선단부는 상기 반부의 캐비티 측면 10 ~ 100아래에 위치됨을 특징으로 하는 열가소성 수지의 프레스 성형용 금형.
2. 제1항에 다른 금형을 이용하여 열가소성 수지를 용융 수지통로로 부터 노즐을 통해 상반부와 하반부 사이의 닫히지 않는 캐비티에 공급하고, 용융 수지통로가 닫힌 상태후에 클램핑을 행하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지의 프레스성형방법.