KR20140001253A - 박육부의 실질적인 정압 사출 성형을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

실질적인 정압 사출 성형 방법 및 기계는 용융 열가소성 재료를 몰드 캐비티 내에 실질적인 정압으로 사출하는 것에 의해서 성형품을 형성한다. 그 결과, 게이트로부터 몰드 캐비티의 단부로 열가소성 재료의 연속 유동 선단을 전진시키는 것에 의해서 몰드 캐비티가 용융 열가소성 재료로 채워진다.

Description

박육부의 실질적인 정압 사출 성형을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SUBSTANTIALLY CONSTANT PRESSURE INJECTION MOLDING OF THINWALL PARTS}

관련 출원

본 출원은 2011년 5월 20일, 2011년 5월 20일, 2011년 5월 20일, 2011년 5월 20일, 2011년 5월 20일, 2012년 2월 24일, 2012년 2월 24일 및 2012년 5월 2일에 각각 출원된 미국 가특허 출원 61/488,564; 61/488,547; 61/488,553; 61/488,555; 61/488,559; 61/602,650; 61/602,781; 및 61/641,349의 우선권을 주장하는 비 가특허 출원이다. 미국 가특허 출원 61/488,564; 61/488,547; 61/488,553; 61/488,555; 61/488,559; 61/602,650; 61/602,781; 및 61/641,349은 본원에 참고로 인용된다.

본 발명은 사출 성형 장치 및 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 박육 사출 성형품을 실질적으로 일정한 사출 압력으로 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

사출 성형은 일반적으로 용융 가능한 재료로 제조된 부품, 가장 일반적으로는, 열가소성 폴리머로 제조된 부품의 양산에 사용되는 기술이다. 반복적인 사출 성형 공정 중에, 대부분 작은 구슬 또는 펠릿 형태의 플라스틱 수지가 열, 압력 및 전단하에 수지 구슬을 용융시키는 사출 성형기 내에 도입된다. 이제, 용융 수지는 특정한 캐비티 형상의 몰드 캐비티 내로 강제로 사출된다. 사출된 플라스틱은 몰드 캐비티 내에서 압력하에 유지되어 냉각된 후에, 몰드의 캐비티 형상을 본질적으로 복제하는 형상의 응고된 부품으로서 제거된다. 몰드 자체는 단일의 캐비티 또는 복수의 캐비티를 가질 수도 있다. 각각의 캐비티는 용융 수지의 흐름을 캐비티 내로 향하게 하는 게이트에 의해서 유로에 연결될 수도 있다. 성형품은 하나 이상의 게이트를 가질 수도 있다. 대형의 부품은, 성형품을 채우기 위해서 폴리머가 이동해야 하는 유동 거리를 감소시키기 위해서 두개, 세개 또는 그 이상의 게이트를 갖는 것이 보통이다. 캐비티마다 하나 또는 복수의 게이트가 부품 형상의 어느 장소에도 배치될 수 있고, 본질적으로 원형이거나 1.1 이상의 종횡비를 갖는 형상으로 되는 것과 같은 임의의 단면 형상을 갖는다. 따라서, 전형적인 사출 성형 공정은 이하의 4가지 기본 동작을 포함한다. (1) 플라스틱을 사출 성형기 내에서 가열하여 압력하에서 흐르게 하고; (2) 용융 플라스틱을 폐쇄된 2개의 몰드 반부 사이에 한정된 하나 또는 복수의 몰드 캐비티 내에 사출하고; (3) 플라스틱을 압력하에서 하나 또는 복수의 캐비티 내에서 냉각 및 경화시키고; (4) 몰드 반부를 개방하여 부품을 몰드로부터 배출시킨다.

사출 성형 공정 중에, 용융 플라스틱 수지가 몰드 캐비티 내에 사출되고, 이 플라스틱 수지가 게이트로부터 가장 먼 캐비티 내의 장소에 도달할 때까지, 플라스틱 수지가 사출 성형기에 의해서 캐비티 내로 강제로 사출된다. 그 후에, 플라스틱 수지가 단부로부터 다시 게이트를 향하여 캐비티를 채운다. 부품의 결과적인 길이 및 벽 두께는 몰드 캐비티의 형상의 결과이다.

경우에 따라서는, 사출 성형품의 벽 두께를 감소시켜서 최종 성형품의 플라스틱 함량을 감소시키고 그에 따라서 가격을 줄이는 것이 바람직할 수도 있다. 종래의 고 가변 압력 사출 성형 방법을 사용하여 벽 두께를 감소시키는 것은 고가의 단순하지 않은 작업일 수 있다. 실제로, 종래의 고 가변 압력 사출 성형기 (예컨대, 약 55.2 ㎫ 내지 약 137.9 ㎫ (약 8,000 psi 내지 약 20,000 psi)에서 용융 플라스틱 수지를 사출하는 사출 성형기)에는, 부품의 벽을 얼마나 얇게 성형할 수 있는가에 관하여 실제적인 한계가 있다. 일반적으로 말하면, 종래의 고 가변 압력 사출 성형기는 약 200 초과의 박육비 (후술하는 L/T 비로서 규정됨)를 갖는 성형품을 성형할 수 없다. 또한, 100 초과의 박육비를 갖는 박육부 (thinwall part)를 성형하기 위해서는, 현재 성능의 고 사양에서 압력이 필요하고, 그에 따라서 이러한 고압을 처리하는 것이 가능한 프레스가 필요하다.

박육부를 채울 때, 현재의 업계 관행은 성형기가 달성할 수 있는 최고의 가능한 속도로 몰드 캐비티를 채우는 것이다. 이 방법은 폴리머가 몰드 내에서 해동되기 전에 몰드 캐비티를 채우는 것을 보장하며, 폴리머가 냉각된 몰드 캐비티에 가능한 빨리 노출되기 때문에, 최저의 가능한 사이클 시간을 제공한다. 이 방법은 두가지 단점을 갖고 있다. 첫번째 단점은, 매우 높은 충전 속도를 달성하기 위해서는, 매우 높은 전력 부하가 필요하고, 그에 따라 매우 고가의 성형 설비가 필요하다는 것이다. 또한, 대부분의 전기 프레스는 이러한 고 충전 속도를 달성하기에 충분한 전력을 공급하는 것이 불가능하거나, 성형 설비의 비용을 실질적으로 증가시켜 그 설비를 경제적으로 실행 불가능하게 하는 매우 복잡한 고가의 구동 시스템을 필요로 한다.

두번째 단점은 고 충전 속도가 초고압을 초래한다는 것이다. 이러한 고압은 충전 중에 폐쇄된 몰드를 유지하기 위해서 매우 높은 형체력 (clamping force)을 필요로 하게 되고, 이러한 고 형체력은 매우 고가의 몰드 설비를 초래하게 된다. 또한, 고압은 통상적으로 경화된 공구강으로 제조되는 초 고강도의 사출 성형을 필요로 한다. 이러한 고강도의 몰드도 매우 고가이며, 많은 성형 부품에는 경제적으로 실행 불가능할 수 있다. 이러한 상당한 단점들에도 불구하고, 이러한 부품들은 성형품을 제조하기 위해 적은 폴리머 재료를 사용하여, 고 설비 비용을 상쇄하는 것 이상의 절감을 가져오기 때문에, 박육 사출 성형 부품의 필요성은 여전히 높다. 또한, 일부의 성형 부품들은 절곡될 필요가 있는 설계 요소 또는 매우 작은 특징과 일치해야 하는 설계 요소와 같은 매우 얇은 설계 요소들을 적절히 수행할 것을 필요로 한다.

액체 플라스틱 수지가 종래의 고 가변 압력 사출 성형 공정에서 사출 성형 내에 도입됨에 따라, 캐비티의 벽에 인접한 재료가 즉시 "동결"되거나, 응고하거나 경화하기 시작하고, 결정성 폴리머에서는, 액체 플라스틱 수지가 재료의 비 유동 온도 이하로 냉각하고 액체 플라스틱의 일부분이 정지하기 때문에, 플라스틱 수지가 결정화하기 시작한다. 몰드의 벽에 인접한 이러한 동결 재료는 몰드 캐비티의 단부로 진행함에 따라서 열가소성 수지가 이동하는 유로를 좁힌다. 몰드의 벽에 인접한 동결 재료 층의 두께는 몰드 캐비티의 충전이 진행함에 따라 증가하고, 이에 의해서, 폴리머가 유동해야 하는 단면적이 점차 감소하여 몰드 캐비티를 채우기 시작한다. 재료은 동결됨에 따라 수축하기도 하고 몰드 캐비티의 벽으로부터 분리되며, 그에 따라서 몰드 캐비티의 벽에 의해서 재료의 유효 냉각을 감소시킨다. 그 결과, 냉각을 향상시키고 성형품의 정확한 형상을 유지하기 위해서 몰드 캐비티의 측면에 대해서 재료를 강제로 외측으로 이동시키도록, 종래의 고 가변 압력 사출 성형기는 몰드 캐비티를 매우 빠르게 플라스틱으로 채운 다음에, 패킹 압력 (packing pressure)을 유지한다. 종래의 고 가변 압력 사출 성형기는 통상적으로 약 10%의 사출 시간, 약 50%의 패킹 시간 및 약 40%의 냉각 시간으로 구성된 사이클 시간을 갖는다.

플라스틱이 몰드 캐비티 내에서 동결됨에 따라서, 종래의 고 가변 압력 사출 성형기는 사출 압력을 증가시킨다 (작은 유동 단면적에 기인하는 실질적으로 일정한 체적 유량을 유지하기 위해서). 그러나, 압력을 증가시키면, 비용과 성능면에서 불리하다. 부품을 성형하는데 필요한 압력이 증가하므로, 성형 설비는 추가의 압력을 견디기에 충분할 정도로 강해야 하고, 그에 따라 대체적으로 비용이 더 많이 든다. 제조자는 이러한 증가된 압력을 수용하기 위한 새로운 설비를 구입해야 한다. 따라서, 종래의 사출 성형 기술을 통해서 제조하기 위해서, 소정의 부품의 벽 두께의 감소는 상당한 자본 지출을 초래할 수 있다.

전술한 단점들 중 일부를 회피하기 위한 노력의 일환으로, 종래의 많은 사출 성형 작업에서는, 몰드 캐비티 내로의 소성 재료의 유동 특성을 향상시키기 위해서 전단 박화 소성 재료(shear-thinning plastic material)를 사용한다. 전단 박화 소성 재료가 몰드 캐비티 내에 사출되면, 소성 재료와 몰드 캐비티의 벽 사이에 발생하는 전단력이 소성 재료의 점도를 감소시키는 경향이 있고, 그에 따라서 소성 재료를 몰드 캐비티 내로 보다 자유롭고 용이하게 흐르게 한다. 그 결과, 몰드가 완전히 채워지기 전에, 재료가 완전히 해동되지 않을 정도로 박육부를 신속하게 채우는 것이 가능하다.

점도의 감소는 소성 재료와 공급 시스템 사이에 그리고 소성 재료와 몰드 캐비티의 벽 사이에 발생되는 전단력의 크기와 직접 관련이 있다. 따라서, 전단을 증가시키고 그에 따라 점도를 감소시키기 위한 노력의 일환으로, 이러한 전단 박화 재료의 제조자들과 사출 성형 시스템의 운전자들은 사출 성형 압력을 고압으로 구동시켰다. 통상적으로, 고출력 사출 성형 시스템 (예컨대, 클래스 101 및 30 시스템)은 통상 103.4 ㎫ (15,000 psi) 이상의 용융 압력에서 소성 재료를 몰드 캐비티 내에 사출한다. 전단 박화 소성 재료의 제조자들은 사출 성형 운전자들이 소성 재료를 몰드 캐비티 내에 최소 용융 압력 이상으로 사출하도록 지시하고 있다. 예를 들면, 폴리프로필렌 수지는 41.4 ㎫ (6,000 psi) (폴리프로필렌 수지의 제조자들로부터의 권장 범위는 통상 41.4 ㎫ 초과로부터 약 103.4 ㎫ 까지(6,000 psi 내지 약 15,000 psi)이다) 초과의 압력에서 처리된다. 소성 재료로부터 최대의 박화 및 양호한 유동 특성을 얻기 위해서, 통상적으로 15,000 psi 초과인 최대의 잠재 전단 박화를 달성하도록, 프레스 제조자 및 처리 기술자들은 통상적으로 전단 박화 폴리머를 범위의 상단에서 또는 상당히 높이 처리하기를 권장하였다. 전단 박화 열가소성 폴리머는 일반적으로 41.4 ㎫ 내지 약 206.8 ㎫ (6,000 psi 내지 약 30,000 psi) 의 범위에서 처리된다. 전단 박화 플라스틱을 사용하는 경우에도, 박육부의 고 가변 압력 사출 성형에는 실제의 한계가 있다. 이 한계는 현재 200 이상의 박육 비를 갖는 박육부의 범위 내에 있다. 그러나, 100 내지 200의 박육 비를 갖는 부품들은 일반적으로 약 103.4 ㎫ 내지 약 137.9 ㎫ (약 15,000 psi 내지 약 20,000 psi)의 사출 압력을 필요로 하므로, 이 부품들은 엄청나게 비싸질 수도 있다.

박육 소비자 제품을 생산하는 고 제조 사출 성형기 (즉, 클래스 101 및 클래스 30 성형기)는 고경도 재료로 제조된 다수의 몰드를 갖는 몰드를 독점적으로 사용한다. 고 제조 사출 성형기는 통상적으로 연간 500,000 사이클 이상 제품을 생산한다. 산업용 양산 몰드는 적어도 연간 500,000 사이클, 바람직하게는 연간 1,000,000 사이클 초과, 보다 바람직하게는 연간 5,000,000 사이클 초과, 더욱 바람직하게는 연간 10,000,000 사이클 초과에 견디도록 설계되어야 한다. 이들 성형기는 생산 속도를 향상시키기 위해서 멀티 캐비티 몰드 및 복잡한 냉각 시스템을 갖는다. 고 경도 재료은 저 경도 재료에 비해서 반복된 고압 클램핑 동작에 견디는 것이 가능하다. 그러나, 대부분의 공구강과 같은 고 경도 재료는 일반적으로 34.6 W/(m*K) (20 BTU/HR FT℉) 미만인 비교적 저 열전도율을 가지며, 이에 의해서, 열이 용융 소성 재료로부터 고 경도 재료를 통과함에 따라서, 냉각 시간이 길어진다.

기존의 고 가변 압력 사출 성형기의 계속 증가하고 있는 사출 압력 범위에도 불구하고, 종래의 고 (예컨대, 137.9 ㎫ (20,000 psi)) 가변 압력 사출 성형기에는 박육부를 성형하는데 있어서 여전히 약 200 (L/T 비)의 실제적 한계가 있고, 약 100 내지 약 200의 박육 비를 갖는 박육부는 많은 제조자들에게는 비용면에서 감당하기 어려울 수도 있다.

도면에 개시한 실시예들은 사실상 예시적인 것이며, 청구범위에 한정된 주제를 제한하려는 의도는 아니다. 예시적인 실시예들의 이하의 상세한 설명은 유사한 구조물이 유사한 도면부호로 표시되는 이하의 도면과 관련하여 읽혀질 때 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 구성된 실질적인 정압 사출 성형기의 개략도이다;
도 2는 도 1의 실질적인 정압 사출 성형기에 형성된 박육부의 일실시예를 도시하고 있다;
도 3은 종래의 고 가변 압력 사출 성형기에 대한 캐비티 압력 대 시간의 그래프 위에 중첩된 도 1의 실질적인 정압 사출 성형기에 대한 캐비티 압력대 시간의 그래프이다;
도 4는 종래의 고 가변 압력 사출 성형기에 대한 캐비티 압력 대 시간의 그래프 위에 중첩된 도 1의 실질적인 정압 사출 성형기에 대한 다른 캐비티 압력 대 시간의 그래프로서, 특정한 충전 단계에 전념하는 충전 시간의 백분율을 도시하고 있다;
도 5a 내지 도 5d는 종래의 고 가변 압력 사출 성형기에 의한 다양한 충전 단계에서의 박육 몰드 캐비티의 일부분의 측 단면도이다;
도 6a 내지 도 6d는 도 1의 실질적인 정압 사출 성형기에 의한 다양한 충전 단계에서의 박육 몰드 캐비티의 일부분의 측 단면도이다.

본 발명의 실시예는 일반적으로 사출 성형에 의해서 제품을 제조하는 시스템, 기계, 제품 및 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 실질적인 정압 사출 성형에 의해서 제품을 제조하는 시스템, 제품, 및 방법에 관한 것이다.

열가소성 재료의 용융 압력과 관련하여 본 원에 사용되는 용어 "저압"은 41.4 ㎫ (6000 psi) 이하의 사출 성형기의 노즐 주변의 용융 압력을 의미한다.

열가소성 재료의 용융 압력과 관련하여 본 원에 사용되는 용어 "실질적인 정압"은 기준 용융 압력으로부터의 편차가 열가소성 재료의 물리적 특성의 중요한 변화를 일으키지 않는다는 것을 의미한다. 예를 들면, "실질적인 정압"은 용융 열가소성 재료의 점도가 상당히 변화하지 않는 압력 편차를 포함하지만, 이것에 한정되지는 않는다. 이와 관련하여, 용어 "실질적으로 일정한"은 기준 용융 압력으로부터 약 30%의 편차를 포함한다. 예를 들면, 용어 "약 31.7 ㎫ (4600 psi)의 실질적인 정압"은 약 41.4 ㎫ (6000 psi) (30% 초과 31.7 ㎫ (4600 psi)) 내지 약 22.1 ㎫ (3200 psi) (30% 미만 31.7 ㎫ (4600 psi))의 범위 내의 압력 변동을 포함한다. 용융 압력이 인용된 압력으로부터 30% 이하만 변동하는 한, 용융 압력은 실질적으로 일정한 것으로 간주된다.

본원에 사용되는 용어 "용융 홀더"는 기계 노즐과 유체 연통하는 용융 플라스틱을 수용하는 사출 성형기의 부분을 의미한다. 용융 홀더가 가열됨으로써, 폴리머가 소망하는 온도에 마련되어 유지될 수 있다. 용융 홀더는 중앙 제어 유닛과 연통하고 다이어프램을 전진시켜 용융 플라스틱을 기계 노즐에 강제로 통과시키도록 제어할 수 있는 전원, 예컨대, 유압 실린더 또는 전기 서보 모터에 접속된다. 그 후에, 용융 재료은 러너 시스템을 통해서 몰드 캐비티 내로 흐른다. 용융 홀더는 원통형 단면을 가질 수도 있거나, 또는 다이어프램이 0.69 ㎫(100 psi)의 저압으로부터 275.8 ㎫(40,000 psi) 또는 그 이상까지의 범위에 이를 수 있는 압력하에서 폴리머를 기계 노즐에 통과시키는 것을 허용하는 다른 단면을 가질 수도 있다. 선택적으로, 다이어프램은 사출 전에 폴리머 재료를 가소화시키도록 설계된 플라이트 (flight)로 왕복 스크류에 일체로 접속될 수도 있다.

용어 "고 L/T 비"는 일반적으로 100 또는 그이상의 L/T 비, 보다 상세하게는 200 또는 그이상의 L/T 비를 의미한다. L/T 비의 계산은 이하에 규정한다.

용어 "최대 유량"은 일반적으로 기계 노즐에서 측정되는 것과 같은 최대 체적 유량을 의미한다.

용어 "최대 사출 속도"는 일반적으로 폴리머를 공급 시스템 내로 강제로 이동시키는 과정에서 사출 램(injection ram)이 이동하는 최대 선속도를 의미한다. 램은 단일 단계 사출 시스템의 경우에서와 같이 왕복 스크류일 수 있거나, 또는 2단 사출 시스템의 경우에서와 같이 유압 램일 수 있다.

용어 "램 속도"는 일반적으로 폴리머를 공급 시스템 내로 강제로 이동시키는 과정에서 사출 램이 이동하는 선속도를 의미한다.

용어 "유량"은 일반적으로 기계 노즐에서 측정된 것과 같은 폴리머의 체적 유량을 의미한다. 이 유량은 램 속도 및 램 단면적에 기초하여 계산할 수 있거나, 또는 기계 노즐에 배치된 적절한 센서로 측정할 수 있다.

용어 "캐비티 퍼센트 충전(cavity percent fill)"은 일반적으로 체적 기준으로 채워지는 캐비티의 백분율을 의미한다. 예컨대, 캐비티가 95% 채워지면, 채워진 몰드 캐비티의 총 체적은 몰드 캐비티의 총 체적 용적의 95% 이다.

일반적으로, 용어 "용융 온도"는, 폴리머를 용융 상태에 유지하는 핫 러너 시스템 (hot runner system)이 사용될 때, 용융 홀더와 재료 공급 시스템에 유지되는 폴리머의 온도를 의미한다. 용융 온도는 재료에 따라 변화하지만, 일반적으로는 소망의 용융 온도가 재료 제조자가 권장하는 범위 내에 속하는 것으로 이해된다.

용어 "게이트 사이즈"는 일반적으로 러너와 몰드 캐비티의 교차부에 의해 형성되는 게이트의 단면적을 의미한다. 핫 러너 시스템의 경우, 게이트는 게이트에서 재료의 유동의 정의 차단 (positive shut off)이 존재하지 않는 개방형 설계, 또는 게이트를 통한 몰드 캐비티 내로의 재료의 유동을 기계적으로 차단하기 위해 밸브 핀이 사용되는 폐쇄형 설계일 수 있다(보통 밸브 게이트라 칭한다). 게이트 사이즈는 단면적을 의미하며, 예컨대, 1 ㎜ 게이트 직경은 게이트가 몰드 캐비티와 만나는 지점에서 게이트의 단면적이 1 ㎜ 인 것을 의미한다 게이트의 단면적은 임의의 소망하는 형상일 수도 있다.

용어 "강화 비율(intensification ratio)" 은 일반적으로 용융 폴리머를 기계 노즐에 강제로 통과시키는 사출 램에 대하여 사출 전원이 가지는 기계적인 이점을 의미한다. 유압원의 경우에, 유압 피스톤은 사출 램보다 10:1의 기계적 이점을 갖는 것이 보통이다. 그러나, 그 기계적 이점은 2:1과 같은 더 낮은 비로부터 50:1과 같은 더 높은 기계적 이점의 범위에 이를 수 있다.

용어 "최대 전력"은 일반적으로 몰드 캐비티를 채울 때 발생하는 최대 전력을 의미한다. 최대 전력은 충전 사이클 내의 어떠한 지점에서도 발생할 수 있다. 최대 전력은 기계 노즐에서 측정되는 플라스틱 압력에 기계 노즐에서 측정되는 유량을 곱한 값에 의해서 결정된다. 전력은 P = p * Q에 의해서 계산되는데, 여기서 p는 압력이고, Q 는 체적 유량이다.

용어 "체적 유량"은 일반적으로 기계 노즐에서 측정되는 유량을 의미한다. 이 유량은 램 속도 및 램 단면적에 기초하여 계산할 수 있거나, 또는 기계 노즐에 배치된 적절한 센서로 측정할 수 있다.

열가소성 재료를 포함하는 몰드 캐비티와 관련하여 사용되는 용어 "채워지는(filled)" 및 "채우는 (full)"은 상호교환 가능하며, 이들 용어는 열가소성 재료가 몰드 캐비티 내로 유입되는 것이 중단된 것을 의미한다.

용어 "샷 사이즈(shot size)"는 일반적으로 몰드 캐비티 또는 캐비티들을 완전히 채우기 위해서 용융 홀더로부터 사출될 폴리머의 체적을 의미한다. 샷 사이즈 체적은 사출 직전의 용융 홀더 내의 폴리머의 온도 및 압력에 기초하여 결정된다. 다시 말해서, 샷 사이즈는 소정의 온도 및 압력에서 사출 성형 램의 행정인 용융 소성 재료의 총 체적이다. 샷 사이즈는 하나 이상의 게이트를 통한 하나 이상의 사출 캐비티 내로의 용융 소성 재료의 사출을 포함할 수도 있다. 용융 플라스틱 재료의 샷은 하나 이상의 용융 홀더에 의해 마련되거나 사출될 수도 있다.

용어 "지체(hesitation)"는 일반적으로 폴리머의 일부를 그의 비 유동 온도 아래로 하강시켜 해동시키기 시작하기에 충분한 정도로 유동 선단이 최소화되는 지점을 의미한다.

본원에 사용되는 용어 "전기 모터" 또는 "전기 프레스"는 전기 서보 모터와 전기 선형 모터를 둘다 포함한다.

용어 "최대 전력 유동 계수 (Peak Power Flow Factor)"는 단일의 사출 성형 사이클 중에 사출 성형 시스템이 요구하는 최대 전력의 정규 측정치를 의미하며, 이 최대 전력 유동 계수는 상이한 사출 성형 시스템의 전력 요건을 직접 비교하기 위해 사용될 수도 있다. 최대 전력 유동 계수는 몰드 압력에 충전 사이클 (본원에 규정되는 바와 같은) 중의 유량을 곱한 최대 값에 대응하는 최대 전력을 먼저 결정한 후에 채워질 몰드 캐비티의 샷 사이즈를 결정하는 것에 의해서 계산한다. 그 후에, 최대 전력 유동 계수는 최대 전력을 샷 사이즈로 나누는 것에 의해서 계산한다.

용어 "캐비티 퍼센트 충전(cavity percent fill)"은 체적을 바탕으로 채워지는 캐비티의 %로서 규정된다. 따라서, 캐비티가 95% 채워지면, 채워지는 몰드 캐비티의 총 체적은 몰드 캐비티의 총 체적 유량의 95%이다.

상세하게는, 도면을 참조하면, 도 1은 박육부, 특히 100 이상의 L/T 비를 갖는 박육부를 고 체적 (예컨대, 클래스 101 또는 30 사출 성형, 또는 "초 고 생산성 몰드")으로 제작하는 예시적인 실질적 정압 사출 성형 장치(10)를 도시하고 있다. 실질적 정압 사출 성형 장치(10)는 일반적으로 사출 시스템(12) 및 클램핑 시스템(14)을 구비한다. 열가소성 재료는 열가소성 펠릿(16) 형태의 사출 시스템(12) 내로 도입될 수도 있다. 열가소성 펠릿(16)은, 이 열가소성 펠릿(16)을 사출 시스템(12)의 가열 배럴(20) 내로 공급하는 호퍼(18) 내에 배치될 수도 있다. 열가소성 펠릿(16)은, 가열 배럴(20) 내에 공급된 후에, 왕복 스크류(22)에 의해서 가열 배럴(20)의 단부에 밀어 넣어질 수도 있다. 왕복 스크류(22)에 의한 가열 배럴(20)의 가열 및 열가소성 펠릿(16)의 압축에 의해서 열가소성 펠릿(16)이 용융되어, 용융 열가소성 재료(24)를 형성한다. 용융 열가소성 재료는 통상적으로 약 130℉ 내지 약 410℉의 온도로 처리된다.

왕복 스크류(22)는 용융 열가소성 재료(24)를 노즐(26)을 향하여 밀어 넣어 열가소성 재료의 샷을 형성하고, 이 샷은 하나 이상의 게이트를 통해 몰드(28)의 몰드 캐비티(32) 내로 사출된다. 용융 열가소성 재료(24)는 게이트(30)를 통해 사출될 수도 있고, 이 게이트는 용융 열가소성 재료(24)의 흐름을 몰드 캐비티(32)로 향하게 한다. 다른 실시예에 있어서, 노즐(26)은 공급 시스템 (도시 안됨)에 의해서 하나 이상의 게이트(30)로부터 분리될 수도 있다. 몰드 캐비티(32)는 몰드(28)의 제1 및 제2 몰드 측면(25, 27) 사이에 형성되고, 제1 및 제 2 몰드 측면(25, 27)은 프레스 또는 클램핑 유닛(34)에 의해서 압력 하에 함께 유지된다. 프레스 또는 클램핑 유닛(34)은 2개의 몰드 반부(25, 27)를 분리시키도록 작용하는 사출 압력에 의해서 가해지는 힘보다 더 큰 몰드 공정 중의 형체력(clamping force)을 가함으로써, 용융 열가소성 재료(24)가 몰드 캐비티(32) 내로 사출되는 동안, 제1 및 제2 몰드 측면(25, 27)을 함께 유지시킨다. 전형적인 고 가변 압력 사출 성형기에 있어서는, 형체력이 사출 압력과 직접 관련이 있기 때문에, 프레스는 통상적으로 206.8 ㎫ (30,000 psi) 이상의 힘을 가한다. 이 형체력을 지지하기 위해서, 클램핑 시스템(14)은 몰드 프레임 및 몰드 베이스를 구비할 수도 있다.

용융 열가소성 재료(24)의 샷이 몰드 캐비티(32) 내에 사출되면, 왕복 스크류(22) 의 전방으로의 이동이 정지한다. 용융 열가소성 재료(24)는 몰드 캐비티(32)의 형태를 취할 수도 있고, 용융 열가소성 재료(24)는 열가소성 재료(24)가 응고할 때까지 몰드(28)의 내부를 냉각시킨다. 열가소성 재료(24)가 응고하면, 프레스(34)는 제1 및 제2 몰드 측면(25, 27)을 해제하고, 제1 및 제2 몰드 측면(25, 27)이 서로 분리되며, 최종 부품이 몰드(28)로부터 배출될 수도 있다. 몰드(28)는 전체적인 생산 속도를 향상시키기 위해서 복수의 몰드 캐비티(32)를 구비할 수도 있다. 복수의 몰드 캐비티의 캐비티의 형상은 동일하거나, 유사하거나 또는 서로 상이할 수도 있다. (후자는 몰드 캐비티의 계통으로 간주될 수도 있다).

제어기(50)는 노즐(26)의 주변에 배치된 센서(52) 및 스크류 제어부(36)와 통신 가능하게 연결된다. 제어기(50)는 마이크로 프로세서, 메모리, 및 하나 이상의 통신 링크를 구비할 수도 있다. 제어기(50)는 몰드 캐비티(32)의 단부에 근접하여 배치된 센서(53)에 선택적으로 접속될 수도 있다. 이 센서(32)는 열가소성 재료가 몰드 캐비티(32)내의 충전물의 단부에 접근하고 있을 때의 표시를 제공할 수도 있다. 센서(32)는 열가소성 재료의 존재를 광학적으로, 공압적으로, 기계적으로 또는 열가소성 재료의 다른 감지 압력 및/또는 온도에 의해서 감지할 수도 있다. 열가소성 재료의 압력 또는 온도를 센서(52)에 의해서 측정할 때, 충전이 완료됨에 따라 열가소성 재료를 몰드 캐비티(32) 내에 (또는 노즐(26) 내에) 유지하도록 목표 압력을 제어기(50)에 공급하기 위해서, 센서(52)는 압력 또는 온도를 나타내는 신호를 제어기(50)에 전송할 수도 있다. 재료의 점도, 몰드 온도 및 용융 온도의 변화와, 충전 속도에 영향을 미치는 다른 변화가 제어기(50)에 의해 조정되도록, 이 신호는 일반적으로 몰드 공정을 제어하기 위해 사용될 수도 있다. 이러한 조정은 몰드 사이클 중에 즉시 행해질 수도 있거나, 또는 후속의 사이클에서 수정이 행해질 수도 있다. 또한, 여러 신호가 다수의 사이클에 걸쳐서 평균화된 후에 제어기(50)에 의해 성형 공정을 조정하기 위해 사용될 수도 있다. 제어기(50)는 유선 접속부(54, 56)를 통해서 센서(52) 및/또는 센서(53) 및 스크류 제어부(36)에 각각 접속될 수도 있다. 다른 실시예에 있어서, 제어기(50)는, 무선 접속, 기계 접속, 유압 접속, 공압 접속 또는 제어기(50)를 센서(52, 53) 및 스크류 제어부(36)와 통신가능하게 하는 당업자에게 공지된 임의의 다른 종류의 통신 접속을 통해서, 센서(52, 53) 및 스크류 제어부(56)에 접속될 수도 있다.

도 1의 실시예에 있어서, 센서(52)는 노즐(26) 부근의 용융 열가소성 재료(24)의 용융 압력을 (직접 또는 간접적으로) 측정하는 압력 센서이다. 이 센서(52)는 제어기(50)에 전송되는 전기 신호를 생성한다. 그 후에, 제어기(50)는 노즐(26) 내에 용융 열가소성 재료(24)의 실질적으로 일정한 용융 압력을 유지하는 속도로 스크류(22)를 전진시키도록 스크류 제어부(36)에 명령한다. 센서(52)는 용융 압력을 직접 측정할 수도 있지만, 이 센서(52)는 용융 압력을 나타내는 온도, 점도, 유량 등과 같은 용융 열가소성 재료(24)의 다른 특성을 측정할 수도 있다. 마찬가지로, 센서(52)는 노즐(26)에 직접 배치될 필요는 없고, 그 대신 센서(52)는 사출 시스템(12) 또는 노즐(26)과 유동적으로 접속된 몰드(28) 내의 어떠한 장소에도 배치될 수 있다. 센서(52)가 노즐(26) 내에 배치되지 않으면, 노즐(26) 내의 용융 압력의 추정치를 계산하기 위해서 적절한 수정 계수가 측정된 특성에 인가될 수도 있다. 센서(52)는 사출된 유체와 직접 접촉할 필요는 없고, 그 대신 유체와 동적으로 접촉하여 유체의 압력 및/또는 다른 유체 특성을 감지하는 것이 가능할 수도 있다. 센서(52)가 노즐(26) 내에 배치되지 않으면, 노즐(26) 내의 용융 압력을 계산하기 위해서 적절한 수정 계수가 측정된 특성에 인가될 수도 있다. 또 다른 실시예에 있어서는, 센서(52)가 노즐과 유동적으로 연결된 장소에 배치될 필요는 없다. 그보다는, 센서가 제 1 및 제 2 몰드 부품(25, 27) 사이의 몰드 분할선 (mold parting line)에서 클램핑 시스템(14)에 의해서 생성되는 형체력을 측정할 수 있다. 일 측면에서, 제어기(50)는 센서(52)로부터의 입력에 따라서 압력을 유지할 수도 있다. 그 대신, 센서는 노즐 내의 압력의 추정치를 계산하기 위해 사용될 수도 있는 전기 프레스에 의해서 전력 수요를 측정할 수도 있다.

활성 폐 루프 제어기(50)가 도 1에 도시되어 있지만, 이 폐 루프 제어기(50) 대신에 다른 압력 조정 장치를 사용할 수도 있다. 예를 들면, 압력 조정 밸브 (도시 안됨) 또는 감압 밸브 (도시 안됨)가 제어기(50)를 대체하여 용융 열가소성 재료(24)의 용융 압력을 조정할 수도 있다. 보다 상세하게는, 압력 조정 밸브 및 감압 밸브는 몰드(28)의 과압을 방지할 수 있다. 몰드(28)의 과압을 방지하는 다른 대체 기구는 과압 상태가 검출되면 활성화되는 경보기이다.

이제 도 2를 참조하면, 몰드 부품(100)의 일례가 도시되어 있다. 몰드 부품(100)은 박형 부품이다. 일반적으로, 몰드 부품은 유로의 두께(T)로 나눈 유로의 길이(L) 가 100 보다 크면 (즉, L/T> 100), 박육인 것으로 간주된다. 보다 복잡한 형상을 갖는 몰드 캐비티의 경우에, 게이트(30)로부터 몰드 캐비티(32)의 단부까지의 몰드 캐비티(32)의 길이에 걸친 T 치수를 적분하고 게이트(30)로부터 몰드 캐비티(32)까지의 최장 길이를 구하는 것에 의해서 L/T 비를 계산할 수도 있다. 그 후에, 유동의 최장 길이를 평균 부품 두께로 나누는 것에 의해서 L/T 비를 구할 수도 있다. 몰드 캐비티(32)가 하나 초과의 게이트(30)를 갖는 경우에, L/T 비는 각각의 개별 게이트에 의해 채워진 몰드 캐비티(32)의 부분에 대해 L 및 T를 적분하는 것에 의해서 구하고, 소정의 몰드 캐비티에 대한 전체의 L/T 비는 게이트들 중 어느 게이트에 대해 계산된 최고의 L/T 비이다. 일부 사출 성형 산업에서는, 박형 부품은 L/T > 100를 갖거나, 또는 L/T> 200를 갖는 부품으로서 규정될 수도 있다. 유로의 길이 (L)는 게이트(30)로부터 몰드 캐비티의 단부(104)까지 측정한 최장 유동 길이이다. 박육부는 소비자 제품 산업에서 특히 일반화되어 있다.

고 L/T 비 부품은 일반적으로 약 10 ㎜ 미만의 평균 두께를 갖는 성형품에서 발견된다. 소비자 제품에서, 일반적으로, 고 L/T비를 갖는 제품은 약 5 ㎜ 미만의 평균 두께를 갖는다. 예컨대, 고 L/T 비를 갖는 자동차 범퍼 패널은 일반적으로 10 ㎜ 이하의 평균 두께를 가지며, 고 L/T 비를 갖는 큰 음료수 잔은 일반적으로 5 ㎜ 이하의 평균 두께를 가지며, 고 L/T 비를 갖는 용기(통 또는 유리병 등) 는 일반적으로 약 3 ㎜ 이하의 평균 두께를 가지며, 고 L/T 비를 갖는 병마개 인클로저는 일반적으로 약 2 ㎜ 이하의 평균 두께를 가지며, 고 L/T 비를 갖는 개별 칫솔 강모는 약 1 ㎜ 이하의 평균 두께를 가진다. 본원에 개시하는 실질적인 정압 공정 및 장치는 5 ㎜ 이하의 두께를 갖는 부품에 특히 바람직하며, 개시된 공정 및 장치는 얇은 부분에 보다 바람직하다.

고 L/T 비를 갖는 박육부는 사출 성형에서 어떤 장해가 된다. 예컨대, 유로의 두께는 재료가 유로의 단부(104)에 이르기 전에 용융 열가소성 재료를 냉각시키는 경향이 있다. 이것이 발생하면, 열가소성 재료가 해동하여 더 이상 흐르지 않고, 그 결과 불완전한 부품이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 기존의 사출 성형 기계는 통상적으로 103.4 ㎫ (15,000 psi) 보다 높은 매우 높은 압력에서 용융 열가소성 재료를 사출하여, 용융 열가소성 재료가 냉각되고 해동될 기회를 가지기 전에 몰드 캐비티 내를 신속하게 채우도록 한다. 이것은, 열가소성 재료의 제조자들이 매우 높은 압력에서 열가소성 재료를 사출할 것을 지시하는 한가지 이유이다. 기존의 사출 성형기가 고압에서 열가소성 재료를 사출하는 다른 이유는, 전술한 바와 같이, 전단이 증가하여, 유동 특성이 증가하기 때문이다. 이러한 매우 높은 사출 압력은 무엇보다도 몰드(28)와 공급 시스템을 형성하는데 매우 단단한 재료를 사용할 것을 요구한다.

정압으로 충전할 때, 일반적으로, 충전 속도를 종래의 충전 방법에 비해서 감소시킬 필요가 있는 것으로 생각되었다. 이것은, 몰드가 완전히 채워지기 전에, 폴리머가 긴 기간동안 냉각 몰드면과 접촉하는 것을 의미한다. 따라서, 충전 전에 많은 열을 제거할 필요가 있고, 이것에 의해서 몰드가 채워지기 전에 재료가 해동되는 결과를 초래할 것으로 예상된다. 몰드 캐비티의 일부분이 열가소성 재료의 비 유동 온도 이하로 하강함에도 불구하고, 실질적인 정압 상태가 되면 열가소성 재료가 유동할 것이라는 것을 예상치 못하게 발견하였다. 당업자라면, 일반적으로 그러한 상태가 열가소성 재료가 계속 흘러서 전체의 몰드 캐비티를 채우기보다는 동결하여 몰드 캐비티를 메우게 할 것이라고 예상할 것이다. 이론에 의해 구속되는 의도 없이, 개시된 방법 및 장치의 실시예의 실질적인 정압 상태가 충전 중에 전체의 몰드 캐비티에 걸쳐 동적 유동 상태 (즉, 일정하게 이동하는 용융 선단)를 허용하는 것으로 여겨진다. 용융 열가소성 재료가 흘러 몰드 캐비티를 채우므로, 그의 유동은 중단되지 않고, 따라서, 몰드 캐비티의 적어도 일부가 열가소성 재료의 비 유동 온도 이하로 하강함에도 불구하고, 그 흐름이 해동될 기회가 없다.

또한,전단 가열의 결과로서 몰드 캐비티 내부가 그러한 온도가 됨에도 불구하고, 동적 유동 상태의 결과로서, 용융 열가소성 재료는 비 유동 온도보다 높은 온도를 유지하는 것이 가능한 것으로 생각된다. 또한, 열가소성 재료가 동결 과정을 시작함에 따라, 동적 유동 상태가 열가소성 재료 내의 결정 구조의 형성을 방해하는 것으로 생각된다. 결정 구조의 형성은 열가소성 재료의 점도를 증가시켜, 캐비티를 채우기 위한 적절한 흐름을 방지할 수 있다. 열가소성 재료가 캐비티 내로 흘러서 재료의 비 유동 온도 이하인 몰드의 저온이 되므로, 결정 구조 형성 및/또는 결정 구조 사이즈를 감소시키면, 열가소성 재료의 점도를 감소시킬 수 있다.

개시하는 실질적 정압 사출 성형 방법 및 시스템은 재료 점도의 변화, 재료 온도의 변화 및 다른 재료 특성의 변화를 감시하기 위해서 유동 위치 (즉, 몰드 캐비티의 단부 근처)에 배치된 센서 (상술한 도 1의 센서(53)와 같은)를 사용할 수도 있다. 제어기가 공정을 실시간으로 수정하여 용융 선단이 몰드 캐비티의 단부에 도달하기 전에 용융 선단 압력이 감압되는 것을 확보 하도록 하기 위해서, 이 센서로부터의 측정 결과를 제어기에 통신할 수도 있고, 이에 의해서 몰드의 플래싱 (flashing) 및 다른 압력 및 전력 피크를 발생시킬 수 있다. 또한, 제어기는 일관된 처리 상태를 달성하기 위해서 공정에서 최대 전력 및 최대 유량 지점을 조정하도록 센서 측정을 사용할 수도 있다. 현재의 사출 사이클 중에 공정을 실시간으로 미세 조정하기 위해 센서 측정을 사용하는 것 외에, 제어기는 시간이 지남에 따라 (예컨대, 복수의 사출 사이클에 걸쳐서) 공정을 조정할 수도 있다. 이와 같이, 현재의 사출 사이클은 이전 시점에서 하나 이상의 사이클 중에 발생하는 측정에 기초하여 수정될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 센서 판독치는 공정의 일관성을 달성하기 위해서 많은 사이클에 걸쳐 평균화될 수 있다.

다양한 실시예에서, 몰드는 전체의 몰드 캐비티를 비 유동 온도 미만의 온도로 유지하는 냉각 시스템을 구비할 수 있다. 예컨대, 용융 열가소성 재료를 포함하는 샷에 접촉하는 몰드 공동의 평탄한 표면이 저온을 유지하도록 냉각될 수 있다. 임의의 적절한 냉각 온도가 사용될 수 있다. 예컨대, 몰드는 실질적으로 실온으로 유지될 수 있다. 그러한 냉각 시스템의 통합은 형성된 사출 성형품을 냉각하여 몰드로부터 사출할 준비를 하는 속도를 바람직하게 향상시킬 수 있다.

열가소성 재료:

본 발명의 실질적인 정압 사출 성형 방법 및 장치에 다양한 열가소성 재료를 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 용융 열가소성 재료는, 약 0.1 g/10 min 내지 약 500 g/10 min의 용융 유동 지수로 규정되고 2.16 ㎏의 중량으로 약 230 C의 온도에서 수행된 ASTM D1238에 의해서 측정되는 점도를 갖는다. 예컨대, 폴리프로필렌의 경우에, 용융 유동 지수의 범위는 약 0.5 g/10 min 내지 약 200 g/10 min 일 수 있다. 다른 적절한 용융 유동 지수는 약 1 g/10 내지 약 400 g/10 min, 약 10 g/10 min 내지 약 300 g/10 min, 약 20 내지 약 200 g/10 min, 약 30 g/10 내지 약 100 g/10 min, 약 50 g/10 min 내지 약 75 g/10 min, 약 0.1 g/10 min 내지 약 1 g/10 min , 또는 약 1 g/10 min 내지 약 25 g/10 min을 포함한다. 재료의 MFI는 용도에 기초하여 성형품을 사용하여 선택된다. 예를 들면, 0.1 g/10 내지 약 5 g/10 min의 MFI를 갖는 열가소성 재료는 사출 연신 블로우 성형(Injection Stretch Blow Molding (ISBM)) 용도를 위한 예비 성형품으로 사용하기에 적합할 수도 있다. 5 g/10 min 내지 50 g/10 min의 MFI를 갖는 열가소성 재료는 제품을 포장하기 위한 마개 및 폐쇄체로서 사용하기에 적합할 수도 있다. 50 g/10 min 내지 약150 g/10 min의 MFI를 갖는 열가소성 재료는 버킷이나 통의 제조에 사용하기에 적합할 수도 있다. 150 g/10min 내지 약 500 g/10 min의 MFI를 갖는 열가소성 재료는 매우 높은 L/T 비를 갖는 박판과 같은 성형품에 적합할 수도 있다. 그러한 열가소성 재료의 제조자들은 일반적으로 41.4 ㎫ (6000 psi)를 초과하고, 때로는 41.4 ㎫ (6000 psi) 를 상당히 초과하는 용융 압력을 사용하여 재료를 사출 성형할 것을 지시하고 있다. 그러한 열가소성 재료의 사출 성형과 관련된 종래의 지시와는 대조적으로, 바람직하게는, 본 발명의 일정한 사출 성형 방법 및 장치의 실시예들은, 그러한 열가소성 재료를 사용하여 양질의 사출 성형품을 형성하는 것과, 41.4 ㎫ (6000 psi), 및 가능하면 41.4 ㎫ (6000 psi) 아래의 용융 압력으로 처리하는 것을 가능하게 한다.

열가소성 재료는, 예컨대 폴리올레핀일 수 있다. 예시적인 폴리올레핀은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리메틸펜텐 및 폴리부텐-1을 포함하지만, 이들에 한정되지는 않는다. 바이오 폴리프로필렌 또는 바이오 폴리에틸렌을 생산하기 위해서, 전술한 폴리올레핀 중 어떠한 것이라도 사탕수수 또는 기타 농산물과 같은 바이오 기반 원료(bio-based feedstocks)로부터 공급될 수 있다. 바람직하게는, 폴리올레핀은 용융 상태가 되면 전단 박화를 나타낸다. 전단 박화는 유체가 압축 응력 하에 배치될 때의 점도의 감소이다. 유익하게, 전단 박화는 열가소성 재료의 흐름이 사출 성형 공정을 통해 유지될 수 있게 한다. 이론에 의해 구속할 의도 없이, 특히, 폴리올레핀에서 열가소성 재료의 전단 박화 특성은 재료를 정압에서 처리할 때 재료 점도의 적은 변화를 발생시키는 것으로 생각된다. 그 결과, 본 발명의 방법 및 장치의 실시예들은, 예컨대 처리 상태 뿐만 아니라 착색제 및 기타 첨가제들로부터 유발되는 열가소성 재료의 변화에 덜 민감할 수 있다. 열가소성 재료의 특성의 배치간 변화 (batch-to-batch variations)에 의해서, 바람직하게는 후기 산업 및 후기 소비자 재활용 플라스틱을 본 발명의 방법 및 장치의 실시예들을 사용하여 처리할 수 있다. 후기 산업 및 후기 소비자 재생 플라스틱은, 소비자 항목으로서의 수명 주기가 완료되고, 달리, 고체 폐기물품으로서 처분된 최종 제품으로부터 유래된 것이다. 그러한 재생 플라스틱 및 열가소성 재료의 혼합물은 본질적으로 그들 재료 특성의 상당한 배치간 변화가 생긴다.

열가소성 재료는, 예컨대 폴리에트테르일 수도 있다. 예시적인 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)를 포함하지만, 이것에 한정되지는 않는다. PET 폴리머는 바이오 PET 폴리머를 부분적으로 또는 충분히 생성하기 위해서 사탕수수 또는 기타 농산물과 같은 바이오 기반 원료로부터 공급될 수 있다. 다른 적절한 열가소성 재료는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 공중합체, 열가소성 엘라스토머의 폴리머 및 공중합체, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌), 폴리(락트산), 및 폴리(에틸렌 푸라네이트) 폴리히드록시알카노에이트, 폴리(에틸렌 푸라노에이트), (PET의 대안 또는 드롭인 대체물(drop-in replacement)로 간주됨), 폴리히드록시알카노에이트, 폴리아미드, 폴리아세탈, 에틸렌-알파 올레핀 고무, 및 스티렌- 부타디엔-스티렌 블록 공중합체와 같은 바이오 기반 폴리에스테르를 포함한다. 열가소성 재료는 복수의 중합 및 비중합 재료의 혼합물일 수도 있다. 열가소성 재료는, 예컨대 다모드 또는 이모드 혼합물을 생성하는 고, 중 및 저 분자 폴리머의 혼합물일 수 있다. 다모드 재료는 우수한 유동 특성을 갖는 열가소성 재료가 양호한 화학/물리적 특성을 가지는 방식으로 설계될 수 있다. 열가소성 재료는 하나 이상의 작은 분자 첨가물의 폴리머의 혼합물일 수도 있다. 예컨대, 작은 분자는 실록산 또는 열가소성 재료에 첨가되면 중합 재료의 유동성을 향상시키는 다른 윤활 분자일 수 있다.

다른 첨가제는 탄산 칼슘, 황산 칼슘, 활석, 점토 (예를 들면, 나노 클레이), 수산화 알루미늄, CaSiO3, 섬유 또는 미립자로 형성된 유리, 결정성 실리카 (예를 들면, 석영, 노바사이트, 크리스탈로바이트), 수산화 마그네슘, 운모, 나트륨 황산염, 리소폰, 탄산 마그네슘, 산화철; 또는, 쌀 껍질, 밀짚, 대마 섬유, 목재 가루, 또는 나무, 대나무 또는 사탕 수수 섬유 등의 유기 충전제를 포함한다.

다른 적절한 열가소성 재료는 폴리히드록시알카노에이트 (예컨대, 폴리(베타-하이드록시알카노에이트), 폴리(3-하이드록시뷰티레이트-co-3-하이드록시발레르산, NODAX (등록 상표)), 및 박테리아 셀룰로오스 등의 유기물로부터 직접 생성된 폴리머의 비제한적인 예와 같은 재생가능한 폴리머; 식물, 농업 및 산림에서 추출한 폴리머, 이들의 다당류 및 파생 상품 등의 바이오 매스 (예를 들면, 검, 셀룰로오스, 셀룰로오스 에스테르, 키틴, 키토산, 전분, 화학적으로 변성된 전분, 셀룰로오스 아세테이트의 입자), 단백질 (예를 들면, 제인, 유장, 글루텐, 콜라겐), 지질, 리그닌, 및 천연 고무; 전분은 전분 또는 화학적 전분 및 전류 등의 바이오 폴리에틸렌, 바이오 폴리프로필렌, 폴리트라이메틸렌 테레프탈레이트, 폴리락트산, 나일론 11, 알키드 수지, 석신산 기반 폴리에스테르, 및 바이오 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 전분 또는 화학적 전분으로부터 생산된 열가소성 전분과 천연 자연 단량체 및 유도체로부터 파생된 현재의 폴리머를 포함한다.

적절한 열가소성 재료는 전술한 예에서와 같은 상이한 열가소성 재료들의 혼합물 또는 혼합물들을 포함할 수도 있다. 게다가, 상이한 재료는 버진 바이오 파생(virgin bio-derived) 또는 석유 파생 재료로부터 파생된 재료 또는 바이오 파생 또는 석유 파생 재료의 재활용 재료의 화합물일 수도 있다. 혼합물 중의 열가소성 재료 중 하나 이상은 생분해성일 수도 있다. 또한, 비 혼합 열가소성 재료의 경우에, 그 재료은 생분해성일 수도 있다.

예시적인 열가소성 수지와 그들의 권장 작동 압력 범위를 하기의 표에 제공한다:

실시예들 중 하나 이상은 실질적인 정압에서 용융 열가소성 재료를 포함하는 샷의 용융 압력을 유지하면서, 용융 열가소성 재료를 포함하는 샷으로 전체의 몰드 캐비티를 실질적으로 채우는 것을 포함하지만, 특정한 열가소성 재료는 상이한 정압에서 본 발명으로부터 이익을 얻는다. 상세하게는: 68.9 ㎫ (10000 psi) 미만의 실질적인 정압에서 PP, 나일론, PC, PS, SAN, PE, TPE, PVDF, PTI, PBT, 및 PLA; 55.2 ㎫ (8000 psi) 미만의 실질적인 정압에서 ABS; 39.9 ㎫ (5800 psi) 미만의 실질적인 정압에서 PET; 48.3 ㎫ (7000 psi) 미만의 실질적인 정압에서 아세탈 공중합체; 68.9 ㎫, 또는 55.2 ㎫, 또는 48.3 ㎫ 또는 41.4 ㎫, 또는 39.9 ㎫ (10000 psi, 또는 8000 psi, 또는 7000 psi 또는 6000 psi, 또는 5800 psi) 미만에서 플러스 폴리(에틸렌 푸라네이트) 폴리 하이드록시알카노에이트, 폴리에틸렌 푸라노에이트 (아카 PEF).

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 개시하는 실질적인 정압 방법 및 장치의 실시예들은 종래의 고 가변 압력 사출 성형 공정보다 하나 이상의 이점을 얻을 수 있다. 예를 들면, 실시예들은 몰드 캐비티의 예비 사출 압력과 열가소성 재료간의 균형을 유지할 필요를 없게 하는 비용면에서 보다 효과적이고 효율적인 공정과, 몰드 캐비티의 대기압의 사용 및 그에 따른 가압 수단의 필요성을 제거하는 간단한 몰드 구조체를 허용하는 공정, 비용면에서 보다 효과적이고 기계처리하기 쉬운 보다 낮은 경도의 고 열전도성 몰드 캐비티 재료를 사용할 수 있는 능력, 열가소성 재료의 온도, 점도, 및 기타 재료 특성의 변화에 덜 민감한 보다 강력한 처리 방법, 및 몰드 캐비티 내의 열가소성 재료의 조기 경화 없이 그리고 몰드 캐비티 내를 가열하거나 일정 온도를 유지할 필요가 없이 실질적인 정압에서 양질의 사출 성형품을 생산할 수 있는 능력을 포함한다.

일 실시예에서, 41.4 ㎫ (6000 PSI)의 사출 압력 미만에서 실질적인 정압을 사용하여 샘플 부품을 형성하였다.

샘플을 일반 실험실 마이크로톰을 사용하여 사출 성형품으로부터 격리시켰다. 적어도 4개의 샘플을 각 사출 성형품으로부터 꺼냈다. 그 후에, 샘플의 단면을 준비하여 각 샘플의 구성 층 (표피, 코어 등)을 노출시켰다.

Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY) 빔 라인 G3에서 싱크로 측정을 MAXIM 검출기 앙상블을 갖는 DORIS III에서 수행하였다. 즉, 샘플 회절의 개요를 얻기 위해서 섬광 계수 장치를 평균화하는 점에 의해서 제1 측정을 행하였다. 그 후에, 공간 분해능 회절상을 MAXIM (CCD 센서의 전방에 다채널 플레이트 [MCP]를 갖는 2D 검출기 Hamamatsu 4880)의 위치 검지 카메라로 촬상하였다.

싱크로 측정 결과, 실질적인 정압 공정을 사용하여 성형된 소정 두께를 갖는 사출 성형품이 부품의 코어에 지향 폴리프로필렌 결정체의 독특하고 식별가능한 추가의 밴드 또는 영역을 나타냈다. 이러한 지향 재료의 추가의 영역은 강이나 알루미늄 몰드를 사용하여 성형된 부품에서 볼 수 있다. 종래의 고 가변 압력 공정을 사용하여 성형된 부품은, 주로 실질적인 정압 공정을 사용하여 성형된 부품에 비교하여 지향 밴드의 수가 감소된다.

실질적인 정압 공정을 사용하여 성형된 부품은 성형 응력이 적을 수도 있다. 종래의 고 가변 압력 공정에서, 압력 제어로의 고 변환 또는 절환과 조합된 속도 제어 충전 공정은 바람직하지 않은 높은 수준의 성형 응력을 갖는 부품을 초래할 수도 있다. 기존의 공정에서 팩 압력이 너무 높게 설정되면, 부품은 종종 과도하게 충전된 게이트 영역을 가질 것이다. 부품을 교차 편광 테이블에 배치함으로써 성형 응력을 시각적으로 평가할 수 있다. 성평품에서 관찰된 복굴절이 성형 응력의 차이를 관찰하기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 이것은 부품 내의 응력 선의 패턴으로서 관찰된다. 일반적으로, 응력 선의 수 및/또는 응력 선의 불균일이 클수록 바람직하지 않다.

도 3을 참조하면, 종래의 고 가변 압력 사출 성형 공정의 전형적인 압력-시간 곡선이 점선 200으로 도시되어 있다. 대조적으로, 개시된 정압 사출 성형기의 압력-시간 곡선은 실선 210으로 도시되어 있다.

종래의 경우에, 용융 압력은 103.4 ㎫ (15,000 psi) 이상으로 급격히 증가한 후에 제 1 기간(220) 동안 103.4 ㎫ (15,000 psi) 초과의 비교적 고압으로 유지된다. 제 1 기간(220)은 용융된 소성 재료가 몰드 캐비티 내로 흐르는 충전 시간이다. 그 후에, 용융 압력은 감소하여 제2 기간(230) 동안 저압이지만 여전히 비교적 고압인, 통상 68.9 ㎫ (10,000 psi) 이상에 유지된다. 제 2 기간(230)은 몰드 캐비티 내의 모든 갭이 다시 채워지는 것을 보장하도록 용융 압력이 유지되는 패킹 시간이다. 패킹이 완료된 후에, 냉각 시간인 제3 기간(232) 동안 다시 선택적으로 압력이 떨어질 수 있다. 종래의 고압 사출 성형 시스템의 몰드 캐비티는 유로의 단부로부터 게이트를 향해서 다시 채워진다. 몰드 내의 재료는 통상적으로 캐비티의 단부 근처에서 해동된 다음, 완전히 해동된 재료의 영역을 점차 게이트 장소 또는 장소들을 향해서 이동시킨다. 그 결과, 몰드 캐비티의 단부 부근의 플라스틱은, 게이트 장소 또는 장소에 가까운 소성 재료보다 단시간에 감압되어 채워진다. 게이트와 몰드 캐비티의 단부 사이의 매우 얇은 단면적과 같은 부품 형상은 몰드 캐비티의 영역에서 충전 압력의 레벨에 영향을 미칠 수 있다. 불균일한 충전 압력은 전술한 바와 같이 완성품에 불균일을 초래할 수도 있다. 또한, 여러 응고 단계에서의 플라스틱의 종래의 충전은 다소의 비이상적인 재료 특성, 예컨대, 성형 응력, 잠김, 및 비 최적 광학 특성을 초래한다.

한편, 실질적인 정압 사출 성형 시스템은 충전 기간(240) 동안 실질적인 정압으로 용융된 소성 재료를 몰드 캐비티 내에 사출한다. 도 3의 예에서 사출 압력은 41.4 ㎫ (6,000 psi) 미만이다. 그러나, 성형 공정 중에 압력이 실질적으로 일정한 한, 다른 실시예에서는 고압을 사용할 수도 있다. 몰드 캐비티가 채워진 후에, 성형품이 냉각됨에 따라, 실질적인 정압 사출 성형 시스템은 제2 기간(242) 동안 압력을 점차 감소시킨다. 실질적인 정압을 사용함으로써, 용융 열가소성 재료는 게이트로부터 유로의 단부를 향해서 유로를 통해 전진하는 연속 용융 유동 선단을 유지한다. 다시 말해서, 용융 열가소성 재료는 몰드 캐비티를 통해 계속 이동함으로써, 조기의 해동을 방지한다. 따라서, 소성 재료는 유로를 따른 임의의 지점에서 비교적 균일하게 유지되어, 결과적으로 보다 균일하고 일관된 완제품을 얻는다. 몰드를 비교적 균일한 압력으로 채움으로써, 완성된 성형품은 종래의 성형품보다 양호한 기계적 및 광학적 특성을 가질 수도 있는 결정 구조를 형성한다. 또한, 정압으로 성형된 부품들은 종래의 성형품의 표층보다 상이한 특성을 나타낸다. 그 결과, 정합하에서 성형된 부품들은 종래의 성형품보다 우수한 광학 특성을 가질 수도 있다.

도 4를 참조하면, 여러 충전 단계들이 전체의 충전 시간의 백분율로서 세분화되어 있다. 예컨대, 종래의 고 가변 압력 사출 성형 공정에서, 충전 기간(220)은 총 충전 시간의 약 10%를 구성하고, 충전 기간(230)은 총 충전 시간의 약 50%를 구성하며, 냉각 기간(232)은 총 충전 시간의 약 40%를 구성한다. 한편, 실질적인 정압 사출 성형 공정에 있어서, 충전 기간(240)은 총 충전 시간의 약 90%를 구성하는 반면, 냉각 기간(242)은 총 충전 시간의 약 10%만을 구성한다. 용융된 소성 재료가 몰드 캐비티 내로 흐름에 따라 냉각되기 때문에, 실질적인 정압 사출 성형 공정은 적은 냉각 시간을 필요로 한다. 따라서, 몰드 캐비티가 채워질 때까지, 용융 소성 재료가 몰드 캐비티의 중앙 단면에서 해동되기에 충분한 정도는 아니지만 상당히 냉각되며, 동결 공정을 완료하기 위해 제거해야 할 총 열은 적다. 또한, 용융 소성 재료는 충전을 통해 여전히 액체이며, 충전 압력이 용융 중앙 단면을 통해 전달 되기 때문에, 용융된 소성 재료는 몰드 캐비티 벽과 여전히 접촉하고 있다 (해동 및 수축과는 반대로). 그 결과, 본원에 설명하는 실질적인 정압 사출 성형 공정은 종래의 고 가변 압력 사출 성형 공정에서보다 적은 총 시간 내에 성형품을 충전 및 냉각하는 것이 가능하다.

최대 전력 및 최대 유량 대 몰드 캐비티 충전의 백분율이 종래의 고 가변 압력 공정 및 실질적인 정압 공정의 하기의 도표에 도시되어 있다.

실질적인 정압 공정에서는, 최대 전력 부하가 최대 유량이 발생하는 시간과 거의 동일한 시간에 발생하고, 그 후에 충전 사이클을 통해서 꾸준히 감소한다. 보다 상세하게는, 최대 전력 및 최대 유량은 충전의 처음 30%에서 발생하고, 바람직하게는, 충전의 처음 20%에서, 더 바람직하게는 충전의 처음 10%에서 발생한다. 최대 전력 및 최대 유량을 충전의 초기에 발생하도록 배열함으로써, 열가소성 재료는 동결에 가까워지면 극한 상태가 되지 않는다. 그 결과, 성형품의 물리적 특성이 우수해지는 것으로 생각된다.

전력 레벨은 최대 전력 부하를 따르는 충전 사이클을 통해 서서히 감소한다. 또한, 충전 압력이 실질적으로 일정하게 유지되므로, 유량은 충전 유량을 따르는 충전 사이클을 통해 대체로 서서히 감소한다. 전술한 바와 같이, 최대 전력 레벨은 종래의 공정의 최대 전력 레벨보다 대체로 30 내지 50% 더 낮고, 최대 유량은 종래의 공정의 최대 유량보다 대체로 30 내지 50% 더 낮다.

마찬가지로, 종래의 고 가변 압력 공정의 최대 전력 부하는 최대 유량이 발생하는 시간과 거의 동일한 시간에 발생한다. 그러나, 실질적으로 일정한 공정과는 달리, 종래의 고 가변 압력 공정의 최대 전력 및 유량은 충전의 최종 10% 내지 30%에서 발생하며, 이에 따라서, 열가소성 재료가 동결 공정에 있을 때와 같이 극한 상태가 된다. 또한, 실질적인 정압 공정과는 달리, 종래의 고 가변 압력 공정에서의 전력 레벨은 일반적으로 최대 전력 부하를 따르는 충전 사이클을 통해 급격히 감소한다. 마찬가지로, 종래의 고 가변 압력 공정의 유량은 일반적으로 최대 유량을 따르는 충전 사이클을 통해 급격하게 감소한다.

개시된 고 L/T 부품을 성형하는 방법 및 장치에서는, 소망의 사출 압력을 달성하기 위해 용융된 열가소성 수지를 몰드 캐비티 내에 증가하는 유량으로 주입한 후에 실질적인 정압 사출압력을 유지하기 위해 시간이 지남에 따라 유량을 감소시킴으로써 부품을 성형한다. 실질적인 정압 사출 방법 및 장치는 박육부(예컨대, L/T 비 > 100를 갖는 부품)을 성형할 때, 그리고 큰 샷 사이즈 (예컨대, 50 cc 초과 및 특히 100 cc 초과)를 사용할 때 특히 바람직하다. 캐비티 충전의 처음 30% 내, 바람직하게는, 캐비티 충전의 처음 20% 내, 더욱 바람직하게는 캐비티 충전의 처음 10% 내에서 최대 유량이 발생하는 것이 특히 바람직하다. 성형품의 결정 구조는 종래의 성형품과는 상이하므로, 캐비티 충전의 바람직한 범위 내에서 최대 유량이 발생하는 충전 압력 프로파일을 조정함으로써, 성형품의 결정구조는 기존의 성형품과는 다르기 때문에 성형품은 전술한 물리적 이점 중 적어도 일부 (예컨대, 양호한 강도, 양호한 광학 특성 등)를 가질 것이다. 또한, 고 L/T 제품은 얇기 때문에, 이들 제품은 최종 제품에 소망의 색상을 부여하기 위해 적은 안료를 필요로 한다. 또한, 비 안료 부품에서는, 이 부품은 보다 일관된 성형 상태에 기인하는 가시적 기형이 적을 것이다. 안료를 적게 사용하거나 사용하지 않으면, 비용이 절감된다.

변형예로, 최대 전력은 실질적으로 일정한 사출 압력을 유지하도록 조정될 수도 있다. 보다 상세하게는, 충전 압력 프로파일은 최대 전력을 캐비티 충전의 처음 30%에서, 바람직하게는 캐비티 충전의 처음 20%에서, 보다 바람직하게는 캐비티 충전의 처음 10%에서 발생시키도록 조정될 수도 있다. 최대 전력을 바람직한 범위 내에서 발생시킨 다음 캐비티 충전의 나머지를 통해서 전력을 감소시키도록 공정을 조정하는 것에 의해서, 최대 유량을 조정하는 것과 관하여 전술한 성형품에 대해 동일한 이점이 생긴다. 또한, 전술한 방식으로 공정을 조정하는 것은 박육부 (예컨대, L/T 비 > 100) 와 큰 샷 사이즈 (예컨대, 50 cc 초과, 특히 100 cc 초과)에 특히 바람직하다.

본원에 개시하는 실질적으로 일정한 사출 압력 방법 및 장치는 이하의 도표에 도시한 바와 같이 종래의 고 가변 압력 사출 성형 시스템보다 소정의 L/T 비에 대해 적은 전력을 필요로 한다.

전술한 바와 같이(점선으로 표시), 본원에 개시하는 실질적인 정압 사출 방법 및 장치는 100 내지 250의 L/T 비에 대해 종래의 고 가변 압력 사출 성형 공정보다 소정의 몰드 캐비티를 채우는데 적은 전력 (즉, 낮은 최대 전력 유량 계수)를 필요로 하고, 이 관계는 300의 L/T, 및 400 L/T 이상까지 확장된다. 실제로, 개시하는 실질적인 일정한 사출 압력 방법 및 장치는 하기의 식에 의해 계산된 것보다 적은 전력을 필요로 한다.

Y = 0.7218x + 129.74

여기서 Y = 최대 전력 유동 계수;

X - L/T 비

모든 경우에, 종래의 고 가변 압력 사출 성형 시스템은 상기 식에 의해 계산된 것보다 많은 전력을 필요로 한다.

도 5a 내지 도 5d 및 도 6a 내지 도 6d을 참조하면, 종래의 고 가변 압력 사출 성형기 (도 5a 내지 도 5d)에 의해 채워치고 또 실질적인 정압 사출 성형기 (도 5a 내지 도 5d)에 의해 채워진 몰드 캐비티의 일부가 도시되어 있다.

도 5a 내지 5d에 도시된 바와 같이, 종래의 고 가변 압력 사출 성형기가 용융 열가소성 재료(24)를 게이트(30)를 통해서 몰드 캐비티(32) 내로 사출하기 시작함에 따라, 고 사출 압력이 용융 열가소성 재료(24)를 몰드 캐비티(32) 내로 고속으로 사출하려는 경향이 있고, 이것에 의해서 용융 열가소성 재료(24)를 보통 층류 (도 5a)라 칭하는 층 (31) 내에서 흐르게 한다. 이러한 최외층 (31)은 몰드 캐비티의 벽에 고착된 후에 냉각되고 동결되어, 몰드 캐비티(32)가 완전히 채워지기 전에 냉동 경계 층(33) (도 5b)을 형성한다. 그러나, 열가소성 재료가 동결함에 따라, 그 열가소성 재료는 몰드 캐비티 벽과 경계층(33) 사이의 갭(35)을 남기고 몰드 캐비티(32)의 벽으로부터 수축한다. 이 갭(35)은 몰드의 냉각 효율을 감소시킨다. 또한, 용융 열가소성 재료(24)는 게이트(30)의 주변에서 냉각 및 동결하기 시작하고, 이에 의해서 게이트(30)의 유효 단면적을 감소시킨다. 일정한 체적 유량을 유지하기 위해서, 종래의 고 가변 압력 사출 성형기는 좁아진 게이트(30)를 통해 용융 열가소성 재료를 강제로 밀어 넣기 위해 압력을 증가시켜야 했다. 열가소성 재료(24)가 몰드 캐비티(32) 내로 계속 흐름에 따라, 경계층(33)은 두꺼워진다 (도 5c). 결국, 전체의 몰드 캐비티(32)는 냉동된 열가소성 재료에 의해 실질적으로 채워진다 (도 5d). 이 시점에서, 종래의 고압 사출 성형기는 냉각을 증가시키도록 감소된 경계층(33)을 몰드 캐비티(32)벽에 대해 다시 밀어 넣기 위해서 충전 압력을 유지해야만 했다.

한편, 실질적인 정압 사출 성형기는, 유동 선단(37)이 계속 움직이면서, 용융 열가소성 재료를 몰드 캐비티(32) 내로 흐르게 한다 (도 6a 내지 6d). 유동 선단 (37) 후방의 열가소성 재료(24)는 몰드 캐비티 (37)가 동결되기 전에 실질적으로 채워질 때까지 (즉, 99% 이상 채워질 때까지) 여전히 용융 상태로 유지된다. 그 결과, 게이트(30)의 유효 단면적이 감소하지 않고, 일정한 사출 압력이 유지된다. 또한, 열가소성 재료(24)는 유동 선단(37)의 후방에서 용융되기 때문에, 열가소성 재료(24)는 몰드 캐비티(32)의 벽과 계속 접촉하고 있다. 그 결과, 열가소성 재료(24)는 성형 공정의 충전부 중에 냉각된다 (동결되지 않음). 따라서, 사출 성형 공정의 냉각부는 종래의 공정만큼 길 필요가 없다.

열가소성 재료는 용융 상태로 유지되어 몰드 캐비티(32) 내로 계속 이동하기 때문에, 종래의 몰드보다 적은 사출 압력이 요구된다. 일 실시예에서, 사출 압력은 41.4 ㎫ (6,000 psi) 이하이다. 그 결과, 사출 시스템 및 충전 시스템은 강력할 필요가 없다. 예컨대, 개시하는 실질적인 정압 사출 장치는 낮은 형체력을 요구하는 클램프, 및 대응하는 저 클램핑 전원을 사용할 수도 있다. 또한, 저 전력 요건 때문에, 개시하는 사출 성형기는, 박육부를 고 가변압으로 성형하는 종래의 클래스 101 및 102 사출 성형기에 사용할 만큼 일반적으로 강력하지 않은 전기 프레스를 사용할 수도 있다. 전기 프레스가 적은 몰드 캐비티를 갖는 어떤 단순한 몰드에 사용하기에 충분한 경우에도, 소형의 저렴한 전기 모터를 사용할 수도 있으므로, 개시하는 실질적인 정압 사출 방법 및 장치에 의해서 공정이 향상될 수도 있다. 개시하는 정압 사출 성형기는 200 HP 이하의 전력 등급을 갖는 하나 이상의 하기 종류의 전기 프레스, 직동 서보 드라이브 모터 프레스, 듀얼 모터 벨트 구동 프레스, 듀얼 모터 위성 기어 프레스, 및 듀얼 모터 볼 드라이브 프레스를 포함할 수도 있다.

시험 데이터

상기 힘 대 L/T 도표에서 데이터를 생성하는데 사용된 시험 몰드에 대해 몰드 점도 시험을 완료하였다. 이 시험은 최적의 사출 속도가 15.2 ㎝/s (6" 초당)라고 정하였다. 20.3 ㎝/s (8" 초당)의 추가의 속도를 사출 속도와 성형 압력간의 관계를 설명하기 위해 실행하였다. 전술한 바와 같이, 현재의 업계 관행은 몰드 프레스가 달성 가능한 최대 속도로 사출하는 것이다. 이하의 데이터는, 20.3 ㎝/s (8" 초당) 로 나타낸 바와 같은 사출 속도의 증가는 몰드 압력의 상당한 증가로 이어져 데이터가 실행된다는 것을 설명하고 있다. 25.4 ㎝ (10" 초당), 50.8 ㎝/s (20" 초당) 또는 그 이상과 같은 더 빠른 속도로 사출하면, 압력이 상당히 증가할 것이다. 시험 데이터는 이하의 표로 요약된다.

사출 성형품을 성형하는데 필요한 최대 유량과 최대 전력 레벨을 비교하면, 용융 온도 및 몰드 온도는 종래의 압력 공정 및 정압 공정의 실행 조건들 간에 일치하여야 한다. 또한, 이러한 온도 설정은 일반적으로 수지 제조자로부터의 권장 온도에 기초하거나, 또는 제조자가 의도하는 바와 같이 수지를 처리하는 것을 확보하기에 적절한 범위 이내여야 한다.

개시하는 실질적인 정압 사출 성형기는 부품의 품질을 향상시키면서 몰드 공정의 총 사이클 시간을 바람직하게 감소시킨다. 또한, 어떤 실시예에서는, 개시하는 실질적인 정압 사출 성형기는 유압 프레스보다 대체로 더 에너지 효율적이고 적은 유지보수를 요구하는 전기 프레스를 사용할 수도 있다. 또한, 개시하는 실질적인 정압 사출 성형기는 넓은 플래튼 폭, 증가된 타이 바 간격, 타이 바의 제거, 신속한 이동을 촉진하기 위한 경량 구조, 및 비 자연적인 균형 공급 시스템과 같은 보다 유연한 지지 구조체 및 보다 적응 가능한 전달 구조를 채용하는 것이 가능하다. 따라서, 개시하는 실질적인 정압 사출 성형기는 전달 요구에 맞도록 수정될 수도 있고, 특정의 성형품의 요구에 보다 용이하게 맞출 수 있다.

또한, 개시하는 실질적인 정압 사출 성형기 및 방법에 의해서, 고 열전도율 (예컨대, 34.6 W/(m*K) (20 BTU/HR FT℉)) 보다 높은 열 전도율을 가질 수도 있는 연성 재료 (예컨대, 30 미만의 Rc를 갖는 재료)로 몰드를 제작하는 것이 가능하게 되고, 이에 의해서 냉각 기능이 향상되고 보다 균일하게 냉각되는 몰드를 얻게 된다.

용어 "실질적으로", "약", 및 "대략"은, 별도로 지정하지 않는 한, 정량적 비교, 값, 측정 또는 다른 표현에 기인할 수도 있는 불확실성의 고유 정도를 나타내기 위해 본원에 이용될 수도 있다. 또한, 이들 용어는, 당해 주제의 기본 기능의 변화를 초래하는 일 없이 정량적 표현이 명시된 기준으로부터 변화될 수도 있는 정도를 나타내기 위해 본 원에 이용된다. 본원에 별도로 지정하지 않는 한, 용어 "실질적으로", "약", 및 "대략"은, 정량적 비교, 값, 측정 또는 다른 표현이 명시된 기준의 20%에 속할 수 있다는 것을 의미한다.

이제, 본원에 설명하고 기재한 제품의 다양한 실시예들이 낮은 실질적인 정압 성형 공정에 의해 제조될 수도 있다는 것을 명확히 이해해야 한다. 본원에서는 소비재 또는 소비재 제품 자체를 수용하기 위한 제품을 특별히 참조하였지만, 본원에서 언급한 성형 방법은 소비재 산업, 식품 서비스 산업, 운송 산업, 의료 산업, 완구 산업 등에서 사용하기 위한 제품과 함께 사용하기에 적합할 수도 있다는 점을 명확히 이해해야 한다. 또한, 당업자라면 본원에 개시한 지시가 적층 몰드, 인 몰드 장식 (in-mold decoration)과 조합된 회전 및 코어백 몰드 (rotational and core back molds)를 포함하는 복수 재료의 몰드, 인서트 성형, 몰드내 조립체(in mold assembly) 등의 구조에 사용될 수도 있다는 것을 인식할 것이다.

발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 인용된 모든 문헌은 관련 부분에서 본 명세서에 참고로 포함되며; 임의의 문헌의 인용은 본 발명과 관련하여 이것이 종래 기술임을 용인하는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한, 문서로 된 본 문헌의 용어의 임의의 의미 또는 정의가 참고로 포함된 문헌의 용어의 임의의 의미 또는 정의와 상충되는 경우에는 문서로 된 본 문헌의 용어에 부여된 의미 또는 정의가 우선할 것이다.

본원에서는 특정 실시예들을 도시하고 설명하였지만, 청구하는 주제의 정신 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 다양한 다른 변화 및 수정이 이루어질 수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 청구하는 주제의 다양한 측면들을 본원에서 설명하였지만, 그러한 측면들은 조합하여 이용할 필요는 없다. 따라서, 첨부하는 청구범위가 청구하는 주제의 범위 내에 속하는 그러한 모든 변화 및 수정을 포함하고자 한다.

Claims (10)

1. 실질적인 정압에서 박육부 (thinwall part)를 사출 성형하는 방법에 있어서:
   용융 열가소성 재료 (도 1의 #24)를 몰드 캐비티 (도 1의 #32) 내로 전진시키도록 미리 결정된 사출 압력에 도달할 때까지 증가하는 전력(33쪽, 도표, 0-tl)으로 사출 시스템 (도 1의 #12)을 작동시키는 단계-상기 몰드 캐비티는 100 이상의 L/T 비를 가지며, 상기 열가소성 재료는 50 ㏄ 초과의 샷 사이즈 (shot size)를 가짐-를 포함하며;
   상기 방법은:
   실질적으로 일정한 사출 압력을 유지하기 위해 상기 몰드 캐비티가 열가소성 재료로 실질적으로 채워질 때까지 전력(33쪽, 도표, t1-100)을 감소시키는 단계를 추가로 포함하고;
   상기 작동 단계는 상기 몰드 캐비티가 30% 채워지기 전에 최대 전력(33쪽, 도표, t1)이 발생하는 작동을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 최대 전력은 상기 몰드 캐비티가 20% 채워지기 전에 발생하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 최대 전력은 상기 몰드 캐비티가 10% 채워지기 전에 발생하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감소 단계는 4138.4 N/㎠ (평방 센티미터당 422 킬로그램의 힘) 미만의 실질적으로 일정한 사출 압력을 유지하도록 감소시키는 단계를 포함하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 단계는 상기 열가소성 재료가 상기 몰드 캐비티를 통해 전진함에 따라 즉시 이동하는 열가소성 재료의 실질적으로 연속적으로 이동하는 유동 선단을 유지하도록 작동하는 단계를 포함하는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 단계는 상기 열가소성 재료의 유동 선단이 동결되기 시작 전에 상기 몰드 캐비티를 적어도 99%까지 채우는 단계를 포함하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 단계는 200 이상의 L/T 비를 갖는 상기 몰드 캐비티 내로 용융 열가소성 재료를 전진시키는 작동을 포함하는 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 단계는 250 이상의 L/T 비를 갖는 상기 몰드 캐비티 내로 용융 열가소성 재료를 전진시키는 작동을 포함하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 단계는 상기 사출 시스템을 작동시키는 단계를 포함하고, 상기 열가소성 재료가 50 ㏄ 초과의 샷 사이즈를 갖는 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 단계는 상기 사출 시스템을 작동시키는 단계를 포함하고, 상기 열가소성 재료가 100 ㏄ 초과의 샷 사이즈를 갖는 방법.

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