KR20200032273A

KR20200032273A - 발포 성형체의 제조 장치 및 제조 방법

Info

Publication number: KR20200032273A
Application number: KR1020207008036A
Authority: KR
Inventors: 마사아키 오노데라; 요시노리 오노; 유 이가라시
Original assignee: 교라꾸 가부시끼가이샤
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2020-03-25
Anticipated expiration: 2036-09-28
Also published as: EP3539749B1; US10780623B2; KR20180053730A; EP3357670A1; KR102191502B1; KR102093253B1; MX2018003000A; WO2017057462A1; US20180243964A1; CN110667027A; US20200282623A1; EP3539749A1; CN108025480B; EP3357670A4; EP3357670B1; US11141905B2; CN110667027B; CN108025480A

Abstract

[과제] 간이한 공정으로 접힘부의 발생을 억제할 수 있는 발포 성형체의 제조 방법을 제공한다.
[해결 수단] 본 발명에 의하면, 다이 코어와 이것을 둘러싸는 다이 셀 사이의 환상 슬릿으로부터 발포제를 포함하는 용융 혼련수지를 압출하여 원통 형상의 발포 파리손을 형성하여 한 쌍의 분할 금형 사이에 압출하는 압출 공정과, 상기 분할 금형의 하측에 배치된 하측 핀치부에서 상기 발포 파리손을 끼우는 하측 핀치 공정과, 상기 하측 핀치 공정 후에, 상기 분할 금형의 금형 체결을 실시하여 상기 발포 파리손의 성형을 실시하는 성형공정을 구비하고, 상기 다이 코어의 직경을 D, 상기 다이 코어의 하면과 상기 분할 금형의 상면의 사이의 거리를 H, 상기 분할 금형의 하면과 상기 하측 핀치부의 상면 사이의 거리를 L로 할 경우, H/D가 1.33~3.33이며, L/D가 0.33~2.00인, 발포 성형체의 제조 방법이 제공된다.

Description

발포 성형체의 제조 장치 및 제조 방법{MANUFACTURING DEVICE OF FOAM MOLDED ARTICLE AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 발포 성형체의 제조 방법에 관한 것이다.

예를 들면, 자동차 등의 공기조절 장치에서는, 공기를 통풍시키기 위한 관상의 공기조절용 덕트가 사용되고 있다.

공기조절용 덕트로서는, 열가소성수지를 발포제에 의해 발포시킨 발포 수지를 사용한 발포 성형체가 알려져 있다. 발포 성형체는, 높은 단열성과 경량화를 동시에 실현할 수 있는 것으로부터 수요가 확대되고 있다.

이러한 발포 성형체의 제조 방법으로서는, 용융 상태의 발포 수지를 분할 금형으로 금형 체결하고, 내부에 공기를 불어 넣어 팽창시키는 발포 블로우 성형이 널리 알려져 있다.

최근, 경량화의 요구로부터, 발포 성형체의 발포 배율이 높아지는 경향이 있지만, 발포 배율을 높이면 발포 파리손의 외면끼리 용착되어 발포 성형체의 외면에 줄무늬가 형성되는, 소위 「접힘부」라고 하는 현상이 발생하기 쉬워진다. 특허문헌 1에는, 접힘부의 발생을 억제하기 위해, 통 형상의 발포 파리손의 하부를 닫고, 발포 파리손을 금형에 끼우기 전 또는/및 끼우면서, 파리손 내부에 기체를 불어 넣음으로써 파리손을 확장시키는 방법이 공개되어 있다.

일본공개특허 2002-192601호 공보

그러나, 특허문헌 1의 방법은, 금형의 금형 체결 전에 파리손 내부에 기체를 불어 넣을 필요가 있기 때문에 제조 공정이 복잡해진다.

본 발명은 이러한 사정에 비추어 안출된 것이며, 간이한 공정으로 접힘부의 발생을 억제할 수 있는 발포 성형체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 다이 코어와 이것을 둘러싸는 다이 셀 사이의 환상 슬릿(slit)으로부터 발포제를 포함하는 용융 혼련수지를 압출하여 원통 형상의 발포 파리손을 형성하여 한 쌍의 분할 금형 사이에 압출하는 압출공정과, 상기 분할 금형의 하측에 배치된 하측 핀치부에서 상기 발포 파리손을 끼우는 하측 핀치 공정과, 상기 하측 핀치 공정 후에, 상기 분할 금형의 금형 체결을 실시하여 상기 발포 파리손의 성형을 실시하는 성형공정을 구비하고, 상기 다이 코어의 직경을 D, 상기 다이 코어의 하면(下面)과 상기 분할 금형의 상면 사이의 거리를 H, 상기 분할 금형의 하면과 상기 하측 핀치부의 상면 사이의 거리를 L로 하면, H/D가 1.33~3.33이며, L/D가 0.33~2.00인, 발포 성형체의 제조 방법이 제공된다.

본 발명자의 실험에 의하면, 다이 코어의 직경을 D, 다이 코어의 하면과 분할 금형의 상면 사이의 거리를 H, 분할 금형의 하면과 하측 핀치부의 상면 사이의 거리를 L로 했을 때에, H/D가 1.33~3.33, L/D가 0.33~2.00이 되도록, 다이 코어와, 분할 금형과, 하측 핀치부를 배치함으로써, 접힘부의 발생을 억제할 수 있는 것을 알아내어 본 발명의 완성에 이르렀다.

이하, 본 발명이 여러가지 실시 형태를 예시한다. 이하에 나타내는 실시 형태는 서로 조합이 가능하다.

바람직하게는, 상기 발포 성형체는 발포 배율이 2.5배 이상이다.

바람직하게는, 상기 발포 성형체는, 주경로와 이것에 연결된 부경로를 갖추는 관상체이며, 상기 주경로와 부경로 사이의 각도가 45~90도이다.

바람직하게는, 상기 발포 성형체는, 상기 발포 파리손의 압출 방향과의 각도가 0~45도인 단면에서의 블로우비가 0.5~0.8이다.

바람직하게는, 상기 성형공정에서, 상기 분할 금형의 각각을 감압하여 상기 발포 파리손을 상기 분할 금형의 각각에 흡착시키는 공정을 구비하고, 상기 분할 금형의 한 방향의 감압의 개시 타이밍을, 상기 분할 금형의 다른 쪽의 감압의 개시 타이밍보다 1초 이상 늦춘다.

바람직하게는, 상기 압출 공정에서, 접힘부가 발생하기 쉬운 부위에서의 상기 발포 파리손의 두께가, 다른 부위에서의 상기 발포 파리손의 두께보다 작아지도록, 상기 발포 파리손의 두께를 제어한다.

바람직하게는, 상기 압출 공정에서, 상기 용융 혼련수지를 압출하는 방향에 대하여 45도 이상 135도 이하인 방향으로 상기 발포 파리손의 내면을 향해 에어를 분사함으로써 프리 블로우(Preblow)가 실시된다.

바람직하게는, 상기 프리 블로우는, 상기 분할 금형 사이의 상방 또는 하방에 위치하는 프리 블로우 노즐을 이용하여 실시된다.

바람직하게는, 상기 발포 파리손을 상기 분할 금형 사이의 대략 전체에 위치시켜, 계속하여 상기 발포 파리손을 끼워 밀페하는 하측 핀치가 실시되고, 계속하여 상기 프리 블로우가 실시된다.

도 1은 본 발명의 제1실시 형태에 따른 발포 성형체의 제조 장치의 구성을 나타낸다.
도 2는 도 1중의 다이 헤드(12)의 단면도이다.
도 3은 도 1중의 다이 헤드(12), 분할 금형(14) 및 하측 핀치부(15) 근처의 단면도이다.
도 4는 도 3의 상태로부터 하측 핀치부(15)로 발포 파리손(13)을 끼운 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4의 상태로부터 분할 금형(14)의 금형 체결을 실시한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6a는 본 발명이 바람직하게 적용되는 발포 성형체(16)의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 6b는 도 6a 중의 A-A단면 또는 B-B단면을 나타낸다.
도 7a는 파리손 형상의 위축을 나타내는 도면이다.
도 7b는 도 7a 중의 C-C단면이며 접힘부(커튼 현상)를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2실시 형태에 따른 발포 파리손(13)이 형성된 상태를 나타내는 도면이다.
도 9은 도 8의 상태로부터 하측 핀치부(15)로 발포 파리손(13)을 끼운 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9의 상태로부터 파리손 외주방향에의 프리 블로우를 실시한 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10의 상태로부터 분할 금형(14)의 금형 체결을 실시한 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3실시 형태를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 상태로부터 하측 핀치부(15)로 발포 파리손(13)을 끼운 상태를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제4실시 형태를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 14의 상태로부터 상측 핀치부(15a)로 발포 파리손(13)을 끼운 상태를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제4실시 형태에 따른 변형예를 제시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 이하에 나타내는 실시 형태 중에서 나타내는 각종 특징사항은 서로 조합이 가능하다. 또한, 각 특징사항에 대해 독립적으로 발명이 성립한다.

한편, 본 발명의 제1의 관점에 의하면, 다이 코어와 이것을 둘러싸는 다이 셀의 사이의 환상 슬릿으로부터 발포제를 포함하는 용융 혼련수지를 압출하여 원통 형상의 발포 파리손을 형성하여 한 쌍의 분할 금형 사이로 압출하는 압출 공정과, 상기 분할 금형의 하측에 배치된 하측 핀치부에서 상기 발포 파리손을 끼우는 하측 핀치 공정과, 상기 하측 핀치 공정 후에, 상기 분할 금형의 금형 체결을 실시하여 상기 발포 파리손의 성형을 하는 성형공정을 갖추고, 상기 다이 코어의 직경을 D, 상기 다이 코어의 하면과 상기 분할 금형의 상면 사이의 거리를 H, 상기 분할 금형의 하면과 상기 하측 핀치부의 상면 사이의 거리를 L로 하면, H/D가 1.33~3.33이며, L/D가 0.33~2.00인, 발포 성형체의 제조 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 제2의 관점에 의하면, 환상 슬릿으로부터 발포제를 포함하는 용융 혼련수지를 한 쌍의 분할 금형 사이에 끼워지는 성형영역이 있는 압출 방향으로 압출함으로써 발포 파리손을 형성하는 파리손 형성 공정과, 상기 성형영역에 위치하는 상기 발포 파리손에 대하여 상기 분할 금형의 금형 체결을 실시하여 발포 성형체의 성형을 실시하는 성형공정을 갖추는 발포 성형체의 제조 방법에 있어서, 상기 파리손 형성 공정에서는, 상기 압출 방향에 대하여 45도 이상 135도 이하인 방향으로 상기 발포 파리손의 내면을 향해 에어를 분사함으로써 프리 블로우가 실시되는, 발포 성형체의 제조 방법이 제공된다.

1. 제1실시 형태

최초에, 본 발명의 제1실시 형태의 발포 성형체의 제조 방법을 실시함에 있어서 적합한 발포 성형체의 제조 장치에 대해 설명하고, 그 후, 제1실시 형태의 발포 성형체의 제조 방법에 대해 설명한다.

1.1 발포 성형체의 제조 장치

본 발명의 제1실시 형태의 발포 성형체의 제조 장치는, 도 1~도 5에 도시된 바와 같이, 발포 압출기(1), 분할 금형(14) 및 하측 핀치부(15)를 구비한다. 발포 압출기(1)는, 실린더(3)와, 수지투입구(5)와, 스크류(screw)(7)와, 발포제 주입구(P)와, 온도제어부(9)와, 수지 압출구(11)와, 다이 헤드(12)를 구비한다.

이하, 각 구성 요소를 상세하게 설명한다.

<수지투입구(5)>

수지투입구(5)는, 소위 호퍼이며, 여기로부터 원료수지를 투입한다. 원료수지의 형태는, 특히 한정되지 않지만, 통상은 펠렛(pellet) 형상이다. 원료수지는, 예를 들면 폴리올레핀 등의 열가소성수지이며, 폴리올레핀으로서는, 저밀도 폴리에틸렌, 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 그 혼합물 등을 들 수 있다. 원료수지는, 수지투입구(5)로부터 실린더(3) 내에 투입된 후, 실린더(3) 내에서 가열됨으로써 용융되어 용융 수지로 된다. 또한, 실린더(3) 내에 배치된 스크류(7)의 회전에 의해 실린더(3)의 일단에 설치된 수지 압출구(11)를 향해 반송된다.

<스크류(7)>

스크류(7)는, 실린더(3) 내에 배치되어, 그 회전에 의해 용융 수지를 혼련하면서 수지 압출구(11)을 향해 반송한다. 스크류(7)의 일단에는 기어 장치(30)가 설치되어 있으며, 기어 장치(30)에 의해 스크류(7)가 회전 구동된다. 실린더(3) 내에 배치되는 스크류(7)의 수는, 1개여도 되고, 2개 이상이어도 된다.

<발포제 주입구(P)>

실린더(3)에는, 실린더(3) 내에 발포제를 주입하기 위한 발포제 주입구(P)가 설치된다. 발포제 주입구(P)를 설치하는 위치는 특히 한정되지 않지만, 실린더(3)의 수지투입구(5) 측의 단부의 위치를 0, 수지 압출구(11)측의 단부의 위치를 L로 했을 경우, 발포제 주입구(P)는, 0.3L~0.7L (바람직하게는 0.4~0.6L)의 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 발포제 주입구(P)가 0.3L보다 수지투입구(5)측에 설치되면, 용융 수지의 혼련이 불충분한 상태에서 발포제가 주입되어 발포제의 분산이 불충분해질 경우가 있다. 또한, 용융 수지의 온도는 통상 수지 압출구(11)를 향해 서서히 저하되도록 제어되기 때문에, 발포제 주입구(P)가 0.7L보다 수지 압출구(11) 측에 설치되면, 발포제를 주입하는 부위에서의 용융 수지의 온도가 지나치게 낮아 발포제의 주입량이 감소해버릴 경우가 있다.

발포제 주입구(P)로부터 주입되는 발포제는, 물리발포제, 화학발포제 및 그 혼합물을 들 수 있지만, 물리발포제가 바람직하다. 물리발포제로서는, 공기, 탄산 가스, 질소 가스, 물 등의 무기계 물리발포제 및 부탄, 펜탄, 헥산, 디클로로메탄, 다이클로로에탄 등의 유기계 물리발포제, 또는 그들의 초임계유체를 이용할 수 있다. 초임계유체로서는, 이산화탄소, 질소 등을 이용하여 만드는 것이 바람직하고, 질소일 경우 임계 온도 -149.1℃, 임계압력 3.4MPa 이상, 이산화탄소일 경우 임계 온도 31℃, 임계압력 7.4MPa 이상으로 함으로써 얻을 수 있다. 화학발포제로서는, 산(예:구연산 또는 그 염)과 염기(예:중조)의 화학반응에 의해 탄산 가스를 발생시키는 것을 들 수 있다. 화학발포제는, 발포제 주입구(P)로부터 주입하는 대신, 수지투입구(5)로부터 투입해도 된다.

<온도제어부(9)>

온도제어부(9)는, 실린더(3)를 따라 설치된 복수의 온도조절 유닛을 개별로 제어하고, 실린더(3)의 각 부분의 온도를 제어하도록 구성되어 있다. 또한, 온도제어부(9)는, 발포 파리손(13)을 형성하기 위한 다이 헤드(12)의 온도 및 실린더(3)와 다이 헤드(12) 사이의 연결부(10)의 온도도 제어가능하다.

<수지 압출구(11)·다이 헤드(12)>

원료수지가 발포제가 용융 혼련되어 이루어지는 용융 혼련수지는, 수지 압출구(11)로부터 압출되어, 연결부(10)를 통해 다이 헤드(12) 내에 주입된다.

다이 헤드(12)는, 도 2에 도시된 바와 같이， 원통 형상의 다이 외통(外筒) (41)과, 그 내부에 수용되는 맨드릴(43)을 구비하고, 그 사이의 공간(46)에 실린더(3)로부터 압출된 용융 혼련수지를 저류한다. 또한, 다이 헤드(12)의 끝단에는, 다이 코어(47)와 이것을 둘러싸는 다이 셀(48)이 설치되며, 그 사이에 환상 슬릿(49)이 설치된다. 그리고, 공간(46)에 용융 혼련수지가 소정량 저류된 후에 고리 형상 피스톤(45)을 연직방향으로 밀어내림으로써 용융 혼련수지를 환상 슬릿(49)으로부터 압출하여 원통 형상의 발포 파리손(13)을 형성한다. 발포 파리손(13)은, 한 쌍의 분할 금형(14) 사이로 압출된다.

<분할 금형(14)·하측 핀치부(15)>

한 쌍의 분할 금형(14)은, 발포 파리손(13)의 성형을 실시하여 발포 성형체를 얻는 데 이용할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 분할 금형(14)의 각각은, 캐비티(14b)를 둘러싸도록 핀치 오프부(14a)가 설치되어 있다. 또한, 핀치 오프부(14a)를 둘러싸도록 버(burr) 흘림부(14c)가 설치되어 있다. 발포 파리손(13)이 핀치 오프부(14a)로 끼워진 부위가, 도 6b에 나타내는 파팅 라인(PL)으로 되고, 핀치 오프부(14a)의 외측의 부분이 버로 된다. 분할 금형(14)의 상면에서 핀치 오프부(14a)까지의 거리(R)는, 예를 들면 50mm이다. 버 흘림부(14c) 측에서 본 핀치 오프부(14a)의 높이(Q)는, 예를 들면 5~10mm이다.

분할 금형(14)을 사용한 성형 방법은 특히 한정되지 않고, 분할 금형(14)의 캐비티 내에 에어를 불어 넣어 성형을 실시하는 블로우 성형이어도 되고, 분할 금형(14)의 캐비티의 내면으로부터 캐비티 내를 감압하여 발포 파리손(13)의 성형을 실시하는 진공성형이어도 되며, 그 조합이어도 된다. 하측 핀치부(15)는, 도 3~도 4에 도시된 바와 같이, 발포 파리손(13)의 하부를 끼워(하측 핀치하여) 발포 파리손(13) 내에 폐공간(13a)을 형성하는데 사용된다. 분할 금형(14)은, 하측 핀치 후에 금형 체결된다.

도 2~도 3에 도시된 바와 같이, 분할 금형(14)은, (다이 코어(47)의 하면과 분할 금형(14)의 상면 사이의 거리H)/(다이 코어(47)의 직경D)이 1.33~3.33이 되도록 배치되며, 하측 핀치부(15)는, (분할 금형(14)의 하면과 하측 핀치부(15)의 상면 사이의 거리L)/(다이 코어(47)의 직경D)이 0.33~2.00이 되도록 배치된다. H/D또는 L/D의 값이 너무 작으면, 하측 핀치 후에 분할 금형(14)의 금형 체결을 할 때에, 금형 체결의 완료 전에 발포 파리손(13)의 폐공간(13a)의 내압이 너무 커져 발포 파리손(13)이 파열될 경우가 있다. H/D또는 L/D의 값이 너무 크면, 하측 핀치 후에 분할 금형(14)의 금형 체결을 할 때에 캐비티(14b) 내의 발포 파리손(13)의 폐공간(13a)의 내압이 충분히 커지지 않기 때문에, 금형 체결 후의 캐비티(14b) 내의 발포 파리손(13)의 형상과, 최종 제품으로서의 발포 성형체의 형상의 차이가 커지기 때문에, 접힘부가 발생하기 쉬워진다. H/D는, 구체적으로 예를 들면, 1.33, 1.50, 2.00, 2.50, 3.00, 3.33이며, 여기에서 예시한 수치의 임의의 2개 사이의 범위 내이어도 된다. L/D는, 구체적으로 예를 들면, 0.33, 0.50, 1.00, 1.50, 2.00이며, 여기에서 예시한 수치의 임의의 2개 사이의 범위 내이어도 된다. D는, 50~300mm이며, 구체적으로는 예를 들면, 50, 100, 150, 200, 250, 300mm이며, 여기에서 예시한 수치의 임의의 2개 사이의 범위 내이어도 된다.

2. 발포 성형체의 제조 방법

본 발명의 제1실시 형태의 발포 성형체의 제조 방법은, 압출 공정과, 하측 핀치 공정과, 성형 공정을 구비한다.

압출 공정에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 다이 코어(47)와 이것을 둘러싸는 다이 셀(48) 사이의 환상 슬릿(49)으로부터 발포제를 포함하는 용융 혼련수지를 압출하여 원통 형상의 발포 파리손(13)을 형성하여 한 쌍의 분할 금형(14)사이로 압출한다. 압출 공정에서는, 분할 금형(14) 및 하측 핀치부(15)는 열린 상태로 되어 있다.

하측 핀치 공정에서는, 도 3~도 4에 도시된 바와 같이, 분할 금형(14)의 하측에 배치된 하측 핀치부(15)에서 발포 파리손(13)을 끼운다. 구체적으로는, 하측 핀치부(15)를 도 3의 화살표 X방향으로 이동시켜 도 4에 나타내는 하측 핀치 상태로 한다. 이로 인해, 발포 파리손(13)에 폐공간(13a)이 형성된다.

성형 공정에서는, 도 4~도 5에 도시된 바와 같이, 하측 핀치 공정 후에, 분할 금형(14)의 금형 체결을 실시하여 발포 파리손(13)의 성형을 실시한다. 구체적으로는, 분할 금형(14)의 금형 체결은, 분할 금형(14)을 도 4의 화살표 Y방향으로 이동시킴으로써 실시할 수 있다. 발포 파리손(13)의 성형은, 블로우 성형, 진공성형, 그들의 조합이어도 된다. 제1실시 형태에서는, (다이 코어(47)의 하면과 분할 금형(14)의 상면 사이의 거리H)/(다이 코어(47)의 직경D)이 1.33~3.33이며, (분할 금형(14)의 하면과 하측 핀치부(15)의 상면 사이의 거리L)/(다이 코어(47)의 직경D)이 0.33~2.00이기 때문에, 금형 체결시에 발포 파리손(13)이 파열되거나, 발포 파리손(13)의 성형 시에 접힘부가 발생하거나 하는 것이 억제된다.

그러나, 분할 금형(14)의 각각을 감압하여 발포 파리손(13)을 분할 금형(14)의 각각에 흡착시키는 공정을 갖출 경우에는, 분할 금형(14)의 한 쪽의 감압의 개시 타이밍을, 분할 금형(14)의 다른 쪽의 감압의 개시 타이밍보다 1초 이상 (예를 들면 1~5초) 늦추는 것이 바람직하다. 특히, 접힘부가 발생하기 쉬운 측의 분할 금형(14)의 감압의 개시 타이밍을 늦추는 것이 바람직하다. 일예로서, 우측의 분할 금형(14)에서의 감압이 먼저 개시되면, 캐비티(14b) 내에 있는 발포 파리손(13)은 우측에 가까워져, 좌측의 분할 금형(14)과 발포 파리손(13) 사이의 틈이 커진다. 그 상태에서 좌측의 분할 금형(14)의 감압을 시작하면, 발포 파리손(13)이 확장하는 공간이 크기 때문에, 발포 파리손(13)의 구김이 펴지기 쉬워 접힘부가 발생하기 어렵다. 따라서, 발포 파리손(13)의 좌측의 부분에 접힘부가 발생하기 쉬울 경우에는, 우측의 분할 금형(14)의 감압을 먼저 시작하는 것이 바람직하다. 반대로, 발포 파리손(13)의 우측 부분에 접힘부가 발생하기 쉬울 경우에는, 좌측의 분할 금형(14)의 감압을 먼저 시작하는 것이 바람직하다.

압출 공정에서, 접힘부가이 발생하기 쉬운 부위에서의 발포 파리손(13)의 두께(T1)가, 다른 부위에서의 발포 파리손(13)의 두께(T2)보다 작아지도록, 발포 파리손(13)의 두께를 제어하는 것이 바람직하다. T1/T2은, 0.8~0.9이 바람직하다. 이 경우, 접힘부가 발생하기 쉬운 부위에서 발포 파리손(13)이 잡아 늘어나기 쉬워져, 접힘부의 발생이 억제된다. 발포 성형체가 도 6b에 도시된 바와 같이, 주경로(17)와 이것에 연결된 부경로(18)를 갖추는 관상체일 경우, 주경로(17)와 부경로(18)의 사이의 연결부(19)에 접힘부가 발생하기 쉽기 때문에, 연결부(19)에 대응하는 부위에서, 발포 파리손(13)의 두께를 얇게 하는 것이 바람직하다.

3. 발포 성형체

제1실시 형태의 발포 성형체의 제조 방법은, 임의의 형상 및 발포 배율의 발포 성형체의 제조에 호적하게 이용가능한 것이지만, 접힘부의 발생을 효과적으로 억제하는 방법이기 때문에, 접힘부가 발생하기 쉬운 형상 또는 발포 배율의 발포 성형체의 제조에 특히 적합하다.

이러한 관점으로부터, 발포 성형체는, 발포 배율이 2.5배 이상이 바람직하다. 발포 배율이 높을 수록 발포 파리손(13)의 강도가 저하되어 발포 파리손(13)에 구김이 발생하여 접힘부가 발생하기 쉬워지기 때문이다. 발포 배율의 상한은 특히 규정되지 않으며, 예를 들면 5배이다. 발포 배율은, 구체적으로 예를 들면, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5배이며, 여기에서 예시한 수치의 임의의 2개 사이의 범위 내이어도 된다. 또한, 발포 성형체의 평균 두께는, 2mm 이상이 바람직하다. 사용하는 수지량이 같으면 평균 두께가 클수록 발포 배율이 높아져, 발포 파리손(13)의 강도가 저하되어 접힘부가 발생하기 쉬워지기 때문이다. 평균 두께의 상한은 특히 규정되지 않으며, 예를 들면, 6mm이다. 평균 두께는, 구체적으로 예를 들면, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6mm이며, 여기에서 예시한 수치의 임의의 2개 사이의 범위 내이어도 된다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 발포 성형체(16)의 일예에서는, 주경로(17)와 이것에 연결된 부경로(18)를 갖추는 관상체이다. 주경로(17)와 부경로(18) 사이의 각도(α)는 45~90도인 것이 바람직하다. 도 6a의 예에서, 각도(α)는 90도이다. 이러한 형상의 경우에, 주경로(17)와 부경로(18) 사이의 연결부(19)에 접힘부가 발생하기 쉽다. 부경로(18)는, 도 6a에서는 분기 경로로 되어 있지만, 대략 L자 형상으로 굴곡한 경로여도 된다.

발포 파리손(13)의 압출 방향과의 각도β가 0~45도인 단면(S)에서의 블로우 비가 0.5~0.8인 것이 바람직하다. 도 6a 중의 A-A단면에서는, 각도β가 45도이며, B-B단면에서는 각도β가 0도이다. 단면S는, 부경로(18) 또는 연결부(19)에서의 단면인 것이 바람직하고, 연결부(19)에서의 단면인 것이 더 바람직하다. 이러한 부위의 단면에서의 블로우 비를 산출함으로써 접힘부의 발생의 용이함의 예측 정밀도를 높일 수 있기 때문이다. 블로우 비는, 이하의 방법으로 산출한다. 먼저, 도 6b에 도시된 바와 같이, 단면S에서, 대향하는 파팅 라인의 최외점 끼리를 직선W로 연결한다. 다음, 단면S내에서, 직선W로부터 가장 떨어진 점T와 직선W를 직선V로 연결한다. 다음, 블로우 비=(직선V의 길이)/(직선W의 길이)의 식에 따라 블로우 비를 산출한다. 블로우 비는, 구체적으로 예를 들면, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8이며, 여기에서 예시한 수치의 임의의 2개 사이의 범위 내이어도 된다.

[실시예]

도 1에 나타내는 발포 성형체의 제조 장치를 이용하여 발포 성형품을 제작하고, 접힘부의 발생의 유무의 평가를 했다. 발포 압출기(1)의 실린더(3)의 내경은 50mm이며, L/D=34이었다. 원료수지에는, LDPE(그레이드:G201-F, 스미토모화학제)와, HDPE(그레이드:B470, 아사히화성(旭化成) 케미칼제)을 질량비 1:1로 혼합한 것을 이용했다. 발포 파리손(13)의 온도가 190~200℃가 되도록 온도제어부(9)의 설정을 실시했다. 스크류(7)의 회전수는, 60rmm으로 하고 압출량은, 20kg/hr으로 했다. 발포제로서는 N₂가스를 사용하고, 0.5L의 위치에 설치된 발포제 주입구(P)로부터 주입했다. 주입 가스량을 변화시킴으로써 발포 배율의 조정을 실시했다. 다이 코어(47)의 직경은 150mm로 했다.

이상의 조건으로 형성된 발포 파리손을 이용하여 블로우 성형을 실시하고, 표1에 나타내는 조건으로, 도 6a에 나타내는 형상의 발포 성형체를 제조하고, 얻어진 발포 성형체에 접힘부가 발생한 것인가 아닌가의 평가를 실시했다.

표 1에 도시된 바와 같이, 시료 No. 3~8 및 11~16에 대해서는, 각각 접힘부가 형성되었다. 접힘부는, 모두, 연결부(19)에서, 발포 파리손(13)의 압출 방향과의 각도β가 0~45도로 되는 방향으로 연장되도록 형성되었다. 또한, 접힘부가 연장되는 방향에 따른 단면에서 블로우 비를 산출한 바, 표1에 도시된 바와 같이, 블로우 비가 0.5~0.8이 되는 위치에서 접힘부가 발생하기 쉬운 것을 알았다.

또한, H/D가 1.33~3.33이며 L/D가 0.33~2.00인 시료 No. 1~2및 9~10에 있어서는, 블로우 비에 상관없이 접힘부가 형성되지 않았다.

이상으로부터, H/D를 1.33~3.33로 하는 동시에 L/D를 0.33~2.00로 함으로써, 발포 배율이 2.5배 이상인 동시에 연결부(19)의 블로우 비가 0.5~0.8인 발포 성형체에 있어서도 접힘부의 발생을 방지할 수 있는 것을 알았다. 한편, 발포 배율이 2배 이하의 경우에는, H/D 및 L/D가 상기 범위 외이어도 접힘부가 발생하지 않았다.

시료No.	발포배율	평균두께	H/D	L/D	접힘부의 유무
시료No.	발포배율	평균두께	H/D	L/D	블로우비0.5~0.6	블로우비0.6~0.7	블로우비0.7~0.8
1	3배	4mm	1.33	0.33
2	↑	↑	3.33	2.00
3	↑	↑	1.00	0.33		유	유
4	↑	↑	1.33	0.20			유
5	↑	↑	1.00	0.20	유	유	유
6	↑	↑	4.00	2.00			유
7	↑	↑	3.33	2.33		유	유
8	↑	↑	4.00	2.33	유	유	유

9	2.5배	2mm	1.33	0.33
10	↑	↑	3.33	2.00
11	↑	↑	1.00	0.33			유
12	↑	↑	1.33	0.20			유
13	↑	↑	1.00	0.20		유	유
14	↑	↑	4.00	2.00			유
15	↑	↑	3.33	2.33			유
16	↑	↑	4.00	2.33		유	유

2. 제2실시 형태

상술의 제1실시 형태에 따른 설명에 있어서는 기재를 생략하고 있지만, 제1실시 형태에 따른 발포 성형체의 제조 장치 및 제조 방법은, 도 7a에 나타낸 바와 같이 프리블로우 노즐을 이용하여 화살표 B₀방향(압출 방향)으로 에어를 분출하는 프리 블로우가 실시될 때가 있다. 이 경우, 해당 프리 블로우를 따르는 발포 블로우 성형에서는 이하와 같은 문제가 생긴다.

(1) 도 7a에 도시된 바와 같이, 파리손 내부에 공기의 흐름이 발생해 주위의 공기가 빨려들어(코안다 효과), 파리손 내부 중 특히 프리 블로우 노즐 주변이 음압이 되어, 파리손의 형상이 표주박형으로 위축하기 쉽다.

(2) 발포 블로우 성형에서는 통상의 블로우 성형에 비해 열가소성수지의 용해 장력이 낮고, 중력의 영향으로 발포 파리손이 중력방향(통상은 압출 방향)으로 확대되어, 그 결과 파리손 지름이 작아진다.

그래서, 이러한 문제를 해결하기 위해서, 제2실시 형태에 영향을 미치는 발포 성형체의 제조 장치 및 제조 방법은, 발포 파리손을 위축시키지 않고 거의 원통형상으로 형성가능하며, 또한 파리손 지름이 작아지는 것을 완화할 수 있는 창의연구가 실시되고 있다. 또한, 해당 창의연구에 의해 제1실시 형태보다 접힘부 (특히 도 7b에 나타내는 커튼 현상)의 발생율을 더 억제 할 수 있는 것도 알고 있다. 이하 이것에 대해 상술한다. 한편, 제1실시 형태와 공통되는 구성에 대해서는 설명을 생략한다.

2.1 프리 블로우 노즐(20)

제2실시 형태 이후에서는, 설명의 편의상, 분할 금형(14) 사이에 끼워져 있는 영역을 성형영역 U으로 정의한다. 프리 블로우 노즐(20)은, 도시하지 않지만 측면에 복수의 미세공을 갖춘다. 미세공으로부터 에어가 분사된다. 미세공의 형상은 특히 한정되지 않고, 예를 들면, 원형, 타원형 또는 4각형 등의 다각형이면 된다. 미세공이 원형의 경우, 1개의 미세공의 직경은, 바람직하게는 0.3mm ~40.0mm정도이며, 더 바람직하게는, 3.0mm이다. 한편, 상기 범위보다 직경이 작으면 프리 블로우의 발포 파리손(13)에 대한 확장 효과가 불충분하며， 만약 수지가 부착되었을 경우에 미세공이 폐쇄되는 우려가 있다. 한편, 상기 범위보다 직경이 크면 처음부터 가공이 곤란(다이 코어(47)의 크기에 제한된다)하며, 수지가 구멍 내로 유입하는 우려가 있다. 이런 미세공은, 미세공의 직경에도 의존하지만, 바람직하게는 3개 ~8개 설치되며, 더 바람직하게는 4개 설치된다.

도 8~도 11에 나타낸 바와 같이, 프리 블로우 노즐(20)은, 수지의 압출 공정(도 8 참조), 하측 핀치 공정(도 9) 후에, 폐공간(13a)에서 발포 파리손(13)의 내면에 대하여 수지의 압출 방향과 45도이상 135도이하의 각도γ를 이루는 방향으로 에어를 분사하는 프리 블로우를 실시한다. 각도γ에 대해서는 구체적으로는 예를 들면, 45도, 50도, 55도, 60도, 65도, 70도, 75도, 80도, 85도, 90도, 95도, 100도, 105도, 110도, 115도, 120도, 125도, 130도 및 135도이며, 여기에 예시한 수치의 임의의 2개 사이의 범위 내이어도 된다. 각도γ는, 바람직하게는, 60도이상 120도이하이다. 여기에서 말하는 프리 블로우란, 분할 금형(14)에 의한 성형 전에 실시되는 블로우이다. 한편, 제2실시 형태에서는 압출 방향은 중력방향이며, 프리 블로우 노즐(20)은, 폐공간(13a)에서 발포 파리손(13)의 내면에 대하여 도 8~도 11에 나타내는 압출 방향과 수직하는 파리손 외주방향 (즉 각도γ=90도)으로 에어를 분사하는 프리 블로우를 실시한다. 프리 블로우를 하기 위한 가스의 원압은, 예를 들면 0.3bar~7.0bar정도이며, 바람직하게는 4.0bar이다. 상기 범위보다 저압에서는 파리손 확장 기능이 불충분하며, 상기 범위보다 고압에서는 파리손에 대한 내압에 의해 발포 배율이 왕왕 저하된다.

프리 블로우 노즐(20)은, 다이 헤드(12)의 하부이며 환상 슬릿(49)의 대략 중심에 설치된다. 한편, 프리 블로우 노즐(20)은, 예를 들면 상하로 위치를 제어가능하도록 구성되어도 되고, 탈착가능하도록 설치되어도 된다. 또한, 프리 블로우 노즐(20)은, 에어의 분사 중에 회전하도록 구성되어도 된다.

2.2 발포 성형체의 제조 방법

계속해서, 본 발명의 제2실시 형태의 발포 성형체의 제조 방법의 순서를 설명한다.

먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 다이 코어(47)와 이것을 둘러싸는 다이 셀(48) 사이의 환상 슬릿(49)으로부터 발포제를 포함하는 용융 혼련수지를 성형영역(U)의 대략 전체에 위치하도록 압출하여 원통 형상 (예를 들면 생략 원통 형상)의 발포 파리손(13)을 형성한다. 파리손 형성 공정에서는, 분할 금형(14) 및 하측 핀치부(15)는 열린 상태로 되어 있다.

다음, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 분할 금형(14)의 하측에 배치된 하측 핀치부(15)에서 발포 파리손(13)을 끼운다. 구체적으로는, 하측 핀치부(15)를 도 8의 화살표 X방향으로 이동시키고, 도 9에 나타내는 하측 핀치 상태로 한다. 이로 인해, 발포 파리손(13)에 폐공간(13a)이 형성된다.

이어서, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 프리 블로우 노즐(20)에 의해 화살표 B1방향(파리손 외주방향)으로 에어가 분사되는 프리 블로우가 실시된다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 제1실시 형태에서는 프리 블로우 노즐주변의 발포 파리손이 위축하는 우려가 있었지만, 제2실시 형태에서는 도 10에 도시된 바와 같이, 발포 파리손(13)이 외주방향으로 가압되어 발포 파리손(13)이 팽창함으로써, 프리 블로우 노즐(20) 주변의 위축을 억제할 수 있다. 또한, 중력의 영향으로 발포 파리손(13)의 지름이 작아지는 현상이 완화된다. 또한, 발포 파리손(13)에 생기는 커튼 현상이 억제되어, 접힘부의 발생율을 더욱 저감할 수 있다.

이어서, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 분할 금형(14)의 금형 체결이 실시된다. 구체적으로는, 분할 금형(14)을 도 10의 화살표Y방향으로 이동시킴으로써 분할 금형(14)을 금형 체결하고, 이어서, 발포 파리손(13)을 분할 금형(14)에 억누름으로써 발포 성형체(13b)를 형성할 수 있다. 이와 같이, 발포 파리손(13)을 분할 금형(14)의 캐비티(14b)의 면에 대응하는 형상으로 부형함으로써, 발포 성형체(13b)가 형성된다. 이런 공정에서, 발포 파리손(13)을 금형에 억누르는 방법은, 블로우 성형, 진공 성형, 또는 그들의 조합이어도 된다.

3. 제3실시 형태

제2실시 형태에서, 프리 블로우 노즐(20)은, 다이 헤드(12)의 하부이며 환상 슬릿(49)의 대략 중심에 설치된다. 한편, 제2실시 형태에서는, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 프리 블로우 노즐(20)은 하측 핀치부(15)의 하측에 설치된다.

제2실시 형태에서도, 프리 블로우 노즐(20)은 화살표 B1방향으로 에어를 분사함으로써 프리 블로우를 실시한다. 이런 경우, 도 12에 도시된 바와 같이, 하측 핀치부(15)가 발포 파리손(13)과 함께 프리 블로우 노즐(20)을 끼우도록 핀치하는 것이 바람직하다.

제3실시 형태에서도, 도 13에 도시된 바와 같이, 발포 파리손(13)이 외주방향으로 가압되어 발포 파리손(13)이 팽창함으로써, 프리 블로우 노즐(20) 주변의 위축을 억제할 수 있다. 또한, 중력의 영향으로 발포 파리손(13)의 지름이 작아지는 현상이 완화된다. 또한, 발포 파리손(13)에 생기는 커튼 현상이 억제되어, 접힘부의 발생율을 더욱 저감할 수 있다.

4. 제4실시 형태

제1~ 제3실시 형태에서는, 하측 핀치부(15)는, 그 명칭에서도 나타낸 바와 같이 분할 금형(14)사이(성형영역(U))의 하측에 위치하고 있다. 한편, 제4실시 형태에서는, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 하측 핀치부(15)에 대신하여 성형영역(U)의 상측의 일부(분할 금형(14)의 크기에 따라서는 성형영역(U)의 상방)에 위치하는 상측 핀치부(15a)가 설치된다. 제1~ 제3실시 형태에서는, 발포 파리손(13)을 분할 금형(14)사이(성형영역(U))의 거의 전체에 위치시켜, 그 후 하측 핀치가 실시되다. 한편, 제4실시 형태에서는, 발포 파리손(13)의 압출이 서서히 실시되는 동시에 화살표 B1방향으로 프리 블로우가 서서히 실시된다. 그리고, 발포 파리손(13)이, 성형영역(U)의 상측 일부에 위치하는 소정의 타이밍에 있어서, 상측 핀치부(15a)를 화살표 X방향으로 이동시켜 상측 핀치가 실시된다.

또한, 발포 파리손(13)의 소정량의 압출과 프리 블로우를 교대로 복수회 실시해도 된다. 즉, 도 14에 도시된 바와 같이, 먼저 발포 파리손(13)을 성형영역(U)의 상측 일부에 위치시키기 위한 소정량의 압출이 실시된다. 이어서, 도 15에 도시된 바와 같이, 발포 파리손(13)을 끼워 밀폐하는 상측 핀치가 실시되어, 프리 블로우가 실시된다. 그 후에, 발포 파리손(13)의 압출과 프리 블로우가 적어도 1회 실시되거나, 혹은 상기한 바와 같이 발포 파리손(13)의 압출이 서서히 실시되는 동시에 프리 블로우도 서서히 실시되도록 해도 된다. 한편, 발포 파리손(13)의 압출과 함께, 상측 핀치부(15a)는 하측으로 압출되도록 된다.

즉, 제4실시 형태에서는, 발포 파리손(13)의 하단이 성형영역(U)의 하단에 도달하기 전에, 발포 파리손(13)을 상측 핀치부(15a)로 끼워 밀폐하고, 발포 파리손(13)의 하단의 하강에 따라 상측 핀치부(15a)를 하강시키면서 프리 블로우가 실시된다.

제4실시 형태에서도, 도 15에 도시된 바와 같이, 발포 파리손(13)이 외주방향으로 가압되어 발포 파리손(13)이 팽창함으로써, 프리 블로우 노즐(20)주변의 위축을 억제할 수 있다. 또한, 중력의 영향으로 발포 파리손(13)의 지름이 작아지는 현상이 완화된다. 또한, 발포 파리손(13)에 생기는 커튼 현상이 억제되어, 접힘부의 발생율을 더욱 저감할 수 있다.

4.1 제4실시 형태의 변형예

도 16에 도시된 바와 같이, 제4실시 형태에서 상측 핀치를 하지 않아도 된다. 이런 경우, 발포 파리손(13)의 압출이 서서히 실시되는 동시에 화살표 B1방향으로 프리 블로우가 서서히 실시되거나, 혹은, 발포 파리손(13)의 소정량의 압출과 프리 블로우가 교대로 복수회 실시된다.

1: 발포 압출기
3: 실린더
5: 수지투입구
7: 스크류
9: 온도제어부
10: 연결부
11: 수지 압출구
12: 다이 헤드
13: 발포 파리손
13a : 폐공간
13b : 발포 성형체
14: 분할 금형
14a : 핀치 오프부
14b : 캐비티
14c : 버 흘림부
15: 하측 핀치부
15a : 상측 핀치부
16: 발포 성형체
17: 주경로
18: 부경로
19: 연결부
20: 프리 블로우 노즐
30: 기어 장치
41: 다이 외통
43: 맨드릴
45: 고리 형상 피스톤
46: 공간
47: 다이 코어
48: 다이 셀
49: 환상 슬릿
P : 발포제 주입구
PL : 파팅 라인

Claims

환상 슬릿으로부터 발포제를 포함하는 용융 혼련수지를 한 쌍의 분할금형 사이에 끼워지는 성형 영역이 있는 압출 방향으로 압출함으로써 발포 파리손을 형성하는 파리손 형성 공정과,
상기 성형 영역에 위치하는 상기 발포 파리손에 대하여 상기 분할 금형의 금형 체결을 실시하여 발포 성형체의 성형을 실시하는 성형 공정을 구비하는 발포 성형체의 제조 방법에 있어서,
상기 파리손 형성 공정에서는, 상기 압출 방향에 대하여 45도 이상 135도 이하인 방향으로 상기 발포 파리손의 내면을 향해 에어를 분사함으로써 프리 블로우가 실시되는, 발포 성형체의 제조 방법.
제 1항에 있어서,
상기 프리 블로우는, 상기 성형 영역의 상방 또는 하방에 위치하는 프리 블로우 노즐을 이용하여 실시되는, 발포 성형체의 제조 방법.
제 2항에 있어서,
상기 파리손 형성 공정은, 먼저 상기 발포 파리손을 상기 성형 영역의 대략 전체에 위치시키고, 계속하여 상기 발포 파리손을 끼워 밀폐하는 하측 핀치가 실시되며, 계속하여 상기 프리 블로우가 실시되는, 발포 성형체의 제조 방법.
제 1항에 있어서,
상기 파리손 형성 공정은, 상기 발포 파리손의 하단이 상기 성형 영역의 하단에 도달하기 전에 상기 프리 블로우가 개시되는, 발포 성형체의 제조 방법.
제 1항에 있어서,
상기 파리손 형성 공정은, 상기 발포 파리손의 하단이 상기 성형 영역의 하단에 도달하기 전에, 상기 발포 파리손을 핀치부로 끼워 밀폐하고, 상기 발포 파리손의 하단의 하강에 따라 상기 핀치부를 하강시키면서 상기 프리 블로우가 실시되는, 발포 성형체의 제조 방법.
제 4항 또는 제 5항에 있어서,
상기 파리손 형성 공정에 있어서, 상기 성형 영역의 상측 일부 또는 상방에 위치하도록 형성된 상기 발포 파리손을 끼워 밀폐하는 상측 핀치가 실시되는, 발포 성형체의 제조 방법.
발포제를 포함하는 용융 혼련수지를 환상 슬릿을 통해 압출 방향으로 압출함으로써 성형 영역의 적어도 일부에 발포 파리손을 형성하는 발포 압출기와,
상기 압출 방향에 대해 45도 이상 135도 이하인 방향으로 상기 발포 파리손의 내면을 향해 에어를 분사함으로써 프리 블로우를 실시하는 프리 블로우 노즐과,
금형 체결에 따라 상기 발포 파리손으로부터 발포 성형체를 성형하는 한쌍의 분할 금형을 구비하는, 발포 성형체의 제조 장치.
제 7항에 있어서,
상기 프리 블로우 노즐은, 상기 성형 영역의 상방 또는 하방에 설치되는, 발포 성형체의 제조 장치.
제 7항 또는 제 8항에 있어서,
상기 발포 파리손을 끼워 밀폐하는 핀치부를 더 구비하는, 발포 성형체의 제조 장치.
제 9항에 있어서,
상기 핀치부는, 상기 성형 영역의 대략 전체에 위치하도록 형성된 상기 발포 파리손을 끼워 밀폐하는 하측 핀치를 실시하는, 발포 성형체의 제조 장치.
제 9항에 있어서,
상기 핀치부는, 상기 성형 영역의 상측 일부 또는 상방에 위치하도록 형성된 상기 발포 파리손을 끼워 밀폐하는 상측 핀치를 실시하는, 발포 성형체의 제조 장치.