KR100360421B1 - 사출 성형기 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 사출 성형기 제어방법은 용융 수지의 계량이 완료된 후 용융 수지의 불필요한 흐름을 방지하기 위해 석-백(suck back)이 진행되므로 배럴 내부의 압력이 하강되어 용융 수지의 내부에서 불필요한 발포가 진행되어 발포 플라스틱 제품의 연속 생산이 곤란해지고 품질이 저하되는 문제점이 있기 때문에,

배럴 내부의 스크루를 전진시켜 배럴 내부의 압력을 급격히 상승시키는 제1단계와, 스크루의 전진과 동시에 노즐을 통해 용융 수지를 배출하여 서서히 압력을 강하시키는 제2단계와, 스크루가 정지되고 용융 수지의 배출은 계속함으로써 배럴 내부의 압력이 급격히 하강되도록 하는 제3단계와, 스크루가 회전되면서 계량량만큼 후퇴하여 배럴 내부의 압력은 일정하게 유지시키면서 배럴과 스크루 사이에 일정한 양의 용융 수지가 충진되도록 하는 제4단계와, 용융 수지의 충진이 완료되면 스크루를 구동시켜 배럴 내부의 압력을 일정하게 유지시킨 후 상기 제1단계로 궤환하는 제5단계로 구성됨으로써,

일반적인 사출 성형기로도 품질이 우수한 발포 플라스틱 제품을 연속적으로 생산할 수 있도록 하는 사출 성형기 제어방법에 관한 것이다.

Description

사출 성형기 제어방법 { Operating method of injection molder }

본 발명은 가스를 발포물질로 사용하여 발포 플라스틱을 제조하는 사출 성형기의 제어방법에 관한 것으로서, 특히 배럴 내부의 용융 플라스틱 계량이 완료된 후 배럴 내부의 압력 변화를 최소화하여 배럴 내부에서 발포가 일어나지 않도록 하는 사출 성형기 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 가스를 발포물질로 사용하여 발포 플라스틱을 제조하는 사출 성형기는 도 1에 도시된 바와 같이 내부에 용융 플라스틱이 채워지는 배럴(10)과, 상기 배럴(10)의 내부에 위치되어 회전됨으로써 용융 플라스틱과 가스를 혼합시키고 전후 이동되면서 용융 플라스틱이 상기 배럴(10)의 선단에 형성된 노즐(11)을 통해 금형(30)으로 사출되도록 하는 스크루(12)와, 상기 배럴(10)의 상측에 설치되어 플라스틱 펠릿(20)이 상기 배럴(10)의 내부로 공급되도록 하는 호퍼(13)와, 상기 배럴의 측면에 형성되어 용융 플라스틱에 혼합되는 가스가 공급되는 가스 공급부(14)와, 점도가 낮은 용융 플라스틱이 흘러내리지 않도록 상기 노즐(11)의 선단부를 개폐하는 셧-오프 장치(15)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 사출 성형기는 배럴의 내부로 플라스틱 펠릿과 가스를 동시에 공급한 후 플라스틱/가스 혼합물을 만들어 금형의 내부로 사출함으로써 발포 플라스틱 제품을 성형하게 된다.

배럴(10)의 상측에 설치된 호퍼(13)를 통해 플라스틱 펠릿(20)을 공급하고 배럴(10)의 측면에 형성된 가스 공급부(14)를 통해 가스를 주입한 상태에서 배럴(10) 내부의 스크루(12)를 회전시키면 플라스틱 펠릿(20)이 마찰에 의해 녹아 용융 플라스틱이 되고 그 내부에 가스가 혼합되어 플라스틱/가스 용액이 만들어진다. 플라스틱/가스 용액이 만들어지면 스크루(12)가 전진되고, 스크루(12)의 전진에 따라 배럴(10)의 선단에 형성된 노즐(11)을 통해 플라스틱/가스 용액이 금형(30)의 내부로 주입된다. 금형(30)의 내부로 주입된 플라스틱/가스 용액은 온도차에 의해 굳어져 제품으로 성형되며, 플라스틱/가스 용액 내부에 있는 가스 성분은 압력차에 의해 기화되어 플라스틱 내부에 기포를 형성하게 된다. 따라서, 금형(30)의 내부에서 성형된 제품은 플라스틱 내부에 미세한 기포가 균일하게 형성된 발포 플라스틱 제품이 된다.

이러한 사출 성형기술은 현재 플라스틱 산업에서 가장 널리 사용되고 있는 기술 중의 하나이며, 주로 열가소성 수지의 성형에 사용되고 있다. 사출 성형에 사용되는 열가소성 수지의 종류는 매우 다양하며, 그에 따라 용융 상태의 점도 또한 그 범위가 매우 광범위하다.

석-백(suck back)은 용융된 열가소성 수지의 점도가 매우 낮아 노즐(11)의 끝부분으로 원하지 않는 수지의 흐름이 발생되는 것을 방지하기 위하여 스크루(12)의 회전 및 후퇴에 의한 계량이 끝난 직후 스크루(12)의 회전없이 일정 거리(L₀~ L₁)만큼 후퇴시키도록 한 것이다. 따라서, 배럴(10) 내부의 압력이 낮아지게 되고 수지는 노즐(11)의 끝부분에서 배럴(10) 내부로 이동되어 원하지 않는 수지의 흐름이 발생되지 않게 된다.

셧-오프 밸브(15)은 점도가 낮은 용융 수지가 노즐(11)을 통해 흘러내리는 코흘림 현상을 기계적으로 제어하기 위하여 고안된 장치로서, 노즐(11)의 끝부분에 개폐수단을 설치하여 압축공기를 이용하여 여닫도록 하고 있다. 즉, 사출 성형기의계량 사이클 동안에는 노즐(11)의 끝부분을 막고 있다가 계량이 완료되고 사출이 시작되면 압축공기를 이용하여 노즐(11)의 끝부분을 열어 주도록 함으로써 용융된 수지가 흐를 수 있도록 하는 장치가 셧-오프 밸브이다.

사출 성형기를 구성하는 중요 요소인 배럴(10) 내부의 압력 변화를 살펴보면 도 2의 압력 프로파일에 도시된 바와 같이 나타난다. 즉, 사출 초기에는 배럴(10) 내부에 위치된 스크루(12)가 전진됨에 따라 배럴(10) 내부의 압력이 급격하게 상승하게 되고(t₀~ t₁), 이 상태에서 셧-오프 밸브(15)이 열려 용융 수지가 배출되면 배럴(10) 내부의 압력이 점차 감소하게 된다(t₁~ t₂). 이후, 스크루(12)의 이동이 멈춰지면 배럴(10) 내부의 압력은 급격히 감소하게 되며(t₂~ t₃), 셧-오프 밸브(15)이 닫히고 스크루(12)가 회전과 동시에 후퇴되는데 이때의 배럴(10) 내부압력은 일정하게 된다(t₃~ t₄). 이 시기를 계량구간이라 하는데, 스크루(12)의 후퇴에 따라 배럴(10)과 스크루(12) 사이에는 일정한 공간(L₀~ L₂)이 생기게 되고 스크루(12)의 회전에 따라 가스와 혼합된 용융 수지는 전진하여 배럴(10)과 스크루(12) 사이의 공간에 채워진다. 물론, 전진된 용융 수지는 빈 공간에 채워지고 셧-오프 밸브(15)이 없더라도 노즐(11)을 통해 배출되지는 않는다.

용융 수지의 계량이 완료되면 스크루(12)가 회전없이 일정 정도(L₀~ L₁) 후퇴하는 석-백(suck back)이 진행된다. 이 시기를 석-백(suck back)구간이라 하며, 배럴(10) 내부의 압력은 일정정도 하강하게 된다(t₄~ t₅). 이후 다음 사출이 개시될때까지 배럴(10) 내부의 압력이 일정하게 되는데(t₅~ t₀), 노즐(11)과 연결된 금형(30)에서는 제품의 성형을 위한 냉각이 이루어지므로 이 시기를 냉각구간이라 한다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 사출 성형기 제어방법은 용융 수지의 계량이 완료된 후 용융 수지의 불필요한 흐름을 방지하기 위해 석-백(suck back)이 진행되므로 배럴 내부의 압력이 하강되어 용융 수지의 내부에서 불필요한 발포가 진행되어 제품의 연속 생산이 곤란해지고 발포 플라스틱 제품의 품질이 저하되는 문제점이 있다.

즉, 석-백(suck back)의 진행에 따라 배럴 내부에 압력 강하가 발생되며, 압력 강하로 인해 배럴 내부의 압력이 주입된 가스의 압력보다 낮아지게 되면 용융 수지의 내부에서 발포가 시작된다. 사출이 시작되기 전에 배럴 내부에서 발포가 진행되면 배럴 내부에는 액체와 기체가 공존하는 2상(2-phase)이 되며 2상 유동의 경우 이를 제어하여 원하는 형상의 제품을 연속하여 생산하기는 곤란해진다. 물론, 주입된 가스 전체가 금형 내부에서의 발포되는 것에 비해 품질이 저하되는 것은 당연하다.

가스를 발포물질로 사용하여 발포 플라스틱을 제조하는 기술은 상기한 사출 성형만이 아닌 압출 성형에서도 적용된다. 그러나, 압출 성형기는 용융 수지에 압력을 가하여 성형하는 기술이므로 그 작동원리상 계량전후에 배럴 내부의 압력변화가 없이 일정하게 유지되므로 용융 수지에 포함된 가스가 압력 저하로 인해 배럴내부에서 기화되는 일이 발생되지 않게 된다. 따라서, 압출 성형기에서는 배럴 내부에서의 발포를 방지하기 위한 별도의 장치를 구비하지 않아도 된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 용융 수지의 계량이 완료된 이후 스크루를 후퇴시키지 않고 배럴 내부의 압력을 일정하게 유지시킴으로써 용융 수지 내부에서의 발포 진행을 차단하여 원하는 발포 플라스틱 사출품을 연속적으로 제조할 수 있도록 하는 사출 성형기 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 발포 사출 성형기가 개략적으로 도시된 구성도,

도 2는 종래의 사출 성형기 제어방법을 적용할 경우 배럴 내부 압력 변화가 도시된 프로파일,

도 3은 본 발명에 의한 사출 성형기 제어방법을 적용할 경우 배럴 내부 압력 변화가 도시된 프로파일이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 배럴 11 : 노즐

12 : 스크루 13 : 호퍼

14 : 가스 공급부 15 : 셧-오프 밸브

20 : 플라스틱 펠릿 30 : 금형

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가스와 용융수지가 혼합된 액체가 충진된 사출 성형기의 배럴 내부 압력을 제어함에 있어서; 배럴 내부의 스크루를 전진시켜 배럴 내부의 압력을 급격히 상승시키는 제1단계와, 스크루의 전진과 동시에 노즐을 통해 용융 수지를 배출하여 서서히 압력을 강하시키는 제2단계와, 스크루가 정지되고 용융 수지의 배출은 계속함으로써 배럴 내부의 압력이 급격히 하강되도록 하는 제3단계와, 스크루가 회전되면서 계량량만큼 후퇴하여 배럴 내부의 압력은 일정하게 유지시키면서 배럴과 스크루 사이에 일정한 양의 용융 수지가 충진되도록 하는 제4단계와, 용융 수지의 충진이 완료되면 스크루를 구동시켜 배럴 내부의 압력을 일정하게 유지시킨 후 상기 제1단계로 궤환하는 제5단계로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 사출 성형기 제어방법은 도 1에 도시된 사출 성형기의 배럴(10) 내부의 압력을 제어할 때, 도 3에 도시된 바와 같이 배럴(10) 내부의 스크루(12)를 전진시켜 배럴(10) 내부의 압력을 급격히 상승시키는 제1단계(t₀~ t₁)와, 스크루(12)의 전진과 동시에 노즐(11)을 통해 용융 수지를 배출하여 서서히 압력을 강하시키는 제2단계(t₁~ t₂)와, 스크루(12)가 정지되고 용융 수지의 배출은 계속함으로써 배럴(10) 내부의 압력이 급격히 하강되도록 하는 제3단계(t₂~ t₃)와, 스크루(12)가 회전되면서 계량량(L₀~ L₂) 만큼 후퇴하여 배럴(10) 내부의 압력은 일정하게 유지시키면서 배럴(10)과 스크루(12) 사이에 일정한 양의 용융 수지가 충진되도록 하는 제4단계(t₃~ t₄)와, 용융 수지의 충진이 완료된 후 스크루(12)를 일정 거리 전진시켜 배럴(10) 내부의 압력이 일정하게 유지되도록 한 후 상기 제1단계로 궤환하는 제5단계(t₄~ t₀)로 구성된다.

상기 제 5단계는 스크루(12)를 전진시키는 대신에 별도의 가압 수단을 설치하여 배럴(10) 내부의 압력이 일정하게 유지되도록 할 수 있으며, 노즐(11)을 통한 용융 수지의 코흘림 및 사출을 방지하기 위해 셧-오프 밸브(15)과 같은 개폐수단을 설치하고, 이 개폐수단을 유압 또한 공압을 이용하여 제어하되, 사출 성형기의 작동에 연계되어 개폐수단이 작동되도록 한다. 이에 따라, 노즐(11)의 끝단이 사출시에만 열리고 나머지 시간에는 항상 닫혀 있게 된다. 물론, 핫-런너(hot runner) 금형과 같은 경우에는 별도로 셧-오프 밸브(15)을 설치하지 않고 핫-런너의 끝부분에 설치된 밸브로 하여금 셧-오프 밸브(15)의 기능을 대신하도록 하기도 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 사출 성형기 제어방법은 배럴 내부에 용융 수지를 계량량만큼 충진시킨 후 스크루를 일정 정도 후퇴시키는 석-백(suck back)을 시행하지 않고 일정 정도 전진시키는 푸시-포워드(push forward)를 시행함으로써 계량후 배럴 내부의 압력 강하를 방지하게 된다.

배럴(10) 내부에 용융 수지가 충진된 상태에서 사출을 개시하면 스크루(12)가 전진되면서 배럴(10)과 스크루(12) 사이에 있는 용융 수지를 밀게 되므로 압력이 상승하게 된다. 스크루(12)가 전진되는 동안 노즐(11)을 개방하면 배럴(10) 내부의 용융 수지가 노즐(11)의 끝부분을 통해 금형(30)의 내부로 주입되고, 배럴(10) 내부의 압력은 서서히 낮아지게 된다. 스크루(12)가 노즐(11)의 내부로 완전히 진입되면 스크루(12)는 전진을 멈추게 되는데, 아직 노즐(11)의 끝부분은 개방되어 있으므로 배럴(10) 내부의 압력은 급격히 하강하게 된다.

금형(30)의 내부로 용융 수지의 주입이 완료되면 노즐(11)의 끝부분은 닫히게 되며, 배럴(10) 내부의 스크루(12)는 회전과 동시에 서서히 후퇴하게 된다. 스크루(12)는 계량량(L₀~ L₂)에 해당되는 거리만큼 후퇴하게 되는데, 스크루(12)의 회전에 의해 뒷부분의 용융 수지가 스크루(12)와 배럴(10) 사이의 공간에 충진되어 배럴(10) 내부의 압력은 일정하게 유지된다. 이때, 노즐(11)의 끝부분에 설치된 셧-오프 밸브(15)은 노즐(11)의 끝부분으로 용융 수지가 사출되거나 흘러내리지 않도록 노즐(11)의 끝부분을 차단한다.

용융 수지의 개량이 완료된 상태에서 그대로 시간이 경과하면 배럴(10) 내부의 압력이 강하되므로, 스크루(12)를 일정정도 전진시키는 푸시-포워드(push forward)를 시행한다. 따라서, 다시 사출을 개시할 때까지 배럴(10) 내부의 압력은 일정하게 유지된다. 여기서, 압력 조정을 위해 스크루(12)를 전진시키는 거리(L₀~ L₂)는 계량량의 0~70%로서 0~10㎜의 범위를 가지는데, 실제 스크루(12)의 전진거리는 사출되는 용융 수지의 압축률에 따라 결정된다. 즉, 용융 수지의 압축률이 매우 작은 경우에는 스크루(12)를 거의 전진시키지 않아도 용융 수지 내부에서 가스가 발포되지 않으며, 용융 수지의 압축률이 큰 경우에는 용융 수지에 포함된 가스가 발포될 위험이 있으므로 스크루(12)를 충분한 정도로 푸시-포워드(push forward)시켜 가스의 발포를 방지한다. 따라서, 용융 수지를 계량한 후 사출을 개시할 때까지 배럴(10)의 내부에서 가스의 발포는 이루어지지 않게 되고, 금형(30)에 주입되는 용융수지는 하나의 상(phase)만을 가지게 되며 금형(30)의 내부에서 발포가 이루어져 발포 플라스틱 제품을 연속적으로 생산할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명의 사출 성형기 제어방법은 배럴 내부에서 원하지 않는 압력 강하가 일어나는 것을 차단하여 가스의 발포를 방지함으로써, 하나의 상으로 된 용융 수지가 금형에 주입되어 금형의 내부에서 발포가 이루어지도록 한다.

따라서, 일반적인 사출 성형기로도 품질이 우수한 발포 플라스틱 제품을 연속적으로 생산할 수 있게 되는 이점이 있다.

Claims (7)

1. 가스와 용융수지가 혼합된 액체가 충진된 사출 성형기의 배럴 내부 압력을 제어함에 있어서,

   배럴 내부의 스크루를 전진시켜 배럴 내부의 압력을 급격히 상승시키는 제1단계와, 스크루의 전진과 동시에 노즐을 통해 용융 수지를 배출하여 서서히 압력을 강하시키는 제2단계와, 스크루가 정지되고 용융 수지의 배출은 계속함으로써 배럴 내부의 압력이 급격히 하강되도록 하는 제3단계와, 스크루가 회전되면서 계량량만큼 후퇴하여 배럴 내부의 압력은 일정하게 유지시키면서 배럴과 스크루 사이에 일정한 양의 용융 수지가 충진되도록 하는 제4단계와, 용융 수지의 충진이 완료되면 스크루를 구동시켜 배럴 내부의 압력을 일정하게 유지시킨 후 상기 제1단계로 궤환하는 제5단계로 구성된 것을 특징으로 하는 사출 성형기 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제5단계는 배럴 내부의 압력 강하로 인해 용융 수지 내부의 가스가 기화되지 않도록 유압장치 또는 전동장치를 이용하여 스크루를 전진시켜 배럴 내부에서 원치 않는 압력강하가 발생되지 않도록 한 것을 특징으로 하는 사출 성형기 제어방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 스크루는 0~10㎜의 범위 내에서 전진되도록 한 것을 특징으로 하는 사출 성형기 제어방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제5단계는 배럴 내부의 압력 강하로 인해 용융 수지 내부의 가스가 기화되지 않도록 스크루를 움직이는 유압장치 또는 전동장치에 유압 또는 전류를 공급하여 용융 수지에 압력을 가하도록 한 것을 특징으로 하는 사출 성형기 제어방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제5단계가 진행되는 동안 노즐을 통해 용융 수지의 코흘림 및 사출을 방지하기 위해 개폐수단을 설치하고, 사출 성형기의 전기 신호를 받아 유압 또는 공압을 공급하여 개폐수단을 제어함으로써 노즐의 끝단이 사출시에만 열리고 나머지 시간에는 항상 닫혀 있도록 한 것을 특징으로 하는 사출 성형기 제어방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 개폐수단은 노즐의 끝단에 설치된 셧-오프 밸브인 것을 특징으로 하는 사출 성형기 제어방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 개폐수단은 금형에 설치된 밸브인 것을 특징으로 하는 사출 성형기 제어방법.