[논문]압출 블로우 성형에서 성형조건에 따른 성형특성

전재후; 배유리; 류민영

doi:10.5228/kspp.2005.14.3.233

압출 블로우 성형에서 성형조건에 따른 성형특성
Blow Characteristics in Extrusion Blow Molding for Operational Conditions 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.14 no.3 = no.75, 2005년, pp.233 - 238

전재후 (서울산업대학교 대학원) , 배유리 (아담스테크노로지㈜) , 류민영 (서울산업대학교 금형설계학과 정밀기계기술연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

Blow molding is divided into three categories, injection stretch blow molding, injection blow molding, and extrusion or direct blow molding. Extrusion blow molding has been studied experimentally to characterize the blowing behavior of parison. Blow conditions such as blowing temperature and cooling time were the experimental variables in this blowing experiment. Wall thickness of the lower part of blow molded sample was thicker than that of the upper part because of the sagging of parison during extrusion process. As temperature increases the wall thickness and the weight of blow molded sample decreased. No thickness variations in the blowing sample were observed according to the cooling time. The lower part of the sample showed high degree of crystallinity compare with the upper part of the sample. Thus the lower part of the sample was strong mechanically and structurally. It was recognized that the uniform wall thickness could not be obtained by only controlling the operational conditions. Parison variator should be introduced to get uniform wall thickness of parison and subsequently produce uniform wall thickness of blow molded product.

주제어

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문제 정의

본 연구에서는 압출중공성형 공정에서 성형조 건에 따른 성형품의 치수 변화를 관찰하고, 성형 조건에 따른 성 형 품의 위치 별 물성변화를 확인하고자 한다. 성형 조건은 블로잉 온도(패리슨 압출온도)와 냉각 시간이다.

제안 방법

결정수지인 PP 는 일반적으로 성형조건에 따라서 결정화도의 차이가 있을 것으로 예측되는데 이를 분석하기 위해 DSC 에서 Peak 의 온도와 열의 흐름량 (A H)을 측정하였다. 측정은 상온에서 온도를 10 ℃/min 로 상승시키며 하였다.
위치①과 ②에서 측정 Point는 25mm간격으로 각각 여섯 곳이며 두께 및 바깥치수를 측정하였다. 물성측정을 위한 위치는 화살표 로 표시한 곳으로 위치 ②에서 네 곳을 선정하여 DSC (Differential Scanning Calorimetry) Peak와 열의 흐름(A H)을 측정하였다.
사용된 재료는 폴리프로필렌 (PP, Polypropylene) 으로 LG 화학의 R724J (Random Copolymer)를 사용하였다. 성형조건은 수지온도 (패리슨 압출온도), 블로우 압력, 금형온도, 그리고 냉각시간 등인데 본 실험에서는 수지온도 (패리슨 압출온도)와 냉 각시간을 변화시켜 실험하였으며 이는 Table 1에 나타나 있다. 냉각시간은 블로잉 후 성형품을 냉각하기 위해 금형 안에서 채류시킨 시간을 의미하며 성형품은 금형에서 빠져 나온 후에 공기 중에서 자연냉각이 수행된다.
압출블로우성형 공정에서 성형조건에 따른 성형성을 조사하기 위해 성형품의 치수 변화를 관찰하였고 성형품의 위치별 물성에 대해서 분석하였다. 본 연구에서의 결론을 요약하면 다음과 같다.
위치①은 중공품의 원형부분이고 위치②는 납작한 부분(반원 처리 부분)이다. 위치①과 ②에서 측정 Point는 25mm간격으로 각각 여섯 곳이며 두께 및 바깥치수를 측정하였다. 물성측정을 위한 위치는 화살표 로 표시한 곳으로 위치 ②에서 네 곳을 선정하여 DSC (Differential Scanning Calorimetry) Peak와 열의 흐름(A H)을 측정하였다.

대상 데이터

사용된 재료는 폴리프로필렌 (PP, Polypropylene) 으로 LG 화학의 R724J (Random Copolymer)를 사용하였다. 성형조건은 수지온도 (패리슨 압출온도), 블로우 압력, 금형온도, 그리고 냉각시간 등인데 본 실험에서는 수지온도 (패리슨 압출온도)와 냉 각시간을 변화시켜 실험하였으며 이는 Table 1에 나타나 있다.
실험에서 성형하고자 하는 샘플은 Fig. 3에 보는 바와 같이 원통형에서 한쪽 부분이 납작하게 생 긴 모양을 채택하였다. 이는 모양이 단순하면서도 축 대칭이 아니어서 많은 정보를 제공해 줄 것으로 판단된다.
또한 성형품에서 윗쪽 부분을 잘라서 뚜껑으로 사용하게 하도록 특별히 설계가 되어있다. 중공품의 바깥지름은 52mm, 길이는 205mm이다. 납작한 부분(반원부분)의 폭은 31.

성능/효과

(1) 성형조건에 따른 성형품 치수 변화(두께변화)에 있어서 성형온도에 따라 약 20%의 편차가 있었으며, 측정위치에 따라서는 약 60%의 편차가 있었다. 성형온도와 측정 위치를 같이 고려하면 90%의 편차가 있음을 알 수 있었다.
(2) 성형조건에 따른 성형품의 위치별 물성변화는 크지 작으나 중공품의 아랫부분의 결정화도가 다소 높았으며, 성형조건에 따라서는 본 연구의 성형조건 범위에서는 결정화도에 큰 차이가 없었다. 성형품의 아랫부분은 결정화도가 높아 가장 견고한 상태이고 상대적으로 윗부분은 얇고 결정화도가 낮아 구조적으로 취약한 상태이다.
결론적으로 본 연구에서 실험한 온도범위와 냉각시간의 범위에서는 성형품의 결정화도에 크게 영향을 주지 않으나 성형품 아랫부분의 결정화도가 다소 높다고 볼 수 있다. 따라서 중공성형품의 아랫부분은 두께가 두껍기 때문에 냉각이 늦게 되며 결정화도도 증가하여 물성적으로나 구조적으로 강한 상태임을 알 수 있다.
10 은 냉각시간에 따른 중량 및 외경 변화를 나타 내고 있다. 냉각시간에 따라서 동일한 Point 에서 의 두께 변화가 없는 것으로 나타났는데 이는 제품의 두께가 냉각시간에 따라서는 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 이는 본 실험에서 냉각 시간에 따라 소재의 결정화도(밀도)는 큰 변화가 없다는 것을 의미한다.
조건 1, 조건 2, 그리고 조건 3에서는 블로우압 력, 금형온도, 냉각시간이 일정할 때 수지온도를195℃, 205℃, 215℃로 증가시키며 성형하였으며, 조건 4, 조건 5, 그리고 조건 6 에서는 수지온도, 블로우압력, 금형온도가 일정할 때 냉각시간을 13sec, 20sec, 27sec 로 증가시키며 성형 하였다.

참고문헌 (9)

D. H. Morton-Jones, 1989, Polymer Processing, Chapman and Hall
Min-Young Lyu, H. C. Kim, J. S. Lee, H. C. Shin, Youlee Pae, 2001, Causes of Cracks in Petaloid Bottom of Carbonated PET Bottle, International Polymer Processing, 16, pp. 72 -78
Min-Young Lyu, H.C. Kim, H. C. Shin, J. S. Lee, S.T. Joo, Y. W. Kim, 2001, A Study on the Bottom Design of Petaloid Carbonated PET Bottle to prevent Bottom Crack, SPE ANTEC Technical Papers, 47, p. 2808
Min-Young Lyu, Yong Hwan Kim, 2002, Investigation of Design Parameters and Novel Design of Pataloid PET Bottles, International Polymer Processing, Vol. 17, No.3, pp. 279-283

상세보기
Min-Young Lyu, Youlee Pae, 2003, Bottom design of Carbonated Soft Drink Polyethylene Terephthalate Bottle to Prevent Solvent Cracking, J of Applied Polymer Science, Vol. 88, pp. 1145 -1152

상세보기
Donald V. Rosato, Dominick V. Rosato, 1989, Bloq Molding Handbook, Hanser Publishers
강호석, 1991, 블로우성형기술, 코플래드
Min-Young Lyu, Jae Sik Lee, Youlee Pae, 2001, A Study of Mechanical and Rheological Behaviors of Linear and Branched Polycarbonates Blends, J of Applied Polymer Science, 80, pp. 1814 - 1824

상세보기
Tim A. Osswald, Georg Menges, 1995, Materials Science of Polymers for Engineers, Hanser Publishers

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