[논문]압축성형을 통한 블로우 성형품용 프리폼 성형기술 연구

최성현; 민형기; 류민영

doi:10.5228/kspp.2007.16.1.003

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Novel compression molding system for preform has been developed in this study. The preforms for injection blow molding and injection stretch blow molding are being manufactured by injection molding. However it contains gate mark that affects the bottom crack in the PET bottle. The compression molded...

Novel compression molding system for preform has been developed in this study. The preforms for injection blow molding and injection stretch blow molding are being manufactured by injection molding. However it contains gate mark that affects the bottom crack in the PET bottle. The compression molded preform does not contain gate mark, thus the appearance quality of bottle has been increased and the residual stress near gate(bottom of the bottle) has been reduced. The thickness distributions, haze, and transmittance are well accepted for the preform. Also, flow characteristics of the resin between a core and cavity could be analyzed through computer simulation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그리고 사출성형된 성형품에 비해 Gate Mark 가 없을 뿐 아니라 잔류응력이 감소된 프리폼을 얻을 수 있었다. 또한, 해석을 통하여 시간에 따라서 재료가 어떤 유동현상을 보이는지 알아보았다. 향후 성형품에 균일한 압축압력을 받도록 금형의 구조를 변경하면 치수정밀도 향상 및 주름발생을 감소시킬 수 있다고 예측된다.
본 연구에서 프리폼 압축성형장치를 설계하였고 성형조건에 따른 프리폼 압축성형실험을 수행하였다. 그 결과 Haze 및 Transmittance 을 통해 볼 때 PET는 성형온도 280℃ 에서 양질의 제품을 성형할 수 있었다.

제안 방법

결정화가 나타나지 않은 성형온도 280℃, 냉각수 온도 0℃, 압축압력 lOOkgf/cirf, 압축시간 10sec의 성형조건으로 성형한 제품을 Fig. 11과 같이세 영 역으로 나누어 Haze, Transmittance 즉정하였다.
4은 압축성형해석을 하기 위해서 (a)와 같이 코어, 성형재료 및 캐비티로 모델링을 했으며 계산영역을 (b)와 같이 총 1310개의 요소로 나누었다. 또한 모델링이 좌우 대칭이기 때문에 Axi- symmetric으로 반만 해석을 했다.
PET소재의 결정화도가 높아지면 투명도가 크게 저하되기 때문에 성형 중에 급랭을 시켜서 결정화도를 낮추어 빛의 투과도는 높이고 Haze는 낮춰야 한다. 본 논문에서는 이러한 요구사항을 만족할 수 있는 압축성형장치를 설계하였으며 이를 통해 제작된 성형제품의 품질을 분석하였고, 또한 Cavity내에서 수지의 유동 현상을 파악하기 위하여 유체해석프로그램인 Polyflow 를사용하여 해석하였다.
압축성형을 할 때 금형내부에서 수지의 흐름이 어떠한지를 알아보기 위해 Fluent社의 CFD(Computa- tional Fluid Dynamics)프로그램 인 Polyflow를 사용하여 압축성형 해석을 하였다.
하로 각각 설치되어있다. 코어와 캐비티의 위치결정은 캐비티 가이드를 설치하여 그 역할을 할 수 있도록 하였고 냉각수로를 만들어 금형의 온도조절을 가능하도록 하였다. 유압구동부의 솔레노이드밸브를 통해 압력과 속도를 제어할 수 있으며 최대압력은 140 kgf/cnf, 코어가 내려와서 성형재료를 가압하기 전까지의 속도는 약 84min/sec이다.

대상 데이터

코어의 하강속도는 2mn/s를 적용했다. 성형재료(SD1)의 표면을 Free Surface로 정하고 그 표면과 만나는 부분인 BS3(Cavity)와 BS4(Core)를 Contact wall로 선택하였다.
압축성형실험에 사용할 재료로 케이피케미칼의 PET CHIP PPR 이 며 그레 이 드는 AA 이다. Table 1 에 성형조건을 나타내고 있다.

성능/효과

모든 조건에서 완전한 형상이 성형되었으나, 성형품의 바닥 부분에서 결정화가 일어났다. 결정화는 냉각온도가 상승할수록 더 많이 분포하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 제품의 바닥 및 측면 하단에 주름이 생긴 것을 알 수 있었고 냉각온도와는 무관하게 모든 조건에서 비슷한 분포의 주름이 발생했다.
그 결과 Haze 및 Transmittance 을 통해 볼 때 PET는 성형온도 280℃ 에서 양질의 제품을 성형할 수 있었다. 그리고 사출성형된 성형품에 비해 Gate Mark 가 없을 뿐 아니라 잔류응력이 감소된 프리폼을 얻을 수 있었다.
성형온도 260℃에서 성형한 제품과는 다르게 결정화가 발생하지 않았고, 냉각온도 변화에 따른 결정화 차이는 나타나지 않았다. 그러나 260℃에서 성형한 시편보다 바닥과 측면부위에서 더 많은 주름이 발생한 것을 확인할 수 있었고 성형온도가 높아질수록 제품에 기포의 발생 정도가 늘어나는 것을 확인할 수 있었다. 배압은스크류의 후퇴에 대한 저항으로 작용되며 용융된 재료에 적당한 온도의 전단작용을 가하여 스크류의 후퇴속도를 제어함과 동시에 혼련을 좋게 하고 흡입된 공기 또는 휘발가스를 호퍼 측으로 보내기 위해서다.
그 결과 Haze 및 Transmittance 을 통해 볼 때 PET는 성형온도 280℃ 에서 양질의 제품을 성형할 수 있었다. 그리고 사출성형된 성형품에 비해 Gate Mark 가 없을 뿐 아니라 잔류응력이 감소된 프리폼을 얻을 수 있었다. 또한, 해석을 통하여 시간에 따라서 재료가 어떤 유동현상을 보이는지 알아보았다.
6는 성형온도 260℃, 압축압력 100kgf/cm2 및 압축시간 lOsec를 기준으로 하여 캐비티금형의 냉각온도를 낮추면서 성형을 한 제품이다. 모든 조건에서 완전한 형상이 성형되었으나, 성형품의 바닥 부분에서 결정화가 일어났다. 결정화는 냉각온도가 상승할수록 더 많이 분포하는 것을 확인할 수 있었다.

후속연구

또한, 해석을 통하여 시간에 따라서 재료가 어떤 유동현상을 보이는지 알아보았다. 향후 성형품에 균일한 압축압력을 받도록 금형의 구조를 변경하면 치수정밀도 향상 및 주름발생을 감소시킬 수 있다고 예측된다.

참고문헌 (8)

류민영, 전재후, 배유리, 2005, 압축 블로우 성형에서 성형조건에 따른 성형특성, 한국소성가공학회지, 제 14 권 3호, pp. 233-238

원문보기 상세보기
류민영, 2002, 플라스틱 성형법의 개요와 연구 동향의 고찰, 한국소성가공학회지, 제 11 권 8 호, pp. 651-667

원문보기 상세보기
주성태, 김용환, 류민영, 2001, 유한요소법을 이용한 PET 병의 성형공정 해석, 한국소성가공학회지, 제 10 권 7 호, pp. 525-533

원문보기 상세보기
Min-Young Lyu, H. C. Kim, J. S. Lee, H. C. Shin, Youlee Pew, 2001, Causes of Cracks in Pataloid Bottom of Carbonated PET Bottle, International Polymer Processing, 16, pp. 72-78

상세보기
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, 2808
Min-Young Lyu, Yong Hwan Kim, 2002, Investigation of Design Parameters and Novel Design of Petaloid 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
Min-Young Lyu, Youlee Pae, Changwoon Nah, 2003, Investigation of Bottom Cracks in Carbonated Poly (Ethylene Terephthalate) Bottle, Elastomer, Vol. 38, No.4, pp. 354-362

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