PET bottle is manufactured by blow molding the preform, which is molded by injection molding. The neck part of the preform of PET bottle for juice or grain-based beverage is crystallized before blowing to improve heat resistance at the entrance of the bottle. However, residual stress, developed during injection molding of preform, prevents the crystallization. In order to release the residual stress in the preform, the preform is annealed after the injection molding. If the residual stress is reduced by optimizing the injection molding conditions of preform the annealing time would be shortened. In this study, the optimum conditions for minimizing the residual stress and increasing dimensional accuracy of the injection molded preform are suggested through CAE analysis. In order to optimize the molding conditions, minimizing residual stress and shrinkage, computer simulations have been carried out with help of design of experiment scheduling. Injection temperature, initial packing pressure and filling time were selected for control parameters. Residual stress was affected by injection temperature and filling time. Shrinkage was affected by injection temperature. It was found that maximum residual stress, distribution of residual stress and shrinkage were decreased by 22%, 40% and 25%, respectively at an optimum molding condition compared with the results of previous molding condition.

PET병은 프리폼(preform)을 사출성형한 후 이를 블로우 성형기에 이송시켜 블로잉하여 성형된다. 내열을 요구하는 병 즉, 주스나 곡류음료용 PET병은 목 부분(neck 또는 thread 부분)에 내열성을 부여하기 위해 프리폼 성형 후 블로잉하기 전에 목 부분을 결정화시킨다. 그러나 사출성형품에 존재하는 잔류응력이 결정화를 방해하기 때문에 프리폼 목 부분의 충분한 결정화를 위해 사출 후 프리폼을 열처리 (annealing)한다. 이 열처리는 잔류응력을 해소시키기 위해서 수행하는데 사출 시 성형조건의 최적화를 통하여 잔류응력을 최소화한다면 열처리 시간을 단축시킬 수 있다. 본 논문에서는 사출 시 프리폼에 형성되는 잔류응력을 최소화하고 치수정밀도를 유지하기 위한 연구로 CAE 해석을 통하여 최적 사출조건을 제시하였다. 성형조건별 잔류응력 및 수축률의 변화를 관찰하고 이를 최소화시키는 성형조건을 찾기 위해 실험계획법을 적용하였다. 사출온도, 보압크기, 그리고 사출시간을 인자로 하여 최적의 성형조건을 결정하였다. 잔류응력에 영향을 주는 인자는 사출온도와 사출 시간 순으로 나타났고 수축률에 영향을 주는 인자는 사출온도로 나타났다. 본 연구에서 결정한 최적 조건에서 최대 잔류응력, 잔류응력의 분포, 그리고 수축률이 기존 조건에 비해 각각 22%, 40%, 그리고 25% 감소하였다.

Keywords: preform; injection molding; residual stress; shrinkage; design of experiment.