KR100194947B1 - 발포성 심재와 1 이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열가소성 발포체의 심과 한 개나 두 개의 임의로 섬유-보강된 열가소성 수지의 표피층으로 구성되는 열가소성 샌드위치 물질로 이루어지는 물체를 금형에서 제조하는 방법에 관한 것으로서, 발포가능한 열가소성 합성물질과 상기 한 개나 두 개의 섬유-보강된 표피층을 금형에 넣고 높은 압력과 온도에서 금형에 액체를 공급하므로서 열가소성 합성물질의 온도가 그 물질이 발포되는 온도 이상의 온도로 상승된 다음 액체의 입력을 낮추고 열가소성 합성물질의 발포와 함께 금형으로부터 액체를 제거하는 것으로 구성된 상기 열가소성 샌드위치 물질을 금형에서 제조하는 방법.

Description

발포성 심재와 1 이상의 피복층으로 되는 수지기재(樹脂基材)의 형성방법

본 발명은 중간층으로서 발포성 심재와 1 이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법에 관한 것이다.

종래 열가소성 수지의 발포체로 만들어지는 가공품에 대하여는 유럽 특허출원 제264,495호에 기재되어 있으며, 특히 열가소성 합성수지 발포체를 심재로서 표면에 2층의 피복층을 가진 이른바 샌드위치구조로 된 것의 제조법에 대하여 상세히 기재(記載)되어 있다. 이와 같은 기재(基材)에는 광범한 응용분야가 있으며, 대단히 중요한 것이다. 이와 같은 기재는 상당한 강도와 경도(硬度)를 구비하고 있으며, 경우에 따라서는 내화(耐火)효과도 있고 가벼워서 비행기, 자동차, 우주공업 등에서 많이 사용하고 있다.

이와 같은 기재는 유럽특허출원 제268,148호에 설명된 방법에 의해 평탄하지 않는 것의 제조에도 이용할 수 있다. 이 경우에는 적어도 양면이 다른 형태로 성형하는 것이면 매우 힘든 작업이 된다. 열가소성 수지의 샌드위치재(材)를 사용하여 특수한 형태로 성형하는 것은 가능하지만 이는 양 측면이 같은 형태이거나 상호 보완될 수 있는 형태의 것을 만드는 경우에 한(限)한다.

한편, 일측이 평탄하고, 타측이 다른 형태의 것을 성형하는 것은 가능하다. 이러한 것은 발포소재를 형틀에 넣고, 가열하여 만들 수가 있다. 적당한 열전도(熱傳導)가 요구되므로 일측이 평탄할 필요가 있는 것이다.

그러나, 양단이 다른 형태로 된 열가소성 수지재(材)의 수요는 많으며, 그러나 종래의 기술로는 제조할 수 없다.

본 발명의 목적은 제한 받음이 없어, 복잡한 형태의 열가소성 수지재를 간단하게 제조하는 상기한 방법을 제공하려는데 있다.

본 발명은 열가소성 수지의 발포성 심재(芯材)와, 섬유물질에 의하여 임의로 보강된 1층이나 2층의 열가소성 수지의 피복층으로 되는 샌드위치구조를 가진 열가소성 수지기재를 형틀내에서 형성(型成)하는 방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로 발포할 수 있는 열가소성 수지 합성소재와, 섬유로 보강된 1층이나 2층의 피복층을 형틀에 넣고, 그 곳에 고온 고압하에서 액체를 공급한다. 이 조건하에서 열가소성이 있는 수지 합성소재의 온도가 상승하여, 소재가 발포하는데 필요한 온도보다 높게 된다. 이어서 액체의 압력을 낮게하여 형틀에서 열가소성 수지 발포기재를 액체와 함께 꺼내는 방법으로서, 필요가 있으면 기재(基材)는 그 후에 냉각할 수도 있다.

놀랍게도 본 발명을 이용하면 양단(兩端)의 형태가 서로 달라, 총합적으로 보완되는 형태의 것이 아닌 것도 제조할 수 있음을 알게 되었다. 또한 본 발명의 방법은 발포의 정도가 조절 가능하며, 최종제품의 성질은 바람직한 것이 됨이 판명되었다.

본 발명의 방법에 따르면 재료를 어떠한 형태의 것으로도 형성할 수 있으며, 혹 제한 받는 경우가 있다고 하면, 그것은 형틀의 구조에 의하여 제한 받는 경우뿐이다. 따라서 양측을 평탄하게 할 수도 있고 일측(片側)을 평탄하게 하고, 타측을 다른 형태로 형성할 수도 있다. 또, 3번째의 가능성으로서 양측을 형성하고, 그 피복층이 서로 같지 않는 것도 제조할 수 있다.

이러한 것들은, 이미 알려진 방법으로 제조할 수 있는 것도 있으나, 본 발명의 방법에 의하면 보다 양질의 것을 얻을 수 있다. 또 양단 모두 평탄하지 않고, 각각 전혀 다른 형태로 된 것도 형성 가능하지만 이 수준의 것에 대하여는 작업이 대단히 어려움을 부정할 수 없다.

본 제품은 열가소성 수지의 발포심재와 적어도 1층, 또는 바람직하기는 2층의 피복층으로 구성되어 있다.

본 발명의 방법은 형틀을 준비하는 일 이외에는 보통의 장치로 할 수 있다. 준비하는 형틀이란, 가열된 액체를 가압하에 일정시간내에 제품공동(空洞)에 공급하고 그 후에 빼내는 수단을 구비한 것이다.

구체적인 제조방법의 실시예는 다음과 같다.

발포코저 하는 열가소성 수지를 1층이나 2층의 피복층과 함께 형틀에 넣는다. 대체로 재료는 미리 형태가 부여된 시트나 포일(foil)로 되기 전의 상태로 형틀에 넣게 된다. 피복층은 이미 발포소재와 결합되어 있어도 되고 다층체가 형틀속에 넣어진 상태로 되어 있어도 된다.

그런, 반응 진행도중 상항에 따라 결합되도록 느슨하게 여유를 두고 피복층을 넣을 수도 있다. 형틀을 닫고 가압, 가열하에 액체를 도입한다. 이 때의 액체는 열가소성 수지소재의 발포온도가 그 이상으로 가온되어 있는 것이 보통이다. 압력에 대하여는, 일반적으로 액체는 거의 가압되지 않는 것이나, 본 발명의 방법은 사용하는 액체의 압력을 대단히 높게 하므로, 열가소성 수지소재는 이 상태에서는 거의 발포하지 않는다. 최초의 재료를 충분히 가열하여 두고 이어서, 액체를 형틀에서 조절하면서 꺼낸다. 이 사이에 소재는 발포하여, 형틀에 가득 찬다.

보통의 경우, 액체을 꺼내는데는, 가압 때문에 재료내압은 높게 되어 있어, 압력을 낮게 하는 것뿐 그 이상 특별한 수단을 취하지 않아도 된다. 액체압력을 낮게하는 것은, 액체는 주형(鑄型)에서 가압하는 것이 된다. 경우에 다라서는 진공으로 하는 것을 병행하면 액체를 흡취하는 것도 가능하다.

형틀에서 액체를 제거하는 속도를 조절하므로서 제조되는 제품의 성질이 다르게 된다.

본 발명의 방법은 발포시키는 재료로의 열전달이 액체에 의하여 이루어지는 이점을 갖이고 있기 대문에, 발포시키는 재료의 양측이 적당히 가열된다. 이것은 재료가 2방향으로 발포하는 것이 가능하여 불규칙한 형태의 제품을 만들 수 있는 것이다.

기존의 방법에 의하면, 2개의 피복층이 평행하거나, 도는 충분한 열이 전달되도록 일측이 평탕한 형태로 하고 있는 경우만 발포체를 만들 수 있었다. 전자의 경우에는 유럽특허출원 제268,148에 의한 방법이며, 후자는 출발재료가 발포물질의 평탄한 포일로서 일측에서 가열된다.

액체를 형틀(mould)에 넣거나 꺼내는데는 복수개의 다른 방법이 있다.가장 간단한 방법은 액체를 발포코저 하는 소재의 양측으로부터 넣고, 일정시간 후에 같은 곳에서 배출시키는 방법이다. 이 경우에는 원칙으로서 형틀과 그 배출구의 구조가 액체, 그리고/또는 공기가 혼입되지 않게 만드는 것이 중요하다. 이 방법에 있어서는 발포시키기 위하여 액체가 적당한 온도로 되어있지 않으면 안된다.

본 발명에 의한 또 하나의 방법은 형틀의 구조가 액체를 넣는 곳과 배출하는 곳이 다르게 된 것이다. 이 경우, 가열한 액체를 연속적으로 유입, 배출시킬 수 있으므로 일정한 온도, 시간, 압력을 보유하는 조건을 충족하기 쉬운 이점이 있다. 이것은 최종산물의 특성을 적정하게 조절하는데 매우 편리하다.

최대한 희망하는 발포에 도달한 다음 물품의 표면을 급속히 굳게 하기 위하여 주형(鑄型)을 냉각수단을 구비하고 있어도 좋다.

형틀을 냉각하지 않거나 단열 하거나, 또는 가열하는 것도 가능하나 이중에서 어떠한 방법을 취하는가는 사용되는 재료와 최종생산물이 어떠한 것이 되기를 원하는가에 따라 결정된다.

본 발명의 방법에 다르면 제품은 발포가능한 소재의 발포에 의하여 전적으로 발포체로 구성된 물품을 만들 수 있다. 그 공정중, 특정조건(온도, 시간, 압력)을 정하면 특정의 표면구조를 가진 물건을 만들 수가 있다. 또 특정구조를 구비한 포일을 사용하여 만들 수 있다. 특정구조는 발포체와 주형과의 사이, 또 주형의 표면처리로 얻어진다.

본 발명에 의하면, 제품은 샌드위치구조를 가진 재료로 만들어진다. 이 샌드위치재료는 열가소성 수지의 발포심재와 바람직하기는 열가소제 합성재료의 2피복층으로 피어있고, 이 피복층은 적당한 섬유로 강화됨이 바람직하다.

따라서, 이와 같은 재료로 만들어진 제품은 완전히 열가소성을 가진 수지이며, 열가소성 수지의 발포심재와, 열가소성 합성재료로 섬유강화된 2층의 피복층으로 되어 있다.

본 발명의 보다 구체적인 방법에 의하면, 피복층중 적어도 1층은 열가소성 수지에 의한 포일로 되어 있으며, 이것은 직포, 편직물, 망상섬유, 또는 일방향 섬유를 포함시키는 것 등으로 보강 되어 있다.

원리적으로는 모든 열가소성 수지는 발포체의 합성재료로 얻을 수 있는 것으로 생각된다. 그 중에서도 재료로 적당한 것으로는 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 아크릴레이트 폴리머, 스틸렌 폴리머, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르-에테르 케톤, 폴리에테르 케톤-케톤, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 설파이트 및 이들의 2이상의 혼합물이다.

어떤 수지를 사용하느냐는 그 용도에 의존한다. 강하고 기계적 부하가 걸리는 겨웅나 내화성이 엄밀히 요구되는 경우에는, 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르-에테르 케톤, 폴리에테르 케톤-케톤 및 이들의 2 이상의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 피복층에도 발포소재와 같은 것을 사용할 수 있다.

발포재를 발포하기 위한 발포제는 대체로 유럽특허출원 제345,855호나 노르웨이 특허출원 제9,001,215호에 기재되어 있는 것과 같은 것이다. 예를 들면, 열가소성 수지의 용매, 물리적 발포제, 액상화학 발포제, 물, 그리고 이들중의 2 이상의 혼합물 등의 발포제로 사용된다.

사용할 수 있는 발포제의 구체적인 예는 모노(mono), 디-(di-), 트리클로로메탄(trichloromethane), 부탄, 펜탄(pentane), 헥산(hexane)과 같은 저급 지방족(lower hydrocarbons)과 이들의 여러 가지 이성체, 환상방향족, 지방족 탄화수소 등이다.

발포제로서 열가소성 수지를 사용하는 때는 발포제로서 디클로로메탄(dichloromethane)을 우선 사용하는 것이 바람직하다. 왜냐 하면 이들 양자의 조합이 매우 양호한 결과를 가져오기 때문이다.

피복층의 소재는 아라미드섬유, 폴리에틸렌섬유, 폴리에스테르섬유나 탄소섬유와 같은 유리섬유나 폴리아미드섬유로 보강할 수도 있다.

본 발명을 한마디로 말하면, 발포성 역가소성 수지기재를 발포성 역가소성 수지 합성소재와 발포재에 의하여 제조하는 것이다. 그러나 경우에 따라서는 포일 중의 첨가제를 넣기도 한다.

그 첨가제로는 안정제, 산화방지제, 섬유, 또는 액정폴리머와 같은 충전제, 안료, 난연제, 기타 불활성 첨가제, 그리고 이들 중 2 이상의 성분의 혼합물로 되는 그룹에서 선택된다.

또한, 연화제도 이 계(系)에 가할 수 있다. 연화제를 가하면, 발포하는데 필요한 온도를 강하시킬 수 있다. 실제에는 연화제 작용도 갖는 발포제의 존재하에서도 열가소성 수지가 연화되지 않은 경우에, 이와 같은 연화제가 유용하다. 적당한 연화제로서는 금속비누, 폴리부틸렌, 역청, 또는 나프타렌오일, 파라핀오일과 같은 전연성유(展延性油)등이 사용된다. 이 목적을 위하여 미세결정 왁스를 사용할 수도 있다.

중간층인 기포속에 섬유를 가하는 것도 양호한 결과를 얻는다. 연황와 발포중의 섬유는 적당히 수축하여 보강된다. 이 경우, 섬유는 비교적 짧고 가는 것이 좋다. 두께가 수미크론, 예컨데, 0.5∼5㎛으로 길이가 최대 수mm, 예컨대 0.1∼3mm의 것을 사용하는 것이 적당하다.

발포소재의 성분을 중량%로 표시하면, 열가소성 수지 합성재료 50∼59%, 발포제 1∼50%, 그리고 안정제, 산화방지제, 충전제, 안료, 난연제 등의 그룹에서 선정된 첨가제나 이들 첨가제의 혼합의 약 15%를 점(占)한다.

발포포일은 유럽특허 제345,855호, 또는 NL 특허출원 제9,001,215호에 기술되어 있으며, 본 발명의 방법에도 이들이 참고되어 이용되고 있으나, 이들의 이미 출원된 것과는 달리 본 발명의 방법은 열가소성 수지소재의 입자에 발포제를 가한 것을 발포재료로 사용하는 것도 가능하다. 이것은 형틀속에 느슨하게 또는 다소 조밀한 층으로 만들 수 있다.

본 발명의 방법에 의한 포일의 발포심재는 여러 가지 방법으로 만들 수 있다. 제1의 방법은 압출, 또는 성형된 포일에 액을 함침시키거나 증기에 쪼이는 방법으로 액상의 물리적 발포제를 함유시킨다. 이 방법은 노력을 요하기 때문에 별로 바람직하지 않다. 또 열가소성 수지, 발포제 및 기타의 성분의 혼합물을 압출하거나 다른 방법으로 성형하여 포일(foil)을 만들 수도 있다. 제3의 방법은 포일을 용매 캐스팅(solvent-casting)방법으로 만드는 것으로 이것이 특히 바람직하다. 이 방법에서는 열가소성 수지의 용액이 중간층으로서 형태를 이룬다. 놀랍게도 열가소성 수지의 용액은 커버층에 적용되며, 그 위에 다른 커버층을 만들어 중간층을 만들 수 있음을 알게 되었다.

중간층과 섬유로 보강된 2층의 피복층으로 기재를 만드는데는 피복층과 함께 발포시키는 소재는 형틀의 속에 놓지 않으면 않된다. 이로서 발포시킬 재료가 이미 피복층과 결합하고 있을 수도 있다.

포일을 형틀의 속에 느슨하게 넣으면, 포일의 양단을 형틀의 양단 사이에 밀착되게 압착하여 닫는 방법도 있다. 이 방법에 의하면 고압을 걸지 않아도 형틀은 양호하게 봉합(sealing)되는 이점이 있다.

폭발적으로 발포가 일어나는 시점에서 피복층은 이미 연화되고 형태를 이루지 않고 있다. 피복층내에 섬유에 의하여 보강된 경우는 섬유는 비교적 긴 것이 적합하다. 이들의 섬유는 합성재료 속에 적당히 유입되어 최종적으로 가장 적당하게 보강되는 제품이 된다. 특히 직포는 한쪽방향으로 포함시킨 섬유, 또는 편직물을 사용한 때에는 이들의 섬유의 길이는 제품의 사이즈에 대응한 것이 바람직하다.

사용하는 액체로서는 원리적으로 압축되지 않는 불활성 액체이면 무엇이나 좋으나 액체가 접촉되는 재질과 반응하지 않는 것이 필수 조건이며 또 적용되는 열과 압력에 대하여 저항성의 것이 아니면 안된다. 가장 적합한 액체로는 물, 유(油), 글리콜과 같은 것을 들 수 있다.

반응의 출발점에서 재료를 직접 형틀에 넣어 액체와 직접 접촉시키는 것은 가능하다. 그러나, 때에 따라 액체와 재료간에 칸막이를 하는 것이 좋은 경우도 있다. 이것은 피복포일을 발포재와 액의 사이에 넣어 행한다.

예컨데, 열가소성 수지재에 의하여 만들어지는 사용후 버리는 포일 등은 이와 같이 제조된다. 이 경우의 재료는 첨가하는 액체에 비하여 유리섬유의 온도변화가 작고 용융온도가 보다 높은 것이 바람직하다. 제품이 형성된 후 이 포일은 제거된다.

재료와 액체 사이에 막(膜)이나 고무의 밀봉(seal)수단을 두는 것도 가능하다. 발포중에는 형틀의 표면을 가압하게 되므로 이러한 분리는 상황에 따라 행하지 않으면 안된다.

직목(織目)이 있는(textured) 것과 같은 포일 등을 사용하면, 형틀의 표면에 직목을 부여하는 것이 되어 완성된 제품에 직목과 같은 형(型)을 부여할 수 있다. 당연한 것이지만 막이나 피복포일에 직목의 형을 부여하는 것이 가능하다.

본 발명은 수많은 매우 유용한 방법을 포함하고 있다. 하나는 지금가지 발포할 수 없었던 열가소성 수지의 발포체(foam)에서 일회의 공정으로 제품을 만들 수 있는 점이다. 또 제조시간이 매우 짧고 기계적 엄밀성에 있어서 매우 뛰어나다. 또, 본 방법에 의하면 광택이 있는 발포체 구조를 얻을 수 있는 이점도 있다. 이하 실시예에 의하여 본 발명을 설명한다.

[실시예 1]

발포제로 사용하는 디클로로메탄의 중량으로서 약 25%의 폴리에테르이미드 포일을 유리섬유로 보강한 2층의 폴리에테르이미드 사이에 넣는다. 이것을 형틀에 넣어 양단에 44바아(bar)의 압력과 200℃에서 오일을 넣는다. 20초후 압력을 가하면서 폴리에테르이미드는 발포샌드위치 구조로 되어 있다. 다시 10초 정도 지나면 형틀은 가득차며 차거운 형틀 벽에 의하여 표면이 냉각된다. 얻어진 기재는 3층으로 되며 다음과 같은 성질을 구비하고 있다.

Claims (17)

1. 발포성 열가소성 수지 합성소재와, 섬유로 보강된 1층이나 2층의 열가소성 수지 피복층을 형틀속에 준비하고, 고온 고압하에서 액체의 공급에 의하여 형틀내의 재료를 그 발포온도 보다 고온으로 하고, 이어서 액체압력을 강하시키어 형틀에서 제품을 액체와 함께 꺼내는 방법에 의하여 열가소성수지의 발포심재와 섬유로 보강된 1층이나 2층의 열가소성 피복층으로 된, 샌드위치 구조의 발포성 심재와 1 이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법.
2. 제1항에 있어서, 피복층이 열가소성 수지의 합성발포체의 심재에 결합되어 있는 물질을 합성하기 위한, 발포성 심재와 1이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 소재를 냉각하여 실시하는, 발포성 심재와 1 이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법.
4. 제1항에 있어서, 가열한 액체를 형틀속 재료의 양측에 도입하여 발포시키어 약간의 시간을 두고 액체를 도입할 때와 같은 유입구로부터 배출하는, 발포성 심재와 1 이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법.
5. 제1항에 있어서, 가열한 액체를 연속적으로, 공급하고, 연속적으로 배출하는, 발포성 심재와 1 이상의 피복층으로 되는 수지기개의 형성방법.
6. 제1항에 있어서, 발포된 재료를 피복층에 결합시키는, 발포성 심재와 1이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법.
7. 제1항에 있어서, 피복층의 단부를 형틀에 고정하는, 발포성 심재와 1이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법.
8. 제1항에 있어서, 발포할 수 있는 열가소성 수지소재에 섬유를 포함하는, 발포성 심재와 1이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법.
9. 제1항에 있어서, 열가소성 수지의 피복막의하나가 섬유를 포함하는, 발포성 심재와 1이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법.
10. 제1항에 있어서, 1층의 피막층이 직포, 편직물, 망상섬유, 한쪽 방향으로 섬유를 함유하는 등으로 보강된 열가소성 수지소재의 포일로 된, 발포성 심재와 1 이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법.
11. 제1항에 있어서, 열가소성 수지의 발포소재로서 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 아크릴레이트 폴리머, 스틸렌폴리머, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 케톤-케톤, 폴리에테르-에테르 케톤, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 설파이드 및 이들의 2 이상의 혼합물로 되는 그룹에서 선택된 것을 사용하는, 발포성 심재와 1 이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법.
12. 제1항에 있어서, 피복층으로서의 열가소성 수지가 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 아크릴네이트 폴리며, 스틸렌 폴리머, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 케톤-케톤, 폴리에테르-에테르 케톤, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 설파이드 및 이들의 2개 이상의 성분의 혼합물로부터 이루어진 그룹에서 선택된 것을 사용하는, 발포성 심재와 1 이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법.
13. 제1항에 있어서, 발포제의 열가소성 수지의 용매, 물리적 발포제, 액상화학발포제, 물, 및 이들의 2 이상의 성분의, 혼합물로 된 그룹에서 선택된, 발포성 심재와 1 이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법.
14. 제1항에 있어서, 발포소재로서 열가소성 수지가 폴리에테르이미드이고 발포제로 디클로로메탄을 사용한, 발포성 심재와 1 이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법.
15. 제1항에 있어서, 발포소제의 성분이 중량 %로서 열가소성 수지합성 재료 50∼99%, 발포제 1∼50%, 안정제, 산화방지제, 충전제, 그 예로서 섬유, 액정폴리머, 안료, 난연제, 기타의 불활성 첨가제, 및 이들 2 이상의 성분의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택된 첨가제 0∼15%로 되는, 발포성 심재와 1 이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법.
16. 제1항에 있어서, 발포성 심재와 섬유로 보강된 피복층이 2층으로 된, 발포성 심재가 1 이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법.
17. 제1항에 있어서, 2개의 피복층이 형상이 다른, 발포성 심재와 1 이상의 피복층으로 되는 수지기재의 형성방법.