KR100603467B1 - 하이브리드 스탬핑 다이 - Google Patents
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Abstract
스탬핑 다이는 상부에 탄성중합체 재료의 피복이 인가된 개방 구조의 기부 매트릭스를 포함하는 기재 스탬핑 표면을 구비한다. 결과적으로 발생되는 표면은 적절한 위치에 상기 탄성중합체를 통하여 돌출되는 매트릭스를 가지는 탄성중합체를 주로 함유하는 조성물이다.
스탬핑, 다이, 탄성중합체, 매트릭스, 피복
Description
본 발명은 스탬핑 다이에 관한 것으로, 특히 비누 스탬핑 다이에 관한 것이다. 여기서 비누란, 비누 또는 합성 세제를 함유한 고형물, 또는 적어도 20%의 상기 고형물을 포함하는 그들의 조합물을 의미한다.
비누 스탬핑 다이는 일반적으로 한 쌍의 서로 대칭으로 대향하는 다이 절반부들로 구성되며, 그 각각은 공동을 갖고 기재의 둘레에서 서로 결합하여 기재의 스탬핑 가공된 빌렛(billet)을 형성한다. 스탬핑 공정의 중요한 부분은 절반부들의 분리 후에 다이 절반부로부터 스탬핑 가공된 빌렛을 분리하는 것에 관한 것이다. 다이 배출기(ejector)를 사용하거나 활석 분말(talcum powder) 또는 분리 유액으로 기재 스탬핑 표면을 피복하거나, 또는 탄성중합체 피복으로 스탬핑 표면을 피복하는 방법 등과 같이 다이 분리를 용이하게 하는 것에 관한 여러 가지 방법이 제안되어 오고 있다.
예를 들면, 유럽 특허 제285 722호에는 기재에 내마모성 분리 표면을 추가로 형성하는 복합 피복에 관하여 기술되어 있으며, 상기 피복은 그 상부에 실리콘막이 충전된 열 금속 매트릭스를 포함한다.
탄성중합체 피복에 의한 다이 피복 방법은 다이 분리를 용이하게 하는 특히 성공적인 수단인 것으로 입증되었다; 그러나, 이 방법에는 여러 가지 문제점이 발생되었다. 첫째, 탄성중합체는 스탬핑 기계에 사용될 경우 다이의 스탬핑 작용으로 인하여 전단 응력 및 변형에 계속적으로 노출된다는 점이다. 이것은 결과적으로 비교적 짧은 시간 주기 동안에 탄성중합체 피복이 손상되게 한다. 이러한 손상은, 스탬퍼가 계속하여 동작하는 경우 3주에 한번 정도로 자주 발생하게 되며, 이 때 다이 상의 피복이 다시 형성될 필요가 있으며, 이를 위하여 기계의 동작을 중지시키게 되어 시간이 지연되게 된다.
상기한 피복에 따른 추가의 문제로, 일부 탄성중합체는 도포시 늘어져서 경화 공정 전에 다이의 비수평면에 흘러 떨어지게 되고, 이것은 결과적으로 두께가 균일하지 않은 비균질면을 발생시키게 된다. 다이의 스탬핑 표면에서의 그러한 하자들은 일반적으로 스탬핑 가공된 제품에서의 하자로 옮겨지는 문제점이 있다.
상기한 피복에 따른 추가의 문제로, 일부 탄성중합체는 다이면에 안정되게 부착되도록 하기 위하여 접착제를 필요로 하고, 여기서 접착제는 일반적으로 캐리어 용제로서 휘발성 유기 화합물과 매우 위험한 것으로 분류되는 반응성 화학 약품을 포함한다. 이들 재료의 산업적 사용은, 현대의 건강, 안전 및 환경적 법률 제정으로 인하여 매우 강력하게 통제되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기의 문제점들 중 최소한 몇 개를 극복 또는 개선하는 스탬핑 다이용의 기재 스탬핑 표면을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양에서, 개방 구조의 기부 매트릭스 상에 탄성중합체 재료의 피복이 형성된 기재 스탬핑 표면을 가지는 스탬핑 다이를 제공한다. 여기서, 용어 "개방 구조"는 매트릭스에 적용시 매트릭스의 표면이 균일하지 않으며, 단면도로 보았을 때 다수의 함몰부, 피크 및 평평한 상승부를 갖는다는 의미로 취급된다. 보통 함몰부에 비하여 피크는 50 - 200 미크론 또는 70 - 150 미크론의 범위 내에 있게 된다. 상기한 매트릭스 표면에 도포될 때, 탄성중합체는 상기 함몰부를 충전하고, 본딩의 결합성으로 인하여 매트릭스에 강력하게 접착되는 방식으로 매트릭스를 피복한다. 추가로, 낮은 점성도의 탄성중합체 혼합물은 상기한 바와 같은 개방 매트릭스 구조에 적용될 때 그들이 경화되기 전까지는 매트릭스에 의하여 보유되고 따라서 탄성중합체가 흐르거나 늘어지는 것이 덜해진다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 스탬핑 표면은 적절한 위치에 탄성중합체 피복으로 돌출된 매트릭스를 가지는 복합구조이다. 이상적으로는, 상기 표면은 주로 탄성중합체이다.
일반적으로, 매트릭스는 세라믹 또는 금속 재료로 구성되고, 일 실시예에서 이는 플라즈마 또는 화염 분무법을 이용하여 다이에 적용되게 된다. 선택적으로, 상기 매트릭스는, 다이 재료에 대한 레이저 또는 기계 미세 가공, 화학적 에칭, 양극 처리(anodisation), 스파크 부식, 플라즈마 또는 이온 빔 처리에 의하여 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명은 개방 구조 매트릭스를 형성하기 위한 상기한 방법들에 제한되지는 않는다. 용어 "탄성중합체"의 전체 설명 및 적절한 탄성중합체들에 대한 특별한 예들은 유럽 특허 출원 제95924225호에 공개된 출원에 나타나 있고, 그 내용은 여기서 참조로서 합체된다. 본 발명의 바람직한 태양에서, 탄성중합체는 실리콘 또는 플루오르실리콘 탄성중합체를 포함한다.
본 발명에 따른 다이에 사용되는 탄성중합체들은 일반적으로 비교적 낮은 수준의 댐핑 및 낮은 계수를 가지는 것이 적당하다. 또 다른 태양에 따르면, 미국 재료 시험 협회(American Society for Testing and Materials) D1418에 의해 분류된 바에 따르면 바람직한 탄성중합체들은 보통 탄소를 포함하고, "R", "M" 또는 "U" 족이다. 이 족들은 불포화 탄소 체인 탄성중합체, 포화 탄소 체인 탄성중합체 및 중합체 체인으로 탄소, 질소 및 산소를 함유하는 탄성중합체이다. 이 형태의 탄성중합체는 이전의 탄성중합체 피복의 잔류물을 전체적으로 연소시키는 등에 의해 다이 상에서 비교적 다시 닦기 쉬운 것으로 알려졌다.
바람직한 탄소 함유 탄성중합체는 폴리우레탄, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 및 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 특히 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 포함한다. 후자의 예로는 테르반(Therban)[예, 바이엘(Bayer)] 및 제트폴(Zetpol)[예, 제온(Zeon)]을 포함한다.
본 발명은 또한 스탬핑 다이 제조 방법에 관한 것이며, 상기 방법은,
- 다이 표면 상에 개방 구조 매트릭스를 준비하는 단계와,
- 상기 매트릭스 상에 탄성중합체 피복을 인가하는 단계
를 포함한다.
이상적으로 상기 방법은 상기 탄성중합체를 경화하는 후속 단계를 포함한다.
보통, 매트릭스 형성 단계는 상기에 언급된 매트릭스 형성 방법들을 포함한다.
본 발명은 또한 스탬핑 다이에서 기재 스탬핑 표면으로서 개방 구조 기부 매트릭스 상부에 탄성중합체 피복을 형성한 형태의 혼합물의 복합 피복 이용에 관한 것이다.
이상적으로, 결과물인 하이브리드(hybrid) 피복은 탄성중합체 피복을 통하여 돌출하는 매트릭스 포켓들을 포함한다.
본 발명은 또한 개방 구조 기부 매트릭스 상부에 탄성중합체 피복을 형성한 스탬핑 표면을 가지는 스탬핑 다이를 사용하여 제품, 예를 들면 막대형 세제 등을 스탬핑하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은,
- 상기 스탬핑 다이에 제품 혼합물을 공급하는 단계,
- 스탬핑 가공된 제품을 형성하도록 상기 다이에서 상기 혼합물을 스탬핑하는 단계, 및
- 다이로부터 상기 스탬핑 가공된 제품을 분리하는 단계
를 포함한다.
이상적으로, 스탬핑 가공되는 제품은 세제 혼합물, 예를 들면 비누 등과 같은 세제 혼합물일 것이다. 그러나 본 발명의 방법 및 장치는 여러 가지 다양한 제품, 예를 들면 정제 및 음식 등과 같은 제품의 스탬핑에 사용되는 것으로 유사하게 보여진다.
본 발명에 따라 준비된 피복 및 기재 스탬핑 표면은 금속-탄성중합체 계면 결합 강도를 더욱 우수하게 한다. 많은 경우에, 그러한 결합 강도는 별도의 결합제를 사용할 필요가 없게 한다. 그러므로, 본 발명의 또 다른 태양에서는 금속 다이 및 탄성중합체 층 사이에 결합제가 없는 탄성중합체 피복된 다이를 제공한다. 추가로, 본 발명의 매트릭스는 탄성중합체 인가 장치에 대한 복수의 접촉점을 가지는 지지면을 제공하고, 따라서 탄성중합체는 매트릭스 내로 깊이 압입되고, 그 표면 조직을 습윤시켜 결과적으로 기계적 접착 및 탄성중합체-기부 접착을 우수하게 한다. 상기 피복은 균일하고 최적의 두께를 가지며, 매트릭스 직물의 최대 피크 높이에 의해 제어된다.
본 발명의 피복에 따른 상기 기능성의 탄성중합체 피복은 그러한 경우의 실시예에서 탄성중합체 피복을 통하여 돌출되는 딱딱한 매트릭스의 포켓에 의해 우발적인 손상으로부터 보호된다. 따라서, 물리적 손상에 대한 내성은 비교적 부드럽고 무른 탄성중합체가 사용될 때에도 향상될 수 있게 된다. 탄성중합체 영역이 매트릭스의 섬 형상부(island)들에 의하여 제한되고 벌크 탄성중합체 전단 변형(bulk elastomer shear deformations) 및 마모 과정(wear processes)에 기여하는 것을 방지하기 때문에, 다이 표면 상의 중요한 지점에서 탄성중합체에 발생하는 전단 응력이 최소화한다. 이 인자들은 공장 장비들을 더욱 튼튼하게 하고, 하이브리드 다이의 수명을 대폭 향상시키는 역할을 한다.
매트릭스 조도(roughness)를 신중히 제어하여 하이브리드 피복 다이에 혼합의 최종 표면 토포그래피(topography)를 부여한다. 이것은 제품 탄성중합체 표면에서의 마찰력을 감소시키고 막대형 비누 상에 보기 싫은 표면 자국이 발생하는 것을 감소시키는 역할을 한다. 추가로, 바람직한 표면 조직은 상기 하이브리드 피복 다이의 조직을 제어함으로써 막대형 비누에 대해 적용될 수 있다.
본 발명은 단지 예로서 주어진 다음의 몇 가지 실시예의 설명으로부터 더욱 명확히 이해될 것이다.
1. 제조 수단을 포함하는 하이브리드 다이의 실시예
상기 하이브리드 다이는 다음의 구성 요소, 즉 금속 비누 다이, 경질 내마모성 개방 매트릭스 및 탄성중합체 상단 피복을 포함한다. 하이브리드 다이 제조의 실시예들이 이하에 기술된다.
(a) 금속 비누 다이는 알루미늄으로부터 가공되고, 상업적으로 시판되는 하이브리드 피복, 예를 들면 텅스텐 카바이드 기부 층 및 실리콘 탄성중합체를 포함하는 임프레글론 유케이 엘티디(Impreglon UK Ltd)의 플라즈마코트(PlasmaCoat) 1915/11이 인가된다.
(b) 열 분무 기술을 이용하여 다이의 소정 형상의 표면 상에 니켈/알루미늄 분말의 경질, 내마모성 개방 매트릭스를 형성한다. 선택된 탄성중합체가 다음과 같이 매트릭스 상에 피복된다. 제조업자에 의하여 요청된 대로 준비된 탄성중합체[예를 들면, 다우 코닝 실리콘 실라스틱(Dow Corning silicone Silastic) 9050/50]가 니켈/알루미늄의 조직이 전체적으로 완전히 피복되는 피복 두께로 깨끗하고 부드러운 페인트 솔을 사용하여 다이의 소정 형상의 표면에 피복된다. 탄성중합체로 피복된 다이는 상기 탄성중합체를 경화하기 위하여 2시간 동안 160℃의 오븐에 넣어둔다.
2. 비누에 대한 하이브리드 다이의 사용 설명
이 섹션은, 탄성중합체 피복(유럽 특허 출원 제95924225호에 기술된 탄성중합체 피복)을 사용하여 달성되는 스탬핑 가공된 제품 및 스탬핑 표면 사이의 접착 력에서의 감소 효과가 본 발명의 하이브리드 피복을 사용하는 경우 고유한 것임을 논증한다.
실험실 측정은 알루미늄 펀치를 사용하여 수행되며, 알루미늄 펀치 상에 단부면은 38 내지 280㎛ 사이의 좁은 입자 크기 분포 범위 내에 Ni/Al 분말을 화염 분무함으로써 피복되었다. 그 다음 실리콘 탄성중합체가 용제액으로부터 분무됨으로써 도포되었다. 탄성중합체를 경화하기 전에 일정 범위의 최종 피복 두께(정량화 안됨)를 부여하도록 추가의 층이 형성되었다(1, 2 및 3). 이 하이브리드 피복의 최종 표면 조도는 1-15㎛ Ra 이었고, 금속 입자 크기 및 탄성중합체 피복 두께 모두에 의존한다는 것을 발견하였다. 각 펀치는 40℃로 예비 가열된 비누 구성물 내로 만입되었다. 상기 만입의 깊이는 3mm이었고 상기 만입 동안에 펀치는 12rpm으로 회전되었다. 그 다음 펀치는 상기 비누로부터 떼어지고, 상기 펀치와 비누를 분리시키기 위하여 필요로 하는 힘이 측정되었다. 나타난 접착력은 전체 피복된 펀치에 대하여 10-45N 범위 내에 있었고, 단일 탄성중합체 층으로 피복된 펀치가 제외된 경우 10-25N 범위 내에 있었다. 탄성중합체 피복된 펀치 모두가 피복 없이 연마된 스테인레스강 제어 펀치(100N)에 비하여 접착력이 현저히 감소된 것으로 나타났다.
3. 종래의 탄성중합체 피복 다이에 비하여 하이브리드 다이의 이점 설명
3.1 화학 프라이머가 없는 금속-탄성중합체 결합
실험들에서는 상기 하이브리드 기부 피복 내로 탄성중합체의 기계적 삽입이 종래의 금속-탄성중합체 결합에 필요로 했었던 화학 결합제 또는 프라이머(primer)를 더 이상 사용할 필요가 없을 정도로 금속-탄성중합체 계면 결합 강도 또는 마찰 에너지를 우수하게 할 수 있다는 것을 보여 준다. 그러므로, 반응성 재료에 종종 포함되는 유독성 화학 재료의 사용 및 그에 대한 노출을 피할 수 있게 되었다. 화학 프라이머는 몇 가지 비누 다이 재료, 예를 들면 실리콘 탄성중합체와 황동 사이에 그리고 그들을 사용하지 않고 결과적으로 영의 계면 결합강도를 가지는 최악의 경우에, 충분한 접착력을 얻는 데 필요했었다.
그러나, 많은 다른 고무-금속 결합 적용시처럼, 화학 결합제를 사용함으로 인하여 계면 결합력이 추가로 상당히 증가될 수 있다. 계면 접착력 또는 부식에 대한 계면의 오랜 기간 내구성 및 안정성의 면에서, 그들은 특별한 기부-탄성중합체 하이브리드 조합에 대하여 유익한 것으로 발견되었다. 이 경우 상기 하이브리드 조직은 임의의 계면 실패 이전에 기계적으로 분쇄되고 화학적으로 공격되어야만 하는 대폭 확장된 포선형의 계면을 제공한다.
(a) 접착제가 없는 경우 충분한 계면 강도 및 (b) 접착제가 있는 경우 하이브리드 기부의 향상의 특징들이 서로 다른 응집 강도를 가지는 두 실리콘 탄성중합체 및 180°박리 시험(peel test)(BS 3712, part 4, 1991)을 이용하여 예시되었다. 이 시험은 미세 스테인레스강 와이어 메쉬가 탄성중합체 내에 매립되고 딱딱한 금속 기재를 박리한 적층 구조물로 구성된다. 파쇄 에너지(fracture energy)(G)는 방정식 G=2P/w를 사용하여 박리 강도(P, 단위 폭 당 박리력)로부터 계산된다.
기재는 (i) 유리 구슬들로 블라스팅 가공된 황동, (ⅱ) 전과 같은 상태에서 그 다음 S2260으로 칠해진 황동(이것은 종래의 탄성중합체 피복된 금속 다이를 참조로 한 것이다; 접착제가 없으면 결과적으로 거의 영의 파쇄 에너지를 가지고 유용한 결합 강도를 가지지 않는다.), (ⅲ) Ni/Al 분말로 화염 분무된(flame sprayed) 알루미늄, 및 (ⅳ) Ni/Al 분말로 화염 분무된(flame sprayed) 후 S2260으로 칠해진 알루미늄이었다. 프라이머 및 탄성중합체는 다우 코닝에 의해 요청된 대로 공급 및 사용되었다.
| 평균 파쇄 에너지 (KJ/㎡) 및 파손 모드 (응집 또는 계면) | ||
| 탄성중합체 | 실라스틱 9050/50 | 실라스틱 9280/50 |
| 유리 구슬 블라스팅 가공된 황동 프라이머 없음 | - 0.6/계면 | - 0.8/계면 |
| 유리 구슬 블라스팅 가공된 황동 및 S2260 프라이머 | 2.3/응집 | 4.0/계면 |
| 하이브리드 기부 (알루미늄 상에 Ni/Al 분말 화염 분무) | 2.3/응집 | 3.5/계면 |
| 하이브리드 기부 (알루미늄 상에 Ni/Al 분말 화염 분무 및 S2260 프라이머) | 2.2/응집 | 4.6/계면 |
보다 약한 탄성중합체(9050/50)를 사용하는 경우, 기재(i)은 고려하지 않고, 다른 나머지 기재는 탄성중합체의 응집성 부족의 결과를 발생시켰다. 즉, 계면의 파쇄 에너지는 탄성중합체의 파쇄 에너지(2.3KJ/㎡)를 초과하였다. (a) 그렇기 때문에 하이브리드 기부에 의해 제공된 계면의 결합 강도는 적당하고, 접착제가 없는 경우에도 그렇다. (b) 응집이 부족하기 때문에, 접착제가 하이브리드 기부에 추가된 경우 추가의 정보가 획득되지 않는다.
보다 강한 탄성중합체(9280/50)를 사용하는 경우, 모든 기재가 기부와 탄성중합체 사이의 계면 부족의 결과를 발생시켰다. 즉, 계면의 강도는 탄성중합체의 내부 강도보다 더 작았다. 결론적으로, (a) 하이브리드 기부만에 의해 제공된 계면의 결합강도(3.5KJ/㎡)는 프라이머가 있는 경우의 구슬 블라스팅 가공된 황동(4.0KJ/㎡)과 유사하고, (b) 하이브리드 기부에 프라이머가 사용된 경우, 파쇄 에너지는 증가하였다(4.6KJ/㎡).
3.2 탄성중합체 적용의 용이함
3.2.1 표면 조직 가공된 하이브리드 표면의 저점성 탄성중합체의 보유
저점성 탄성중합체 피복은 매트릭스 상에 솔, 침지 또는 분무에 의하여 피복되고, 탄성중합체는 경화되기 전까지 매트릭스 표면 조직에 의하여 보유된다. 그들은 비수평면에서 배수되는 것이 덜 용이하고, 이것은 결과적으로 탄성중합체의 두께를 더욱 균일하게 한다. 이것은 공개된 유럽 특허 출원 제95924225.6호에 기술된 바와 같이 일정한 조건하에서 피복에 대해 발생된 바와 같은, 얇은 탄성중합체 피복된 다이에서 피복이 늘어지거나 배수되는 현상을 방지할 수 있게 한다.
화염 분무된 Ni/Al으로 피복된 비소함유 황동(as-received brass) 또는 알루미늄 중 어느 하나인 금속 표면들이 저점성 탄성중합체(실라스틱 9050/50)로 피복되고, 90°(수직)의 각에서, 실온으로 15분간 유지되고, 그 다음 160℃에서 2시간 동안 경화 처리된 경우, 이 효과의 실시예가 도시되었다. 얇게 피복된 다이에 대하여 실행된 바와 같이, 얇은 피복이 약 100㎛로 형성되었으며, 그 전체 상세한 설명은 유럽특허 제95924225.6호에 기술된다. 패널 사이의 동일한 피복 두께를 재생하기 위하여 어떤 제어도 적용되지 않았다.
피복 두께는 탄성중합체 표면의 한쪽 절반부 상에 수 나노미터의 두께로 기상 증착된 금 피막에 의하여 형성된 경계면을 가로질러 레이저 프로파일측정법(profilometry)을 이용하여 각 패널의 상단으로부터 일련의 위치들에서 측정된다. 상기 레이저는 상기 금으로부터 반사되지만, 투명 탄성중합체를 통과하고 기부로부터 반사된다. 따라서 금 피막의 한 모서리에서 두께가 계산될 수 있는 한 단계가 발생한다.
도1은 황동 및 하이브리드 피복 기판에 대하여 획득된 결과를 도시한다.
이 실시예 및 데이터는, 수직으로 15분 동안 피복후 실온에서 그리고 더 높은 온도에서 2시간 경화를 실행한 경우 얇은 피복된 황동 기판에 발생되는 배수 상태를 입증한다. 이에 비하여, 하이브리드 기판에 대한 데이터는 배수 상태의 흔적을 보이지 않았지만, 100+/-20 미크론의 피복 두께를 부여하였다.
그렇기 때문에 얇은 피복의 경우, 하이브리드 표면은 각진 표면 상에서의 저점성 탄성중합체 피복이 갑자기 없어지는 현상을 감소시켰다.
3.2.2 고점성 탄성중합체를 함유한 표면 조직 가공된 하이브리드 표면의 피복
경화에 앞서 고점성의 또는 풀같은 농도의 탄성중합체는 얇고 평평하고 결함이 없는 피복으로 직접 형성하는 것은 어렵다. 그들은 유기 용제로부터 형성될 수 있다. 그러나 이것은 유독성 유기 용제의 사용 및 탄성중합체의 최종 기계적 특성들에서의 잠재적 질 저하와 관련한다. 인가 장치를 이용한 금속 다이 상으로의 직접 분무는 결과적으로 피복 두께가 평평하지 않게 한다. 그러나, 이 하이브리드 기부의 매트릭스는 인가 장치에 대하여 복수의 접촉점을 가지는 지지 표면을 가지고, 이로써 페이스트가 매트릭스 내로 깊이 밀릴 수 있게 된다. 조심스럽게 기술적으로 비누와 접촉하게 되는 효과적인 평평한 표면이 만들어질 수 있다. 상기 피복은 균일하고 최적인 두께를 가지며, 매트릭스 표면 조직의 최대 피크 높이에 의하여 제어된다. 상기 하이브리드 기부 층의 표면 조직은 상기 경화되지 않은 탄성 중합체에 의하여 완전히 습윤되고, 결과적으로 이것은 기계적 결합 및 탄성중합체-기부 접착을 우수하게 한다.
이러한 이점을 예시하기 위하여, 상술된 180°박리 시험에서 그리고 하이브리드 기부 Ni/Al 상의 탄성중합체 실라스틱 9280/50에 대하여 계면의 파쇄 에너지가 획득되었다. 다이 피복에 충분한 탄성중합체 박층이 상술된 바와 같이 연성 플라스틱 인가 장치를 사용하여 형성되었고, 박리 시험 적층물이 더욱 경화되지 않은 탄성중합체에 의해 성장되었고 160℃에서 2시간 동안 경화되었다. 이 조립체로부터의 파쇄 에너지는 3.6KJ/㎡이었고, 파손 모드는 계면이었다. 이에 비하여, 탄성중합체의 최초 층이, 톨루엔 등과 같은 유기 용제에서의 희석 용액으로부터 형성된 경우, 이것은 매우 유사한 3.5KJ/㎡의 계면 파쇄 에너지를 부여하였다. 그렇기 때문에 직접적인 인가 방법은, 결과적으로 동일한 계면 결합 강도를 가지지만 유독성 또는 용제 적용의 문제를 피할 수 있게 한다.
3.3 개선된 수명
기능성 탄성중합체 피복은 딱딱한 돌출 매트릭스에 의한 우발적인 손상으로부터 보호된다. 물리적 손상에 대한 내성은 비교적 부드럽고 무른 탄성중합체가 사용될 때에도 향상될 수 있게 된다. 탄성중합체 영역이 매트릭스의 섬 형상부들에 의하여 제한되고 벌크 탄성중합체 전단 변형 및 마모 과정에 기여하는 것을 방지하기 때문에, 다이 표면 상의 중요한 지점에서 탄성중합체에 발생하는 전단응력이 최소화한다. 이 인자들은 다음의 실시예에 도시된 바와 같이, 공장 장비들을 더욱 튼튼하게 하고, 하이브리드 다이의 수명을 대폭 향상시키는 역할을 한다.
황동 펀치의 단부면은 텅스텐 카바이드의 화염 분무층으로 피복된다. 그 다음 이것은 탄성중합체(다우 코닝 실리콘 실라스틱 9050/50)로 피복되어 하이브리드 피복을 만들었다. 유사한 황동 펀치는 다우 코닝 프라이머 S2260으로 애벌칠되고 동일한 탄성중합체로 피복되었다.
상기 펀치는 비누 상에서의 마찰에 의해 발생되는 마모를 가속화하는 기계 상에 차례로 장착되었다. 이 시험은 실제로 공장에서 다이 수명을 모사하는 것으로 알려졌다. 상기 펀치는 개구를 통하여 약간 돌출된 시험 비누 내로 반복적으로 동작된다. 펀치 상에 존재하는 압력은 스탬핑 중에 발생하게 되는 압력과 일치되도록 고안된다. 상기 시험은 비누가 상기 펀치 표면에 부착되기 시작할 때까지 계속하고, 이것이 발생하게 되는 톱니모양 사이클의 횟수가 기록된다. 그 다음 펀치는 에탄올로 세척되고 기계 상에 다시 배치된다. 이 공정은 비누가 펀치 표면에 다시 부착할 때까지 반복된다. 이들은 첫째 및 둘째 고착 값으로 언급된다. 고착(sticking)은 탄성중합체의 표면에 대한 미세 손상에 의해 발생되게 되고 마모의 시작을 나타낸다.
탄성중합체 피복된 펀치는 첫째 70,000 사이클, 둘째 72,000 사이클 후에 고착되었고, 반면에 하이브리드 피복된 펀치는 첫째 100,000 사이클, 둘째 110,000 사이클이 될 때까지 계속 동작하였다. 본 발명에 따른 하이브리드 피복은 결과적으로 약 40% 수명을 개선하였다.
3.4 토포그래피, 마찰 및 표면 조직
매트릭스 조도를 조심스럽게 제어함으로써 하이브리드 피복 다이에 혼합의 최종 표면 토포그래피를 부가하는 것이 가능하다. 이것은 비누 탄성중합체 면에서의 마찰을 감소시키고 막대 비누 상의 보기 싫은 표면 흠집이 발생하는 것을 감소시킨다. 추가로, 하이브리드 피복 다이의 표면 조직을 제어함으로써 바람직한 표면 조직이 막대 비누에 형성될 수 있다.
3.4.1 마찰력
섹션 2에서 이전에 기술된 펀치와 유사한 방법으로, 평평한 알루미늄 시트들이 화염 분무된 금속 및 탄성중합체로 피복되었다. 상기 시트의 표면을 가로질러 비누 조각이 활주할 때 발생되는 마찰력은 소정 범위의 활주 속도(7-30mm/s)로 측정되었고 정상 부하를 적용하였다. 마찰계수는 마찰력/수직력의 도면에서의 기울기로부터 계산되었다. 값들은 3mm의 두꺼운 실리콘 층을 사용하여 획득되었고, 그것은 벌크 탄성중합체로 고려될 수 있다. 상기 두꺼운 탄성중합체는 그 탄성중합체의 벌크 변형으로 인하여 비누와 함께 매우 높은 마찰 계수(1.9-2.4)를 가진다. 매트릭스 내에 탄성중합체를 구속함으로써 마찰이 상당히 감소된다(0.4-0.8).
3.4.2 표면 조직
섹션 2에서 기술된 접착 실험 후, 하이브리드 피복된 펀치 및 비누 표면의 조도가 비접촉 레이저 프로파일미터를 사용하여 측정되었다. 펀치의 조도 및 결과로 생성된 비누 표면 조도, 양자는 Ra(㎛)로 측정되며, 양 조도 사이에 강하고 직접적인 상호관계(∼1:1)가 있다.
본 발명은 이하에 기술된 실시예로 제한되지 않으며, 구성 및 세부사항에서 변화될 수 있다.
Claims (20)
- 상부에 탄성중합체 재료의 피복이 인가된 개방 구조의 기부 매트릭스를 포함하는 기재 스탬핑 표면을 구비하고,상기 매트릭스의 표면은 단면도로 보았을 때 복수개의 함몰부, 피크 및 평평한 상승부를 포함하고상기 탄성중합체를 통하여 돌출되는 매트릭스를 구비한 주로 탄성중합체인 복합 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬핑 다이.
- 제1항에 있어서, 상기 매트릭스는 탄성중합체를 위한 복수개의 접촉점을 구비한 것을 특징으로 하는 스탬핑 다이.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄성중합체는 매트릭스 내부로 깊이 가압되는 것을 특징으로 하는 스탬핑 다이.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 매트릭스는 탄성중합체를 통하여 섬 형태로 돌출되는 것을 특징으로 하는 스탬핑 다이.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다이에는 탄성중합체를 매트릭스에 접착시키는 접착제 또는 프라이머가 없는 것을 특징으로 하는 스탬핑 다이.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 매트릭스는 세라믹 또는 금속 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬핑 다이.
- 제7항에 있어서, 상기 매트릭스는 플라즈마 또는 화염 분무법에 의하여 인가되는 것을 특징으로 하는 스탬핑 다이.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 매트릭스는 상기 다이의 재료에 대한 레이저 또는 기계적 미세 가공, 화학 에칭, 양극 처리, 스파크 부식, 플라즈마 또는 이온 빔 처리에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스탬핑 다이.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄성중합체는 실리콘 또는 플루오르실리콘 탄성중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬핑 다이.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄성중합체는 탄소 함유 다이를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬핑 다이.
- 제11항에 있어서, 상기 탄성중합체는 불포화 탄소 체인 탄성중합체, 포화 탄소 체인 탄성중합체, 및 탄소 체인 내에 탄소, 질소 및 산소를 함유하는 탄성중합체로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 스탬핑 다이.
- 제12항에 있어서, 상기 탄성중합체는 폴리우레탄, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 또는 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 고무인 것을 특징으로 하는 스탬핑 다이.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 비누의 스탬핑에 사용되는 것을 특징으로 하는 스탬핑 다이.
- - 다이 표면 상에 개방 구조 매트릭스를 준비하는 단계와,- 상기 매트릭스 상에 탄성중합체 피복을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬핑 다이 제조 방법.
- 상부에 탄성중합체 재료의 피복이 인가된 개방 구조의 기부 매트릭스를 포함하는 스탬핑 표면을 구비한 제1항 또는 제2항에 따른 스탬핑 다이를 채용함으로써 제품을 스탬핑하는 방법에 있어서,- 상기 스탬핑 다이에 제품 혼합물을 공급하는 단계,- 스탬핑 가공된 제품을 형성하도록 상기 다이에서 상기 혼합물을 스탬핑하는 단계, 및- 다이로부터 상기 스탬핑 가공된 제품을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬핑 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 제품은 막대형 비누인 것을 특징으로 하는 스탬핑 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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