KR100627144B1 - 성형재료의 연속 가압 발포방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발포체를 구현함에 있어 상압식 및 가압식이 가지는 장점을 동시에 제공하기 위하여, 가교발포가 억제된 상태로서 길이 방향으로 연속하는 성형재료를 가공하는 단계와, 일정 간격으로 이격되어 대향한 상태에서 상호 반대 방향으로 무한 궤도 운동하는 한 쌍의 금속판 벨트와 상기 금속판 벨트 중 선택되는 어느 하나 이상에 열을 지속적으로 공급하는 가열 수단을 포함하여 이루어지는 연속 가압가교부의 상기 금속판 벨트 사이에 상기 연속하는 성형재료를 투입하는 단계와, 상기 금속판 벨트를 통해 지속적으로 전달되는 열을 이용하여 금속판 벨트 사이에서 상기 금속판 벨트와 함께 이동하는 연속하는 성형재료를 연속적으로 가교시키는 단계와, 연속적으로 가교된 상태에서 상기 금속판 벨트를 연속적으로 빠져나오는 성형재료를 연속적으로 발포시키는 단계를 포함하여 이루어지는 성형재료의 연속 가압 발포 방법을 제공함을 그 기술적 특징으로 한다.

성형재료, 발포, 가압, 연속

Description

성형재료의 연속 가압 발포방법{Continuously foaming method for using by pressurization}

도 1은 본 발명에 따라 성형재료를 연속적으로 가압 발포시키기 위한 전체 장치의 간략 구성도.

도 2a는 본 발명에 따른 성형재료의 투입 단계를 보여주는 구성도.

도 2b는 본 발명에 따른 성형재료의 연속 가압가교단계를 보여주는 구성도.

도 2c는 본 발명에 따른 성형재료의 연속 발포 단계를 보여주는 구성도.

도 2d는 본 발명에 따른 연속 발포체의 성형 단계를 보여주는 구성도.

도 2e는 본 발명에 따른 연속 발포체에 표면 보호층을 부가하는 단계를 보여주는 구성도.

본 발명은 성형재료의 발포 방법에 관한 것으로서, 특히 연속하는 성형재료의 가압가교 과정과 발포 과정을 분리시킴으로서 연속하는 발포체를 가압 방식으로 구현할 수 있는 성형재료를 연속적으로 가압 발포시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.

성형재료의 발포는 구현하고자 하는 발포체의 형상 및 물성을 고려하여 취사 선택되는 기계설비를 이용하게 되는데, 통상적으로 펠릿(pellet) 또는 시트(sheet)와 같이 일정한 형상으로 가공된 성형재료를 직접 가압·가열하여 발포체를 구현하는지의 여부에 따라 가압식 및 상압식으로 대별할 수 있다.

가압식은 성형재료를 금형 내부에 안치시킨 다음 이를 적정 조건으로 가열 및 가압하여 발포체를 구현하게 되는데, 구현되는 최종 발포체의 형상은 성형재료가 안치되는 금형의 내부 공동부 형상에 의해 자유롭게 변경될 수 있을 뿐 아니라, 성형재료가 금형의 내부 공동부와 직접 접한 상태에서 가교과정을 거치게 됨에 따라 구현되는 최종 발포체의 표면이 균일하게 형성되는 장점이 있어 여러 다양한 응용 제품에 널리 사용되고 있다.

그러나 가압식은 발포체를 구현함에 있어 최종 발포체의 특정 형상과 동일한 내부 공동부가 구비된 금형이 반드시 필요하다는 점에서 최종 발포체의 형상이 동일하다 하더라도 그 크기가 다양하게 변경되는 경우에는 그에 따라 필요한 금형의 갯수가 기하 급수적으로 증가되어 제품의 단가를 상승시키는 문제가 있다.

또한, 가압식은 금형의 개방, 성형재료의 안치, 금형의 폐쇄, 금형의 가열, 금형의 개방이라는 일련의 과정을 거쳐 발포체를 구현하게 되는데, 이렇게 금형의 개방 및 폐쇄 과정을 거쳐 발포체를 제조하는 경우에는 제품 생산이 불연속적으로 이루어질 수밖에 없어 생산성에 한계가 있었다.

더욱이, 구현하고자 하는 최종 발포체의 크기를 증대시키기 위해서는 금형을 가압하는 수단인 프레스 자체의 크기를 증대시켜야 하는데 통상적으로 프레스의 중 량이 거대한 점을 감안하면 이 역시 한계가 있어 결국 가압식으로 제조될 수 있는 제품의 크기는 일정한 제약이 있었다.

한편, 상압식은 가압식과 달리 성형재료를 가열하는 과정에서 가압수단으로서 특정한 형상의 내부 공동부를 구비한 금형을 사용하지 않기 때문에 발포체를 연속적으로 구현할 수 있을 뿐 아니라, 구현되는 최종 발포체의 크기 또한 임의로 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.

그러나 발포 단계에서 발포되는 성형재료의 체적을 제어할 수 있는 가압수단이 없기 때문에 구현되는 최종 발포체의 표면이 가압식에 의해 구현되는 발포체보다 균일하지 못한데, 발포체의 표면이 다소 거칠게 구현된다는 것은 그 표면을 균일하게 처리하는 공정이 부가되어야 함을 의미하여 가압식에 비해 생산 효율이 떨어지는 단점이 있다.

게다가, 상압식은 성형재료가 개방된 상태에서 가교과정을 거쳐 발포되기 때문에, 금형이라는 밀폐된 내부에서 균일한 가교과정이 완료된 다음에 발포되는 가압식과 달리 성형재료 전체가 균일한 가교과정을 거칠 수 있도록 강제하는 수단이 없어 구현되는 최종 발포체의 인장 강도 및 압축 강도 등과 같은 발포체의 물성이 저급하여 다양한 제품으로 응용할 수 없는 단점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발포체를 연속적으로 구현할 수 있을 뿐 아니라, 구현되는 발포체의 크기를 자유롭게 조절할 수 있는 성형재료의 연속 발포 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 연속하는 발포체를 구현하더라도 구현되는 연속 발포체가 뛰어난 내부 물성을 가지는 성형재료의 연속 발포 방법을 제공함에 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 성형재료를 연속 발포시키는 방법으로서, 가교발포가 억제된 상태로서 길이 방향으로 연속하는 성형재료를 가공하는 단계와, 일정 간격으로 이격되어 대향한 상태에서 상호 반대 방향으로 무한 궤도 운동하며 상기 성형재료의 발포를 억제하는 가압수단으로 작용하는 한 쌍의 금속판 벨트와 상기 금속판 벨트 중 선택되는 어느 하나 이상에 열을 지속적으로 공급하는 가열 수단을 포함하여 이루어지는 연속 가압가교부의 상기 금속판 벨트 사이에 상기 연속하는 성형재료를 투입하는 단계와, 상기 금속판 벨트를 통해 지속적으로 전달되는 열을 이용하여 금속판 벨트 사이에서 상기 금속판 벨트와 함께 이동하는 연속하는 성형재료를 연속적으로 가교시키는 단계와, 연속적으로 가교된 상태에서 상기 금속판 벨트를 연속적으로 빠져나오는 성형재료를 연속적으로 발포시키는 단계를 포함하여 이루어지는 성형재료의 연속 가압 발포 방법을 제공함을 그 기술적 특징으로 한다.

상기 발포 단계 이후에 연속하는 발포체를 상호 반대 방향으로 회전하는 롤러 사이를 통과시켜 연속 발포체의 표면을 평탄하게 성형시키는 단계가 더욱 부가되는 것을 특징으로 한다.

상기 성형 단계에서 연속 발포체는 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나의 면에 표면 보호층을 결합시킨 다음 상기 회전 롤러 사이에 투입되는 것을 특징으로 한다.

상기 성형 단계 이후에 연속으로 성형되는 발포체의 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나의 면에 표면 보호층 결합시킨 다음 상호 반대 방향으로 회전하는 다른 롤러 사이를 통과시키는 단계가 더욱 부가되는 것을 특징으로 한다.

상기 연속 가압가교부의 금속판 벨트 사이에 투입되는 성형재료는 복수 개로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 연속 가압가교부에는 투입되는 성형재료에 대응하여 금속판 벨트 사이의 간격을 조절하는 수직높이조절수단이 더욱 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 연속 가압가교부에는 금속판 벨트와 함께 이동하면서 가교되는 성형재료의 발포를 억제하기 위해 상기 금속판 벨트 중 적어도 어느 하나를 가압하는 가압수단이 더욱 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 연속하는 성형재료는 박막 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 성형재료의 연속 발포 과정은, 성형재료의 가공단계와, 연속 가압가교부에의 성형재료 투입단계와, 성형재료의 연속 가압가교단계와, 가교된 성형재료의 연속 발포단계를 포함하여 이루어진다.

상기 성형재료의 가공단계는 구현하고자 하는 발포체의 용도와 물성적 특성에 따라 여러 다양한 재료 중에서 선택된 주요 수지 재료를 이용하여 성형재료용 원 재료를 준비한 다음, 재료 배합 설계 기준에 따라 주요 수지 재료와 부 재료들을 일정 중량치 만큼씩 계량하고 적절한 설비를 이용하여 배합 단계를 거쳐 화합물이 조성되면, 이 화합물을 카렌더기 또는 압출기 등을 통해 가교발포가 억제된 상태의 성형재료로 가공하는 단계이다.

상기 성형재료는 다양한 초산비닐함량(VA%)의 에틸렌 초산비닐(EVA)계 또는 다양한 밀도(density)의 폴리 에틸렌(PE)계와 같은 각종 합성 수지를 주요 원 재료로 사용하는 것이 바람직하나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 각종 천연 고무 및 합성 고무 등가 같이 다양한 가교발포 성형법에 의하여 성형체로 만들어 질 수 있는 재료 중에서 임의로 선택하여 사용할 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 성형재료는 길이 방향으로 연속하는 형상으로 이루어지기만 하면 족하여 그 형상에 특별한 제한을 두지 않으나 표면 상태가 균일한 평면 형상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 표면의 거칠기 정도(또는 두께 편차가 일정)가 정밀한 박막 형상의 필름으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

따라서, 가공된 성형재료의 표면 거칠기 정도가 다소 거친 시트 형상으로 이루어지는 경우에는 이를 다시 가공하여 표면의 거칠기 정도가 정밀한 박막 형상으로 구현한 다음 이를 이용하는 것이 바람직하다 할 것이다.

가교발포가 억제된 상태로서 길이 방향으로 연속하는 성형재료가 준비되면 이를 연속적으로 가교시키기 위해 도 2a와 같이 성형재료(10)를 연속 가압가교부에 투입하게 되는데, 본 발명에 따른 연속 가압가교부는 도 1에 개시된 것과 같이, 상호 일정한 간격으로 이격된 상태에서 반대 방향으로 무한궤도 운동하는 한 쌍의 금속판 벨트(220, 270)와, 상기 각 금속판 벨트에 지속적으로 열을 공급하는 가열수단(290)을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 가열수단(290)은 연속 가압가교부(200)로 투입되는 성형재료(10)에 열을 지속적으로 공급하여 성형재료(10)를 가교시키기 위한 수단으로서, 금속판 벨트 (220, 270)로 적절히 열을 공급하여 금속판 벨트 사이에서 상기 금속판 벨트와 함께 이동하는 성형재료를 적절히 가교시키기만 하면 족하기 때문에 어느 특정한 구성으로 이루어지는 가열수단에 한정되지는 않는다.

상기 금속판 벨트(220, 270)는 투입되는 연속하는 성형재료를 이동시키기 위한 수단이며, 상기 가열수단(290)에서 공급되는 열을 이동하는 성형재료로 적절히 전달하여 성형재료를 가교시키는 수단이며, 연속적으로 가교되는 성형재료의 발포를 장력을 이용하여 억제하기 위한 수단으로 동시에 기능하는 특징이 있다.

상기 금속판 벨트(220, 270)는 적절한 장력만 보장된다면 특별히 그 두께가 한정되지 않으며, 그 폭 역시 투입되는 성형재료의 크기에 따라 적절히 변경될 수 있는 사항이어서 특정한 값으로 한정되지는 않으나 투입되는 성형재료의 폭보다는 넓게 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 금속판 벨트(220, 270)는 도시된 것과 같이 상호 반대 방향으로 회전하는 상부 롤러(212, 214) 및 하부 롤러(262, 264)에 의해 구동되는 것이 바람직하며 이는 관련 업계에서 널리 알려진 기술인바 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 투입되는 성형재료의 두께는 특별히 한정되는 것이 아니며, 본 발명은 복수 개의 성형재료가 동시에 투입되는 경우를 배제하지 않는데 이러한 경우 본 발명에 따른 연속 가압가교부에는 상호 대향하는 금속판 벨트(220, 270)의 간격을 적절히 조절할 수 있는 수직 높이 조절 수단(230, 240)이 더욱 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 성형재료가 가교과정에서 발포되는 것을 방지하는 수단으로서 기능하는 금속판 벨트(220, 270) 이외에, 금속판 벨트(220, 270) 그 자체의 인물성에 의해 유지하고 있는 일정한 장력 상태를 외부에서 보강해 주기 위한 수단으로서 상기 금속판 벨트(220, 270) 중에 선택되는 어느 하나 이상의 벨트를 가압하는 수단이 더욱 구비되는 경우를 배제하지 않는데, 도 1에는 이러한 구성 중에서 금속판 벨트(220, 270) 모두에 가압수단(280)이 부가되는 경우를 상정한 일례가 개시되어 있다.

본 발명에 따라 가압수단(280)이 더욱 구비되는 경우에는, 상기 가압수단(280)이 금속판 벨트(220, 270)와 가능한 접하도록 하여 상기 금속판 벨트(220, 270)가 가교되는 성형재료의 발포 현상을 효과적으로 제어하도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 가압수단(280)의 구성은 특별하게 제한되지 않으나 금속판 벨트(220, 270)를 균일하게 가압할 수 있도록 일정한 두께를 가지는 평판 형상으로 이루어지는 것이 바람직한데, 가압수단의 구성이 평판 형상으로 이루어지는 경우에는 열 전달을 감안하면 도시된 것과 같이 가열수단(290)이 가압수단(280) 내부에 설치되는 것이 바람직하다 할 것이다.

상기 연속 가압가교단계는 도 2b에 개시된 것과 같이, 연속 가압가교부(200)의 금속판 벨트(220, 270) 사이에 투입되는 연속하는 성형재료(30)가 상기 금속판 벨트(220, 270)와 함께 이동하는 과정에서 가열수단(290)로부터 열을 지속적으로 전달받아 연속적으로 가교되는 단계이다.

즉, 성형재료(30)는 금속판 벨트(220, 270)의 운동에 따라 상기 금속판 벨트(220, 270) 사이의 일정한 공간에 갇힌 상태에서 이동하게 되며, 이동하는 과정 중에 가열수단(290)로부터 지속적으로 전달되는 열(△Q)에 의해 성형재료(30) 전체는 균일한 상태로 가교되게 되며, 연속적으로 가교되는 성형재료(30)의 발포 현상은 금속판 벨트(220, 270)의 장력(및 부가되는 가압수단)에 의해 지속적으로 가해지는 압력(△P)으로 억제되게 되는 것이다.

한편, 도 2b에는 성형재료의 발포 현상을 더욱 적절하게 억제하기 위하여 가압수단이 부가되어 금속판 벨트을 지속적으로 가압하는 경우가 도시되어 있는데, 본 발명은 이와 달리 금속판 벨트 그 자체만의 장력을 이용하여 가교되는 성형재료를 가압할 수 있음은 물론이다.

일정한 가압 상태가 유지되는 금속판 벨트(220, 270) 사이에서 연속적으로 가교된 성형재료는 상기 금속판 벨트(220, 270)를 벗어나면서 외부 환경에 자연스럽게 노출됨에 따라 도 2c에 도시된 것과 같은 연속적으로 발포되는 단계를 거치게 된다.

즉, 일정한 가압 상태가 유지되던 금속판 벨트를 순차적으로 벗어나는 성형재료들은 일시에 압력 상태가 일시에 해제됨에 따라 금속판 벨트를 벗어나는 순서에 따라 자연스럽게 연속하는 발포체(50)로 구현된다.

한편, 연속 발포단계를 거쳐 구현되는 발포체는 외부 환경에서 자연스럽게 발포되기 때문에 그 표면은 균일하지 않고 다소 거칠게 형성될 수 있는데, 본 발명은 도 2d와 같이 연속하여 구현되는 발포체의 표면을 평탄화시키는 연속 성형단계 를 부가하여 성형 발포체(70)를 얻는 경우를 배제하지 않는다.

상기 연속 성형단계는 도 1 및 도 2d 각각에 개시된 것과 같이, 당업계에 널리 알려진 상호 일정한 간격으로 이격되어 반대 방향으로 회전하는 한 쌍의 롤러(312, 314)로 이루어지는 성형롤러(300)를 이용하는 것이 바람직하며, 상기 성형롤러에는 발포체의 두께를 감안하여 연속 가압가교부와 유사하게 대향하는 한 쌍의 롤러 간격을 조절할 수 있는 롤러간격조절수단(330)이 구비되는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명은 도 2e에 도시된 것과 같이, 연속 발포체의 표면을 외부 환경으로부터 효과적으로 보호하기 위하여 발포체의 상면 또는 하면 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 표면에 표면 보호층(1)을 부가시키는 단계가 더욱 부가되는 경우를 배제하지 않는다.

상기 표면 보호층의 재질은 특별히 제한되지 않기 때문에 당업계에서 발포체의 표면 보호용으로 널리 사용하고 있는 비닐, 원단, 가죽 등과 같은 여러 다양한 재질 중에서 임의로 선택하여 사용할 수 있음은 자명하며, 발포체 표면과 표면 보호층의 적절한 결합을 위하여 접착제를 사용할 수 있음도 물론이다.

이러한 발포체 표면에의 보호층 부가는 연속하는 발포체가 구현된 이후에는 어느 단계에서도 가능하기 때문에 연속 발포단계 및 연속 성형단계 중에서 선택되는 어느 단계 이후에 부가되더라도 무방하다.

상기 표면 보호층 부가는 성형 단계와 유사하게 상호 일정한 간격으로 이격되어 반대 방향으로 회전하는 한 쌍의 롤러(412, 414)로 이루어지는 결합롤러(400) 를 이용하는 것이 바람직하며, 상기 결합롤러에는 대향하는 한 쌍의 롤러 간격을 조절할 수 있는 롤러간격조절수단(330)이 구비되는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명은 성형재료의 가교과정을 특정 형상의 내부 공동부가 구비되는 금형이 아니라 금속판 벨트의 장력을 이용하여 일정한 가압상태에서 이루어지도록 구성하여 그 크기가 상대적으로 대형이면서도 연속하는 발포체를 구현할 수 있다는 점에서 가압식이 지니는 한계를 극복할 수 있도록 해준다.

또한, 본 발명은 성형재료가 금속판 벨트에 의해 일정하게 가압이 유지되는 상태에서 가열수단으로부터 지속적으로 열을 공급받아 균일한 가교가 이루어지도록 구성하여 구현되는 연속 발포체가 뛰어난 내부 물성을 구비할 수 있다는 점에서 상압식이 지니는 한계를 극복할 수 있는 이점을 동시에 제공해준다.

Claims (8)

1. 성형재료를 연속 발포시키는 방법으로서,

   가교발포가 억제된 상태로서 길이 방향으로 연속하는 성형재료를 가공하는 단계와;

   일정 간격으로 이격되어 대향한 상태에서 상호 반대 방향으로 무한 궤도 운동하며 상기 성형재료의 발포를 억제하는 가압수단으로 작용하는 한 쌍의 금속판 벨트와, 상기 금속판 벨트 중 선택되는 어느 하나 이상에 열을 지속적으로 공급하는 가열 수단을 포함하여 이루어지는 연속 가압가교부의 상기 금속판 벨트 사이에 상기 연속하는 성형재료를 투입하는 단계와;

   상기 금속판 벨트를 통해 지속적으로 전달되는 열을 이용하여 금속판 벨트 사이에서 상기 금속판 벨트와 함께 이동하는 연속하는 성형재료를 연속적으로 가교시키는 단계와;

   연속적으로 가교된 상태에서 상기 금속판 벨트를 연속적으로 빠져나오는 성형재료를 연속적으로 발포시키는 단계를;

   포함하여 이루어지는 성형재료의 연속 가압 발포 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 발포 단계 이후에 연속하는 발포체를 상호 반대 방향으로 회전하는 롤러 사이를 통과시켜 연속 발포체의 표면을 평탄하게 성형시키는 단계가 더욱 부가되는 것을 특징으로 하는 성형재료의 연속 가압 발포 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 성형 단계에서 연속하는 발포체는 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나의 면에 표면 보호층을 결합시킨 다음 상기 회전 롤러 사이에 투입되는 것을 특징으로 하는 성형재료의 연속 가압 발포 방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 성형 단계 이후에 연속으로 성형되는 발포체의 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나의 면에 표면 보호층을 결합시킨 다음 상호 반대 방향으로 회전하는 다른 롤러 사이를 통과시키는 단계가 더욱 부가되는 것을 특징으로 하는 성형재료의 연속 가압 발포 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 연속 가압가교부의 금속판 벨트 사이에 투입되는 성형재료는 복수 개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 성형재료의 연속 가압 발포 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 연속 가압가교부에는 투입되는 성형재료에 대응하여 금속판 벨트 사이의 간격을 조절하는 수직높이조절수단이 더욱 구비되는 것을 특징으로 하는 성형재료의 연속 가압 발포 방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 연속 가압가교부에는 금속판 벨트와 함께 이동하면서 가교되는 성형재료의 발포를 억제하기 위해 상기 금속판 벨트 중 적어도 어느 하나를 가압하는 가압수단이 더욱 구비되는 것을 특징으로 하는 성형재료의 연속 가압 발포 방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 연속하는 성형재료는 박막 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 성형재료의 연속 가압 발포 방법.

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