KR100699081B1 - 발포 스티로폴의 진공 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 발포 스티로폴의 진공 성형 방법은, 충진 공정, 가열 공정, 냉각 공정 및 이형 공정을 포함하는 진공 성형 방법에 있어서, 가열 공정에 사용되는 스팀을 배기하지 않은 채 냉각수를 분사하여 냉각 공정을 진행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발포 스티로폴의 진공 성형 방법에 따르면, 금형에서 뜨거운 스팀을 배기하지 않은 채 차가운 냉각수를 분사하여 성형품에 급격한 온도 변화를 주지 않음으로서, 안정적인 균형 냉각이 가능하다. 또한, 기존의 긴 공정 단계를 줄여 생산성을 향상시키고, 에너지를 절감하는 효과가 있다.

스팀, 냉각수, 성형 방법, EPS, 금형

Description

발포 스티로폴의 진공 성형 방법{Method for vacuum forming}

도 1은 일반적인 발포 스티로폴 성형품의 제조방법,

도 2는 종래 기술에 따른 발포 스티로폴 성형품의 성형 공정,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발포 스티로폴 성형품의 성형 공정,

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 가열 공정을 나타내는 개념도,

도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 냉각 공정을 나타내는 개념도이다.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 금형 110 : 고정금형

120 : 이동금형 200 : 성형품

310 : 스팀 공급 밸브 320 : 스팀 배기 밸브

410 : 냉각수 공급 밸브 420 : 냉각수 배수 밸브

500 : 진공 밸브 510 : 콘덴서

본 발명은 발포 스티로폴의 진공 성형 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 는 공정을 개선하여 생산성을 향상시킨 발포 스티로폴의 진공 성형 방법에 관한 것이다.

발포 스티로폴(Expandable polystyrene; EPS)은 폴리스티렌 수지에 펜탄(Pentane; C₅H₁₂)이나 부탄(Butane; C₄H₁₀)과 같은 발포제를 첨가시켜 가열 경화시킴과 동시에 기포를 발생시켜 발포수지로 만든 것으로서, 스티렌 모노머(Styrene monomer; C₈H₈)을 중합시켜 제조한다. 이러한 발포 스티로폴은 희고 가벼우며, 내수성, 단열성, 방음성, 완충성 등이 우수하여 포장재료, 건축재포, 구명조끼, 장식품, 절연재 및 일용품 등에 널리 쓰인다.

도 1은 일반적인 발포 스티로폴 성형품의 제조방법이다. 도시된 바와 같이, 발포 스티로폴 성형품을 제조하기 위해서는 발포 스티로폴의 원재료인 발포제가 함입된 폴리스티렌 입자를 준비(S10)하여, 20 내지 30배로 발포(S20)시키고, 발포된 폴리스티렌 입자를 숙성(S30)시키며, 숙성된 폴리스티렌 입자를 금형 내에서 가열하여 성형(S40)한다. 그리고 나서 성형된 폴리스티렌 입자를 금형에서 떼어내기 위하여 냉각(S50)시키고, 이형 및 건조(S60)한 후 완제품 검사 및 완제품 출하(S70)의 단계를 거친다.

여기서 발포 스티로폴의 성형 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 충진(S41), 가열(S42), 냉각(S43) 및 이형(S44)의 네 단계 공정을 거친다. 충진(S41) 공정은 예비 발포 및 숙성된 스티로폴 원재료를 스팀 공급 도관이 배관된 금형 내에 주입(S41a)한 후, 스팀을 공급하여서 스티로폴 발포 입자들을 융착 (S42a,S42b,S42c,S42d)시키고, 가열된 금형을 일정 온도에서 방치하면서 냉각(S43a,S43b,S43c) 및 진공(S43d,S43e)시키고, 냉각된 후에는 형틀을 분리(S44a)한 다음 성형물을 탈형(S44b)하여 건조시키는 방법이 알려져 있다.

하지만, 이러한 종래 기술은 금형에 스팀을 공급한 후 배출하고, 다시 수 차례에 걸쳐서 냉각수를 분사하여 냉각 공정을 실시하기 때문에 에너지의 소비가 많을 뿐만 아니라 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 가열 및 냉각 공정을 개선하여 성형 사이클(cycle)을 단축시킴으로서, 생산성을 향상시킴과 동시에 에너지 절감을 도모하는 발포 스티로폴의 진공 성형 방법를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발포 스티로폴의 진공 성형 방법은, 충진 공정, 가열 공정, 냉각 공정 및 이형 공정을 포함하는 진공 성형 방법에 있어서, 금형에서 상기 가열 공정에 사용되는 스팀을 배기하지 않은 채 냉각수를 금형에 분사하여 냉각 공정을 진행하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 가열 공정은, 상기 금형에 스팀을 중력 방향으로 통과시켜 금 형에 가열 분위기를 조성하는 금형가열 단계; 고정 금형으로부터 스팀을 유입시켜 성형품에 통과시킨 후 이동 금형의 배기구로 배기하는 1차 가열 단계; 이동 금형으로부터 스팀을 유입시켜 성형품에 통과시킨 후 고정 금형의 배기구로 배기하는 2차 가열 단계; 상기 고정 금형과 이동 금형으로부터 동시에 스팀을 유입시키는 3차 가열 단계; 및 상기 3차 가열 단계에서 유입된 스팀을 배기시키지 않고 성형품에 가하는 보열 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각 공정은, 상기 보열 단계 이후 상기 고정 금형과 이동 금형에 냉각수를 공급하여 성형품을 냉각시키는 냉각수 공급 단계; 및 상기 금형 내부를 진공 상태로 만드는 진공 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 바람직한 실시예에 따른 발포 스티로폴의 제조방법은 원료의 발 포, 숙성, 성형, 건조의 공정을 거쳐 제조된다.

먼저 발포 공정은 스티로폴 입자를 100℃ 이상의 일정 온도의 증기로 가열하면 뜨거운 열기에 의해서 온도와 수분에 반응하여 일정한 비율로 발포된다.

숙성 공정은 발포시 원료 입자 표면에 부착된 수분을 증발시키고, 입자 내부에 공기를 치환하는 공정으로, 원료 입자 안에 남아 있는 발포제의 일부가 숙성 도중 휘발된다.

성형 공정은 증기 열을 가하면 밀폐된 스티로폴 금형 내에서 발포된 입자가 서로 융착되는 공정으로, 이 공정에서 입자 내부에 남아있는 발포제의 20 내지 30%가 휘발된다.

건조 공정은 성형 공정시 스티로폴의 표면에 묻어있는 수분을 말끔히 건조시키고 융착되는 과정에서의 열을 식혀서 성형품의 찌그러짐을 방지하는 공정이다.

이하 도 3 내지 도 5b를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발포 스티로폴의 진공 성형 방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발포 스티로폴 성형품의 성형 공정, 도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 가열 공정을 나타내는 개념도, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 냉각 공정을 나타내는 개념도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발포 스티로폴의 진공 성형 방법은 크게 충진(S100), 가열(S200), 냉각(S300) 및 이형(S400)의 공정을 거친다.

상기 충진(S100) 공정은 발포 및 숙성된 스티로폴의 원재료를 금형에 주입(S110)하는 공정으로, 여기서 스티로폴의 원재료는 발포제를 함유하고 있는 스티렌 중합체 또는 공중합체로서 종류에 따라 직경 0.2cm 내지 0.3cm의 조그만 비이드(Bead)나 길이 약 2.5cm , 직경 약 0.6cm의 원주형 펠렛(Pellet) 상태로 공급되며, 예비 발포의 과정을 거친다.

예비 발포된 원료의 주입이 완료되면 금형에 열처리, 예를 들면 발포 스티로폴 입자의 용융점인 약 108℃보다 약간 높은 약 108℃ 내지 110℃를 갖는 스팀 또는 기타 다른 열을 성형물에 간접적으로 가함으로써 입자상태의 원료 표면이 용융되면서 결합되어 일체화되는 가열(S200) 공정을 진행한다.

도 4a 내지 도 4e에 도시된 본 발명의 가열(S200) 공정은, 먼저 2 내지 3초간 상기 금형(100)에 스팀을 중력 방향으로 통과시켜 금형에 가열 분위기를 조성하는 금형가열 단계(S210)를 갖는다. 이 공정에서는 스팀 공급 밸브(310)와 스팀 배기 밸브(320)를 동시에 열어준다.

그 다음 고정 금형(110)에 연결된 스팀 공급 밸브(310)는 열어두고 이동 금형(120)에 연결된 스팀 공급 밸브(310)를 닫아서 스팀을 유입시킨 후 성형품(200)에 통과시키고, 고정 금형(110)에 연결된 스팀 배기 밸브(320)는 닫고 이동 금형(120)에 연결된 스팀 배기 밸브를 열어 배기하는 1차 가열 단계(S220)와, 반대로, 이동 금형(120)으로부터 스팀을 유입시켜 성형품(200)에 통과시킨 후 고정 금형(110)으로 배기하는 2차 가열 단계(S230)를 거친다.

그리고 나서 상기 고정 금형(110)과 이동 금형(120)으로부터 동시에 스팀을 유입시키는 3차 가열 단계(S240) 및 상기 3차 가열 단계(S240)에서 유입된 스팀을 배기시키지 않고 성형품(200)에 가하는 보열 단계를 포함한다.

또한, 도 5a 내지 도 5b에 도시된 본 발명의 냉각(S300) 공정은, 상기 보열 단계 이후 상기 고정 금형(110)과 이동 금형(120)에 냉각수 공급 밸브(410)를 열어 5초 이하의 시간 동안 냉각수를 공급하여 성형품(200)을 냉각시키는 냉각수 공급 단계(S310)및 진공 밸브(500)를 열어 상기 금형(100)의 내부를 진공 상태로 만드는 진공 단계(S320)를 포함한다. 본 발명은 냉각수를 5초 이하 동안 공급함으로써 금형(110)의 온도가 급속히 떨어지는 것을 방지하여, 이 후 다음의 제품을 성형할 시에 재가열하는 스팀의 소모량을 줄여 에너지를 절감하는 효과가 있다.

본 발명의 이형(S400) 공정은 이동 금형(120)을 고정 금형(110)으로부터 분리하는 금형 분리 단계(S410) 및 상기 이동 금형(120)에서 발포 스티로폴의 성형품(200)을 떼어내는 탈형 단계(S420)을 포함한다.

위의 방법으로 제조된 발포 스티로폴 성형품은 이 후 건조 등의 단계를 거쳐 출하되게 된다.

이러한 본 발명의 금형에서 상기 가열 공정에 사용되는 스팀을 배기하지 않은 채 냉각수를 금형에 분사하여 일 회의 냉각 공정을 진행하는 발포 스티로폴의 성형 방법은 발포 프로필렌(Expandable polypropylene; EPP)의 성형 방법에도 적용될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명의 발포 스티로폴의 진공 성형 방법에 따르면, 금형에서 뜨거운 스팀을 배기하지 않은 채 금형에 차가운 냉각수를 분사하여 성형품에 급격한 온도 변화를 주지 않음으로서, 안정적인 균형 냉각이 가능하다. 또한, 기존의 긴 공정 단계를 줄여 냉각에 들어가는 시간을 단축함으로서, 생산성을 증대시키고 에너지를 절감하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 충진 공정, 가열 공정, 냉각 공정 및 이형 공정을 포함하는 진공 성형 방법에 있어서,

   상기 가열 공정은,

   상기 금형에 스팀을 중력 방향으로 통과시켜 금형에 가열 분위기를 조성하는 금형가열 단계;

   고정 금형으로부터 스팀을 유입시켜 성형품에 통과시킨 후 이동 금형의 배기구로 배기하는 1차 가열 단계;

   이동 금형으로부터 스팀을 유입시켜 성형품에 통과시킨 후 고정 금형의 배기구로 배기하는 2차 가열 단계;

   상기 고정 금형과 이동 금형으로부터 동시에 스팀을 유입시키는 3차 가열 단계; 및

   상기 3차 가열 단계에서 유입된 스팀을 배기시키지 않고 성형품에 가하는 보열 단계를 포함하는 발포 스티로폴의 진공 성형 방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각 공정은,

   상기 보열 단계 이후 상기 고정 금형과 이동 금형에 냉각수를 공급하여 성형품을 냉각시키는 냉각수 공급 단계; 및

   상기 금형 내부를 진공 상태로 만드는 진공 단계를 포함하는 발포 스티로폴의 진공 성형 방법.

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