KR100778786B1 - 티타늄 분말 사출 성형을 이용한 안경테 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 티타늄 분말 사출 성형을 이용한 안경테 제조 방법에 관한 것으로 더욱 구체적으로는, 티타늄 분말과 바인더소재를 배합하여 분말혼합체를 제조하는 예비혼합 및 본 혼합공정과, 상기 분말혼합체를 사출성형기에 투입하여 성형하는 사출공정과, 상기 성형체를 노말헥산 용매에 투입하여 탈지하는 1차 탈지공정과, 상기 성형체를 알곤가스 분위기의 진공로에서 880 ~ 920℃로 23 ~ 25시간 열간탈지 하면서 예비 소결하는 2차 탈지공정과, 상기 탈지된 성형물을 질소분위기의 고진공 소결로 내에서 1200 ~ 1300℃로 15 ~ 16시간 가열하는 소결 공정을 순차적으로 수행함으로써, 티타늄 분말을 사출 성형하여 안경테를 제조할 수 있기 때문에 고기능성 금속 소재인 티타늄을 이용하여 더욱 저렴하게 안경테를 제조할 수 있는 이점이 있을 뿐만 아니라, 성형이 용이하여 복잡하고 다양한 형태의 제품 생산이 가능하며, 폐 티타늄을 분말화하여 이를 안경테 제조에 사용할 수 있기 때문에 안경테 제조에 필요한 소재비를 크게 절감할 수 있어 매우 경제적인 이점이 있다.

티타늄, 분말, 바인더, 안경테, 사출 성형

Description

티타늄 분말 사출 성형을 이용한 안경테 제조 방법{Manufacturing method of spectacles frame using a titanium powder injection molding}

도 1은 본 발명의 순차적 제조 방법을 도시한 블럭도

도 2는 본 발명의 티타늄 분말을 나타낸 확대 사진

도 3은 본 발명의 바인더소재인 파라핀왁스 분말을 나타낸 확대 사진

도 4는 본 발명의 바인더소재인 폴리에틸렌 분말을 나타낸 확대 사진

도 5는 본 발명의 바인더소재인 폴리프로필렌 분말을 나타낸 확대 사진

도 6은 본 발명의 바인더소재인 스테아린 산 분말을 나타낸 확대 사진

도 7은 본 발명의 분말혼합체를 나타낸 확대 사진이다.

본 발명은 티타늄 분말 사출 성형을 이용한 안경테 제조 방법에 관한 것으로 더욱 구체적으로는, 티타늄 분말을 이용해 사출 성형하여 안경테를 제조함으로써, 안경테 제조시에 제조공정을 간소화하고, 생산성을 향상시켜 제조원가를 크게 절감 할 수 있게 한 티타늄 분말 사출 성형을 이용한 안경테 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 안경테는 소재를 기준으로 구분할 때 크게 금속테와 비금속테, 그리고 금속과 비금속이 혼합된 혼합테로 구분할 수 있는데 금속테인 경우에도 안경테의 부품별로 서로 다른 소재를 사용하는 것이 일반적이다.

즉, 안경테용으로 사용되는 금속재는 스테인리스 스틸에서부터 양백이라고 불리는 니켈실버, 가격은 비싸지만 물리적, 화학적 특성이 우수한 금, 가볍고 내식성이 우수한 티타늄이나 모넬 등 매우 다양한 소재가 금속테용 소재로 사용되는데 그 중에서도 최근에 가장 널리 사용되는 안경테용 소재가 바로 티타늄이다.

이 티타늄은 강도가 높은 반면에 매우 가볍고 내식성이 우수하며, 인체에 무해하여 피부에 직접 닿는 안경테용 소재로 최근 크게 각광받고 있으나, 용접과 같은 제작 공정이 난해하고, 가공 설비나 소재 자체의 가격도 워낙 비싸기 때문에, 대형 부품보다는 크기가 작으면서도 높은 판매 가격을 책정할 수 있는 안경테 등과 같은 소형 고급 제품의 소재로서 널리 사용되고 있는 실정이다.

그러나 상기와 같은 티타늄의 가공 특성 때문에 종래에는 티타늄을 이용해 안경테를 제조할 때는 주로 판재로 된 티타늄을 절삭 가공하거나 프레스 가공하여 안경테를 제조하기 때문에 제조 과정에서 재활용이 어려운 폐 티타늄이 다량으로 발생함으로써, 전량 수입에 의존하는 비싼 티타늄 소재의 낭비가 심하고, 생산성도 떨어져 제품의 제조원가가 인상되는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 티타늄을 이용한 안경테 제조시에 안경테의 가공성과 생산성을 동시에 향상시킴으로써, 티타늄을 이용한 안경테 제조 원가를 크게 절감할 수 있도록 하는 데 있다.

또한, 폐 티타늄을 이용한 안경테 제조가 가능케 함으로서, 고가 소재인 티타늄의 낭비를 방지함과 동시에 폐 티타늄의 폐기에 따른 환경 오염을 방지할 수 있도록 하는 데 있다.

상기한 발명의 목적 달성을 위하여 본 발명은 티타늄을 분발화한 후, 분말 티타늄에 바인더소재를 적절한 비율로 혼합하여 이를 사출 성형함으로써, 안경테의 대량 생산이 가능케 한 것으로 이를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

티타늄 분말과 바인더소재를 배합하여 분말혼합체를 제조하는 예비혼합 및 본 혼합공정과,

상기 분말혼합체를 사출성형기에 투입하여 성형하는 사출공정과,

상기 성형체를 노말헥산 용매에 투입하여 탈지하는 1차 탈지공정과,

상기 성형체를 알곤가스 분위기의 진공로에서 880 ~ 920℃로 23 ~ 25시간 열간탈지 하면서 예비 소결하는 2차 탈지공정과,

상기 탈지된 성형물을 질소분위기의 고진공 소결로 내에서 1200 ~ 1300℃로 15 ~ 16시간 가열하는 소결 공정을 순차적으로 수행하는 구성이다.

한편, 상기 분말혼합체는 티타늄 분말 61%, 파라핀왁스 12%, 폴리에틸렌 8%, 폴리프로필렌 12%, 스테아린산 7%를 혼합하며, 이때 티타늄 분말은 그 입도가 45㎛ 이하의 가스분무법(Gas Atomization)으로 제조된 구형분말을 사용한다.

또한, 상기 혼합공정은 이중유성식교반장치(Double Planetary Mixer)를 활용한 예비혼합을 80℃의 온도에서 1시간 동안 수행한 후, 스크류압축식 혼합기를 이용하여 혼합온도 145 ~ 155℃, 스크류 회전속도 65 ~ 75rpm, 혼합압력 5 ~ 7 ton/㎠ 로 3회 이상 반복 배합하여 균질성을 확보한다.

또한, 상기 사출공정은 사출온도 145 ~ 155℃, 사출시간 0.8 ~ 1.2 sec, 사출속도 8 ~ 12㎜/sec, 금형온도 38 ~ 42℃, 사출 금형 냉각 시간 20 sec 이상, 금형 체결력 350kN으로 사출 성형한다.

이와 같이 구성된 본 발명은 먼저 분말화 된 티타늄에 바인더소재를 혼합하게 되는데, 이때 티타늄 분말은 그 입도가 45㎛ 이하의 가스분무법(Gas Atomization)으로 제조된 구형분말을 사용함으로써 성형시 결합력을 좋게 하며, 티타늄 분말의 산화도는 0.2% 이하, 분말의 순도는 99.7% 이상의 것을 사용함으로써, 티타늄의 금속성 특성을 그대로 발휘할 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 티타늄 분말과 혼합되는 바인더소재는 파라핀왁스(Paraffin Wax)와 폴리에틸렌(Polyethylene)과 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 스테아린 산(Stearic Acid)으로 구성되는데, 티타늄 분말 61%에 대하여 파라핀왁스 12%, 폴리에틸렌 8%, 폴리프로필렌 12% 및 스테아린산 7%의 비율로 혼합하여 분말혼합체를 조성하게 된다.

한편, 상기와 같은 비율로 분할혼합체를 조성할 때는 먼저 이중유성식교반장치를 이용하여 80℃의 온도에서 1시간 동안 분말을 예비 혼합한 후, 이를 다시 스크류압축식 혼합기를 이용하여 혼합온도 145 ~ 155℃, 스크류 회전속도 65 ~ 75rpm, 혼합압력 5 ~ 7 ton/㎠ 로 3회 이상 반복 배합함으로써, 충분한 균질성을 확보하게 되는데, 이 처럼 분말혼합체에 혼합되는 바인더소재는 사출공정에서 재료의 유동성을 좋게 하여 사출 성형의 품질을 향상시키는 중요한 요인이 될 뿐만 아니라, 사출 과정에서 상호 결합하여 사출에 의해 완성된 성형체의 형상을 유지시켜 주게 된다.

그리하여 분말성형체가 완성되면 사출성형기에 투입하여 사출 성형하게 되는데, 본 발명의 사출공정시 사출환경은 사출온도 145 ~ 155℃, 사출시간 0.8 ~ 1.2 sec, 사출속도 8 ~ 12㎜/sec, 금형온도 38 ~ 42℃, 사출 금형 냉각 시간 20 sec 이상, 금형 체결력 350kN으로 사출 성형함으로써 성형체를 제조하게 되며, 제조된 성형체는 1차 탈지공정을 위해 사출 성형된 성형체를 노말헥산 속에 12시간 동안 투입하여 성형체에 잔류한 바인더소재 중 파라핀왁스를 제거하게 된다.

그러한 후, 성형체를 다시 알곤가스 분위기의 진공로에서 880 ~ 920℃로 23 ~ 25시간 열간탈지 하면서 예비 소결하는 2차 탈지공정을 수행함으로써, 상기 1차 탈지공정에서 성형체에 잔류된 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 제거함과 동시에 고온에서의 예비소결이 이루어지게 되는 것이다.

위와 같은 1, 2차 탈지공정의 순차적인 수행을 통해서 성형체 형성을 위해 사용했던 바인더소재의 제거가 완료되면, 성형체를 질소분위기의 고 진공 소결로 내에 투입하여 1200 ~ 1300℃의 온도에서 15 ~ 16시간 가열하는 소결 공정을 수행함으로써, 성형체가 티타늄 소재의 물성과 제품의 형상을 그대로 유지할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 티타늄 분말을 사출 성형하여 안경테를 제조할 수 있게 함으로써, 고기능성 금속 소재인 티타늄을 이용하여 더욱 저렴하게 안경테를 제조할 수 있는 이점이 있다.

뿐만 아니라, 성형이 용이하여 복잡하고 다양한 형태의 제품 생산이 가능하며, 폐 티타늄을 분말화하여 이를 안경테 제조에 사용할 수 있기 때문에 안경테 제조에 필요한 소재비를 크게 절감할 수 있어 매우 경제적인 이점이 있다.

Claims (5)

1. 티타늄 분말과 바인더소재를 배합하여 분말혼합체를 제조하는 예비혼합 및 본 혼합공정과,

   상기 분말혼합체를 사출성형기에 투입하여 성형하는 사출공정과,

   상기 성형체를 노말헥산 용매에 투입하여 탈지하는 1차 탈지공정과,

   상기 성형체를 알곤가스 분위기의 진공로에서 880 ~ 920℃로 23 ~ 25시간 열간탈지 하면서 예비 소결하는 2차 탈지공정과,

   상기 탈지된 성형물을 질소분위기의 고진공 소결로 내에서 1200 ~ 1300℃로 15 ~ 16시간 가열하는 소결 공정을 순차적으로 수행하는 구성으로 된 티타늄 분말 사출 성형을 이용한 안경테 제조 방법
2. 청구항 1에 있어서, 티타늄 분말은 그 입도가 45㎛ 이하의 가스분무법(Gas Atomization)으로 제조된 구형분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 티타늄 분말 사출 성형을 이용한 안경테 제조 방법
3. 청구항 1에 있어서, 분말혼합체는 티타늄 분말 61%, 파라핀왁스 12%, 폴리에틸렌 8%, 폴리프로필렌 12%, 스테아린산 7%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 티타늄 분말 사출 성형을 이용한 안경테 제조 방법
4. 청구항 1에 있어서, 혼합공정은 이중유성식교반장치에서 80℃의 온도로 1시간 동안 혼합하는 예비혼합과, 스크류압축식혼합기에서 혼합온도 145 ~ 155℃, 스크류 회전속도 65 ~ 75rpm, 혼합압력 5 ~ 7 ton/㎠ 로 3회 이상 반복 배합하는 본 혼합공정을 병행하는 것을 특징으로 하는 티타늄 분말 사출 성형을 이용한 안경테 제조 방법
5. 청구항 1에 있어서, 사출공정은 사출온도 145 ~ 155℃, 사출시간 0.8 ~ 1.2 sec, 사출속도 8 ~ 12㎜/sec, 금형온도 38 ~ 42℃, 사출 금형 냉각 시간 20 sec 이상, 금형 체결력 350kN으로 사출 성형하는 것을 특징으로 하는 티타늄 분말 사출 성형을 이용한 안경테 제조 방법

Images