KR100796991B1 - 대형 반응사출성형 장치 및 정화조 제조방법 - Google Patents

대형 반응사출성형 장치 및 정화조 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정화조 제조용 대형 반응사출성형(RIM) 장치 및 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세히, 정화조 제조용 반응사출성형 장치에 있어서, 혼합수단(13)이 구비되고 모노머와 촉매제를 혼합하는 제1탱크(12)와, 제1탱크(12)의 화학액을 이송하는 제1펌프(14)와, 제1펌프(14)로부터 화학액을 공급받아 성형장치(30)로 보내는 실린더-피스톤식 제1사출기(15)와, 실린더-피스톤식 사출기(15)와 제1탱크(12) 간에 위치하는 제1열교환기(18)가 각각 순서대로 제1순환루프(11)에 의해 연결되어 있는 제1모노머 공급장치(10); 혼합수단(23)이 구비되고 모노머와 촉매제를 혼합하는 제2탱크(22)와, 제2탱크(22)의 화학액을 이송하는 제2펌프(24)와, 제1펌프(24)로부터 화학액을 공급받아 성형장치(30)로 보내는 실린더-피스톤식 제2사출기(25)와, 실린더-피스톤식 제2사출기(25)와 제2탱크(22) 간에 위치하는 제2열교환기(28)가 각각 순서대로 제2순환루프(21)에 의해 연결되어 있는 제2모노머 공급장치(20); 상형판(31)과 하형판(32)이 구비된 성형장치(30);를 포함하여 구성되고, 제1모노머 공급장치(10)와 제2모노머 공급장치(20)에 의해 성형장치(30)로 공급된 저점도상태의 화학액이 성형장치(30)로 투입된 후 소정 반응에 의하여 정화조가 성형되는 것을 특징으로 하는 정화조 제조용 대형 반응사출성형(RIM) 장치 및 대형 반응사출성형(RIM) 장치를 이용한 정화조 제조방법에 관한 것이다.
반응사출, 성형, 정화조

Description

대형 반응사출성형 장치 및 정화조 제조방법{Reaction Injection Molding Device and Method}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대형 반응사출성형 장치의 작동 흐름도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 대형 반응사출성형 장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 대형 반응사출성형 장치의 작동 흐름도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 대형 반응사출성형 장치를 정화조 제조방법의 반응 설명도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 생산된 정화조의 절개사시도,
도 6는 도 5의 정화조의 사시도,
도 7은 도 5의 정화조의 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 제1모노머 공급장치 11 : 제1순환루프
12 : 제1탱크 13 : 혼합수단
14 : 제1펌프 15 : 제1사출기
18 : 제1열교환기 20 : 제2모노머 공급장치
21 : 제2순환루프 22 : 제2탱크
23 : 혼합수단 24 : 제2펌프
25 : 제2사출기 28 : 제2열교환기
30 : 성형장치 31 : 상형판
32 : 하형판 210 :상형체
220 : 하형체
본 발명은 정화조 제조용 대형 반응사출성형(RIM) 장치 및 반응사출성형(RIM)를 이용한 정화조 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서 정화조란 새로 시행되는 국내법에 의해 하수처리시설로 불리우는 하·폐수 처리 시스템 또는 그 시스템의 외곽 몸체를 이루는 구조물을 포함하는 개념이다.
PE, PP, ABS 등 열가소소성 수지의 대표적인 성형법 사출성형법은 고형원료(펠렛 등)을 성형기에서 가열용융하여 금형내에 사출해야 하므로 성형조건은 고온, 공압(150~350℃, 500~1000kgf/cm2)이 요구되고, 사용할 금형은 내열성 및 높은 강도의 재료를 사용해야 했다. 이 경우 금형 비용이 과다 지출되는 등 경제적 효과가 거의 없는 문제점이 있었다.
대형성형품의 성형 방식 중 HLU법(Hand Lay Up)과 주형법 등은, 등온 상온 상압에 가까운 성형조건으로 금형비용은 저렴하지만 성형작업이 수작업으로 이루어 지고 싸이클타임이 길어 양산에는 대응이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 정화조라는 대형 사출물에 있어 종래의 사출성형법의 문제점을 해결하고 금형 내에서 단량체로부터 고분자로의 중합과 동시에 성형이 이루어진다는 점에 있어 차이점 및 장점을 갖는 대형 반응사출성형 장치 및 정화조 제조방법이 제공하기 위함이다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정화조 제조용 대형 반응사출성형(RIM) 장치는 정화조 제조용 반응사출성형 장치에 있어서, 혼합수단(13)이 구비되고 모노머와 촉매제를 혼합하는 제1탱크(12)와, 제1탱크(12)의 화학액을 이송하는 제1펌프(14)와, 제1펌프(14)로부터 화학액을 공급받아 성형장치(30)로 보내는 실린더-피스톤식 제1사출기(15)와, 실린더-피스톤식 사출기(15)와 제1탱크(12) 간에 위치하는 제1열교환기(18)가 각각 순서대로 제1순환루프(11)에 의해 연결되어 있는 제1모노머 공급장치(10); 혼합수단(23)이 구비되고 모노머와 촉매제를 혼합하는 제2탱크(22)와, 제2탱크(22)의 화학액을 이송하는 제2펌프(24)와, 제1펌프(24)로부터 화학액을 공급받아 성형장치(30)로 보내는 실린더-피스톤식 제2사출기(25)와, 실린더-피스톤식 제2사출기(25)와 제2탱크(22) 간에 위치하는 제2열교환기(28)가 각각 순서대로 제2순환루프(21)에 의해 연결되어 있는 제2모노머 공급장치(20); 상형판(31)과 하형판(32)이 구비된 성형장치(30);를 포함하여 구성되고, 제1모노머 공급장치(10)와 제2모노머 공급장치(20)에 의해 성형장치(30)로 공급된 저점도상태의 화학액이 성형장치(30)로 투입된 후 화학반응에 의하여 정화조가 성형되는 것을 특징으로 하는 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 의한 정화조 제조용 대형 반응사출성형(RIM) 장치를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대형 반응사출성형 장치의 작동 흐름도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 대형 반응사출성형 장치의 구성도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 대형 반응사출성형 장치의 작동 흐름도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 대형 반응사출성형 장치를 정화조 제조방법의 반응 설명도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 정화조 제조용 대형 반응사출성형(RIM) 장치는, 정화조 제조용 반응사출성형 장치에 있어서, 혼합수단(13)이 구비되고 모노머와 촉매제를 혼합하는 제1탱크(12)와, 제1탱크(12)의 화학액을 이송하는 제1펌프(14)와, 제1펌프(14)로부터 화학액을 공급받아 성형장치(30)로 보내는 실린더-피스톤식 제1사출기(15)와, 실린더-피스톤식 사출기(15)와 제1탱크(12) 간에 위치하는 제1열교환기(18)가 각각 순서대로 제1순환루프(11)에 의해 연결되어 있는 제1모노머 공급장치(10)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 정화조 제조용 대형 반응사출성형(RIM) 장치는, 혼합수단(23)이 구비되고 모노머와 촉매제를 혼합하는 제2탱크(22)와, 제2탱크(22)의 화학액을 이송하는 제2펌프(24)와, 제1펌프(24)로부터 화학액을 공급받아 성형장치(30)로 보내는 실린더-피스톤식 제2사출기(25)와, 실린더-피스톤식 제2사출기(25)와 제2탱크(22) 간에 위치하는 제2열교환기(28)가 각각 순서대로 제2순환루 프(21)에 의해 연결되어 있는 제2모노머 공급장치(20)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 정화조 제조용 대형 반응사출성형(RIM) 장치는, 상형판(31)과 하형판(32)이 구비된 성형장치(30)를 포함한다. 제1모노머 공급장치(10)와 제2모노머 공급장치(20)에 의해 성형장치(30)로 공급된 저점도상태의 화학액이 성형장치(30)로 투입된 후 소정 반응에 의하여 정화조가 성형된다.
본 발명의 일실시예에 따른 대형 반응사출성형 장치를 이용한 정화조 제조방법은, 반응사출성형 장치를 이용한 정화조를 제조방법에 있어서, 전술한 정화조 제조용 대형 반응사출성형(RIM) 장치를 이용하면서 노블렌 모노머를 사용하여 정화조를 제조한다.
제조과정 중 화학반응은, 촉매 WL6가 활성제인 (Et)2AlCl에 의해 활성화되어 활성화된 촉매가 형성되는 단계(Initiator Formulation, 110)와, 활성화된 촉매가 노블렌수지의 사이드 이중결합을 개환반응 시키는 단계(S120)와, 연쇄반응이 진행되는 단계(Chain Propagation, S130)와, 계속적으로 개환반응이 진행되어 3차원의 가교 폴리머가 형성되는 단계(Crosslink Polymerization, S140)를 거쳐 진행된다. 전술한 노블렌수지는 디사이클로펜타디엔(DCPD)일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 생산된 정화조의 절개사시도, 도 6는 도 5의 정화조의 사시도, 도 7은 도 5의 정화조의 평면도이다.
도시된 바와 같이, 전술한 제조방법으로 생산된 정화조는 상형체(210)와 하형체(220)가 분리 생산 후 서로 결합되도록 생산될 수 있다. 정화조는, 상부에 적어도 세개의 원형 개방부(214, 215, 216)가 구비되고 일측면에 유입구(212)가 구비되고 타측면에 유출구(213)이 구비되는 하부가 개방된 상형체(210)와, 상부가 개방되고 측면과 바닥이 폐쇄된 하형체(220)와, 상형체(210)와 하형체(220)의 내부 공간을 나란하게 하방으로 칸 지우는 적어도 두개의 사절판(232, 234)과, 상형체(210)와 하형체(220)의 접합을 용이하게 하는 환상의 접합돌부(211)를 포함하여 구성된다.
전술한 정화조 제조용 대형 반응사출성형(RIM) 장치에 의해 생산된 정화조는, 상부에 적어도 세개의 원형 개방부(214, 215, 216)가 구비되고 일측면에 유입구(212)가 구비되고 타측면에 유출구(213)이 구비되는 하부가 개방된 상형체(210)와, 상부가 개방되고 측면과 바닥이 폐쇄된 하형체(220)를 포함한다. 또한, 정화조 제조용 대형 반응사출성형(RIM) 장치에 의해 생산된 정화조는 상형체(210)와 하형체(220)의 내부 공간을 나란하게 하방으로 칸 지우는 적어도 두개의 사절판(232, 234)과 상형체(210)와 하형체(220)의 접합을 용이하게 하는 환상의 접합돌부(211)를 포함하여 구성된다. 상형체(210)와 하형체(220)가 분리 생산 후 서로 결합될 수 있다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 대형 반응사출성형 장치 및 정화 조 제조방법의 작용에 대해 설명하기로 한다.
반응사출성형(RIM)의 종류에는 충진제가 없는 일반 반응사출성형(RIM)과 무기충진제 또는 분쇄된 유리섬유를 포함하고 있는 강화 RIM(reinforced RIM, RRIM) 및 금형에 강화섬유로 만들어진 프리폼(preform)을 먼저 넣고 여기에 단량체 반응액을 사출하여 제조되는 구조 RIM(structural RIM, SRIM)등이 있다. RRIM은 강도가 치수안정성 등을 나타낸다. RRIM은 반응액의 점도 증가, RIM 장치의 마모, 강화제인 섬유의 배향 또는 충진제 분포의 불균일함에 따른 물성차이가 생기는 문제점 등이 있기 때문에 초창기에는 개발에 어려움이 많았으나 현재에는 이 같은 문제점이 많이 해결되어 자동차 부품 등에 수요가 크게 늘고 있다. SRIM은 보강섬유로 원하는 모양의 프리폼 내부까지 반응액을 균일하게 분포시키는 기술이 필요하며 프리폼을 넣을 수 있는 장치가 별도로 부착되어야 한다.
RIM의 주요 용도로는 보디 패널, 범퍼페이시아 및 빔, 휠 카바, 도어패널, 인스트루멘트 패널, 트럭의 윈드 디플렉터 등 자동차 분야가 가장 많으며 수상 및 눈 스키, 골트 카트의 보디패널 밀 부품, 스노모빌 등의 스포츠용품 분야, 하우징, 박스 등 전기/전자/사무기기 분야에서도 사용되고 있다.
반응사출성형, 소위 RIM 성형법은, 2종 또는 3종이상의 모노머 또는 올리고마(프리폴리머) 등의 비교적 저점도상태에서 고반응성의 화학적 성분액을 강력 혼합하여 금형내에서 반응시킨 후 탈형하여 성형품을 얻는 방법이다.
이러한 RIM 성형법은 다음과 같은 특성이 있다. 먼저, 저점성액체원료의 경 우 복잡한 대형물을 비교적 간단하게 제조할 수 있으며 자동화도 가능하다. 또한, 수지화(경화)까지의 속도를 화학반응기구(온도, 압력 등)오 제어할 수 있다. (20~100℃, 1~80 kgf/㎠)
RIM 성형법의 종류에는 사용하는 원료에 따라 우레탄 RIM, 우레아RIM, 나일론 RIM, 폴리에스터 RIM, 노볼렌수지 RIM등이 있으며 이 중에서 일본 노블렌수지 RIM 성형법에 대하여 설명한다.
노블렌수지 RIM 성형법에 있어서, 노볼렌 모노머는 나프타의 크랙킹 과정에서 얻어진 C5 유분 중 약15% 함유하고 있는 사이클로펜타디엔(CPD)에서 얻어진다. 대표적인 모노머는 CPD 2량체, 디사이클로펜타디엔(DCP)이다.
반응은 도 4에서 보는 것처럼 촉매에 의해 디사이클로펜타디엔(DCP)을 개환중합으로 이루어진다.
촉매로는 주기율표 6족의 Mo 및 W의 염화물이 일반적으로 사용되고 있으며 이촉매의 활성제로는, A1 및 Sn의 알킬화물이 사용되고 있다. 중합기구를 간단하게 설명하면, 우선 촉매(WL6)가 활성제((Et)2A1C1)에 의해서 활성화할 수 있다(Initiator Formulation). 이 활성화 한 촉매가 노볼렌 수지의 사이드 이중결합을 개환반응 시키고 이후 연쇄반응이 진행된다(Chain Propagation). 이 연쇄반응은 계속적으로 개환반응이 진행되어 최종적으로는 3차원의 가교 폴리머를 형성한다(Crosslink Polymerization).
본 발명의 반응사출성형 장치는 반응속도를 임의로 제어할 수 있어 통상의 비강화 성형법에 두꺼운 제품의 성형 및 복합성형(Glass강화, 인사아도성형, 라미레이트성형)도 가능하다.
비강화 성형법은 내충격성이 강하고, 내열성은 100℃정도까지 사용가능하여 건농기 및 화물자동차의 범퍼와 엔진카바등에 사용할 수 있다. 액상원료로 성형하므로 다양하고 수려한 디자인을 낼 수 있으며, 일체성형이 가능하므로 Game기의 하우징 등을 생산하고 있다. 최대하중의 제품으로는 100kg 정도의 합병정화조도 생산하고 있다.
두꺼운 제품의 성형에 있어서, 저점도액체를 원료로 사용하므로 물의 Process와 마찬가지로 두꺼운 제품의 성형이 가능하다. 성형에 있어서 최대의 두께는 50mm이며 내수성, 내산성 등의 내약품성에 우수하여 해수펌프 등의 내부식성펌프의 게이지에도 사용할 수 있다.
복합화 성형에 있어서, 필요에 따라 고강성 및 고내열을 요구할 경우 Glass Mat 등의 섬유보강이 가능하다. 배합액의 저점성과 반응성의 제어기술, 특히 겔화 control 기술이 가능하여 고강도화가 가능해진다. 채용예로는 강도와 장기신뢰성이 요구되는 제품에 주로 사용된다. 또한, 철골등의 고강성물 전체를 피복해서 강도와 외관이 우수한 성형품도 제조할 수 있으며 반응의 제어기술로 철골중량 약 200kg을 수지 100kg으로 피복처리한 물류관련 제품도 판매 개시하고 있다. 복합화 이외에 폴리에테르 등의 올레핀계 열가소성수지와 융착을 이용한 제품의 개발도 행하고 있다. 기타, 연속성형 및 회전성형 등에서 응용 가능성도 충분히 있다.
림성형법은 성형품 중량 수 kg에서 수십kg의 범위, 생산제품수에서는 월 평 균 수백개에서 수천개 범위의 성형에서 장점을 발휘한다.
본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수정과 변형이 가능할 것이다.
본 발명에 따르는 경우 종래 기술의 문제점이 해결되며, 성형품이 요구하는 특성은 상품마다 다양한데, 정화조라는 대형 사출물에 있어 종래의 사출성형법에 비해 금형 내에서 단량체로부터 고분자로의 중합과 동시에 성형이 이루어진다는 점에 있어 차이점 및 장점을 갖는 대형 반응사출성형 장치 및 정화조 제조방법이 제공된다.
본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.

Claims (6)

  1. 정화조 제조용 반응사출성형 장치에 있어서,
    혼합수단(13)이 구비되고 모노머와 촉매제를 혼합하는 제1탱크(12)와, 상기 제1탱크(12)의 화학액을 이송하는 제1펌프(14)와, 상기 제1펌프(14)로부터 화학액을 공급받아 성형장치(30)로 보내는 실린더-피스톤식 제1사출기(15)와, 상기 실린더-피스톤식 사출기(15)와 상기 제1탱크(12) 간에 위치하는 제1열교환기(18)가 각각 순서대로 제1순환루프(11)에 의해 연결되어 있는 제1모노머 공급장치(10);
    혼합수단(23)이 구비되고 모노머와 촉매제를 혼합하는 제2탱크(22)와, 상기 제2탱크(22)의 화학액을 이송하는 제2펌프(24)와, 상기 제1펌프(24)로부터 화학액을 공급받아 성형장치(30)로 보내는 실린더-피스톤식 제2사출기(25)와, 상기 실린더-피스톤식 제2사출기(25)와 상기 제2탱크(22) 간에 위치하는 제2열교환기(28)가 각각 순서대로 제2순환루프(21)에 의해 연결되어 있는 제2모노머 공급장치(20);
    상형판(31)과 하형판(32)이 구비된 성형장치(30);를 포함하여 구성되고,
    상기 제1모노머 공급장치(10)와 상기 제2모노머 공급장치(20)에 의해 상기 성형장치(30)로 공급된 저점도상태의 화학액이 상기 성형장치(30)로 투입된 후 화학반응에 의하여 정화조가 성형되는 것을 특징으로 하는 정화조 제조용 대형 반응사출성형(RIM) 장치.
  2. 반응사출성형 장치를 이용한 정화조를 제조방법에 있어서,
    제1항의 정화조 제조용 대형 반응사출성형(RIM) 장치를 이용하면서 노블렌 모노머를 사용하여 정화조를 제조하되, 제조과정 중 화학반응은,
    촉매 WL6가 활성제인 (Et)2AlCl에 의해 활성화되어 활성화된 촉매가 형성되는 단계(Initiator Formulation, 110)와; 상기 활성화된 촉매가 노블렌수지의 사이드 이중결합을 개환반응 시키는 단계(S120)와; 연쇄반응이 진행되는 단계(Chain Propagation, S130)와; 계속적으로 개환반응이 진행되어 3차원의 가교 폴리머가 형성되는 단계(Crosslink Polymerization, S140);를 거쳐 진행되는 것을 특징으로 하는 대형 반응사출성형 장치를 이용한 정화조 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 노블렌수지는 디사이클로펜타디엔(DCPD)인 것을 특징으로 하는 대형 반응사출성형 장치를 이용한 정화조 제조방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 정화조는 상형체(210)와 하형체(220)가 분리 생산 후 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 대형 반응사출성형 장치를 이용한 정화조 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정화조는, 상부에 세개의 원형 개방부(214, 215, 216)가 구비되고, 일측면에 유입구(212)가 구비되고, 타측면에 유출구(213)이 구비되는 하부가 개방된 상형체(210)와; 상부가 개방되고 측면과 바닥이 폐쇄된 하형체(220)와; 상기 상형체(210)와 하형체(220)의 내부 공간을 나란하게 하방으로 칸 지우는 두개의 사절판(232, 234)과; 상기 상형체(210)와 하형체(220)의 접합을 용이하게 하는 환상의 접합돌부(211);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대형 반응사출성형 장치를 이용한 정화조 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 정화조는, 상부에 세개의 원형 개방부(214, 215, 216)가 구비되고, 일측면에 유입구(212)가 구비되고, 타측면에 유출구(213)이 구비되는 하부가 개방된 상형체(210)와; 상부가 개방되고 측면과 바닥이 폐쇄된 하형체(220)와; 상기 상형체(210)와 하형체(220)의 내부 공간을 나란하게 하방으로 칸 지우는 두개의 사절판(232, 234)과; 상기 상형체(210)와 하형체(220)의 접합을 용이하게 하는 환상의 접합돌부(211);를 포함하여 구성되고,
    상형체(210)와 하형체(220)가 분리 생산 후 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 대형 반응사출성형 장치.
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