KR100819182B1 - 대형 롤 이송 및 보관을 위한 철관이 삽입된 나일론탄성체지지블록 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중대형 롤(roll)제품을 안전하게 적제하거나 운송차량에 부착하여서 안전하게 수송할 수 있게 하는 철관(metal conduit)이 내장(insert)된 나일론탄성체(nylon elastomer) 지지블록과 그 제조공정에 관한 것이다.

나일론탄성체, 주물공정, 대형 롤, 프리폴리머, 지지블록, 철관내장, 대형 롤 적제, 대형 롤 운송

Description

대형 롤 이송 및 보관을 위한 철관이 삽입된 나일론탄성체 지지블록 및 그 제조방법{Metal Conduit Inserted Nylon Elastomer Support Block Producing Methods and Nylon Elastomer Support Block Producing Thereof}

제 1 도는 기존의 대형 롤 운송차량의 지지구조 측면도

제 2도는 본 발명 나일론탄성체 지지블록에 철강 롤을 적재한 정면도

제 3 도는 본 발명 나일론탄성체 지지블록의 사시도로서

(a) 삼각형 철관 삽입된 나일론탄성체 지지블록

(b) 삼각형 철관 삽입된 나일론탄성체 지지블록

(c) 원형 철관 삽입된 나일론탄성체 지지블록

제 4 도와는 나일론탄성체 지지블록에 긴 홈이 형성되어 있는 상태를 보여주는 사시도로서

(a) 긴 홈이 형성되어 있는 나일론탄성체 지지블록

(b) 긴 홈이 형성되어 있는 나일론탄성체 지지블록의 단면도

(c) 긴 홈에 탄성물질로 천연고무나 합성고무가 삽입되어 있는 상태를 보여주는 사용상태도

제 5 도 나일론탄성체 지지블록에 구형 또는 반구형 홈이 형성되어 있는 상태를 보 여주는 사시도로서

(a) 구형 또는 반구형 홈이 형성되어 있는 나일론탄성체 지지블록

(b) 구형 또는 반구형 홈이 형성되어 있는 나일론탄성체 지지블록의 단면도

(c) 구형의 홈에 탄성물질로 천연고무나 합성고무가 삽입되어 있는 상태를 보여주는 사용상태도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 - 대형 롤 2 - 대형 롤 내부 공간

3- 고정 체인 4 - 지지대

5 - 적재판 6 - 체인 고리

10 - 본 발명 나일론탄성체지지블록

11 - 삼각철관 12 - 원형철관

13 - 미끄럼 방지턱 14 - 고정구멍

15 - 긴 홈 16 - 구형 홈

17 - 반구형 홈 18 - 탄성물질(고무)

본 발명은 높은 하중을 가진 중대형 철강 롤을 생산현장이나 물류창고에서 안전하 게 보관할 수 있는 나일론탄성체 지지블록 및 수송 트레일러 같은 운송차량에 안전하게 부착할 수 있는 탈착식 나일론탄성체지지블록에 관한 것으로서 큰 충격이나 저온에서 충격을 견딜 수 있는 금속관이 내장된(metal conduit inserted) 나일론탄성체지지블록과 그 제조방법에 관한 것이다.

현재 철강코일 같은 대형 롤을 수송하는 수송차량용 철강 고정 지지대는 목재나 고무로 이루어져 있으며 매우 부실하다. 그리고 대형 철강코일 또한 목재나 고무블록 등을 사용하여 보관하고 있다. 즉, 철강코일 수송차량에는 제1도에서 보는바와 같이 적재판(5) 위에 목재(침목)나 고무로 된 지지대(4)가 설치되어 있고, 적재 판(5) 양측에는 고정 체인 고리(6)가 형성되어 있어 대형 롤(1)을 체인(3)으로 묶도록 되어 있다.

따라서 철강코일 같은 대형 롤(1)을 운반할 때에는 도1에서 보는 바와 같이 지지대(4)에 대형 롤(1)을 안치한 후 체인(3)을 적재판(5) 한 쪽에 설치되어 있는 체인 고리(6)를 통과시킨 후 철강 롤 내부공간(2)을 가로질러 다른 쪽 적재판(5)에 설치되어 있는 고리(6)에 묶어 고정시킨다. 그러나 이와 같은 고정구조는 무거운 대형 철강 제품 수송에 적합하지 않고 부실하여 자칫 대형 사고로 이어질 수도 있다.

또한, 목재의 경우 가격은 저렴하지만 장기간 옥외에서 사용하는 경우 햇빛 및 수분에 의해서 물성 저하가 심하고, 또 압축 강도가 충분하지 못해서 장기간 사용되는 경우 목재의 변형 및 파괴가 발생하여 자주 교체하여야 하고 또, 철강제품의 운송 시 순간적인 충격 등에 의해서 파괴가 일어날 수 있다. 그리고 기존의 목재나 고무제품으로 된 지지블록의 경우 지지대로 사용하기 위해 운송차량의 바닥에 고정 시켜야 하는 경우 특성상 무거운 철강제품을 지지하기 위해서 적당한 형태나 모양으로 가공하기 어렵다. 따라서 단순히 버팀목 형상 이외에 변화시킬 여지가 없다.

한편, 고무의 경우 옥외에서 사용할 때 목재보다 우수하고 다양한 형태로 제작할 수 있으나, 고 중량의 철강제품을 지지하기에는 압축강도가 떨어지며, 또 철강제품과의 밀착성을 증대시키기 위해서 다양한 형태로 가공하기 어려운 문제점이 있다. 따라서 목재와 마찬가지로 단순히 버팀목 형상 이외에 변화시킬 여지가 없다. 이를 개선하는 방법으로 1 내지 2미터 이상의 큰 형태의 지지블록이 제작이 가능한 공정과 플라스틱으로는 주물공정으로 제작이 되는 MC(monomer casting)나일론이 있다. 제조공정에 지지블록모양의 금형에 금속관을 설치하여 합성을 하여서 금속관 내장 MC나일론 지지블록을 제작을 할 수 있다. MC나일론은 높은 인장강도, 굴곡강도 그리고 압축강도를 보유하고 있어서 높은 하중을 가진 금속코일 등의 지지대로 사용이 가능하다. 그러나 순간적인 큰 충격이나 영하의 온도인 동절기에는 충격강도가 저하되므로 MC나일론에 충격강도 크게 개선하기 위해서 재료의 화학적인 개질을 통하여 충격강도의 보완이 필요하다

따라서 무거운 철강 제품을 효과적으로 지지할 수 있으며 특히 MC나일론의 기계적 물성과 내열성이 크게 변화하지 않고 동시에 유사한 제조공정으로 합성을 하며, 충격강도가 크게 개선된 지지대의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 개발된 것으로 MC나일론처럼 가벼우면서도 강도가 플라스틱소재로 MC나일론과 중합공정이 동일하며, 다만 중합시 개시제인 이소시아네이트 화합물 대신에 양 말단이 이소시아네이트로 치환된 고분자 폴리에스터 폴리올이나 폴리에테르폴리올을 혼합하여 제조된 나일론탄성체를 소재로 하여 대형 철강 롤을 잘 지지할 수 있는 구조로 가공한 철강수송차량용 지지블록과 그 제조공정에 관한 것이다. 상기 지지블록은 생산 현장이나 물류창고에서 대형 철강 롤 보관 블록으로도 사용할 수 있다.

MC나일론은 분자구조가 나일론 6에 속하는 것으로, 염기성 촉매의 존재 하에서 성형 몰드 내에서 음이온 중합이 일어난다는 점에 있어서 축합 중합으로 합성되는 나일론을 사용하여 압출성형이나 사출성형으로 가공되는 나일론과는 큰 차이가 있다. 음이온중합의 특징은 반응활성화에너지가 낮아서 낮은 온도에서 빠르게 반응이 일어나고 반응이 진행됨에 따라서 액상의 단량체가 높은 결정성을 가진 나일론이 되고 분자량 또한 수십만으로 MC나일론은 높은 강도 및 내열성을 유지할 수 있게 한다. 특히 음이온중합의 특성을 이용하여 MC나일론을 주물공정(casting process)을 거쳐 제품으로 성형할 때 다양한 형상의 금형(mold)을 이용하면 판상, 환봉 또는 파이프형태 등 다양한 형상의 플라스틱제품으로 직접 제조를 할 수 있으며, 또 상기 제품에 각종 홈을 형성할 수 있다. MC나일론은 이러한 장점을 보유하고 있어서 제철산업, 자동차·조선, 자동화부문 그리고 금속산업, 가전제품생산설비 등에 많이 활용되어 왔다. 특히 지지블록과 같이 1 미터 이상 대형 제품도 제작을 할 수 있는 것이 특징이다. 그러나 MC나일론은 강도는 강하지만 충격강도가 떨어지므로 겨울철 영하의 기온에서 충격을 받거나 또는 급격한 충격을 받으면 파괴될 수 있으므로, MC나일론 재료를 개질하여 높은 강도가 요구되는 부문에는 충격강도를 개선하는 것이 필요하다.

본 발명은 이와 같이 우수한 기계강도와 내열성을 갖고 있는 나일론탄성체의 특성과 대형제품의 생산이 가능한 주물공정 제조기술을 이용하여 제작이 가능한 대형제품을 주 소재로 하여 이를 롤 형태의 고 중량의 철강 제품을 차량으로 운송할 때 차량에서 잘 지지할 수 있는 지지대를 만들되 지지대에는 철관이 내장된 것을 요한다.

본 발명은 이와 같이 우수한 기계강도와 내열성을 갖고 있는 나일론탄성체지지블록의 제조에 대한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 MC나일론의 기계강도와 내열성이 크게 저하되지 않으면서 합성을 통한 재료 개질을 통해 내충격성이 크게 개선된 지지블록을 제조하는데 있다. MC나일론의 충격강도를 증가시키는 방법으로는 나일론(A)과 폴리에테르(B) 중합체의 반복단위(repeating unit)에서 A-B-A형태를 갖는 블록공중체(block copolymer)를 MC나일론 중합기구인 음이온중합기구로 만들면 내충격성이 크게 증대된다.

본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제 2도는 본 발명에 의한 대형 롤을 적재한 나일론탄성체 지지블록의 정면도, 제 3 도는 본 발명 나일론탄성체 지지블록의 사시도, 제 4 도와 제 5도는 나일론탄성체 지지블록에 홈이 형성되어 있는 상태를 보여주는 사시도이다. 이 홈에는 합성고무 나 천연고무를 블록에 형성되어 있는 홈 형태로 만든 후에 홈에 끼워서 중간충격완화 역할을 수행하도록 한다.

우선 본 발명 지지블록의 주재료인 나일론탄성체 지지블록을 주물공정(casting processing)으로 제조한다. 본 발명의 나일론탄성체는 건조 질소기류 하에서 락탐과 폴리에스터 폴리올 또는 폴리에테르폴리올을 사용하여 이온중합을 시켜 제조하였다.

이와 같이 락탐에 폴리에스터 폴리올 또는 폴리에테르폴리올을 혼합함으로써 내충격성이 크게 증대된다.

본 발명에서 MC나일론의 원료인 단량체는 카프로락탐(caprolactam) 또는 라우릴락탐(laurylolactam)(이하, 락탐이라 한다)을 진공 건조하여 수분 함량이 0.005중량% 이하가 되도록 한 후에 사용하였다. 나일론탄성체, 즉, 나일론블록공중합체 합성에는 이소시아네이트 화합물 대신에 양 말단이 이소시아네이트로 치환되고 분자량이 500이상인 프리폴리머(prepolymer)인 폴리에스터 폴리올이나 폴리에테르폴리올을 사용하는데 사용 전에 70℃의 진공오븐에서 30분 이상 진공상태로 놓아서 기포를 제거한 다음 사용한다.

금속관이 내장된 나일론탄성체 지지블록의 제조공정은 다음과 같다.

우선 촉매조와 조촉매조에 진공 건조된 동일한 양의 락탐을 투입한다. 이어 촉매조에 촉매를 첨가한 후 3분 이상 교반시킨다. 촉매로는 염기성촉매를 사용한다. 염기성촉매로는 Li, Na, K, Cs 같은 알칼리금속과 Be, Mg, Ca같은 알칼리토금속 등을 사용한다. 교반기의 회전속도는 500rpm에서 5000rpm사이로 하고 교반 시간은 3분 이상을 하여야 하며 모든 작업은 건조 질소기류 하에서 한다.

조촉매조에는 개질 폴리올인 고점도의 프리폴리머(prepolymer)를 넣고 질소분위기에서 락탐과 잘 혼합을 시킨다. 이 때 조촉매로는 이소시아네트로 양 말단이 치환된 고분자의 폴리에스터 폴리올이나 폴리에테르 폴리올을 프리폴리머로 사용하였으며, 예로서 바스프(BASF)사 폴리테트라메텔렌 에테르 글리콘(PTMG)인 PolyTHF 1800(MW 1,800)를 첨가할 수 있다. 공중합의 반법과 중합메카니즘은 Nylon Plastics(Melvin I. Kohan저, Hanser출판사 1995년, pp 239-246)에 잘 나타나 있는 것처럼, 촉매조의 촉매와 단량체 혼합물과 조촉매조의 단량체혼합물이 150℃ 이상에서 음이온중합기구에 따라 중합을 하면 하기의 화학식 1을 갖는 ABA 트리불록나일론공중합체(tri block nylon copolymer)의 구조를 갖는 나일론탄성체가 합성이 된다.

화학식 1

여기서 PA는 나일론중합체이고, PE는 폴리에테르, n는 반복단위를 나타낸다.

합성에 사용된 프리폴리머는 폴리올의 분자량(MW)이 바람직하게는 1,000에서 5,000정도이고, 양 말단은 톨루엔이소시아네이트(TDI) 혹는 메틸디이소시아네이트(MDI)로 치환(capping)이 된 것으로 NCO의 함량은 20-50 중량%인 점성 액체이다. 나일론의 탄성체에서 프리폴리머인 폴리에테르의 함량은 락탐 100 중량% 대비 4-10 중량%가 되도록 한다.

이어 촉매조와 조촉매조에 있는 혼합된 락탐들을 80∼120℃로 가열된 혼합조에 투입하여 4∼7분간 잘 혼합되도록 교반한다. 이어서 나일론탄성체 지지블록 형상의 금형을 미리 140∼180℃로 가열하고 이어서 삼각형상 혹은 원 형상 기타 형상의 철관을 100∼150℃로 가열하여 금형에 넣은 다음 혼합된 락탐을 금형에 투입하면 수 십분 이내에 액상에서 고체상(固體狀)으로 전환이 되면서 중합이 된다.

본 발명의 철강수송차량용 나일론탄성체 지지블록(10)은 상기와 같이 나일론탄성체를 곧바로 금형에 넣어 나일론탄성체 지지블록(10)을 제조하게 됨으로 선반을 이용한 추가 공정이 필요 없는 특징이 있다.

나일론탄성체 지지블록(10)은 제 3 도에서 보는 바와 같이 좌우 한 쌍으로 이루어질 수도 있고, 좌우를 통합하여 하나의 지지블록으로 할 수도 있다. 상기 나일론탄성체 지지블록(10)에는 삼각철관(11) 또는 원형철관(12) 등 각종 형상의 철관이 내장되어 있고, 특히 수송차량용 나일론탄성체 지지블록(10)에는 2개 이상의 고정구멍(14)이 형성되어 있어 이 고정구멍(14)을 이용하여 적재판(5)에 나일론탄성체 지지블록(10)을 착탈식으로 고정시킬 수 있다.

나일론탄성체 지지블록(10)을 제조할 때 철관(11, 12)을 넣고 합성을 하면 철관(11, 12)이 나일론탄성체 지지블록(10)에 간단하게 내장될 수 있다. 이와 같이 나일론탄성체 지지블록 (10)에 철관(11, 12)를 내장하게 되면 지지블록의 지지력을 한층 강화시킬 수 있음은 물론 나일론탄성체 지지블록(10)도 가볍게 할 수 있게 된다.

특히 나일론탄성체 지지블록 (10)에 철관(11, 12)이 내장되어 있으므로 그 자체만으로도 지지력이 매우 강하지만 무거운 철강 제품의 좌우 요동에 더욱 안전하게 대응할 수 있도록 나일론탄성체 지지블록에 고정구멍((14)을 만들어 볼트 등을 이용하면 간단하게 적재판(5) 위에 탈착식으로 고정시킬 수 있다.

나아가 나일론탄성체 지지블록(10)에는 지지블록 금형을 성형할 때 미리 도 4에서 보는 바와 같이 긴 홈(15)이나 구형(16) 또는 반구형의 홈(17)을 일체로 형성할 수 있다. 상기 긴 홈(15)에는 막대형 탄성물질을 삽입시키고 반구형 또는 구형의 홈에는 반구형 또는 구형의 탄성물질을 삽입시키면 대형 롤과 나일론탄성체 지지블록(10) 사이의 접착력을 증가시킬 수 있음은 물론 순간적인 충격을 흡수할 수 있어 특히 겨울철에 저온에 의하여 경화된 나일론탄성체 지지블록(10)의 탄성을 보충하여 대형 롤과 나일론탄성체 지지블록(10)의 접촉으로 발생할 수 있는 나일론탄성체 지지블록(10)의의 파손을 방지할 수 있다. 탄성물질로는 고무를 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구조는 기계강도가 우수하고 충격강도가 크게 개선된 나일론탄성체를 소재로 하여 제조되었으므로 가능한 것이다.

따라서 본 발명의 철강수송차량용 나일론탄성체 지지블록은

동일한 용적의 촉매조와 조촉매조를 준비하는 단계;

락탐을 수분 함량이 0.005중량% 이하가 되도록 진공건조를 하는 단계;
상기 촉매조와 상기 조촉매조에 동일한 양의 상기 진공 건조된 락탐을 투입하는 단계;

상기 촉매조에 알칼리금속이나 알칼리토금속과 같은 염기성 촉매를 첨가한 후 건조질소 기류하에서 3분 이상 500rpm∼5000rpm의 회전속도로 교반시키는 단계;

상기 조촉매조에 조촉매로서 이소시아네트로 양 말단이 치환된 고분자의 프리폴리머를 락탐 100 중량% 대비 4∼10 중량%를 넣고 건조질소 기류하에서 기계적으로 혼합을 하는 단계;

혼합조를 80∼120 ^oC로 가열하는 단계;

촉매와 혼합된 락탐과 조촉매와 혼합된 락탐을 상기와 같이 가열된 상기 혼합조에 투입하여 4∼7분간 잘 혼합되도록 교반하는 단계;

지지블록 형상의 금형을 제조하는 단계;

상기 금형을 140~180℃로 가열하는 단계;

철관(11,12)을 100~150℃로 가열하는 단계;

상기 가열된 금형에 상기 가열된 철관(11,12)을 설치하고, 상기 혼합된 반응물을 상기 가열된 금형과 삽입된 철관 사이에 주입하여 중합하는 단계;

를 거쳐 이루어지는 것을 특징으로 하는 대형 롤 제품의 보관 및 차량용 나일론탄성체 지지블록의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 보관 및 수송차량용 나일론탄성체지지블록을 제공한다. 한편, 상기 지지블록 형상의 금형에 고무와 같은 탄성물질(18)을 삽입할 수 있는 긴 홈(15) 또는 구형, 반구형 홈(16,17)을 형성하는 단계;를 추가할 수 있다.

상기와 같이 제조된 수송차량용 나일론탄성체 지지블록(10)은 볼트 등을 이용하여 간단하게 적재판(5)위에 탈착식으로 고정시킬 수 있다.

통상 철강 롤(1)의 폭은 규격화되어 있어 일정하므로 한 번 고정시키면 계속 사용할 수 있다.

상기 나일론탄성체 지지블록(10)에 대형 롤(1)을 적재하면, 웬만한 진동에도 불구하고 대형 롤(1)은 운송차량에 고정되게 된다. 따라서 대형 롤(1) 수송 중 급제동 또는 도로 불량 등으로 차량이 진동하더라도 무거운 대형 롤(1)이 이탈되지 않아 안전하게 수송할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 철강코일 같이 고 하중이며 대형 롤(1)을 안전하게 보관할 수 있으며 또 대형 롤(1)의 수송 중 급제동 또는 도로 불량 등으로 차량이 진동하더라도 무거운 대형 롤(1)이 이탈되지 않아 안전하게 수송할 수 있으며 설사 나일론탄성체 지지블록이 파괴가 되더라도 나일론탄성체 지지블록에 삽입된 철관에 의하여 안전하게 지지가 될 수 있다. 특히 충격강도를 개선하기 위하여 양 말단기가 이소시아네이트로 치환된 폴리올 프리폴리머를 락탐과 함께 반응시켜서 충격강도를 만든 나일론탄성체를 사용한다.

Claims (6)

1. 동일한 용적의 촉매조와 조촉매조를 준비하는 단계;

   락탐을 수분 함량이 0.005중량% 이하가 되도록 진공건조를 하는 단계;

   상기 촉매조와 상기 조촉매조에 동일한 양의 상기 진공 건조된 락탐을 투입하는 단계;

   상기 촉매조에 알칼리금속이나 알칼리토금속과 같은 염기성 촉매를 첨가한 후 건조질소 기류하에서 3분 이상 500rpm∼5000rpm의 회전속도로 교반시키는 단계;

   상기 조촉매조에 조촉매로서 이소시아네트로 양 말단이 치환된 고분자의 프리폴리머를 락탐 100 중량% 대비 4∼10 중량%를 넣고 건조질소 기류하에서 기계적으로 혼합을 하는 단계;

   혼합조를 80∼120℃로 가열하는 단계;

   상기 촉매조에서 촉매와 혼합된 락탐과 상기 조촉매조에서 조촉매와 혼합된 락탐을 상기 가열된 상기 혼합조에 투입하여 4∼7분간 잘 혼합되도록 교반하는 단계;

   지지블록의 금형을 제조하는 단계;

   상기 금형을 140~180℃로 가열하는 단계;

   철관(11,12)을 100~150℃로 가열하는 단계;

   상기 가열된 금형에 상기 가열된 철관(11,12)을 설치하고, 상기 혼합된 반응물을 상기 가열된 금형과 삽입된 철관 사이에 주입하여 중합하는 단계; 를 거쳐 이루어지는 것을 특징으로 하는 대형 롤 제품의 보관 및 수송차량용 나일론탄성체 지지블록의 제조방법
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 지지블록 형상의 금형에 탄성물질(18)을 삽입할 수 있는 긴 홈(15)이나 구형 또는 반구형 홈(16,17)을 형성하는 단계;를 추가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대형 롤 제품의 보관 및 수송차량용 나일론탄성체 지지블록의 제조방법
3. 삭제
4. 제 1 항의 방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 대형 롤 제품의 보관 및 수송차량용 나일론탄성체 지지블록
5. 삭제
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 나일론탄성체 지지블록(20)의 홈(15,16,17)에는 탄성물질(18)이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 대형 롤 제품의 보관 및 수송차량용 나일론탄성체 지지블록.

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