KR100930327B1 - 고강도 성형품 형성 방법 - Google Patents

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지팩 테크놀로지 (에스) 피티이 엘티디
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Abstract

고강도 성형품 형성 방법이 제공된다. 이 방법은 성형 가능한 조성물을 준비함으로써 개시된다. 성형 가능한 조성물은 약 40 내지 60 wt%의 섬유 혼합물과 약 15 내지 45 wt%의 접착제를 포함한다. 성형 가능한 조성물에 약 435 내지 870 psi의 패킹 압력을 인가하기 전에, 몰드 캐비티의 용량의 약 90%에 이르기까지 성형 가능한 조성물을 몰드 캐비티에 충전한다. 몰드 캐비티를 구획하는 제1 몰드부와 제2 몰드부 사이에 약 0.1 내지 0.5 mm의 예정된 클리어런스를 유지한다. 성형 가능한 조성물이 실질적으로 경화된 때에 몰드 캐비티로부터 성형품을 빼낸다.

Description

고강도 성형품 형성 방법{METHOD TO FORM A HIGH STRENGTH MOULDED PRODUCT}
본 발명은 예컨대 팰릿 또는 가구 조각과 같은 고강도 성형품에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 성형 가능한 조성물로부터 고강도 성형품을 형성하는 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 대부분의 물품은 오일, 미네랄, 목재 또는 금속과 같은 천연 자원으로부터 제조된다. 그러나, 환경에 대한 인식이 중요하게 됨에 따라, 천연 자원을 보존하고 폐기물 발생을 최소화하도록 물품을 재생 및 재사용하는 경향으로 발전하고 있다.
많은 조사의 관심 대상인 재생 및 재사용 물품과 관련한 환경적으로 친숙한 대안은 농업 및 원예 폐기물을 원료로서 사용하는 것이다. 그러한 조사의 목적은 목재, 금속, 플라스틱, 목재-칩, 톱밥 등과 같은 통상의 원료에 대한 대체물을 발견하여 폐기물 최소화 및 천연 자원 보존의 목적을 구현하는 것이다. 따라서 목재 폐기물, 농업 및 원예 폐기물을 이용하여 성형품을 제조하는 많은 방법과 이러한 방법에 사용되는 성형 가능한 조성물이 개시되어 있다.
CS Environmental Technology Limited Hong Kong(HK)에서 출원한 유럽 특허 공개 1176174은, 무엇보다도, 건축 재료, 계단용 난간, 도어용 합판, 바닥 판 및 가구 재료를 형성하기 위한 분해성 재료를 개시하고 있다. 분해성 재료는 기초 성분으로서의 원예 및 농업 폐기물과, 접착제를 포함한다. 기초 성분은, 식물성 섬유가 적어도 20 메시의 시브, 즉 사이즈가 약 0.80 mm 또는 그 이하인 구멍을 갖는 시브를 통과하기에 충분하게 미세하게 될 때까지 파쇄기에서 식물성 섬유를 분쇄(grinding)함으로써 준비된다.
분해성 재료는, 접착제를 20 내지 60℃의 온도로 기초 성분에 첨가하고 결과적인 혼합물을 20 내지 40분 동안 200 내지 600 rpm의 속도로 혼합함으로써 준비된다. 그 후 결과적인 혼합물의 온도는 추가의 혼합을 위하여 다른 5 내지 20분 동안 80 내지 100℃로 상승한다. 이어서 결과적인 혼합물을 실온으로 냉각할 때 분해성 재료가 형성된다.
기초 성분을 구성하는 식물성 섬유가 매우 미세하기 때문에, 성형품에 필수 강도를 부여하기 위해서는 대량의 접착제가 필요하다. 대량의 접착제를 사용하게 되면 제조 비용이 증가한다. 거친 섬유를 사용하는 경우에 비교하여 미세 섬유를 이용하는 것이 또한 많은 비용이 소요된다.
또한 추가의 가열을 위하여 분해성 재료를 80 내지 100℃의 온도로 가열하는 단계는 제조 비용을 증가시키고, 각 생산 사이클에 대한 처리 시간을 증가시킨다.
마찬가지로, Choo Thiam Huay, Gary가 출원한 국제 특허 공개 WO 02/20667는 테이블 상판, 파티션 또는 골프 티(tee)와 같은 물품을 제조하는 데에 식물성 섬유를 사용하는 것을 개시하고 있다. 성형품은, 10 wt%에 이르는 전분을 갖는 식물성 섬유 40 내지 60 wt%, 물 10 내지 50 wt%, 수용성 접착제 3 내지 10 wt%를 포함하 는 성형 혼합물로부터 형성된다. 성형 혼합물을 몰드에 주입하여, 소정 시간 동안 15 내지 60℃의 온도와, 1000 내지 7000 psi의 압력을 인가하고, 그 후 폭발을 방지하도록 압력을 감소시킨다. 이어서 온도 및 압력은 몰드로부터 성형품을 빼내기 전에 각각 100 내지 200℃와, 500 내지 1500 psi로 증가한다.
성형 혼합물을 형성하기 위하여 상당한 양의 물이 첨가되기 때문에, 성형 혼합물의 수분 함량은 상당히 높다. 그에 따라 성형 공정 중에 대량의 수분이 증발되어, 처리 중에 성형 혼합물의 압력을 증가시키므로, 몰드를 개방할 때에 갑작스런 압력 해제로 인하여 성형품이 갈라지는 위험이 증가한다.
또한, 수분 함량이 높으면, 접착제가 더 이상 식물성 섬유를 결합하는 바인더로서 유효하지 않게 되는 수준까지 접착제가 희석될 수 있다. 그러한 상황에서는 성형품을 형성할 수 없다.
국제 특허 출원 PCT/SG01/00180에 개시된 성형품의 다른 단점은, 방수성이 없어서 액체와 접촉할 때에 분해된다는 것이다. 그에 따라, 성형품을 발수성 재료로 코팅하고 방수 코팅을 건조하는 추가의 처리 단계가 필요하게 된다. 이들 추가의 공정은 성형품 제조 비용을 증가시키고, 각 생산 사이클에 필요한 시간을 증가시킨다.
또한 성형 공정 중에 처리 온도를 변경시키는 것은 실용적이지 않은데, 그 이유는, 몰드와 성형 혼합물이 소정의 온도에 도달하는 데에 시간이 소요되며, 처리 온도의 변경에 따라 각 생산 사이클에 대한 처리 시간이 현저히 증가하기 때문이다.
다른 방법 및 성형 가능한 조성물은, 강도를 그다지 필요로 하지 않고, 그에 따라 파괴 전에 상당한 응력을 견딜 필요가 없는 식기류, 용기, 패키징 재료와 같은 성형품을 제조하는 것에 관한 것이다.
이상의 사항을 고려하여, 목재 폐기물, 농업 및/또는 원예 폐기물로부터 본질적으로 방수성을 가져서 방수성 재료를 추가로 코팅할 필요가 없는 고강도 성형품을 형성하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 처리 온도의 현저한 변화를 필요로 하지 않는 고강도 성형품을 형성하는 방법을 제공하는 것이 또한 바람직하다. 또한, 경제적으로 짧은 생산 사이클 타임으로 고강도 성형품을 형성하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 성형 가능한 조성물로부터 고강도 성형품을 제조하는 제조 방법을 제공함으로써 전술한 요구를 만족시키고 있다. 본 발명을 공정, 장치, 시스템, 기계 또는 방법을 포함한 다양한 방식으로 실현할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 본 발명의 여러 예시적인 실시예를 이하에서 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예는 고강도 성형품을 형성하는 방법을 제공한다. 이 방법은 성형 가능한 조성물을 준비함으로써 개시된다. 성형 가능한 조성물은 약 40 내지 75 wt%, 바람직하게는 약 40 내지 60 wt%의 섬유 혼합물과 약 15 내지 45 wt%의 접착제를 포함한다. 성형 가능한 조성물에 약 435 내지 870 psi의 패킹 압력을 인가하기 전에, 성형 가능한 조성물을 몰드 캐비티의 용량의 약 90%에 이르기까지 몰드 캐비티에 충전한다. 몰드 캐비티를 구획하는 제1 몰드부와 제2 몰드부 사이에 약 0.1 내지 0.5 mm의 예정된 클리어런스를 유지한다. 성형 가능한 조성물이 실질적으로 경화된 때에 몰드 캐비티로부터 성형품을 빼낸다. 상기 압력은 약 20 내지 60초 동안 인가되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 제1 몰드부와 제2 몰드부는 약 110 내지 180℃의 온도로 유지된다. 더 바람직하게는, 제1 몰드부는 제2 몰드부의 온도보다 약 20℃ 높은 온도로 유지된다.
제1 몰드부와 제2 몰드부 사이의 클리어런스는 성형 가능한 조성물이 약 90% 경화된 때에 약 10 mm로 증가하는 것이 바람직하다.
제1 몰드부와 제2 몰드부 사이의 클리어런스를 약 15 내지 60초 동안 약 0.05 내지 0.3 mm로 감소시킴으로써, 바람직하게는 성형품을 소정의 두께로 압축하고, 바람직하게는 성형품의 표면을 다듬질한다.
바람직하게는, 성형 가능한 조성물은 약 40 wt% 이하의 첨가물을 더 포함한다. 첨가물은 첨가물은 경화제, 유동 촉진제 및 이형제를 포함하는 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
바람직하게는, 성형 가능한 조성물의 수분 함량은 약 20% 미만이다. 더 바람직하게는, 성형 가능한 조성물의 수분 함량은 약 4 내지 15% 이다. 섬유 혼합물의 수분 함량은 약 15% 미만인 것이 바람직하다. 섬유 혼합물은 복수의 섬유를 포함하고, 복수의 섬유 각각의 길이는 약 50 mm에 이르고, 복수의 섬유 각각의 두께는 약 2 mm에 이른다. 바람직하게는, 복수의 섬유 각각은 길이 대 두께 비율이 약 2:1 내지 25:1 이다. 섬유 혼합물은 약 5 내지 30 wt%의 기름 야자 섬유를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 섬유 혼합물은 기름 야자 섬유, 비어 몰트, 사탕수수 펄프, 가소제, 강화제, 충격 보강제를 포함하는 군에서 선택되는 하나를 포함한다.
접착제는 열경화성 수지인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 접착제는 아미노 수지이다.
바람직하게는, 접착제는 멜라민이다. 접착제는 멜라민 포름알데히드와 멜라민 요소 포름알데히드를 포함하는 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
성형 가능한 조성물은, 실질적으로 균일하고 우수하게 코팅된 성형 가능한 조성물을 형성하도록 성형 가능한 조성물의 각 성분을 혼합기에서 배합하기 전에 성형 가능한 조성물의 각 성분을 개별적으로 계량함으로써 준비되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 성형 가능한 조성물의 각 액체 성분을 제2 혼합기에서 배합하여 액체 혼합물을 형성하고, 이 액체 혼합물을 혼합기 내로 분사하는 것이 바람직하다. 혼합기는 약 29 rpm의 로터 속도로 동작하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 성형품을 제조하는 제조 방법이 제공된다. 이 방법은 약 40 내지 75 wt%, 바람직하게는 약 40 내지 60 wt%의 섬유 혼합물과 약 15 내지 45 wt%의 접착제를 포함하는 성형 가능한 조성물을 몰드 캐비티에 충전함으로써 개시된다. 몰드 캐비티는 몰드 캐비티의 용량의 약 90%에 이르기까지 충전된다. 그 후, 성형 가능한 조성물에 435 내지 870 psi 범위의 패킹 압력을 인가하도록 몰드를 활성화한다. 수증기 배출구가 제공된다. 수증기 배출구는 성형 가능한 조성물 내의 압력에 반응하고, 조성물 내의 수증기 함량과 압력을 예정대로 제어하도록 설정되어, 예정된 밀도 및 강도를 갖는 성형품을 형성한다. 성형 가능한 조성물이 실질적으로 경화된 때에 몰드 캐비티로부터 성형품을 빼낸다.
바람직하게는, 성형 가능한 조성물에 인접한 각각의 몰드부 사이의 클리어런스를 유지함으로써 배출구를 제공한다. 배출구는 예정된 기간 동안 수증기가 배출되는 것을 임시로 방지하기 위하여 몰드 내의 성형 가능한 조성물에 의해 임시로 폐색될 수 있다.
수증기 함량은, 성형 가능한 조성물 내에 증기의 기포를 발생시켜 예정된 밀도의 다공질 성형품을 형성하도록 제어되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태 및 이점은, 본 발명의 원리를 단지 예시적으로만 도시하고 있는 첨부 도면을 참고로 하는 이하의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
첨부 도면을 참고로 하는 이하의 상세한 설명으로부터 본 발명을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 설명을 용이하게 하기 위하여, 동일 구조 요소에는 동일 도면 부호를 병기한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 성형 가능한 조성물을 준비하는 방법을 나타내는 흐름도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 섬유 혼합물을 준비하는 방법을 나타내는 흐름도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 성형품을 형성하는 프레스를 도시하고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 성형품을 형성하는 동안의 몰드 캐비티와 몰드 플런저의 확대도를 도시하고,
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 휴지 상태의 배출 기구의 단면도를 도시하고,
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 작동 상태의 배출 기구의 단면도를 도시하고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 성형품을 형성하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 성형 가능한 조성물로부터 고강도 성형품을 형성하는 형성 방법을 제공한다. 이하의 설명에서는, 본 발명의 철저한 이해를 돕기 위하여 많은 특정의 상세 부분을 설명한다. 그러나 당업자는, 이들 특정의 상세 부분 중 일부 또는 전부를 배제하고 본 발명을 실현할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 경우에, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 널리 공지되어 있는 작업은 상세하게 설명하지 않기로 한다.
성형 가능한 조성물은 약 40 내지 75 wt%, 바람직하게는 약 40 내지 60 wt%의 섬유 혼합물과 약 15 내지 45 wt%의 접착제를 포함한다. 성형 가능한 조성물은 약 40 wt% 이하의 첨가물을 포함할 수 있다.
성형 가능한 조성물의 수분 함량은 바람직하게는 약 20% 미만, 보다 바람직하게는 약 4 내지 15%이다. 보다 높은 수분 함량은 성형 가능한 조성물 중의 접착 제의 농도를 희석시킨다. 그에 따라 수분 함량이 높은 성형 가능한 조성물을 경화시키기 위해서는 긴 처리 시간이 요구된다.
또한, 성형 가능한 조성물의 수분 함량을 약 20% 미만으로 유지할 경우에는, 균류의 성장을 억제하기 위하여 성형품으로부터 수분을 제거하기 위한 추가의 후 경화 공정(post curing process)에 대한 요구가 제거된다. 처리 단계의 수를 최소화함으로써, 성형품을 보다 적은 비용으로, 그리고 보다 짧은 제조 사이클 시간 내에 제조할 수 있다.
섬유 혼합물, 가능하게는 접착제 및 첨가물에는 본질적으로 수분이 존재하므로, 물을 추가할 필요는 없다. 섬유 혼합물의 수분 함량은 바람직하게는 약 15% 미만이다. 오히려, 예컨대 알콜과 같이 물보다 비점이 낮은 공-용매(co-solvent)를 10 내지 20 wt% 첨가함으로써 성형 가능한 조성물의 수분 함량을 줄일 수 있다.
섬유 혼합물은 빌딩 건축물, 사용한 가구, 사용한 목재 팰릿 및 톱밥으로부터의 목재 폐기물 및/또는 나뭇잎, 줄기 및 가지와 같은 농업 및 원예 폐기물을 포함할 수 있다. 목재 폐기물과 농업 및 원예 폐기물로부터의 섬유는 작은 비용으로 쉽게 입수할 수 있고, 성형품에 양호한 음향 및 단열 성질을 부여한다. 또한, 그러한 섬유는 또는 성형품에 강성도를 부여하여, 응력에 노출될 때에 변형을 억제하게 한다.
약 50 mm에 이르는 길이와, 약 2 mm에 이르는 두께 및 약 2:1 내지 25:1의 길이 대 두께 비율을 갖는 섬유가 바람직하다. 성형품은 접착제에 의한 접합 대신에 섬유로부터 강성을 얻기 때문에, 접합을 위한 표면적이 작게 될지라도 보다 긴 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 성형 가능한 조성물에 보다 긴 섬유를 사용할 때에는 보다 소량의 접착제를 필요로 한다.
섬유 혼합물은, 성형품의 탄성 및 연성을 증가시키고 성형품의 취성을 작게 하기 위하여 약 5 내지 30 wt%의 기름 야자 섬유를 포함할 수 있다. 그러나 기름 야자 섬유의 함량이 너무 많게 되면, 기름 야자 섬유의 사이즈가 일반적으로 작을 때에, 통상적으로는 길이가 약 50 mm에 이르고 두께가 약 0.3 내지 1 mm인 때에 성형품의 강도가 저하될 수 있다. 따라서 섬유 혼합물 내의 기름 야자 섬유의 조성은 성형품의 원하는 성질에 따라 변경될 수 있다.
기름 야자 섬유가 낮은 수분 함량을 갖고, 리그닌(lignin)을 함유하고 있기 때문에 기름 야자 섬유를 첨가하는 것이 또한 바람직한데, 상기 리그닌은 양호한 분산제이고 압력에 노출될 때에 바인더로서 작용한다.
기름 야자 섬유는 예컨대 몸통, 잎 및 과일과 같이 기름 야자의 다양한 부분으로부터 얻을 수 있다. 기름 야자의 이들 부분은 통상적으로 폐기되는 부분이다. 따라서 본 발명은, 폐기물을 줄이고, 기름 야자의 소각에 의해 초래되는 환경 오염을 최소화하는 방법을 제공한다.
적은 비용은 별도로 하고, 기름 야자 섬유는 다양한 사이즈로 1년 내내 용이하게 입수할 수 있다.
덜 바람직하기는 하지만, 성형품의 연성 및 탄성을 향상시키기 위하여, 기름 야자 섬유 대신에, 비어 몰트(beer malt), 사탕수수 펄프와 같은 대체물 또는, 가소제, 강화제, 충격 보강제(impact modifier)와 같은 화학물질을 채용할 수도 있 다.
접착제는, 예컨대 아미노 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 폴리이미드, 실리콘, 폴리에스테르, 다환방향족 또는 푸란(furan)과 같은 열경화성 수지인 것인 바람직하다. 접착제는 아미노 수지인 것이 더욱 바람직한데, 그 이유는 그러한 아미노 수지가 섬유 혼합물과 잘 혼합되어 균일한 혼합물을 형성하고, 그 결과 열, 응력 및 화학약품에 저항성이 있는 성형품을 형성할 수 있기 때문이다. 아미노 수지는, 아닐린, 에틸렌 요소(urea), 구아나민, 멜라민, 술폰아미드, 티오요소 및 요소와 같은 아미노 기(-NH2)를 포함하는 화합물을 포름알데히드와 반응시킴으로써 형성되는 열경화성 플라스틱 재료이다.
바람직하게는, 접착제는 멜라민을 함유하며, 이 멜라민은 성형품에 연성뿐 아니라, 내열성 및 방수성을 제공한다. 멜라민 함유 접착제의 예로는, 멜라민 포름알데히드와 멜라민 요소 포름알데히드가 포함된다. 멜라민 요소 포름알데히드로 형성된 성형품은 거의 무시할만한 양의 포름알데히드를 포함하는데, 그 이유는 성형 공정 중에, 아미노 수지 내의 거의 모든 포름알데히드가 증발하여, 성형품 내에 무시할만한 양의 포름알데히드가 남기 때문이다. 따라서 그러한 성형품으로부터의 유리 포름알데히드 방출물은 최소로 되어, 건강에 위협을 주지 않는다.
첨가물은, 접착제의 경화 공정을 촉진하기 위한 암모늄 클로라이드와 같은 경화제 약 0.1 내지 0.9 wt%, 바람직하게는 약 0.1 내지 0.4 wt%, 성형 가능한 조성물의 유동을 개선하기 위한 마름가루(tapioca flour)와 같은 유동 촉진제 약 6 내지 18 wt%, 성형품을 몰드로부터 빼내는 것을 돕기 위한 이형제, 바람직하게는 대두 레시틴(soy lecithin) 약 0.2 내지 2.1 wt%, 바람직하게는 약 0.2 내지 0.9 wt%를 포함할 수 있다.
대두 레시틴이 식물성이고 재생 가능한 생분해성이고, 어떠한 독성 첨가물도 포함하지 않으며, 성형 중에 어떠한 독성 증기도 방출하지 않기 때문에, 대두 레시틴이 바람직한 이형제이다.
표 1a, 표 1b 및 표 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 팰릿을 형성하는 데 사용될 수 있는 성형 가능한 조성물의 예를 나타내고 있다.
(모두 wt% 단위)
예 1 예 2 예 3 예 4
식물 섬유 53.2 44.1 46.2 49.9
마름가루 8.7 8.6 9.5 8.2
멜라민 요소 포름알데히드 34.8 44.7 41.6 39.0
암모늄 클로라이드 0.7 0.9 0.8 0.8
대두 추출물 0.9 1.7 1.9 2.1
충격 보강제 1.7 0.0 0.0 0.0
(모두 wt% 단위)
예 5 예 6 예 7
식물 섬유 50.0 51.7 52.0
마름가루 8.6 8.9 9.3
멜라민 요소 포름알데히드 38.5 37.7 37.1
암모늄 클로라이드 0.8 0.8 0.7
대두 추출물 2.1 0.9 0.9
충격 보강제 0.0 0.0 0.0
(모두 wt% 단위)
예 8 예 9
식물 섬유 농업 및/또는 원예 폐기물 47.8 47.4
기름 야자 섬유 2.1 4.6
마름가루 8.2 9.3
멜라민 요소 포름알데히드 39.0 37.1
암모늄 클로라이드 0.8 0.7
대두 추출물 2.1 0.9
충격 보강제 0.0 0.0
표 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 트레이를 형성하는 데 사용될 수 있는 성형 가능한 조성물의 예를 도시하고 있다.
(모두 wt% 단위)
예 10
식물 섬유 64.1
마름가루 11.4
멜라민 요소 포름알데히드 22.9
암모늄 클로라이드 0.5
대두 추출물 1.1
충격 보강제 0.0
표 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 화분을 형성하는 데 사용될 수 있는 성형 가능한 조성물의 예를 도시하고 있다.
(모두 wt% 단위)
예 11 예 12
식물 섬유 68.0 70.2
마름가루 12.2 12.5
멜라민 요소 포름알데히드 18.2 15.7
암모늄 클로라이드 0.4 0.3
대두 추출물 1.2 1.3
충격 보강제 0.0 0.0
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 성형 가능한 조성물을 준비하기 위한 방법(10)을 나타내는 흐름도이다. 성형 가능한 조성물은, 약 40 내지 75 wt%, 바람직하게는 약 40 내지 60 wt%의 섬유 혼합물, 약 15 내지 45 wt%의 멜라민 요소 포름알데히드, 약 0.1 내지 0.9 wt%, 바람직하게는 약 0.1 내지 0.4 wt%의 암모늄 클로라이드, 약 6 내지 18 wt%의 마름가루 및 약 0.2 내지 2.1 wt%, 바람직하게는 약 0.2 내지 0.9 wt%의 대두 레시틴을 포함한다.
방법(10)은 중량-증가 원리(gain-in weight principle)를 이용하여 또는 진공하에서 성형 가능한 조성물의 각 성분을 개별적으로 계량하는 단계(12)에 의해 개시된다.
성형 가능한 조성물의 성분을 약 300 내지 600초 동안 혼합기에서 순차적으로 혼합하여(14), 실질적으로 균일하고 우수하게 피복된 성형 가능한 조성물을 형성한다.
먼저 섬유 혼합물을 혼합기에 첨가하고, 마름가루의 첨가 이전에 약 10초 동안 혼합한다. 마름가루와 섬유 혼합물을 약 20초 동안 혼합한다. 그 후에, 대두 레시틴, 멜라민 요소 포름알데히드 및 암모늄 클로라이드를 차례로 혼합기에 첨가하고, 약 300초의 다른 시간 동안 혼합하여 성형 가능한 조성물 내에 소정 균질성을 달성한다.
공압 액추에이터 또는 용적형 스크루 피더를 이용함으로써 암모늄 클로라이드 및 멜라민 요소 포름알데히드와 같은 액체 성분을 혼합기에 공급할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 액체 성분을 혼합기 내로 분사하는 단계(16)에 의하여, 섬유 혼합물 내의 섬유를 균일하게 코팅한다. 액체 성분을 혼합기 내로 분사하는 단계(16)에 의해, 성형 가능한 조성물 내에서 액체 성분은 확실히 균일하게 분산된다. 공기 동작식 다이어프램 펌프 또는 분사 노즐을 사용하여 액체 성분을 혼합기 내에 분사하는 단계(16)를 실행할 수 있다.
성형 가능한 조성물이 하나 이상의 액체 성분을 포함하는 경우에는, 액체 성분을 제2 혼합기에서 약 200초 동안 배합하는 단계(18)를 실시하여, 혼합기 내로의 분사 단계(16) 이전에 액체 혼합물을 형성할 수 있다. 액체 성분을 배합하는 단계(18)를 성형 가능한 조성물의 성분을 배합하는 단계(12)와 동시에 실시할 수 있다.
성형 가능한 조성물의 균질성을 달성하고 혼합기에 유동화 영역을 발생시키기 위하여 필요한 혼합 시간을 줄이기 위하여 중첩 패들과 트윈 로터 샤프트를 구비한 혼합기를 사용하는 것이 바람직하다. 유동화 영역의 발생에 의해 혼합 중의 마찰이 감소하며, 이에 따라 열 발생을 최소화하여 성형 가능한 조성물의 조기 경화를 방지한다.
혼합기가 약 10 내지 200 rpm의 로터 속도로 동작할 수 있지만, 성형 가능한 조성물에 작용하는 전단력과 발생한 열을 최소화하기 위하여 혼합기를 약 29 rpm의 로터 속도로 작동시키는 것이 바람직하다. 열 전단력이 섬유를 분해시킨다.
혼합기는 잔류물을 최소로 남겨둔 상태로 성형 가능한 조성물을 효율적으로 배출할 수 있도록 적어도 약 600 mm의 높이와 적어도 약 600 mm의 폭을 갖는 사이드 도어를 구비할 수 있다. 사이드 도어가 크면, 빠른 검사, 빠른 세정 및 양호한 접근성을 또한 허용한다.
성형 가능한 조성물의 수분 함량은 바람직하게는 약 20% 미만이고, 보다 바람직하게는 약 4 내지 15% 이다. 수분 함량이 많을 경우, 성형 가능한 조성물은 섬유를 균일하게 코팅하도록 혼합기로부터의 전단력을 분산시키기에 불충분한 점성을 갖게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 섬유 혼합물을 준비하는 방법(50)을 나타내는 흐름도이다. 방법(50)은 소정량의 목재 폐기물, 농업 또는 원예 폐기물을 제1 분쇄기(grinder)에 넣은 때에 시작하며, 이 분쇄기에서 복수의 폐기물 조각으로 분쇄하는 단계(52)를 실시하고, 각각의 폐기물 조각의 치수는 길이가 약 10 내지 80 mm이고, 폭이 약 2 내지 20 mm 이다.
복수의 섬유로 분쇄하는 단계(56)를 실시하는 제2 분쇄기로 이송하기 전에, 복수의 폐기물 조각을 직경이 약 80 mm인 복수의 구멍을 갖는 제1 와이어 메시를 이용하여 체질(sieving)하는 단계(54)를 실시한다. 그 후, 각 섬유의 길이가 약 5 내지 50 mm이고 폭이 약 2 내지 10 mm인 복수의 섬유를 직경이 약 50 mm인 복수의 구멍을 갖는 제2 와이어 메시를 이용하여 체질하는 단계(58)를 실시할 수 있다.
금속 검출기를 이용하여 복수의 섬유로부터 금속편을 선별하는 단계(60)를 실시한다. 금속편이 복수의 기름 야자 섬유와 함께 제3 분쇄기로 이송되기 전에 복수의 섬유로부터 금속편을 제거한다. 그 후, 결과적인 섬유 혼합물을 길이가 약 50 mm에 이르고 두께가 약 2 mm에 이르는 섬유로 분쇄하는 단계(62)를 실시한다. 그 후에, 섬유 혼합물을 직경이 약 20 mm인 복수의 갖는 제3 와이어 메시를 이용하여 체질하는 단계(64)를 실시할 수 있다.
단일의 분쇄기를 채용하여 소정 섬유 치수를 갖는 섬유 혼합물을 준비할 수 있지만, 재료 취급 및 커터 정렬을 최소화하고 또한 분쇄기의 고장을 방지하도록 3개의 별개의 분쇄기를 사용하는 것이 바람직하다. 체질에 대한 대안으로서, 이물질, 과도한 크기의 입자 및 큰 섬유를 수동으로 제거할 수 있다.
그 후, 섬유 혼합물을 수분 함량 약 15% 미만으로 건조하는 단계(66)를 실시한다. 섬유 혼합물을 건조실의 시멘트 바닥에서 펼쳐 놓고 약 1 내지 2주 동안 건조할 수 있다. 집중 조명, 건조 공기 송풍기, 태양으로부터의 자외선(UV) 광선 또는 가열 시스템을 구비한 회전 건조기를 이용하여 섬유 혼합물을 건조할 수 있다. 종종 섬유 혼합물을 재분산시켜 균일한 건조를 달성할 수도 있다. 섬유 혼합물의 무작위 샘플을 분석하여, 사일로(silo)로의 운반 및 사일로 내에 보관하기 위하기 전에 소정 섬유 사이즈, 수분 함량 및 조성의 달성 여부를 결정할 수 있다.
섬유 혼합물을 스크류 컨베이어를 구비한 제조 설비 근처로 운반할 수 있다. 공기역학적 컨베이어를 이용하여 섬유 혼합물을 스크류 컨베이어로부터 보관 사일로로 이송할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 성형 가능한 조성물로부터 성형품을 제조하는 프레스가 도 3 및 도 4에 예시되어 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 성형품을 형성하는 프레스(100)를 도시하고 있다. 프레스(100)는 제1 압반(104)을 갖는 프레임(102)과 제2 압반(108)에 결합된 플런저(106)를 포함한다. 몰드 캐비티(111)를 구획하는 제1 또는 암형 몰드부(110)가 제1 압반(102)에 마련되어 있는 반면에, 몰드 플런저(113)를 구획하는 제2 또는 수형 몰드부(112)가 제2 압반(108)에 마련되어 있다. 플런저(113)는 몰드 플런저(113)를 몰드 캐비(211)의 내외로 이동시킨다. 제2 몰드부(112)는, 플런저(106)가 작동 중일 때에 몰드 플런저(113)를 몰드 캐비티(111)와 정렬시키기 위하여 제1 몰드부(110)에 있는 상보적인 형상의 긴 오목부(115)와 협력하는 하나 이상의 안내 핀(114)을 구비할 수 있다.
프레스(100)는 기계식 프레스, 공압식 프레스 또는 유압식 프레스일 수 있다. 보다 큰 제어 유연성을 제공하기 때문에 유압식 프레스를 사용하는 것이 바람직한데, 즉 인가된 힘, 방향, 속도 및 보압(pressure dwell) 지속 시간 등을 상응하게 조정할 수 있다.
성형품을 형성하기 위하여, 먼저 몰드 캐비티(111)에 성형 가능한 조성물(116)을 몰드 캐비티(111)의 용량의 약 90%에 이르기까지 충전한다. 몰드 캐비티를 충전하는 범위는 성형품의 압축비, 즉 성형품의 습윤 중량 대 건조 중량의 비율에 의존한다. 성형품의 습윤 중량은 성형품을 형성하는데 사용된 성형 가능한 조성물의 중량이고, 성형품의 건조 중량은 경화 후의 성형품의 중량이다. 압축비는 바람직하게는 약 4:1 내지 14: 1이다. 횡방향의 수축율은 약 1%이고, 종방향의 수축율은 1.5%인 것이 바람직하다.
제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112)는 각각 제1 열 오일 가열 시스템(130)과 제2 열 오일 가열 시스템(132)에 의하여 약 110 내지 180℃의 온도로 유지된다. 제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112)의 온도를 조절하기 위하여 열 컨트롤러(도시 생략)가 제공된다. 제1 몰드부(110)는, 성형 가능한 조성물(116)을 몰드 캐비티(111) 내로 충전할 때의 열 손실을 보상하고, 제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112)의 열팽창에 기인하여 제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112)에 잼이 발생하는 것을 방지하기 위하여 제2 몰드부(112)의 온도보다 약 20℃ 높은 온도로 유지되는 것이 바람직하다.
몰드 플런저(113)는 몰드 플런저(113)가 성형 가능한 조성물(116)에 접촉하기 직전까지 약 80 mm/s의 속도로 몰드 캐비티(111)를 향하여 이동한다. 그 후 속도는 성형 가능한 조성물(116)에 갑작스런 충격이 가해지는 것을 방지하도록 약 0.5 내지 3 mm/s로 감소하는데, 그러한 갑작스러운 충격은 몰드 플런저(113)와 성형 가능한 조성물(116)에 응력을 유도하므로 바람직하지 않은 것이다. 몰드 플런저(113)가 몰드 캐비티(111)에 접근하는 속도를 줄이기 위하여 리미트 스위치(도시 생략)를 사용할 수 있다.
성형 가능한 조성물(116)을 몰드 캐비티(111) 내로 충전하는 시간과 몰드 플런저(113)를 성형 가능한 조성물(116)과 접촉시키는 시간 사이의 간격은 성형 가능한 조성물(116)이 균일하게 경화되는 것을 보장하기 위하여 최소로 되는 것이 바람직하다.
몰드 플런저(113)가 성형 가능한 조성물(116)과 점진적으로 접촉함에 따라, 약 435 내지 870 psi의 패킹 압력이 성형 가능한 조성물(116)에 인가되어 성형 공정 동안 유지된다. 패킹 압력은, 프레스 톤수를 프레스 몰드 캐비티(111)의 표면적과 몰드 캐비티(111) 내의 성형 가능한 조성물(116)의 체적으로 나눈 값으로서 정의된다.
제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112) 사이에 약 0.1 내지 0.5 mm의 예정된 클리어런스가 남을 때에 몰드 캐비티(111)를 향한 몰드 플런저(113)의 이동이 정지된다. 제2 몰드부(112)는 성형 가능한 조성물(116)이 실질적으로 경화될 수 있도록 하기 위하여 상기 위치에서 약 20 내지 60초 동안 유지된다.
제1 몰드부(110) 및 제2 몰드부(112)로부터의 열에 의해 성형 가능한 조성물(116) 내의 수분이 증발하고, 그 결과 성형 가능한 조성물(116)이 팽창된다. 성형 가능한 조성물(116)에 가해진 압력과 성형 가능한 조성물의 팽창으로 인하여, 성형 가능한 조성물은 제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112) 사이의 몰드 캐비티(111)의 공간을 채우게 된다. 수증기 형태의 수분은 제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112) 사이의 예정된 클리어런스를 통하여 방출된다.
성형 가능한 조성물(116)의 온도가 증가함에 따라,성형 가능한 조성물(116) 중의 접착제는 경화되기 시작하여, 성형 가능한 조성물(116)의 점성을 증가시킨다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형품의 성형 도중의 제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112)의 확대도를 도시하고 있다. 제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112) 사이에 약 0.1 내지 0.5 mm의 예정된 클리어런스가 유지되어, 배출구(118)를 형성한다.
성형 가능한 조성물(116)의 외면층(120)은 제1 몰드부(110)로부터 제2 몰드부(112)로의 열을 직접적으로 받기 때문에, 외면층(120)은 성형 가능한 조성물(116)의 나머지 부분보다 온도가 높고, 보다 고속으로 경화되어, 성형 가능한 조성물(116)의 둘레에 표층(122)을 형성한다. 표층(122)은 절연재로서 작용하여, 제1 몰드부(110) 및 제2 몰드부(112)로부터 성형 가능한 조성물(116)로의 열전달을 감소시킨다.
성형 가능한 조성물(116)이 팽창함에 따라, 배출구(118)는 폐색되어, 수증기의 방출을 방지한다. 따라서 성형 가능한 조성물(116) 내의 수분이 증발되지만 탈출할 수는 없기 때문에, 성형 가능한 조성물(116) 중의 압력이 증가한다. 포집된 수증기는 성형 가능한 조성물(116)에 복수의 증기 포켓(124)을 형성하여, 성형 가능한 조성물(116) 내에서 다공질 구조(126)의 형성에 참여한다.
성형 가능한 조성물(116)로부터 수증기의 탈출에 기인한 열 손실이 또한 방지되고, 그 결과 성형 가능한 조성물(116)의 온도가 증가하게 된다. 성형 가능한 조성물(116)의 온도 증가에 따라 복수의 증기 포켓(124)의 사이즈가 증가한다.
제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112)가 90℃ 미만의 온도로 유지될 때, 증발되는 수분의 양은 감소하여, 보다 적은 증기 포켓이 형성된다. 이에 상응하여 보다 고밀도의 성형품이 제조된다. 이와 달리, 제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112)의 온도가 높으면, 저밀도의 성형품이 제조된다.
또한 제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112)의 온도가 높으면, 성형품 제조 시간이 단축된다. 그러나 약 180℃를 초과하는 온도는 바람직하지 않은데, 그 이유는, 그러한 온도가 성형 가능한 조성물(116) 중의 섬유를 태우고, 성형 가능한 조성물(116) 중의 수분을 너무 많이 증발시켜, 너무 건조한 성형품이 형성되기 때문이다.
따라서 제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112)의 온도는 바람직하게는 약 110 내지 180℃로 유지된다. 실험을 통하여, 제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112)의 온도가 상기 범위 내에 있을 때에는 성형 가능한 조성물(116)의 온도가 약 100 내지 160℃로 되는 것을 알았다. 성형 가능한 조성물(116) 내의 열 분포를 제어함으로써, 다공질 구조(126) 내의 복수의 증기 포켓(124)의 균일한 분포를 보장하도록 성형 가능한 조성물(116)로부터 수분 증발을 제어할 수 있어서, 균일한 밀도를 갖는 성형품을 형성할 수 있다.
성형 가능한 조성물(116) 중의 압력이 외부 압력을 초과하는 때에, 배출구(118)의 폐색이 파괴되어, 과잉의 성형 가능한 조성물(116), 성형 가능한 조성물(116)로부터의 수증기 및 접착제의 경화에 기인한 수증기가 배출구(118)를 통해 탈출하여, 성형 가능한 조성물(116) 중의 압력을 감소시킨다.
제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112) 사이의 몰드 캐비티(111) 내의 공간을 채우기에 충분한 압력을 유지하면서 성형 공정 중에 수증기의 방출을 허용하도록 클리어런스(C)를 계산한다. 제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112) 사이의 클리어런스(C)를 조절함으로써, 배출구(118)의 사이즈, 성형 가능한 조성물(116)의 압력 및 온도, 배출된 과잉의 성형 가능한 조성물(116)의 체적을 제어할 수 있다.
예컨대, 클리어런스(C)가 크면, 더 많은 수증기 및 성형 가능한 조성물이 탈출할 수 있게 되며, 그 결과 압력 축적의 저하, 증기 팽창의 감소 및 고밀도의 성형품이 형성된다. 이와 달리 클리어런스(C)가 작으면, 수증기의 방출이 억제되고, 증기 팽창이 유도되어, 저밀도의 성형품이 형성된다.
그러나 클리어런스(C)가 너무 큰 것은 바람직하지 않은데, 그 이유는 성형 가능한 조성물(116)이 배출구(118)를 폐색할 수 없기 때문이다. 결과적으로, 압력이 증가하지 않게 되어 성형 가능한 조성물은 제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112) 사이의 몰드 캐비티(111)를 충전하지 못한다. 이러한 경우에, 형성된 성형품은 원하는 형상으로 되지 않을 것이다.
클리어런스(C)의 사이즈는 성형 가능한 조성물(116) 중의 수분 함량에 의존한다. 성형 가능한 조성물(116)이 적은 양의 수분을 함유할 때에는 작은 클리어런스(C)를 사용하는 것이 바람직하며, 성형 가능한 조성물이 많은 수분을 함유할 때에는, 그러한 상황에서는 보다 많은 증기가 방출되므로, 큰 클리어런스(C)를 사용하는 것이 바람직하다.
성형 가능한 조성물(116)이 실질적으로 경화된 때에, 바람직하게는 약 90% 경화된 때에 성형품이 형성된다. 성형품의 수분 함량은 바람직하게는 약 2 내지 5%이다. 그 후 플런저(106)가 클리어런스(C)를 약 10 mm로 증가시키도록 작동하여, 성형 공정 도중에 배출된 모든 원치 않는 증기를 방출한다.
성형 가능한 조성물(116)이 실질적으로 경화되기 전에 클리어런스(C)가 증가하면, 성형 가능한 조성물(116)로부터 제거된 수분의 양이 부적절하게 되어, 성형품은 소프트하게 되고, 몰드 캐비티(111) 및 몰드 플런저(113)에 부착되기 쉬워진다. 그때에 몰드 플런저(113)를 몰드 캐비티(111)로부터 분리하게 되면, 외면층(120)이 왜곡되고 다공질 구조(126)가 손상된다. 그에 따라 성형 및 취급 중의 응력 및 변형을 극복하기에 충분한 강도를 갖는 성형품을 얻기 위해서는, 성형 가능한 조성물(116)로부터 수분을 제거하는 것이 필수적이다.
원치 않는 수분의 배출 후에, 클리어런스(C)를 약 0.05 내지 0.3 mm로 감소시키고 그 상태로 약 15 내지 60초 동안 유지하여, 성형품을 소정의 두께로 압축하고, 성형품의 표면을 마무리하여 양호한 표면 마무리를 제공한다. 수분이 추가로 증발되어, 안정된 성형품을 형성한다.
그 후에, 플런저(106)는 몰드 플런저(113)를 몰드 캐비티(111)로부터 멀어지게 당기도록 작동하고, 추후의 처리를 위하여 성형품을 빼낸다. 픽 앤드 플레이스 기구에 의해 성형품을 몰드 캐비티(111)로부터 빼낼 수 있다.
몰드 캐비티(111)는, 원치 않는 증기를 배출하고 또한 성형품을 몰드 캐비티(111)로부터 빼내는 것을 돕기 위하여 클리어런스(C)가 약 10 mm로 증가할 때에 성형품을 몰드 캐비티(111)로부터 상승시키는 배출 기구를 구비하는 것이 바람직하다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 배출 기구(134)의 단면도를 도시하고 있다. 도 5a는 휴지 상태의 배출 기구(134)를 도시하고, 도 5b는 동작 상태의 배출 기구(134)를 도시한다.
먼저 도 5a를 참고하면, 배출 기구(134)는 몰드 캐비티(111) 내에 내장되고 성형품(136) 아래에 위치 결정된다. 배출 기구(134)는 샤프트(142)에 의해 베이스(140)에 결합된 헤드(138)와, 샤프트(142) 둘레의 스프링(144)을 포함한다. 휴지 상태에서, 스프링(144)은 비압축 상태로 있다.
이 실시예에 따르면, 배출 기구(134)는 공압 시스템(도시 생략)에 의해 동작된다. 샤프트(142)는 공압 시스템으로부터 공기가 누설되는 것을 방지하도록 O-링(146)을 구비할 수 있다. 대안의 실시예에 따르면, 배출 기구(134)는 유압 시스템에 의해 동작될 수 있다.
클리어런스(C)가 증가할 때에 또는 성형품(136)을 몰드 캐비티(111)로부터 빼낼 때에, 공압 시스템이 작동하여 베이스(140)에 힘을 가하여, 배출 기구(134)를 도 5b에 도시된 바와 같이 X 방향으로 구동하고, 공정 중의 스프링(144)을 압축한다. 따라서 성형품(136)이 몰드 캐비티(111)로부터 상승한다.
공압 시스템의 작동을 중지시킴으로써, 배출 기구(134)가 도 5a에 도시된 휴지 위치로 복귀한다. 이에 따라 스프링(144)은 압축 상태로부터 해제된다. 스프링(144)의 팽창에 의해 베이스(140)에 힘이 가해져서, 배출 기구(134)를 휴지 위치에 도달할 때까지 방향 X에 대하여 반대 방향으로 구동한다.
공압 또는 유압 시스템은, 몰드 플런저(113)가 몰드 캐비티(111)에 접근하는 속도를 줄이는 데 사용된 것과 동일한 리미트 스위치에 의해 동작될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 접착제와 섬유 혼합물이 너무 많은 열을 흡수하여 연소되기 때문에, 성형 가능한 조성물(116)은 연장된 시간 동안 몰드 캐비티(111) 내에 남아 있지 않아야 한다. 연장된 시간 동안 몰드 캐비티(111) 내에 성형 가능한 조성물(116)이 남아 있으면 너무 많은 수분이 손실되기 때문에, 균열 및 변형이 또한 발생할 수 있다.
몰드 캐비티(111)의 충전 수준은 성형품의 밀도에 영향을 끼친다. 성형 가능한 조성물(116)이 몰드 캐비티(111) 내로 불충분하게 충전되면, 성형 가능한 조성물(116)은 제1 몰드부(110)와 제2 몰드부(112) 사이의 몰드 캐비티(111)의 공간을 채우기에 충분하지 않게 되며, 다공질 구조(126)를 형성하기에 충분한 압력이 축적되지 않을 것이다. 따라서, 성형 가능한 조성물(116)이 몰드 캐비티(111) 내로 불충분하게 충전될 때에는, 수분 함량이 많은 조밀한 성형품이 형성된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 성형품을 형성하기 위한 방법(150)을 도시하는 흐름도이다. 방법(150)은 성형 가능한 조성물을 제1 몰드부의 몰드 캐비티 내로 충전하는 단계(152)에 의해 개시된다. 몰드 캐비티의 용량의 약 90%에 이르기까지 몰드 캐비티를 충전하는 단계(152)를 실시할 수 있다.
성형 가능한 조성물에 약 20 내지 60초 동안 약 435 내지 870 psi의 패킹 압력을 인가하는 단계(154)를 실시하여 성형 가능한 조성물을 경화시킬 수 있다. 제1 몰드부와 제2 몰드부 사이에 약 0.1 내지 0.5 mm의 예정된 클리어런스를 유지하는 단계(156)를 실시하여, 과잉의 성형 가능한 조성물, 수증기 및 성형 가능한 조성물을 경화하는 중에 방출된 다른 증기를 배출할 수 있다. 제1 몰드부와 제2 몰드부를 약 110 내지 180℃의 온도로 유지한다. 성형 가능한 조성물을 몰드 캐비티 내로 충전할 때의 열 손실을 보상하고, 제1 몰드부와 제2 몰드부의 열팽창에 기인하여 제1 몰드부와 제2 몰드부에 잼이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 제1 몰드부를 제2 몰드부의 온도보다 약 20℃ 높은 온도로 유지하는 것이 바람직하다.
성형 가능한 조성물이 실질적으로 경화된 때에, 바람직하게는 약 90% 경화된 때에 제1 몰드부와 제2 몰드부 사이의 예정된 클리어런스를 약 10 mm로 증가시켜(단계 158), 성형품을 형성한다. 수증기와 성형 가능한 조성물의 경화 중에 배출된 다른 증기가 실질적으로 배출된 때에, 예정된 클리어런스를 약 15 내지 60초 동안 약 0.05 내지 0.3 mm로 감소시키는 단계(160)를 실시한다. 이 단계는, 성형품을 원하는 두께로 압축하고, 성형품을 몰드 캐비티로부터 빼내는 단계(162) 이전에 성형품의 표면을 다듬질하도록 실시된다.
표 4a 및 표 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 팰릿을 형성하는 데 사용될 수 있는 공정 파마리터의 예를 나타내고 있다.
예 1 예 2 예 3
충전된 몰드 캐비티의 체적 비율(체적%) 70 80 90
몰드 캐비티의 온도(℃) 125 125 125
몰드 플런저의 온도(℃) 105 105 105
패킹 압력(psi) 870 870 870
경화 시간(초) 60 60 40
경화 시의 클리어런스(mm) 0.8 0.6 0.5
다듬질 시간(초) 60 60 60
다듬질 시의 클리어런스(mm) 0.5 0.3 0.1
예 4 예 5 예 6
충전된 몰드 캐비티의 체적 비율(체적%) 85 87 92
몰드 캐비티의 온도(℃) 125 130 130
몰드 플런저의 온도(℃) 102 110 110
패킹 압력(psi) 870 870 870
경화 시간(초) 50 60 60
경화 시의 클리어런스(mm) 0.4 0.2 0.5
다듬질 시간(초) 60 40 60
다듬질 시의 클리어런스(mm) 0.1 0.05 0.2
표 5a 및 표 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 화분을 형성하는 데 사용될 수 있는 공정 파라미터의 예를 도시하고 있다.
예 7 예 8 예 9
충전된 몰드 캐비티의 체적 비율(체적%) 85 87 97
몰드 캐비티의 온도(℃) 100 100 125
몰드 플런저의 온도(℃) 80 80 105
패킹 압력(psi) 435 580 725
경화 시간(초) 30 30 30
경화 시의 클리어런스(mm) 1.5 1.2 1.8
다듬질 시간(초) 30 30 30
다듬질 시의 클리어런스(mm) 1.0 1.0 1.0
예 10 예 11 예 12
충전된 몰드 캐비티의 체적 비율(체적%) 65 75 60
몰드 캐비티의 온도(℃) 125 125 130
몰드 플런저의 온도(℃) 105 105 110
패킹 압력(psi) 435 650 870
경화 시간(초) 30 60 60
경화 시의 클리어런스(mm) 1.2 1.0 2.0
다듬질 시간(초) 30 60 15
다듬질 시의 클리어런스(mm) 1.0 0.8 0.8
팰릿, 트레이 및 화분 이외에, 본 발명은 격판(partition board), 무기 컨테이너, 스피커 보드(speaker board), 전자 케이싱, 컵, 플레이트, 차량 범퍼, 스티어링 휠, 계기판, 차량 시트, 의자 시트 및 테이블 상판과 같은 다양한 물품을 성형하는 데에 사용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
당업자는 본 발명의 명세서 및 실시를 고려하여 본 발명의 다른 실시예가 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서 및 청구범위에서 사용되고 있는 "구비하는" 및 "포함하는" 등의 표현은 본 발명에 대한 변형 또는 추가를 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 설명을 명확하게 하기 위하여 특정의 용어를 사용하고 있지만, 본 발명이 이들 용어로 한정되는 것은 아니다. 전술한 실시예 및 바람직한 특징은 예시적인 것으로 고려되어야 하며, 본 발명은 단지 첨부의 청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (32)

  1. 40 내지 60 wt%의 섬유 혼합물, 15 내지 45 wt%의 접착제, 0.1 내지 0.9 wt%의 경화제, 6 내지 18 wt%의 유동 촉진제 및 0.2 내지 2.1 wt%의 이형제를 포함하는 성형 가능한 조성물을 준비하는 단계와,
    성형 가능한 조성물을 몰드 캐비티의 용량의 90%에 이르기까지 몰드 캐비티에 충전하는 단계와,
    성형 가능한 조성물에 435 내지 870 psi의 패킹 압력을 인가하는 단계와,
    몰드 캐비티를 구획하는 제1 몰드부와 제2 몰드부 사이에 0.1 내지 0.5 mm의 예정된 클리어런스를 유지하는 단계와,
    성형 가능한 조성물이 경화된 때에 몰드 캐비티로부터 성형품을 빼내는 단계
    를 포함하는 성형품 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압력은 20 내지 60초 동안 인가되는 것인 성형품 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 몰드부와 제2 몰드부는 110 내지 180℃의 온도로 유지되는 것인 성형품 형성 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 몰드부는 제2 몰드부의 온도보다 20℃ 높은 온도로 유지되는 것인 성형품 형성 방법.
  5. 제2항에 있어서, 성형 가능한 조성물이 90% 경화된 때에 제1 몰드부와 제2 몰드부 사이의 클리어런스를 증가시키는 단계를 더 포함하는 성형품 형성 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 클리어런스는 10 mm로 증가하는 것인 성형품 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서, 성형품을 소정의 두께로 압축하는 단계를 더 포함하는 성형품 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 성형품의 표면을 다듬질하는 단계를 더 포함하는 성형품 형성 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 성형품을 소정의 두께로 압축하고 성형품의 표면을 다듬질하는 단계는 클리어런스를 0.05 내지 0.3 mm로 감소시키는 것을 더 포함하는 것인 성형품 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 클리어런스는 15 내지 60초 동안 감소하는 것인 성형품 형성 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 성형 가능한 조성물의 수분 함량은 20% 미만인 것인 성형품 형성 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 성형 가능한 조성물의 수분 함량은 4 내지 15%인 것인 성형품 형성 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 섬유 혼합물의 수분 함량은 15% 미만인 것인 성형품 형성 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서, 상기 섬유 혼합물은 복수의 섬유를 포함하고, 복수의 섬유 각각의 길이는 50 mm에 이르는 것인 성형품 형성 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 복수의 섬유 각각의 두께는 2 mm에 이르는 것인 성형품 형성 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 복수의 섬유 각각은 길이 대 두께 비율이 2:1 내지 25:1인 것인 성형품 형성 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 섬유 혼합물은 5 내지 30 wt%의 기름 야자 섬유를 더 포함하는 것인 성형품 형성 방법.
  20. 제1항에 있어서, 상기 섬유 혼합물은 기름 야자 섬유, 비어 몰트(beer malt), 사탕수수 펄프, 가소제, 강화제, 충격 보강제를 포함하는 군에서 선택되는 하나를 더 포함하는 것인 성형품 형성 방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 접착제는 열경화성 수지인 것인 성형품 형성 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 접착제는 아미노 수지인 것인 성형품 형성 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 접착제는 멜라민을 더 포함하는 것인 성형품 형성 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 접착제는 멜라민 포름알데히드와 멜라민 요소 포름알 데히드를 포함하는 군에서 선택되는 하나인 것인 성형품 형성 방법.
  25. 제1항에 있어서, 상기 성형 가능한 조성물을 준비하는 단계는,
    성형 가능한 조성물의 각 성분을 개별적으로 계량하는 단계와,
    균질한 성형 가능한 조성물을 형성하도록 성형 가능한 조성물의 각 성분을 혼합기에서 배합하는 단계를 더 포함하는 것인 성형품 형성 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 성형 가능한 조성물을 준비하는 단계는,
    액체 혼합물을 형성하기 위하여 성형 가능한 조성물의 각 액체 성분을 제2 혼합기에서 배합하는 단계를 더 포함하는 것인 성형품 형성 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 성형 가능한 조성물을 준비하는 단계는 액체 혼합물을 혼합기에 분사하는 단계를 더 포함하는 것인 성형품 형성 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 혼합기는 29 rpm의 로터 속도로 동작하는 것인 성형품 형성 방법.
  29. 제1항에 있어서, 성형 가능한 조성물 내의 압력에 반응하고, 조성물 내의 수증기 함량과 압력을 예정대로 제어하도록 설정되는 수증기 배출구를 상기 성형 가능한 조성물에 인접한 각각의 몰드부 사이의 클리어런스를 유지함으로써 제공하여, 예정된 밀도 및 강도를 갖는 성형품을 제공하는 단계를 더 포함하는 성형품 형성 방법.
  30. 삭제
  31. 제29항에 있어서, 상기 배출구는 예정된 기간 동안 수증기가 배출되는 것을 임시로 방지하기 위하여 몰드 내의 성형 가능한 조성물에 의해 임시로 폐색되는 것인 성형품 형성 방법.
  32. 제29항에 있어서, 상기 수증기 함량은, 성형 가능한 조성물 내에 증기의 기포를 발생시켜 예정된 밀도의 다공질 성형품을 형성하도록 제어되는 것인 성형품 형성 방법.
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