KR100933929B1

KR100933929B1 - 물탱크 제조용 열가소성 성형재 및 이를 이용한 물탱크용 패널의 제조방법

Info

Publication number: KR100933929B1
Application number: KR1020090079048A
Authority: KR
Inventors: 최병용; 손지훈
Original assignee: 한화엘앤씨 주식회사; 태광에스엠씨 주식회사
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2009-12-28

Abstract

본 발명은 물탱크 제조용 열가소성 성형재 및 이를 이용한 물탱크용 패널의 제조방법에 관한 것으로, 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유를 보강한 매트 25 ~ 45 중량%와, 상기 연속배향 유리강화 섬유를 보강한 매트에 함침(含浸)되는 열가소성 수지 조성물(組成物) 55 ~ 75중량%로 조성되어 열가소성 시트를 이룬 물탱크 제조용 열가소성 성형재(成形材)에 있어서; 상기 연속배향 유리강화 섬유를 보강한 매트는, 50~100mm의 크기로 잘려진 유리강화섬유로 이루어진 다수의 층과, 연속배향 유리강화 섬유로 이루어진 적어도 하나의 층이 혼합 적층된 상태에서 니들펀칭되어 이루어진 성형재를 제공한다.

본 발명에 따르면, 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유가 보강된 열가소성 소재(素材)를 45°~ 90°(가로/세로)로 배향적층하여 물성의 증가 효과를 가져오며, 물탱크 제품의 정수압 성능을 향상시켜 30% 이상의 경량화가 가능하고, 물탱크 패널의 설치시 취급 및 조립이 용이하며, 열가소성제품의 사용에 따른 재활용이 가능하고, 기존 SMC 물탱크 대비 성형 싸이클 타임이 적어 가격이 상대적으로 저렴한 장점이 있다.

물탱크, 열가소성 소재(素材), 패널, 성형재(成形材), 경량화, 연속배향(連續配向), 유리섬유

Description

물탱크 제조용 열가소성 성형재 및 이를 이용한 물탱크용 패널의 제조방법{molding compound for manufacturing water tank and manufacturing method of water tank panel using that}

본 발명은 물탱크 제조용 열가소성 성형재(成形材) 및 이를 이용한 물탱크용 패널의 제조방법에 관한 것으로, 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유가 보강된 열가소성 성형재료를 고온고압에서 가압 성형시 45°~90°로 배향 적층하여 물탱크의 정수압성능을 향상시킨 물탱크 제조용 열가소성 성형재 및 이를 이용한 물탱크용 패널의 제조방법에 관한 것이다.

근래 대용량의 물을 저정하는 물탱크의 소재(素材)로는 SMC(SHEET MOLDING COMPOUND)가 주로 이용되고 있다.

하지만, SMC물탱크(유리섬유강화 폴리에스터 물탱크)는 열경화성수지에 잘려진 유리강화섬유를 함침(含浸)한 제품으로 자원이 재활용이 어려운 문제점이 있고, 소재(素材)의 비중이 1.8로 물탱크 패널의 중량이 높다는 단점이 있다.

이에 비해, 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유가 보강된 열가소성 소재(素材)를 물탱크 소재(素材)로 사용하면 자원의 재활용 및 물탱크 패널의 중량을 SMC물탱크 대비 30%이상 줄일 수 있다는 장점이 있다.

연속배향(連續配向) 유리강화 섬유가 보강된 열가소성 수지는 사용되는 수지가 폴리프로필렌으로 수지를 용융 압출하여 글라스화이버매트에 함침(含浸)시킨 판상의 반제품이다.

이 소재(素材)를 오븐을 통해 가열한 후 고압의 조건에서 프레스로 가압 성형하여 물탱크 패널을 성형하며, 이 때 SMC소재(素材)에 비해 성형 싸이클 타임이 적어, 가격이 저렴하면서도 SMC소재(素材)나 일반 금속소재(素材)에 비해 가벼운 것이 특징이다.

따라서, 이러한 소재(素材)를 이용하여 제작된 물탱크는 수밀성이 우수하고, 물탱크로서 요구되는 충분한 기계적 강도를 갖으면서도 경제적으로 시공할 수 있는 이점을 갖는다.

하지만, 제품의 정수압 성능을 향상시키기 위해서는 잘려진 유리강화섬유(Chopped glass fiber)만으로는 제품의 중량을 30%이상 줄이면서 물탱크의 정수압 성능을 만족시키기가 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 기존 유리 섬유 강화 폴리에스테르 물탱크가 가진 재활용 문제 등을 해결하고, 정수압 성능을 향상시켜 제품의 중량을 줄일 수 있도록 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유(Uni-directional glass fiber)가 보강된 열가소성 소재(素材)를 고온고압 성형시 45°~ 90°로 배향 적층한 물탱크 제조용 열가소성 성형재 및 이를 이용한 물탱크용 패널의 제조방법을 제공함에 주된 해결 과제가 있다.

본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유를 보강한 매트 25 ~ 45 중량%와, 상기 연속배향 유리강화 섬유를 보강한 매트에 함침(含浸)되는 열가소성 수지 조성물(組成物) 55 ~ 75중량%로 조성되어 열가소성 시트를 이룬 물탱크 제조용 열가소성 성형재(成形材)에 있어서; 상기 연속배향 유리강화 섬유를 보강한 매트는, 50~100mm의 크기로 잘려진 유리강화섬유로 이루어진 다수의 층과, 연속배향 유리강화 섬유로 이루어진 적어도 하나의 층이 혼합 적층된 상태에서 니들펀칭되어 이루어진 성형재를 제공한다.

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또한, 상기 연속배향 유리강화 섬유로 이루어진 층은 상기 잘려진 유리강화섬유로 이루어진 다수의 층 중간에 배치된 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 잘려진 유리강화 섬유는 4층으로 이루어지고, 상기 연속배향 유리강화 섬유는 1층으로 이루어진 것에도 그 특징이 있다.

아울러, 물탱크 패널을 제조하는 방법에 있어서; 50~100mm의 크기로 잘려진 유리강화섬유로 이루어진 다수의 층과, 연속배향 유리강화 섬유로 이루어진 적어도 하나의 층을 혼합 적층한 상태에서 니들펀칭 유니트로 니들펀칭하여 연속배향 유리강화 섬유를 보강한 매트로 제작하는 단계와; 연속배향 유리강화 섬유를 보강한 매트 25 ~ 45 중량%와, 열가소성 수지 조성물 55 ~ 75중량%를 상기 연속배향 유리강화 섬유를 보강한 매트에 함침시켜 열가소성 소재를 제작하는 단계와; 상기 열가소성 소재를 압축 성형하여 물탱크용 패널을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 물탱크 제조용 열가소성 성형재를 이용한 물탱크용 패널의 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 열가소성 소재를 제작하는 단계에서, 열가소성 수지 조성물을 함침시키는 방법은 3층의 열가소성 수지 조성물 사이 사이에 2층의 연속배향 유리강화 섬유를 보강한 매트를 투입하여 함침률을 높이도록 한 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 물탱크용 패널을 형성하는 단계에서, 압축 성형은 열가소성 소재를 190~210℃의 오븐에서 최소한 240초 동안 가열하여 열가소성 소재를 다시 용융시키고, 이 용융된 소재를 금형 속에 넣은 다음 150~210 kgf/㎠의 압력으로 프레스로 가압 냉각하는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 압축 성형시 프레스로 가압 냉각할 때 최소 40초 동안 가압하고, 금형 온도는 40~60℃로 유지시켜 물탱크용 패널 형상을 이루도록 가압 냉각하는 것에도 그 특징이 있다.

나아가, 상기 열가소성 소재는 금형 투영 면적의 80%를 넘도록 조절되는 것에도 그 특징이 있다.

그리고, 상기 열가소성 소재는 2장 이상 사용되며, 45~90°의 범위 내에서 가로/세로가 중첩되게 적층된 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따른 연속배향 유리강화 섬유가 보강된 열가소성 성형재 및 이를 이용한 물탱크용 패널의 제조방법에서는 연속배향 유리강화 섬유가 보강된 열가소성 소재(素材)를 45°~ 90°(가로/세로)로 배향적층하여 물성의 증가 효과를 가져오며, 물탱크 제품의 정수압 성능을 향상시켜 30% 이상의 경량화 효과가 있다.

또한, 물탱크 패널의 설치시 취급 및 조립이 용이하고, 열가소성제품의 사용에 따른 재활용이 가능하며, 기존 SMC 물탱크 대비 성형 싸이클 타임이 적어 가격이 상대적으로 저렴한 장점이 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 물탱크 제조방법을 보인 플로우챠트이고, 도 2는 본 발명에 따른 패널 제조용 열가소성 성형재의 제조장치를 보인 예시도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 열가소성 성형재의 물성을 보인 표이고, 도 5는 본 발명에 따른 열가소성 성형재를 이용하여 제조된 물탱크의 샘플 사진이다.

본 발명 일 실시예에 따른 물탱크용 패널은 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유(Uni-directional glass fiber)가 보강된 열가소성 소재(素材)를 고온고압 성형시 45°~ 90°로 배향 적층하는 것에 주된 특징이 있다.

또 다른 특징으로는, 본 발명의 경우 물탱크용 패널을 유리섬유와, 열가소성 수지를 혼합하여 구성할 수도 있다는 것이다.

예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 물탱크용 패널 제조방법은 크게 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유 매트(Mat) 제작단계(S100) → 연속배향(連續配向) 유리강화섬유 매트가 보강된 열가소성 성형재(成形材) 제작단계(S200) → 물탱크 패널 성형단계(S300)를 순차적으로 거쳐 제조되는 형태로 이루어진다.

보다 구체적으로, 먼저 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유가 보강된 매트 제작단계(S100)에서는 연속배향(連續配向) 유리강화 다이렉트 로빙(direct-roving) 600tex, 16 ~ 50 중량%와, 50~100mm로 잘려진 유리강화 섬유 50 ~ 84 중량%를 도 2의 니들펀칭유니트(300)에서 니들펀칭(needle punching)하여 제조된다.

이때, 연속배향(連續配向) 유리강화의 섬유의 중량함량이 16 중량% 이하인 경우는 물성향상의 효과가 없으며, 50 중량% 이상이 될 경우에는 제품 표면에 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유의 돌출 및 성형시 외곽 후렌지 부위의 물성 저하를 가져올 수 있고, 미성형이 발생할 수 있으므로 상기 범위로 한정됨이 바람직하다.

또한, 매트 제조시 구조는 도 2에 도시된 바와 같이, 잘려진 유리강화섬유(100) 다수의 층, 바람직하게는 4층과, 적어도 1층의 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유(200)로 이루어지며, 이때 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유(200)는 잘려진 유리강화 섬유(100)가 이루는 층의 중앙부에 위치해야만 물탱크 패널의 성형시 제품표면에 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유의 돌출을 최소화 할 수 있다.

이렇게 제작된 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유 보강 매트 25 ~ 45 중량%와 열가소성 수지 조성물(組成物) 55 ~ 75중량%를 함침(含浸)시켜 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유가 보강된 열가소성소재를 제작(S200)하게 된다.

여기에서, 연속배향(連續配向) 유리섬유 강화 매트 2층과 열가소성 수지 3층을 투입할 수 있는데 이때, 열가소성 수지의 사이 사이에 매트가 투입되어 수지가 매트에 용이하게 함침(含浸)되도록 한다.

덧붙여, 본 발명에서는 연속배향(連續配向) 유리섬유 강화 매트를 바람직한 실시예로 제시하였으나, 이에 국한되지 않고 유리섬유 자체 25~45중량%와, 열가소성 수지 조성물(組成物) 55~75중량%를 함침(含浸)시켜 본 발명 물탱크용 시트를 제조하여도 본 발명에서 요구하는 바람직한 물성을 가질 수 있다. 다만, 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유 보강 매트를 사용할 경우 가장 바람직한 물성을 갖기 때문에 실시예의 경우 이를 기준으로 설명하고 있을 뿐이다.

그리고, 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유를 직물상태로 직조하여 투입할 경우에는 열가소성 수지의 직물 사이 사이에 함침(含浸)되지 못하여 물성효과의 증대를 기대하기 어렵다.

따라서, 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유를 한 방향으로만 보강하여 열가소성 소재(素材)를 제작한 후 성형시 이를 45°~ 90°로 배향 적층하여 제품성형을 해야 한다.

그리고, 이렇게 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유가 보강된 열가소성 소재(素材)가 준비된 상태에서 마지막으로 상기 물탱크 패널 성형단계(S300) 과정이 수행된다.

상기 물탱크 패널 성형단계(S300)에서는 연속배향(連續配向) 섬유보강 열가소성 소재를 190~210℃ 온도조건으로 오븐(Oven)에서 240초 이상 가열하여 열가소성 소재를 다시 용융시켜 준다.

이렇게 용융된 소재(素材)를 150 ~ 210 kgf/㎠ 압력조건 내에서 금형 속에 넣은 후 40초 이상 프레스로 가압 냉각하여 물탱크용 패널을 성형하게 된다.

이때, 금형의 온도는 40~60℃를 유지시켜 성형된 패널이 냉각되어 형태를 이루도록 한다.

또한, 이러한 물탱크 패널 성형단계(S300)에서 상기 열가소성 재료를 2장 이상 사용하여 45°~ 90°(가로/세로)로 배향 적층하여야만 가로/세로방향의 물성의 증가효과를 가져오며, 이로 인해 정수압이 물탱크 패널에 고루 분산되어 제품의 중량을 감소시킬 수 있다.

이러한 제품의 물성은 도 3에서와 같이, 잘려진 유리강화 섬유만을 이용한 성형제품의 물성에 비해 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유가 보강된 소재(素材)의 시편 인장강도가 30% 이상 증가되는 것을 볼 수 있다.

또한, 도 4에서와 같이 강화 유리섬유의 함량을 5% 줄이고, 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유를 보강한 소재(素材)로 45°~90°(가로/세로)로 배향 적층한 물탱크 패널의 수압테스트 결과가 향상되었다.

그리고, 이때 열가소성 재료는 금형 투영 면적의 80%이상을 차지하여야만 연속배향(連續配向) 섬유보강 열가소성 소재(素材)의 물성이 제품 전체에 고루 분산될 수 있다.

덧붙여, 도 5에 나타난 사진에서와 같이, 본 발명에 따라 제조된 물탱크의 정수압 테스트 결과 크랙이나 부분 파손이 발생하지 않았으며, 수위 4.5m의 담수 저수시에도 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

도 1은 본 발명에 따른 물탱크 제조방법을 보인 플로우챠트,

도 2는 본 발명에 따른 패널 제조용 열가소성 성형재의 제조장치를 보인 예시도,

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 열가소성 성형재의 물성을 보인 표,

도 5는 본 발명에 따른 열가소성 성형재를 이용하여 제조된 물탱크의 샘플 사진.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

100....잘려진 유리강화섬유 200....연속배향 유리강화 섬유

300....니들펀칭 유니트

Claims

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연속배향(連續配向) 유리강화 섬유를 보강한 매트 25 ~ 45 중량%와, 상기 연속배향 유리강화 섬유를 보강한 매트에 함침(含浸)되는 열가소성 수지 조성물(組成物) 55 ~ 75중량%로 조성되어 열가소성 시트를 이룬 물탱크 제조용 열가소성 성형재(成形材)에 있어서;

상기 연속배향 유리강화 섬유를 보강한 매트는,

50~100mm의 크기로 잘려진 유리강화섬유로 이루어진 다수의 층과, 연속배향 유리강화 섬유로 이루어진 적어도 하나의 층이 혼합 적층된 상태에서 니들펀칭되어 이루어진 것을 특징으로 하는 물탱크 제조용 열가소성 성형재.
청구항 3에 있어서;

상기 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유로 이루어진 층은 상기 잘려진 유리강화섬유로 이루어진 다수의 층 중간에 배치된 것을 특징으로 하는 물탱크 제조용 열가소성 성형재.
청구항 4에 있어서;

상기 잘려진 유리강화 섬유는 4층으로 이루어지고, 상기 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유는 1층으로 이루어진 것을 특징으로 하는물탱크 제조용 열가소성 성형재.
물탱크 패널을 제조하는 방법에 있어서;

50~100mm의 크기로 잘려진 유리강화섬유로 이루어진 다수의 층과, 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유로 이루어진 적어도 하나의 층을 혼합 적층한 상태에서 니들펀칭 유니트로 니들펀칭하여 연속배향 유리강화 섬유를 보강한 매트로 제작하는 단계와;

연속배향 유리강화 섬유를 보강한 매트 25 ~ 45 중량%와, 열가소성 수지 조성물 55 ~ 75중량%를 상기 연속배향 유리강화 섬유를 보강한 매트에 함침(含浸)시켜 열가소성 소재를 제작하는 단계와;

상기 열가소성 소재를 압축 성형하여 물탱크용 패널을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 물탱크 제조용 열가소성 성형재(成形材)를 이용한 물탱크용 패널의 제조방법.
청구항 6에 있어서;

상기 열가소성 소재를 제작하는 단계에서, 열가소성 수지 조성물을 함침(含浸)시키는 방법은 3층의 열가소성 수지 조성물 사이 사이에 2층의 연속배향(連續配向) 유리강화 섬유를 보강한 매트를 투입하여 함침률을 높이도록 한 것을 특징으로 하는 물탱크 제조용 열가소성 성형재(成形材)를 이용한 물탱크용 패널의 제조방법.
청구항 6에 있어서;

상기 물탱크용 패널을 형성하는 단계에서, 압축 성형은 열가소성 소재(素材)를 190~210℃의 오븐에서 최소한 240초 동안 가열하여 열가소성 소재(素材)를 다시 용융시키고, 이 용융된 소재(素材)를 금형 속에 넣은 다음 150~210 kgf/㎠의 압력으로 프레스로 가압 냉각하는 것을 특징으로 하는 물탱크 제조용 열가소성 성형재(成形材)를 이용한 물탱크용 패널의 제조방법.
청구항 8에 있어서;

상기 압축 성형시 프레스로 가압 냉각할 때 최소 40초 동안 가압하고, 금형 온도는 40~60℃로 유지시켜 물탱크용 패널 형상을 이루도록 가압 냉각하는 것을 특징으로 하는 물탱크 제조용 열가소성 성형재(成形材)를 이용한 물탱크용 패널의 제조방법.
청구항 6 또는 청구항 8에 있어서;

상기 열가소성 소재(素材)는 금형 투영 면적의 80%를 넘도록 조절되는 것을 특징으로 하는 물탱크 제조용 열가소성 성형재(成形材)를 이용한 물탱크용 패널의 제조방법.
청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서;

상기 열가소성 소재(素材)는 2장 이상 사용되며, 45~90°의 범위 내에서 가로/세로가 중첩되게 적층된 것을 특징으로 하는 물탱크 제조용 열가소성 성형재(成形材)를 이용한 물탱크용 패널의 제조방법.