KR101229429B1 - 발포 성형체 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

발포성(發泡性) 수지 입자를 가열 수증기의 존재 하에서 발포성 수지 입자의 융착 온도로 가열한 후, 발포량을 제어하면서 발포셀을 융착시켜 냉각시킨다. 발포량의 제어를 형(型) 내에서의 발포성 수지 입자에 대한 압력 제어에 따라 행하는 것이 바람직하다. 인접하는 발포셀이 접촉면에 있어서 그 자체의 연화(軟化) 용융으로 결합된 발포 성형체가 제조된다. 이 발포 성형체는, 발포셀의 사이에 용적 기공율(氣孔率)이 10~40%의 3차원 연통 기공이 형성되고, 적어도 10N의 휨한계 강도를 가진다. 접착용 수지를 사용하지 않고, 강도의 있는 세공(細孔) 구조의 발포 성형체를 얻을 수 있다.

Description

발포 성형체 및 그 제조 방법{FOAM MOLDING AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은, 형(型) 내에 충전한 발포성 수지 입자를 가열 발포(發泡)하여 얻어지는 발포 성형체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

발포 폴리스티렌 수지나 발포 폴리올레핀 수지 등의 발포성 수지 입자를 형 내에 있어서 가열 발포하여 얻어지는 발포 성형체는, 종래부터, 어류(魚類) 상자와 같은 생선(生鮮) 식품용의 보관·반송(搬送) 박스나 완충재에 많이 사용되고 있다. 그러나, 그 용도로부터 단열성이나 내충격성이 중시되므로, 실질적으로 무통기성의 것이 많아, 흡음(吸音) 재료에 적합한 세공(細孔) 구조의 것이 적었다.

그래서, 발포 수지 성형체에 적당한 세공 구조를 부여하여 흡음 재료 등에도 사용할 수 있도록 한 연구가 행해져 왔지만, 흡음 재료로서 바람직한 세공 기공율(氣孔率)을 실현하는 데는 가열 온도 조건을 내릴 필요가 있고, 그 결과, 발포셀(cells)의 결합 강도가 저하되어, 성형체로서 실용적인 구조 강도를 얻지 못하여, 실용화에 성공하지 못했었다. 이와 같은 점을 개선하고, 흡음체에 바람직한 세공 구조와 구조 강도의 양립을 의도한 것으로서 하기 특허 문헌의 흡음체가 제안되어 있다.

하기 특허 문헌의 흡음체는, 원료인 발포성 수지 입자의 표면에 그 입자의 연화(軟化) 발포 온도보다 낮은 온도로 열접착하려는 접착용 수지를 부착하여 두고, 성형시에, 발포량을 조절하여 세공 구조를 남기면서, 이 접착용 수지로 발포셀끼리를 접착 접합하는 것이다.

그런데, 이 흡음체는 접착용 수지를 사용하므로, 다음과 같은 실용상의 문제가 있었다.

1. 접착용 수지가 부가되므로, 재료비나 가공비가 상승하게 된다.

2. 접착용 수지이기 때문에 발포성 수지 입자의 유동성이 저하되어, 충전 장치가 눈이 막히거나, 형 내의 충전도가 불균일하게 되기 쉬운 등 조작성이 뒤떨어진다.

3. 접착용 수지의 저온 연화 특성이 원인으로 되어, 흡음재의 내열성(耐熱性)이나 장기 내구성(耐久性)이 대폭 저하된다.

특허 문헌: 일본 특허 제3268094호 공보

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고, 접착용 수지를 사용하지 않고, 흡음체로서의 바람직한 세공 구조를 가지고 있는데 더하여, 단열재나 포장용 완충재 등에도 적용할 수 있는 구조 강도도 구비하고, 또한 접착용 수지에 기인하는 비용 상승, 조작성 또는 내열성이나 장기 내구성의 저하를 방지할 수 있는 발포 성형체 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 발포성 수지 입자를 사용한 발포 성형에 있어서, 발포성 수지 입자를 융착 온도 조건 하에서 팽창량을 제어함으로써, 입자 사이에 간극을 형성하면서 입자 상호가 연화 융착하여 견고하게 결합한다는 지견에 따라 행해진 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명의 발포 성형체는, 형 내에 충전한 발포성 수지 입자를 가열 발포하여 얻어지는 무수한 발포셀로 구성되는 발포 성형체로서, 인접하는 발포셀이 가열 발포시에 있어서의 그 자체의 용융에 의해 접촉면에 있어서 결합되어 발포셀의 비접촉면 사이에 용적 기공율이 10~40%의 3차원 연통 기공이 형성되어 있고, 또한 적어도 10N의 휨한계 강도를 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은, 상기 발포 성형체의 외표면의 일부 또는 전부에, 보다 용적 기공율이 적은 표층부를 부가한 형태로 구체화할 수 있고, 이 경우, 상기 표층부가, 상기 발포 성형체의 발포 성형시에 일체로 성형되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명은, 상기한 발포 성형체의 일부에 이보다 강도가 커지는 증강 발포체를 부가하여 보강한 것으로서 구체화할 수 있다. 이 경우, 상기 증강 발포체가, 상기 발포 성형체의 발포 성형시에 일체로 성형되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 전술한 바와 같은 구성을 가지는 동시에, 표층부의 두께를 발포 성형체 전체 두께의 10~45%로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 이와 같은 두께의 표층부를 부가한 것에 의해, 자동차용 내장 부재로서 사용되는 발포 성형체로서 구체화되고, 특히 표층부를 차실내측으로 하여 차체 플로어(floor)면에 설치하여 자동차의 차체 플로어면에 형성된 요철(凹凸)을 플랫(flat)으로 하는 동시에, 진동음을 감소시키는 차량용 플로어 플랫재로서 사용되는 발포 성형체로서 구체화된다. 또한, 본 발명은, 그 외에 건축용 흡음 부재, 도로·철도 소음방지 부재, 주택용 흡음 부재 또는 산업 기기용 흡음 부재로서 사용되는 발포 성형체로서 구체화된다. 이 경우, 상기 표층부의 두께는 5~40mm인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 발포 성형체의 제조 방법은, 형 내에 충전한 발포성 수지 입자를 가열 발포하여 얻어지는 발포 성형체로 구성되는 발포 성형체의 제조 방법으로서, 발포성 수지 입자를 가열 수증기의 존재 하에서, 그 발포성 수지 입자의 융착 온도로 가열한 후, 발포량을 제어하면서 발포셀을 융착시키는 동시에 냉각하여, 인접하는 발포셀이 접촉면에 있어서 그 자체가 연화 용융되어 결합되어 발포셀의 사이에 용적 기공율이 10~40%인 3차원 연통 기공이 형성되어 있고, 또한 적어도 10N의 휨한계 강도를 가지는 발포 성형체를 얻는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 발포량의 제어는, 발포성 수지 입자에 대한 압력을 제어함으로써 행할 수 있다. 압력 제어는 발포성 수지 입자의 융착 완료 온도까지 행하는 것이 바람직하다. 상기 융착 온도로 가열한 후, 압력 제어하면서 냉각시키는데 있어서, 미리 형 내의 가열 수증기를 공기로 치환하는 형태, 또는 형 내의 가열 수증기를 공기로 치환하면서 행하는 것이 바람직하다. 또한, 발포성 수지 입자를 가열 수증기의 존재 하에서, 그 발포성 수지 입자의 융착 온도로 가열했을 때, 형 내 압력보다 고압의 제어용 공기를 형 내에 도입하여 형 내를 보다 고압 상태로 가압하는 압력 제어를 행하는 것, 및 형 내를 보다 고압 상태로 가압하는 데는 형 내 압력의 1.5배 이상의 제어용 공기를 형 내에 도입하는 것이 바람직하고, 또한 형 내에 도입하는 제어용 공기의 온도는, 도입시의 형 내 온도~상온(常溫)으로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 증강 발포체를 부가하여 보강된 발포 성형체를 제조할 때는, 외부의 배관에 연통되는 개별 통로를 설치한 형을 사용할 수 있다. 또한, 제어용 공기의 영향을, 형의 코어벤트(core vent)에 의해 컨트롤할 수 있다.

본 발명의 발포 성형체는, 인접하는 발포셀이 가열 발포시에 있어서의 그 자체의 용융에 의해 접촉면에 있어서 결합된 것이므로, 접착용 수지를 사용하지 않고, 10~40%의 용적 기공율을 가지는 세공 구조와, 취급, 반송에 견디는 실용적 구조 강도를 양립시킬 수 있다. 그러므로 흡음체로서 바람직할 뿐만이 아니라, 단열재나 포장용 완충재 등에도 적용할 수 있는 데 더하여, 접착용 수지에 기인하는 비용 상승은 억제된다. 또한, 발포성 수지 입자가 가지는 본래의 특성을 살릴 수 있어 내열성이나 장기 내구성도 우수하다.

그리고, 발포 성형체의 외표면에 의해 용적 기공율이 적은 표층부를 부가한 것은, 그 표층부가 보호층으로서 기능하는 외에, 흡음체로서는 차음층(遮音層) 또는 반사층으로서 기능하여 흡음 효과를 높이는 이점을 얻을 수 있다. 또한, 발포 성형체의 일부에, 보다 구조 강도가 커지는 증강 발포체를 부가한 것은, 단순한 흡음재로서의 역할에 그치지 않고, 강도를 부담하는 구조 부재를 겸하는 용도에도 적용할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 발포 성형체의 제조 방법에 의하면, 발포성 수지 입자의 발포·융착 공정에 신규한 조작을 행함으로써, 접착용 수지를 사용하지 않고, 상기한 발포 성형체를 제조할 수 있다. 또한, 상기 발포량을 발포성 수지 입자에 대한 압력에 의해 제어하는 경우는, 발포성 수지 입자의 발포시의 내압과 외압과의 밸런스를 취하여 발포량을 조절하여, 바람직한 용적 기공율을 실현할 수 있으므로, 종래의 발포 수지 원료 자재를 그대로 이용할 수 있는 이점이 있어, 그 감압 속도를 제어하면서 냉각시키는데 있어서, 형 내의 가열 수증기를 공기로 치환하도록 하면, 가열 수증기의 잠열(潛熱)에 의한 온도 조건의 변동 요인이 배제 가능하므로, 발포·융착 공정 조건이 안정되는 이점을 얻을 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 발포 성형체 및 그 제조 방법은, 접착용 수지를 사용하지 않고, 흡음체에도 바람직한 세공 구조와 구조 강도를 얻을 수 있다는 종래의 문제를 해결한 것이다. 또한, 접착용 수지에 기인하는 비용 상승을 해소하고, 성형시의 조작성이 양호하며, 내열성이나 장기 내구성의 저하도 방지할 수 있는 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 발포 성형체의 모식적 단면도이다.

도 2는 본 발명의 발포 성형체의 다른 형태를 나타낸 모식적 단면도이다.

도 3은 본 발명의 발포 성형체의 다른 형태를 나타낸 모식적 단면도이다.

도 4의 (A),(B),(C)는 모두 발포셀의 결합 상태의 설명도이다.

도 5는 성형시의 압력, 온도와 시간의 관계를 나타낸 모식적 경과 그래프로서, (A)는 종래법, (B)는 본 발명의 제조법이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시형태의 제조법을 나타낸 도 5와 마찬가지의 그래프이다.

도 7은 자동차의 내장을 나타낸 사시도이다.

도 8은 자동차용 내장 부재의 개략 단면도이다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 형 내 압력, 동 온도, 형 온도와 시간의 관계를 나타낸 그래프다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 형 내 압력, 동 온도, 형 온도와 시간의 관계를 나타낸 그래프이다.

(1) 발포 성형체

(11) 발포셀

(11a) 접촉면

(12) 공간

다음에, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 이 실시형태에서는, 발포 성형체는 단열성과 내충격성 외에 흡음성이 중시되는 도 7에 나타낸 바와 같은 자동차용 내장 재료이다.

(발포 성형체)

본 발명의 발포 성형체는, 발포 폴리스티렌 수지나 발포 폴리올레핀 수지 등의 발포성 수지 입자를, 형 내에 충전하여 가열 발포하여 얻어지는 무수한 발포셀로 구성된 것이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 발포 성형체는, 형 내에 있어서 발포성 수지 입자가 가열 발포하여 얻어지는 무수한 발포셀(11)로 구성되어 있고, 인접하는 발포셀(11, 11)은 도 4에 나타낸 바와 같이, 접촉면(11a, 11a)에 있어서 그 자체가 연화 용융되어 결합되어 있다. 즉, 그 융착 결합부는 문자 그대 로 발포 수지 소재가 융합하고 있으므로, 발포 수지 소재와 모두 동일한 물성(物性)을 가지고 있다.

그리고, 이 발포 성형체(1)는, 적어도 3개의 발포셀(11)로 에워싸인 공간(12)(도 1에서는, 5개의 발포셀(11)에 에워싸인 공간(12)이 예시되어 있음)이 연속되어 형성되는 연통 기공으로 이루어지는 3차원 미세 기공을 구비하고 있고, 적어도 다음의 물성을 가지는 것이다.

즉, 이 3차원 미세 기공은, 전체의 용적에 대한 미세 기공의 전체 용적비인 용적 기공율이 10~40%로서, 또한 적어도 10N의 휨한계 강도를 가진다. 그리고, 이 3차원 미세 기공은, 다수로 분기(分岐)하고, 지그재그로 휘어지고, 그 내경은 확대·축소의 변화를 불규칙하게 반복하는 복잡한 공간 경로를 가지고 있으므로, 진입한 음파에 대하여, 반사, 간섭, 공진 등의 감쇠(減衰) 효과를 발휘하여, 흡음 기능을 가진다.

이 용적 기공율이 10%를 하회(下回)하면, 강도는 증가하지만 흡음 효과가 떨어지므로 흡음체로서는 바람직하지 않다. 또한, 용적 기공율이 40%를 초과하는 경우에는, 흡음 효과가 저하되는 경향을 나타내는데 더하여 기계적 강도를 얻기 어렵다는 구조상의 이유로부터 바람직하지 않다. 또한, 본 발명의 흡음체의 강도로서는, 적어도 핸들링에 견디는 형상 유지 강도가 필요하다. 이 점으로부터 적어도 10N의 휨한계 강도를 가질 필요가 있다. 그리고, 휨한계 강도가 IS-K7221에 규정된 바와 같이, 폭 25mm, 높이 20mm, 길이 120mm의 봉형(棒形) 시료를 스팬(span) 100mm의 지점 상에 지지하여 그 중앙에 집중 하중을 가하는 휨시험을 행하고, 한계 하중으로 표시한 것이다. 휨한계 강도 10N은, 계산 상 0.15MPa의 휨 응력에 상당한다.

또한, 본 발명의 발포 성형체는 발포셀의 형상으로도 다음과 같은 특징이 있다. 즉, 그 발포셀의 커트 단면은, 대략 원형 내지 긴 원형 단면을 가지는 입체로서, 그 크기는 긴 직경 기준으로 1.5~5.5mm의 것이 바람직하고, 이 범위 밖의 경우에는 흡음 작용에 필요한 미세 기공 용적을 얻기 어렵기 때문에, 흡음성을 중시하는 용도에는 그다지 바람직하지 않다. 또한, 각각의 발포셀은, 그 긴 직경/짧은 직경의 범위가 3.0까지의 대략 긴 원형 단면 입체로 해두면, 흡음 작용에 필요한 미세 기공 용적을 얻기 쉽다.

또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 발포 성형체(1)의 한쪽 면에 발포 성형체(1)의 본체 부분으로부터 용적 기공율이 적은 표층부(2)를 일체로 형성하는 것이 바람직하다. 이 표층부(2)는, 발포 성형체(1)의 보호층으로서 기능하는 외에, 흡음체로서는 차음층 또는 반사층으로서 기능하여 흡음 효과를 높이는 것이므로, 발포 성형체(1)보다 용적 기공율이 적은 것이 필요하며, 목적에 따라서는 무통기성의 견고한 수지층이라도 된다.

그리고, 이 표층부(2)는, 도 2와 같이 발포 성형체(1)의 한쪽 면 전부 외에, 한쪽 면의 일부나 양면의 일부 또는 전부와 같이 목적에 따라 임의로 배치할 수 있다. 또한, 상기 표층부(2)는, 발포 성형체(1)에 별도로, 접착한 것이라도 되지만, 그 발포 성형체의 발포 성형시에 일체로 성형하는 것이, 제조 비용면에서 바람직하다. 그리고, 이와 같은 구조의 발포 성형체를 제조하는 데는, 표층부(2)에 상당하 는 부위의 가열 조건을 조정함으로써 가능하다.

또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 발포 성형체(1)의 일부에, 보다 파열 강도가 커지는 증강 발포체(3)를 형성하면, 단지 흡음재로서뿐아니라, 강도를 부담하는 구조 부재를 겸하는 용도로도 응용 범위가 넓어져, 바람직한 것으로 된다. 그리고, 도 3에서는, 굴곡각을 가지는 발포 성형체(1)의 코너 부분에 증강 발포체(3)를 배치하고, 또한 표층부(2)도 병행하여 구비한 구조를 나타내지만, 증강 발포체(3)로서는 상기 표층부(2)와 마찬가지로 용적 기공율을 적게 설정하여 강도를 향상시킨 것을 적용할 수 있다. 이 경우도, 이 증강 발포체(3)를 발포 성형체(1)의 발포 성형시에 가열 조건을 조정하여 일체로 성형하도록 한 것이, 제조 비용의 면에서 바람직하다. 그리고, 발포 성형체(1)의 일부에 의해 파열 강도가 커지는 증강 발포체(3)를 형성하므로, 외부의 증기 공급용 배관에 연통되는 개별 통로를 설치한 형을 사용할 수 있다.

본 발명의 발포 성형체는, 흡음재로서의 기능을 가질 뿐아니라, 구조 부재로서 강도를 부담하는 기능을 겸비한 재료이므로, 상기한 바와 같이 적당한 흡음성과 강도가 요구되는 자동차용 내장 부재에 매우 적합하여, 도 7에 나타낸 바와 같이 계기반(51), 차실내벽(52), 플로어(53) 등에 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 표층부(2)의 두께를 발포 성형체 전체 두께의 10~45%, 발포 성형체(1) 부분의 두께를 잔부 90~55%로 하는 것이 적당하다. 특히, 플로어(53)에 사용되는 경우에는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 표층부(2)를 차실내측을 향해 설치하고, 차체 플로어 사이에 발포 성형체(1)를 개재시키고, 이 발포 성형체에 의해 차체 플로어(53a)면 의 요철을 플랫으로 하는 차량용 플로어 플랫재로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 표층부의 두께가 5~40mm인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기한 자동차용 내장 재료 이외에도, 건축물의 벽용, 천정용 등 흡음 내장 부재 외에, 도로·철도 소음 방지 부재, 주택용 흡음 부재 또는 산업 기기용 흡음 부재로서 널리 이용될 수 있는 것은 물론이다. 이 경우, 상기 표층부(2)는 강도를 가지는 화장면(花粧面)을 구성하는 것이지만, 그 두께를 발포 성형체의 전체의 두께의 10~45%로 하는 것이 바람직하고, 보다 구체적으로는, 상기 표층부(2)의 두께가 5~40mm인 것이 바람직하다.

(발포 성형체의 제조 방법)

다음에, 본 발명의 발포 성형체의 제조 방법에 대하여, 종래 방법과 대비하면서 설명한다.

도 5는 발포 성형 방법에 있어서의 중요한 조작 조건으로서 발포성 수지 입자가 충전되는 캐비티 내의 압력(압력 곡선(4, 5)과 온도(온도 곡선(4a, 5a))를 세로축으로, 시간 경과를 가로축으로 하여, 그 거동을 모식적으로 약간 과장하여 나타낸 그래프이며, 도 5 (A)는 종래의 무통기성의 발포 성형체를 제조하는 방법의 경우, 도 5 (B)는 본 발명의 방법의 경우를 나타낸다.

먼저, 종래부터 제조되고 있는 무통기성의 발포 성형체의 제조 공정을, 도 5 (A)를 참조하여 설명하면, 이하의 A1의 온도 상승 공정, A2의 융착 온도 가열 공정, A3의 발포 융착 공정, A4의 냉각·인출 공정으로 대별된다.

<대비하는 종래 방법>

A1. 온도 상승 공정

캐비티 내를 가열 온도 상승시키는 공정에서, 발포 수지 입자의 충전에 이어서, 챔버 내 배기, 캐비티 내의 가열 증기에 의한 일방향 배기, 동일하게 역방향 배기 등에 의해, 내부를 수증기로 온도 상승시키는 동시에 수증기로 충만하게 한다. 압력 곡선(4), 온도 곡선(4a)은 실제는 지그재그로 상승하지만, 온도 곡선(4a)은 압력 곡선(4)을 지연되어 뒤쫓는 형태가 된다.

A2. 융착 온도 가열 공정

발포 수지 입자를 발포(팽창)시키고, 또한 융착시켜, 캐비티 형상에 따른 소정의 형상으로 성형하기 위해, 가열 수증기에 의해 전체를 가열하여 얼룩없이 융착 온도로 가열하는 공정. 그리고, 이 공정에서는, 발포 수지 입자는 융착 온도에 상당하는 증기압으로 가압되고 압축된 입경(粒徑) 형상으로 되어, 캐비티 내를 자유롭게 유동(流動) 가능한 상태로 유지되어 있다.

A3. 발포 융착 공정

균일하게 융착 온도로 가열된 a점에 있어서, 증기의 공급을 멈추어 배기 밸브를 열어 압력을 개방하는 공정. 이 경우, 압축된 발포 수지 입자는 융착 온도인 채, 급격한 감압(減壓)에 노출되므로, 내압(內壓)에 의해 급격하게 발포(팽창)하여 상호 간의 공극이 없어지고, 다시 서로 가압하여 경계면이 융착하게 된다. 여기서는, 압력은 압력 곡선(4)가 나타낸 바와 같이, 급격하게 저하될 뿐, 팽창한 발포 수지 입자(발포셀)는 단열성이므로, 캐비티 내의 온도는 압력 곡선(4)에 추종하지 않고, 온도 곡선(4a)와 같이, 융착 완료 온도: b점까지 지연되어 저하된다. 여기 서, 융착 완료 온도는 상기 융착 현상이 진행하지 않게 되는 온도를 말한다.

A4. 냉각·인출 공정

형 내를 냉수 등으로 냉각하고, 소정 형상으로 발포 성형된 성형물을 인출하는 공정. 온도는 급격하게 저하된다.

따라서, 인접하는 발포셀이 전면적으로 융착되어, 실질적으로 무통기성의 발포 성형 방체를 얻을 수 있다.

<본 발명 방법의 제1 실시형태>

다음에, 본 발명의 발포 성형체의 제조 방법을 도 5 (B)를 참조하여 설명한다.

본 발명의 발포 성형체의 제조 방법은, 크게 나누어 B1의 온도 상승 공정, B2의 융착 온도 가열 공정, B3의 발포 융착 공정, B4의 냉각·인출 공정으로 이루어진다. 여기서, B1의 온도 상승 공정, B2의 융착 온도 가열 공정은, 발포성 수지 입자를 가열 수증기의 존재 하에서, 그 발포성 수지 입자의 융착 온도와 균일하게 가열하는 공정으로서, 먼저 설명한 A1의 온도 상승 공정, A2의 융착 온도 가열 공정과 마찬가지이다.

B3. 발포 융착 공정

본 발명의 특징으로 하는 공정이며, 상기한 B2의 융착 온도 가열 공정에 이어서, 발포성 수지 입자의 발포(팽창)량을 제어하면서 발포셀을 융착시키는 공정이다. 구체적으로는, 앞의 A3의 발포 융착 공정과 같이 급격하게 감압시키는 것이 아니라, 증기의 공급과 배기를 조절하여, 압력 곡선(5)이 도 5 (B)에 나타낸 a점으 로부터 c점으로 변화하도록, 어떤 압력 경로를 따라 압력을 제어하면서, 최종적으로 감압하는 점이 중요하다.

도 5 (B)의 예에서는, 캐비티 내가 균일한 설정 융착 온도로 된 a점으로부터, 온도가 융착 완료 온도인 b점에 이르는 사이를, 캐비티 내압력을 제어 종료 압력인 c점까지 제어하면서 감압하고 있다. 이 압력 제어의 목적은, 융착 온도역에 있는 발포성 수지 입자를, 입자의 내압(입자 내압)과 외압(캐비티 내압력)을 균형잡으면서 발포(팽창)시켜, 즉 감압 제어하여 이 발포(팽창)량을 조절하여, 발포성 수지 입자의 상호 간에 공간(용적 기공율)을 남기면서, 또한 가압시켜 접촉면에서는 융착시키려고 하는 점에 있다. 따라서, 본 발명의 발포 성형체의 실질적 구성 재료인, 상기한 소정의 용적 기공율을 가지는 3차원 미세 기공을 갖추면서 소정의 파열 강도와 휨한계 강도로 융착 결합한 발포셀로 이루어지는 발포 성형체를 얻을 수 있다.

또한, 일반적으로, 감압 속도를 크게하면 팽창이 촉진되어 용적 기공율은 저하되고, 감압 속도를 작게 하면 팽창이 억제되어 용적 기공율은 증대하게 되지만, 발포성 수지 입자의 발포 특성은, 수지 종류나 예비 발포 처리에 의해 변화되므로, 감압 속도의 정도, 감압 곡선, 및 제어 종료 압력 c의 값은 미리 사용하는 발포성 수지 입자에 따라 예비 테스트를 행하여 정하는 것으로 한다.

이 압력 제어는, 사용하는 발포성 수지 입자의 융착 완료 온도의 b점에 이를 때까지 행하는 것이 적당하다. 이 융착 완료 온도는, 발포셀의 융착이 진행하지 않게 되는 온도이므로, 이 온도 이하로까지 압력 제어해도 목적으로 하는 효과를 기대할 수 없다.

또한, 발포성 수지 입자는 폴리스티렌 수지로 한정되지 않지만, 폴리올레핀 수지의 경우는, 하한 융착 온도, 상한 융착 온도 및 융착 완료 온도가 폴리스티렌 수지에 비해 높아지는 것은 물론이다.

이상 설명한 B3의 발포 융착 공정 후, B4의 냉각·인출 공정으로 되지만, 이 공정은 종전의 A4의 냉각·인출 공정과 마찬가지이다.

따라서, 본 발명의 발포 성형체를 구성하는 경우의, 인접하는 발포셀 그 자체가 연화 용융되어 결합해 있고, 용적 기공율이 10~40%인 3차원 미세 기공과 적어도 10N의 휨한계 강도를 가지는 발포 성형체를 얻을 수 있다.

또한, 이 발포 융착 공정에서의 압력을 제어하는데 있어서, 형 내에 충만되어 있는 가열 수증기를 미리 공기로 치환하거나, 또는 그 압력 제어를 행하면서 가열 수증기를 공기로 치환하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 압력 제어 시에 통상, 수증기의 대부분은 응축수로 변화되는 것이지만, 그 경우, 큰 용적 변화가 따르는 동시에, 액화(液化)의 현열(顯熱)이 발생하는 등하여, 공정 중인 온도·압력의 예상 외의 영향을 줄 우려가 있으므로, 압력 제어의 안정성을 해칠 우려가 있기 때문이다. 또한, 공기를 사용하는 경우는, 수증기와 비교하여 온도의 승강 제어도 용이하게 행할 수 있는 이점도 얻어진다.

<본 발명 방법의 제2 실시형태>

다음에, 제2 실시형태를 도 6을 참조하여 설명한다. 제2 실시형태에서는, 가열 수증기의 존재 하에, 그 발포성 수지 입자를 융착 온도로 가열했을 때, 형 내 압력보다 고압의 제어용 공기를 형 내에 도입하고, 형 내를 보다 고압 상태로 가압한다. 그리고, B1), B4), B5)의 각 공정은 제1 실시 형태와 같다.

B2) 융착 온도 가열 공정: 발포 수지 입자를 발포(팽창)시키고, 또한 융착시켜, 캐비티 형상에 따른 소정의 형상으로 성형하기 위해, 가열 수증기에 의해 전체를 가열하여 얼룩없이 융착 온도로 가열하는 공정. 그리고, 이 공정 후반에서는, 발포 폴리스티렌 수지 입자는, 융착 온도에 상당하는 증기압으로 가열되고 있으므로, 융착 가능한 온도에 이르고, 발포 성분의 발포압이 급격하게 상승하고, 발포가 진행하여, 지금까지의 유동 가능한 상태로부터, 인접하는 다수의 입자는 접촉 상태가 되고, 그 접촉 부분에서는 융착이 시작되어, 진행되고 있는 상태에 이르고 있다.

B3) 발포 융착 공정: B2공정에 이어서, 발포성 수지 입자의 발포(팽창)량을 제어하고 공극을 형성하면서 발포셀의 융착을 완성시키는 공정이다. 도 5 (B)에 나타낸 제1 실시형태에서는, 증기의 공급과 배기를 조절하여, 압력 곡선(5)을 a점으로부터 c점으로 서서히 저하시키는데 대하여, 도 6에서는 형 내가 균일한 설정 융착 온도로 되고, 융착이 시작된 a점에 있어서 제어용 공기를 도입하여 형 내 압력을 보다 고압인 A점까지 가압한다. 이 가압 조작 후, 제어 종료 압력 B점까지 제어하면서 감압하고 있다. 이 제어 종료 압력 B점은, 온도가 융착 완료 온도인 b점에 상당하는 압력이다.

본 발명의 제어용 공기에 의한 고압 가압의 목적은, 융착 온도에 이른 폴리스티렌 발포성 수지 입자가 극히 불안정한 발포 내압이므로, 근소한 감압이 원인으 로 순간적으로 팽창하여 입자 상호 간의 공극을 매립한다는 융착 상태가 출현한다는, 폭발적 융착 현상이 일어나는 것을 방지하는 점에 있다. 그 후에 압력 제어함으로써, 입자의 내압(입자 내압)과 외압(캐비티 내압력)을 균형잡으면서, 발포성 수지 입자의 상호 간에 공극(용적 기공율)을 남기면서, 접촉면에 융착부를 형성할 수 있는 것이다.

이와 같은 목적에는, 스팀이 아니고 공기를 사용할 필요가 있다. 스팀과 비교하여 공기는 발포 입자의 내부에 침입하기 어렵기 때문에, 입자에 대한 외압 제어가 용이하게 되기 때문이다. 또한, 이 목적으로 하는 제어용 공기로서는, 그 온도와 압력을 적당히 설정하는 것이 중요하다. 본 발명에 있어서 도입되는 상기 제어용 공기는, 형 내 압력을 융착 온도로 가열했을 때의 형 내 압력의 1.5배 이상, 바람직하게는 2배 이상으로 가압할 수 있는 압력을 가지는 가압 공기가 최적이다. 또한, 그 제어용 공기의 온도는, 도입시의 형 내 온도~상온의 범위가 바람직하다.

상기 제어용 공기의 조건이 바람직한 이유는, 압력이 1.5배 미만에서는, 상기한 폭발적 융착 현상을 충분히 방지할 수 없어, 3차원 연통 기공에 부분적 불균일이 발생하고, 또한 3배 초과의 고압인 경우는 그 이상으로는 방지 효과를 기대할 수 없기 때문이다. 또한, 온도가 상기한 범위 밖에서는, 모두 발포 성형체의 융착 상태에 불균일이 생기기 쉬워, 균일한 발포 성형체를 얻기 어렵다.

또한, 일반적으로, 감압 속도를 크게 하면 팽창이 촉진되어 용적 기공율은 저하되고, 감압 속도를 작게 하면 팽창이 억제되어 용적 기공율은 증대하게 되지만, 발포성 수지 입자의 발포 특성은, 수지 종류나 예비 발포 처리에 의해 변화되 므로, 감압 속도의 정도, 감압 곡선, 및 제어 종료 압력의 값은 미리 사용하는 발포성 수지 입자에 따라 예비 테스트를 행하여 정하는 것으로 한다. 여기서, 융착 완료 온도는 상기 융착 현상이 진행하지 않게 되는 온도를 말한다.

그리고, 융착 온도나, 융착 완료 온도는, 사용하는 발포성 수지 입자의 주로 수지 종류에 따라 정해지는 값이며, 예를 들면, 폴리스티렌 수지의 경우는, 하한 융착 온도는 90~100°C이며, 상한은 105°C까지가 바람직하다. 또한, 융착 완료 온도는 110~120°C이다. 따라서, a점에 있어서의 설정 융착 온도는, 이 하한 융착 온도를 기준으로 하여 상한까지의 사이로 설정하는 것이다. 따라서, 인접하는 발포셀 그 자체가 연화 용융한 융착부에서 결합한 본 발명의 발포 성형체를 얻을 수 있다.

그리고, 상기 제어용 공기의 영향을, 형의 코어벤트에 의해 컨트롤할 수 있다. 즉 부분적으로부터 포러스(porous)형의 제품을 얻기 위해, 형의 코어벤트를 통상보다 많이 열어, 도입되는 제어용 공기의 영향을 크게 하거나, 역으로 코어벤트를 통상보다 적게 하여, 도입되는 제어용 공기의 영향을 억제할 수 있다.

실시예

(제1 실시예)

다음에, 폴리스티렌 수지로 이루어지는 자동차용 내장 부재에 사용하는 발포 성형체의 제조 방법과 이에 의해 얻어진 발포 성형체의 특성을 설명한다. 그리고, 제조 조건의 제원은 다음과 같고, 도 9에 성형 과정의 제품 내부 온도(6a), 금형 온도(평균)(6c), 형 내 압력(6)의 변화를 나타낸다.

a. 사용 발포 수지

종류= 폴리스티렌 수지, 입도(粒度)= 2.5~3.5mm, 예비 발포 처리= 완료.

b.금형

캐비티의 양측에 벤트홀(vent holes)을 구비한 가열 수증기에 의한 통상의 가열 타입의 개폐 금형.

c. 융착 온도 가열 공정까지의 온도 상승 공정

발포 수지 입자의 충전, 챔버 내 배기, 캐비티 내의 가열 증기에 의한 일방향 배기, 동일하게 역방향 배기 등은 종래부터 알려져 있는 조건으로 행한다.

d. 융착 온도 가열 공정

양쪽의 챔버에 0.05~0.1MPa의 가열 수증기를 약 3초간 도입하고, 캐비티 내의 발포 수지 입자를 설정 융착 온도 110°C로 까지 가열한다.

e. 발포·융착공정

가열 종료의 a 점에서 수증기의 공급을 멈추고 제어용 공기를 약 3초간 공급하고, 형 내를 가압 압력의 표 1의 압력까지 가압한다. 이 때, 융착 온도에까지 달하고 있는 제품 내부 온도는, 제품 내부에 갖힌 수증기에 의해 다시 온도가 상승하고, 발포셀은 서로 융착하여 융착부를 형성하는 동시에, 압축되어 융착부는 가교(架橋) 상태로 형성된다. 형 내 압력은, 제어용 공기에 의해 단시간, 바람직하게는 5초간 이내의 단시간에 소정의 압력으로 가압한다.

제어용 공기를 도입하기 직전에는, 제품 내부 온도는 융착 온도에 달해 있는 것이 중요하며, 이 상태에서 그 때의 포화 압력보다 고압의 공기를 도입하여, 형 내 압력을 상기한 바와 같이 고압으로 가압하면, 발포셀 내 및 셀 사이의 수증기가 순간적으로 압축되는 것이 원인이라고 생각되는, 제품 내부 온도의 일시 목표 상승 현상을 볼 수 있다. 이 온도 상승이 셀 사이의 융착을 촉진하는 것으로 추측된다. 동시에, 높은 제어압력(0.1~0.2MPa)은, 온도 상승에 의해 증가 경향의 발포압(0.1~0.12MPa)을 가지는 융착 상태의 발포셀을 압입(押入)하도록 기능하므로, 셀 사이에 가로지르는 가교 상태의 융착부가 형성되게 된다.

f. 냉각 공정

상기한 제어용 공기로 가압된 압력을 유지한 상태로 챔버 내에 냉수를 주수(注水)하여 냉각시킨다.

g. 대기 냉각·이형(離型) 공정

그 후 챔버의 배기 밸브를 열어 내부의 기체를 배기하고, 금형을 열어 성형체를 인출한다.

따라서, 얻어진 발포 성형체는, 표 1에 나타낸 물성을 가지고 있었다. 실시예 시료로부터 3차원 연통 기공과 강도를 아울러 가지는 발포 성형체를 얻을 수 있었지만, 가압 압력이 낮은 경우는, 시료 1에서는 통기량이 적고, 또한 변동된다. 이에 대하여 가압 압력을 형 내 압력의 1.5배 이상으로 한 경우에는 부위에 따른 불균일이 적어지고, 2배 이상에서는 불균일은 거의 없어져, 기공율, 강도, 흡음성 등 바람직한 품질을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 그리고, 비교예 11은 종래의 성형법으로 얻어진 성형체이며, 강도면에서 우수하지만 본 발명의 목적으로 하는 기공 구조를 얻을 수는 없다. 또한, 실시예 시료의 컷 단면을 관찰한 결과, 발포 셀은 대략 원형 내지 긴 원형 단면을 가지는 입체로서, 각각에 접하는 발포셀이 접촉면에 있어서 그 자체가 연화 용융되어 결합되어 있는 것이 인정되었다.

또한, 이와 같은 발포셀로 에워싸인 공간은, 성형체 내에 망의 눈과 같이 연통된 기공을 구성하고, 전체적으로 3차원 세공 구조가 만들어지고 있는 경우도 관찰되고, 그 흡음 특성은, 시료 두께 15mm, 100~3000Hz의 주파수 영역의 측정(JIS-A1405)에 있어서, 흡음 비율이 30% 이상의 피크를 가지는 저음 흡음성이 우수한 점을 확인할 수 있었다.

[표 1]

실시예 시료는, 핸들링은 물론, 구조 부재로서 이용 가능한 강도를 가지는 것이 확인되었다. 또한, 그 컷 단면의 관찰 결과, 각각에 접하는 발포셀이 접촉면에 있어서 그 자체가 연화 용융되어 결합되어 있는 것이 인정되었다. 특히, 시료 2, 3, 4의 경우에는, 도 4 (B)에 나타낸 바와 같은, 융착부(2c)에 의해 결합되는 발포셀(11, 11)이 이격된 위치 관계를 가지며, 또한 그 융착부(2c)가 양자 사이에 가로지르는 가교 상태로 형성되어 있는 상태가 명료하게 관찰되었다.

이와 같이 본 발명의 발포 성형체는, 3차원 세공 구조에 의한 흡음 효과와 발포 수지가 가지는 본래의 재료 강도, 내열성, 내구성을 가지고 있으므로, 자동차용 내장 부재 외에도, 차량용 플로어 플랫재, 주택벽 등 건축물용 흡음재, 산업 기기용, 도로의 소음방지용, 공장이나 지하철 등의 배기 소음 덕트용 등의 각종 소음방지용 흡음체에 넓리 유용한 것이 확인되었다.

그리고, 표 1에 나타낸 통기량은, 금형의 철면(凸面) 및 요면(凹面)에 접한 시료면 5개소를 대상으로 하여 측정한 평균값이다. 측정은, 프리 상태로 매분 3OL의 공기를 2.5cm²의 선단부으로부터 토출할 수 있는 노즐을 측정부에 밀착시키고, 그 1분간당의 평균 통기량을 측정하는 방법으로 행하였다. 평균 용적 기공율은, 융착전의 비즈(beads) 상태의 간극 공간을 기공율 100%로 한 값이다. 휨한계 강도는, 상기한 바와 같이 JIS-K7221 규정 방법으로 측정한 것이다. 흡음성은 JIS-A1405에 규정되는 수직 입사 흡음 비율 측정기를 사용하고, 시료는 두께 15mm, 50~1600Hz의 주파수 영역의 측정을 행하고, 상기 JIS에 있어서의 흡음 비율이 30% 이상의 경우를 ◎, 20~30%를 ○, 20% 이하의 경우를 ×로 표시했다.

(제2 실시예)

다음에, 본 발명의 제2 실시예의 제조 방법에 대하여 설명한다.

이 경우의 실시 조건은, 제1 실시예의 경우와 이하의 부분을 제외하고는 마찬가지이다. 또한, 도 10에 성형 과정의 형 내 온도(6a), 금형 온도(평균)(6c), 형 내 압력(6)의 변화를 나타낸다.

이 제2 실시예에서는, 온도 상승 공정의 챔버 내 배기, 캐비티 내의 가열 증기에 의한 일방향 배기, 동일하게 역방향 배기 등의 종료 시점에서, 제어용 공기 도입 공정을 거쳐 가열 수증기로부터 캐비티 내의 발포 수지 입자를 설정 융착 온도로 가열하는 융착 온도 가열 공정이 있다. 그리고, 그에 이어 제어용 공기를 도입하여 행하는 발포·융착 공정이 행해지고, 그 후, 제어용 공기로 가압된 압력을 유지한 상태에서 챔버 내에 냉수를 주수(注水)하여 냉각시키는 냉각·인출 공정이 있고, 챔버의 배기 밸브를 열어, 외부로 기체를 배기하고, 대기 상태로 냉각 이형(離型)되는 등의 냉각 이형 공정으로 되는 것이 있다.

이 제2 실시예에서는, 융착 온도 가열 공정 B2의 전후에 제어용 공기를 도입하는 공정이 배치되어 있지만, 전자의 제어용 공기 도입 공정 B31은, 온도 상승 공정 B1의 종점 a1에 있어서, 부분적으로 융착 온도에 이른 발포 입자의 융착이 진행되어 기공 구조가 불균일한 것을 방지하기 위해, 제어용 공기를 도입하여 압력 A1까지 가압하여 발포 입자를 압축하는 동시에 약간 냉각하여 융착하는 것을 억제하는 조작이다.

그리고, 제1 실시예와 마찬가지로, 다음에, 계속되는 융착 온도 가열 공정 B2의 종점 a2에 있어서, 제어용 공기를 도입하여 압력 A2로 가압하는 발포·융착공정 B32로 이행하여, 먼저 동일하게, 입자의 내압(입자 내압)과 외압(캐비티 내압력)을 균형잡으면서, 발포성 수지 입자의 상호 간에 공극(용적 기공율)을 남기면서, 접촉면에 융착부를 형성하는 것이다. 따라서, 제1 실시예의 경우와 마찬가지 물성의 발포 성형체를 얻을 수 있지만, 제어용 공기로서는 제1 실시예의 경우보다 저압의 공기를 이용할 수 있으므로, 이 점에서는 유리하게 된다.

Claims (18)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 형(型) 내에 충전된 발포성(發泡性) 수지 입자를 가열 발포하여 얻어지는 무수한 발포셀로 구성되는 발포 성형체로서, 인접하는 발포셀은 그 자체가 용융한 융착부에 의해 결합되어, 상기 무수한 발포셀의 사이에 3차원 연통 기공이 형성되어 있고, 또한 적어도 10N의 휨한계 강도를 가지는, 발포 성형체의 제조 방법으로서,

   상기 발포성 수지 입자를 가열 수증기의 존재 하에서, 그 발포성 수지 입자의 융착 온도로 가열한 후, 상기 발포성 수지 입자의 내압과 외압과의 균형을 잡으면서 발포시켜 발포성 수지 입자의 발포량을 조절하고, 상기 발포성 수지 입자의 상호 간에 공간을 남기면서, 가압시켜 접촉면에서 융착시키도록 압력 제어를 행하여, 상기 무수한 발포셀의 사이에 용적 기공율이 10~40%인 3차원 연통 기공을 형성하는 것을 특징으로 하는, 발포 성형체의 제조 방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 압력 제어를, 발포성 수지 입자의 융착 완료 온도까지 행하는, 발포 성형체의 제조 방법.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 발포성 수지 입자를 융착 온도로 가열한 후, 압력 제어하면서 냉각시키되, 미리 형 내의 가열 수증기를 공기로 치환하여 두는, 발포 성형체의 제조 방법.
12. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 발포성 수지 입자를 융착 온도로 가열한 후, 압력 제어하면서 냉각시키되, 형 내의 가열 수증기를 공기로 치환하면서 행하는, 발포 성형체의 제조 방법.
13. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 발포성 수지 입자를 가열 수증기의 존재 하에서, 그 발포성 수지 입자의 융착 온도로 가열했을 때, 형 내 압력보다 고압의 제어용 공기를 형 내에 도입하여 형 내를 보다 고압 상태로 가압하는 압력 제어를 행하는, 발포 성형체의 제조 방법.
14. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 형 내 압력의 1.5배 이상의 제어용 공기를 형 내에 도입하여 형 내를 보다 고압 상태로 가압하는, 발포 성형체의 제조 방법.
15. 제13항에 있어서,

    상기 형 내에 도입하는 제어용 공기의 온도는, 도입시의 형 내 온도에서 상온(常溫)까지의 범위인, 발포 성형체의 제조 방법.
16. 제9항에 있어서,

    외부의 배관에 연통되는 개별 통로를 설치한 형을 사용하고, 증강 발포체를 부가하여 보강된 발포 성형체를 제조하는, 발포 성형체의 제조 방법.
17. 제13항에 있어서,

    상기 제어용 공기의 영향을, 형의 코어벤트(core vent)에 의해 컨트롤하는, 발포 성형체의 제조 방법.
18. 삭제

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