KR101296446B1 - 장섬유 강화 고강도 합성목재 제조용 압출다이, 이를 포함하는 제조장치와 제조방법 및 이로부터 제조된 합성목재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 장섬유 강화 고강도 합성목재 제조용 압출다이, 이를 포함하는 제조장치와 제조방법 및 이로부터 제조된 합성목재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중공의 사각 금형틀(10), 상기 금형틀의 일측 이상의 가장자리 내면 수직방향을 따라 형성된 다수의 연속섬유 투입구(11) 및 상기 금형틀 내부에 설치되고 상기 연속섬유 투입구(11)와 연통된 연속섬유 배출관(20)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 고강도 합성목재 제조용 압출다이, 이를 포함하는 제조장치와 제조방법 및 이로부터 제조된 합성목재에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 실제의 목재와 같이 장섬유가 배향되어, 뛰어난 기계적 강도가 발현되는 장섬유 강화 고강도 합성목재를 제공하는 효과가 있다.
합성목재, 고강도, 연속섬유, 압출다이, 연속섬유 배출관, 배향
Description
본 발명은 장섬유 강화 고강도 합성목재 제조용 압출다이, 이를 포함하는 제조장치와 제조방법 및 이로부터 제조된 합성목재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조되는 합성목재 내에 뛰어난 기계적 강도가 발현되도록 실제의 목재와 같이 장섬유를 배향시킬 수 있는, 장섬유 강화 고강도 합성목재 제조용 압출다이, 이를 포함하는 제조장치와 제조방법 및 이로부터 제조된 합성목재에 관한 것이다.
합성목재는 PVC, PP, PE 또는 ABS 수지 등의 합성수지에 목분, 목섬유 또는 유리섬유 등을 혼합한 다음, 이를 압출 또는 사출하여 제조하는 복합소재이다.
종래의 합성목재에는 대부분 목분이 사용되었고, 강도 개선을 위해 목섬유 또는 유리섬유 등의 장섬유를 첨가하는 시도들이 있었으나, 상기 합성수지와 장섬유를 혼련하는 과정에서 스크류에 의해 장섬유가 절단될 수 밖에 없어 그에 의한 강도 개선에 한계가 있었다.
따라서, 절단되지 않은 장섬유를 포함하여 강도가 현저히 개선된 합성목재의 개발이 필요한 실정이다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 제조되는 합성목재에 뛰어난 기계적 강도가 발현되도록 실제의 목재와 같이 장섬유를 배향시킬 수 있는, 장섬유 강화 고강도 합성목재 제조용 압출다이, 이를 포함하는 제조장치와 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조된 장섬유 강화 고강도 합성목재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중공의 사각 금형틀(10), 상기 금형틀의 일측 이상의 가장자리 내면 수직방향을 따라 형성된 다수의 연속섬유 투입구(11) 및 상기 금형틀 내부에 설치되고 상기 연속섬유 투입구(11)와 연통된 연속섬유 배출관(20)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 고강도 합성목재 제조용 압출다이, 이를 포함하는 제조장치와 제조방법 및 이로부터 제조된 합성목재를 제공한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 실제의 목재와 같이 장섬유가 배향되어 뛰어난 기계적 강도가 발현된 장섬유 강화 고강도 합성목재를 제공하는 효과가 있다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 장섬유 강화 고강도 합성목재 제조용 압출다이(100)는 중공의 사각 금형틀(10), 상기 금형틀의 일측 이상의 가장자리 내면 수직방향을 따라 형성된 다수의 연속섬유 투입구(11) 및 상기 금형틀 내부에 설치되고 상기 연속섬유 투입구(11)와 연통된 연속섬유 배출관(20)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 장섬유 강화 고강도 합성목재 제조용 압출 금형은 기존의 중공의 사각 금형틀(10), 상기 금형틀(10)의 일측 이상의 가장자리 내면에서 금형 내부로 수직 또는 일정 각도의 방향으로 형성된 연속 섬유 투입구(11)로 이루어져 있으며, 금형틀(10) 내부에서 섬유가 배출될 수 있는 배출관(20)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 배출관(20)은 최종 제품의 형상이 중공 구조의 제품일 경우는 중공 형상을 만들어주는 금형 내의 심축을 이용할 수 있고, 최종 제품의 형상이 속이 찬 솔리드 제품일 경우에는 짧은 배출관(20)을 통해 연속 섬유가 배출될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 연속섬유는 가늘고 길게 연속된 섬유로 정의될 수 있고, 상기 장섬유는 압출물 또는 합성목재 내에 포함되되, 압출기(200) 내의 스크류에 의하여 절단되지 않은 길이가 긴 섬유로 정의될 수 있다.
상기 연속섬유 투입구(11)로 연속섬유가 공급되고, 공급된 연속섬유는 상기 연속섬유 배출관(20)을 거쳐 상기 금형틀(10) 내부로 유입되는데, 이 금형틀(10) 내부로 유입된 연속섬유에 압출기로부터 토출된 합성수지의 용융압출물이 함침됨과 동시에 판넬 형태로 압출성형된다.
상기 연속섬유의 금형틀(10) 내부로의 유입방향은 상기 용융압출물의 토출방향과 일치하는 것이 바람직하다.
상기 장섬유 강화 고강도 합성목재 제조용 압출다이(100)를 하기 도 1에 간략히 도시하였다.
본 발명의 장섬유 강화 합성목재의 제조장치는 a) 합성수지 및 첨가제를 용융혼련하는 압출기(200); 및 b) 중공의 사각 금형틀(10), 상기 금형틀의 일측 이상의 가장자리 내면 수직방향을 따라 형성된 다수의 연속섬유 투입구(11) 및 상기 금형틀 내부에 설치되고 상기 연속섬유 투입구(11)와 연통된 연속섬유 배출관(20)으로 구성된 압출다이(100); 를 포함하여 이루어지되, 상기 압출다이(100)는 상기 압출기(200)의 말단에 연결되어 상기 압출기로부터 토출되는 용융압출물을 패널 형태로 만듬과 동시에, 상기 연속섬유 투입구(11) 및 연속섬유 배출관(20)을 통해 유입되는 연속섬유에 함침시키는 것을 특징으로 한다.
상기 연속섬유는 상기 연속섬유 배출관(20)을 통해 압출방향으로 금형틀(10)의 내부로 유입되고, 유입된 연속섬유는 토출되는 용융압출물이 함침됨과 동시에 이에 의하여 끌려나와, 별도의 구동장치 없이도 연속적으로 압출다이(100)에 공급될 수 있다. 이때 장섬유 함량을 조절하기 위해 장섬유는 압출다이(100)로 보낼 수 있는 방사장치에 다발로 묶여 있다.
상기 장섬유 강화 고강도 합성목재의 제조장치는 상기 압출다이(100)로부터 형성되어 나온 패널을 냉각하는 장치(300), 냉각된 패널을 인출하여 후속장치로 이송하는 인취장치(400) 및 인취된 패널을 소정의 크기 및 형태로 절단하는 커팅장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 장섬유 강화 고강도 합성목재의 제조장치는 종래기술과 달리 압출성형 과정에서 장섬유가 절단되지 않아 고강도의 합성목재를 제조한다.
상기 장섬유 강화 고강도 합성목재의 제조장치의 일례를 하기 도 2에 간략히 도시하였다.
본 발명의 장섬유 강화 고강도 합성목재의 제조방법은 a) 압출다이(100)의 다수의 연속섬유 투입구(11) 및 연속섬유 배출관(20)을 통하여 연속섬유를 압출다이(100) 내부로 유입하는 단계; b) 합성수지 및 첨가제를 압출기(200)에 투입하여 용융혼련물을 제조하는 단계; 및 c) 제조된 용융혼련물을 상기 a)단계의 압출다이(100)를 이용하여, 유입된 연속섬유에 함침시킴과 동시에 패널 형태로 압출하는 단계; 를 포함하되, 상기 연속섬유 투입구(11)는 상기 압출다이(100)의 일측 이상의 가장자리 내면 수직방향을 따라 형성되고, 상기 연속섬유 배출관(20)은 상기 연속섬유 투입구(11)와 연통되면서 상기 압출다이(100) 내부에 설치되고, 상기 연속섬유는 용융혼련물에 끌려들어가는 힘에 의하여 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 합성수지는 통상의 합성목재에 사용되는 합성수지인 경우 특별히 제한되지 않으나, 환경 친화성을 고려하는 경우 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티 렌, ABS 등이 바람직할 수 있다.
상기 첨가제는 장섬유의 표면 개질을 위해 MAPP(무수말레인산으로 개질된 폴리프로필렌) 또는 실란커플링제 등일 수 있다.
상기 연속섬유는 유리섬유, 목섬유, 탄소섬유, 철심 또는 이들의 혼합일 수 있고, 그 형태로는 섬유다발일 수 있으며, 연속섬유 투입구(11)에 투입되기 전, 함침되는 용융압출물인 합성수지와 잘 결합될 수 있도록, 결합제로 처리되는 것이 바람직할 수 있다. 상기 결합제는 무수말레인산 또는 실란커플링제 등의 친수기와 소수기를 지닌 결합제인 것이 바람직하다.
상기 연속 섬유의 함량은 최종 제품 무게 대비 50중량% 이하인 것이 바람직한데, 이를 초과하면 투입되기도 어려울 뿐 아니라 투입된다 하더라도 함침되기 어렵기 때문이다.
상기 연속 섬유의 함량조절 방법은, 장섬유가 묶여있는 방사장치의 회전수로 조절 가능한 것으로, 그 계산식은 다음과 같다.
상기 수학식에서 장섬유 함량은 용융압출물의 압출 속도와 관련되어 있다. 예를 들어, 최종 제품의 1m당 무게가 3kg이라고 하면, 용융 압출물을 분당 1m의 압출 속 도로 압출할 경우 분당 3kg의 용융 압출물이 나온다고 볼 수 있으며, 이에 장섬유를 50중량% 함유하고자 할 경우 분당 1.5kg의 장섬유를 공급하여 주면 된다. 즉, 상기 계산식에 의해 분당 1.5kg의 장섬유가 공급될 수 있도록 방사장치의 회전수를 조절할 수 있다.
본 발명의 장섬유 강화 고강도 합성목재는 장섬유 강화 합성목재의 제조장치에 의하여 또는 제조방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 장섬유 강화 고강도 합성목재는 유리섬유 또는 목섬유 등이 절단됨 없이 포함되어, 종래 단섬유(Short-fiber, 길이 5mm 이하)를 포함하는 합성목재의 기계적 강도에 비하여 현저히 뛰어남을 확인할 수 있었다.
이상의 본 발명에 따른 장섬유 강화 고강도 합성목재 제조용 압출다이, 이를 포함하는 제조장치와 제조방법 및 이로부터 제조된 합성목재는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
도 1은 본 발명의 장섬유 강화 고강도 합성목재 제조용 압출다이를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 장섬유 강화 고강도 합성목재의 제조장치를 개략적으로 도시한 장치도이다.
*도면의 주요 부호에 대한 설명*
10: 금형틀
11: 연속섬유 투입구
20: 연속섬유 배출관
100: 압출다이
200: 압출기
300: 냉각기
400: 인취기
Claims (7)
- 삭제
- a) 합성수지 및 첨가제를 용융혼련하는 압출기(200); 및b) 중공의 사각 금형틀(10), 상기 금형틀의 일측 이상의 가장자리 내면 수직방향을 따라 형성된 다수의 연속섬유 투입구(11) 및 상기 금형틀 내부에 설치되고 상기 연속섬유 투입구(11)와 연통된 연속섬유 배출관(20)으로 구성된 압출다이(100); 를 포함하여 이루어지되,상기 압출다이(100)는 상기 압출기(200)의 말단에 연결되어 상기 압출기로부터 토출되는 용융압출물을 패널 형태로 제조함과 동시에, 상기 연속섬유 투입구(11) 및 연속섬유 배출관(20)을 통해 유입되는 연속섬유에 함침시키며,상기 연속섬유는 상기 토출되는 용융압출물에 끌려 들어가는 힘에 의해 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 고강도 합성목재의 제조장치.
- a) 중공의 사각 금형틀(10)과, 상기 금형틀(10)의 일측 이상의 가장자리 내면 수직방향을 따라 형성된 다수의 연속섬유 투입구(11) 및 상기 금형틀 내부에 설치되고, 상기 연속섬유 투입구(11)와 연통된 연속섬유 배출관(20)으로 구성된 압출다이(100) 내에 다수의 연속섬유 투입구(11) 및 연속섬유 배출관(20)을 통하여 연속섬유를 압출다이(100) 내부로 유입하는 단계;b) 합성수지 및 첨가제를 압출기(200)에 투입하여 용융혼련물을 제조하는 단계; 및c) 제조된 용융혼련물을 상기 a)단계의 압출다이(100)를 이용하여, 유입된 연속섬유에 함침시킴과 동시에 패널 형태로 압출하는 단계; 를 포함하되,상기 연속섬유 투입구(11)는 상기 압출다이(100)의 일측 이상의 가장자리 내면 수직방향을 따라 형성되고, 상기 연속섬유 배출관(20)은 상기 연속섬유 투입구(11)와 연통되면서 상기 압출다이(100) 내부에 설치되고, 상기 연속섬유는 용융혼련물에 끌려 들어가는 힘에 의하여 연속적으로 공급되며,상기 연속섬유는, 유리섬유, 목섬유, 탄소섬유, 철심 또는 이들의 혼합으로 이루어짐과 아울러, 합성수지와의 결합이 용이하도록 결합체 처리된 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 고강도 합성목재의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 3항에 있어서,상기 합성수지는, 폴리올레핀인 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 고강도 합성목재의 제조방법.
- 제 3항 또는 제 6항의 제조방법에 따라 제조된 장섬유 강화 고강도 합성목재.
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