KR101310395B1 - 파형관 및 이의 제조방법 - Google Patents

파형관 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파형관 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 상기 파형관은 폴리에스테르/폴리에테르 공중합체 94.5~97 중량%, 카본블랙 1~4 중량%, 충격보강제 0.01~3 중량%, 무기섬유 0.1~3 중량% 및 금속화합물 0.5~3 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

파형관 및 이의 제조방법 {CORRUGATD PIPE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 파형관 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 특정 성분을 포함하여 가요성, 복원성 및 물리적 성질이 우수한 파형관 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
파형관은 몸체에 연속으로 주름이 형성되어 온도 및 압력의 변화에 따라 신축하면서 내장부품들을 보호하는 관체이다. 상기 파형관은 나선형 및 파형으로 조관 가공되어 생산되며, 하중 및 반력이 관둘레에 균등하게 분포되어 내하력이 커서 수로, 통로, 지중 전선용 관로 및 기타 각종 구조물에 사용된다. 또한 파형관은 경량으로 취급이 용이하므로 조립과 시공이 모두 간단하고 경제적이며, 부식에 강하고 수명이 긴 장점이 있다.
특히 지중 전선용 관로 등에 사용되는 파형관은 내부 전선 케이블을 보호하기 위하여 기밀성이 중요시된다. 따라서 파형관의 연결부를 최소화하기 위하여 그 길이가 일반적으로 30~60m로 성형된다. 따라서 상기 파형관의 보관시에는 일반적으로 원형 또는 나선형으로 굴곡하여 보관하지만, 겨울철등 기온이 낮은 기온에서 장기간 보관하는 경우 상기 굴곡된 파형관을 다시 복원하기 어려워지며, 복원을 위해 외력을 가하면 상기 파형관이 쉽게 파열되는 문제점이 있었다.
게다가, 지중에 매설하는 파형관은 곡선상으로 배관되는 경우 양측 횡방향절곡부의 에지에 굽힘 응력이 집중되면서 쉽게 파열되어 직선상으로 배관할 때 보다 안정성이 결여되고 사용수명이 더욱 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 가요성(可撓性) 및 복원성이 우수한 파형관을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 물리적 강도, 난연성, 내구성 및 내식성이 우수한 파형관을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 파형관의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 파형관에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 파형관은 폴리에스테르/폴리에테르 공중합체 94.5~97 중량%, 카본블랙 1~4 중량%, 충격보강제 0.01~3 중량%, 무기섬유 0.1~3 중량% 및 금속화합물 0.5~3 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 충격보강제는 폴리에틸렌계, MBS계(Methyl metacrylate-Butadiene-Stylene), 아크릴계 및 부타디엔계 중에서 1종 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 무기섬유는 유리섬유, 탄소섬유 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
상기 금속화합물은 산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화칼륨, 염화칼륨, 염화아연 및 황화칼슘 중에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한 구체예에서 상기 파형관은 산화방지제, 핵제, 계면활성제, 충전제, 가소제, 활제, 항균제, 이형제, 열안정제, 광안정제, 상용화제, 착색제, 정전기방지제, 안료, 염료 및 방염제 중에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명에 따른 파형관은 가요성 및 복원성이 우수하고, 물리적 강도, 난연성, 내구성 및 내식성이 우수하여 지중 매설용 전선관, 하수관 및 배수관 등으로 사용할 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 파형관에 관한 것이다.
상기 파형관은 폴리에스테르/폴리에테르 공중합체, 카본블랙, 무기섬유 및 금속화합물을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 파형관은 폴리에스테르/폴리에테르 공중합체 94~99 중량% 및 카본블랙 1~6 중량%를 포함할 수 있다.
상기 폴리에스테르/폴리에테르 공중합체로는 바람직하게 하이트렐(hytrel)을 사용할 수 있다. 상기 하이트렐(hytrel)은, 듀퐁(DuPont)사에서 시판하고 있는 열가소성 엘라스토머이다. 상기 하이트렐을 포함시 본 발명의 물리적 강도, 가요성 및 복원성이 우수할 수 있다. 상기 하이트렐은 상기 파형관 전체중량에 대하여 94~99 중량% 포함될 수 있다. 바람직하게는 94~98 중량% 포함될 수 있다. 더욱 바람직하게는 94.5~97 중량% 포함될 수 있다. 94 중량% 미만으로 포함시 상기 파형관의 가요성 및 복원성이 저하되며, 99 중량%를 초과하여 포함시 상기 파형관의 충격강도 또는 인장강도가 저하될 수 있다.
상기 충격보강제는 상기 파형관의 내충격성을 강화하는 목적으로 포함될 수 있다. 상기 충격보강제로는 폴리에틸렌계, MBS계(Methylmetacrylate-Butadiene-Stylene), 아크릴계 및 부타디엔계 중에서 1종 이상 포함하여 사용할 수 있다. 여기서 상기 폴리에틸렌계로는 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE)등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 카본블랙은 시판되는 통상적인 제품을 사용할 수 있다. 상기 파형관의 내구성 및 내열성을 향상시키며, 특히 상기 카본블랙을 사용시 파형관의 옥외 보관시 자외선에 대한 안정성이 높아 내후성이 우수할 수 있다. 상기 카본블랙은 상기 파형관 전체중량에 대하여 1~6 중량% 포함될 수 있다. 바람직하게는 1.5~5 중량% 포함될 수 있다. 더욱 바람직하게는 2~4 중량% 포함될 수 있다. 2 중량% 미만으로 포함시 상기 파형관의 가요성 및 복원성이 저하되며, 6 중량%를 초과하여 포함시 상기 파형관의 충격강도 또는 인장강도가 저하될 수 있다.
다른 구체예에서, 본 발명의 파형관은 충격보강제, 무기섬유 및 금속화합물을 더 포함할 수 있다.
상기 충격보강제는 상기 파형관 전체중량에 대하여 0.01~6 중량% 포함될 수 있다. 바람직하게는 0.05~4 중량% 포함될 수 있다. 더욱 바람직하게는 0.1~3 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서 상기 파형관의 가요성 및 복원성이 우수할 수 있다.
상기 무기섬유는 상기 파형관의 물리적 성질을 강화하기 위하여 포함될 수 있다. 상기 무기섬유로는 유리섬유, 탄소섬유 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 바람직하게는 유리섬유를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 유리섬유 및 탄소섬유는 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 유리섬유는 실리카, 알루미늄, 칼슘, 마그네슘, 티타늄 및 붕소 산화물을 화학적 조성으로 가지는 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 무기섬유의 직경은 1~50㎛ 이고, 길이는 1~500㎛일 수 있다. 바람직하게는 직경 5~20㎛, 길이는 20~100㎛일 수 있다. 상기 조건에서 토압에 의한 상기 파형관의 좌굴현상을 방지하는 효과가 우수할 수 있다.
상기 무기섬유는 파형관 전체중량에 대하여 0.1~5 중량% 포함될 수 있다. 바람직하게는 0.5~4 중량% 포함될 수 있다. 더욱 바람직하게는 1~3 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서 파형관의 인장강도 및 내열성이 우수할 수 있다.
상기 금속화합물은 상기 파형관 조성 성분 내에 존재하는 수분을 용이하게 흡수하여 성형 가공성을 증가시키는 목적으로 포함될 수 있다. 또한, 상기 카본블랙을 포함하여 상기 파형관을 제조시 발생할 수 있는 기포에 의한 물성 저하를 방지할 수 있다.
한 구체예에서 상기 금속화합물은 산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화칼륨, 염화칼륨, 염화아연 및 황화칼슘 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속화합물은 상기 파형관 전체중량에 대하여 0.5~5 중량% 포함될 수 있다. 바람직하게는 1~4 중량% 포함될 수 있다. 더욱 바람직하게는 1~3 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서 상기 파형관의 가요성 및 복원성이 우수할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 파형관은 용도에 따라 첨가제를 더 포함할 수 있다. 한 구체예에서 상기 첨가제는 산화방지제, 핵제, 계면활성제, 충전제, 가소제, 활제, 항균제, 이형제, 열안정제, 광안정제, 상용화제, 착색제, 정전기방지제, 안료, 염료 및 방염제 중에서 선택되는 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 상기 파형관 전체중량에 대하여 0.01~5 중량% 포함될 수 있다. 바람직하게는 0.1~4 중량% 포함될 수 있다. 더욱 바람직하게는 0.3~3 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서 파형관 물성 및 성형가공성의 증진 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 파형관의 제조방법에 관한 것이다.
상기 파형관의 제조방법은, 전술한 구성 성분을 혼합한 다음에 압출기 내에서 용융압출하여 펠렛 형태로 제조할 수 있다. 그 다음에 상기 펠렛을 사용하여 플라스틱 사출 또는 압축 성형하여 제조할 수 있다. 상기 성형 방법은, 예를 들면 압출성형, 사출성형, 캘린더성형 및 진공성형 등이 적용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한 구체예에서 상기 파형관의 제조방법은 (a) 원료 투입 단계; (b) 용융혼련단계; (c) 압출단계 및 (d) 성형단계;를 포함할 수 있다.
이하, 상기 파형관의 제조방법을 단계별로 상세하게 설명한다.
(a) 원료 투입단계
상기 단계는 하이트렐, 카본블랙, 무기섬유 및 금속화합물을 성형기에 투입하는 단계이다. 한 구체예에서 폴리에스테르/폴리에테르 공중합체 93.5~99.5 중량% 및 카본블랙 0.5~6.5 중량%를 압출기에 투입할 수 있다.
상기 폴리에스테르/폴리에테르 공중합체로는 바람직하게 하이트렐(hytrel)을 사용할 수 있다. 상기 하이트렐(hytrel)은, 듀퐁(DuPont)사에서 시판하고 있는 열가소성 엘라스토머이다. 상기 하이트렐을 포함시 본 발명의 물리적 강도, 가요성 및 복원성이 우수할 수 있다.
다른 구체예에서 충격 보강제 0.01~7 중량%, 무기섬유 0.1~6 중량% 및 금속화합물 0.5~6 중량%를 더 투입할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 사용되는 압출기는 압출성형 분야에서 사용되는 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 단축 압출기를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
(b) 용융혼련단계
상기 단계는 상기 투입된 원료를 용융하여 혼련하는 단계이다. 상기 용융 혼련온도는 160~220℃일 수 있다. 상기 투입된 원료의 용이한 용융 및 혼련을 위하여 상기 압출기의 원료가 투입되는 공급부에서 다이스(dies)부로 이송되는 방향에 따라 순차적으로 온도를 증가시켜 용융 혼련할 수 있다.
(c) 압출단계
상기 단계는 상기 용융혼련된 원료를 스크류를 사용하여 상기 압출기의 다이스부로 이송하면서 압출하여 성형체를 제조하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 압출시 스크류 온도 및 다이스부의 온도는 200~260℃일 수 있다. 바람직하게는 210~250℃일 수 있다. 더욱 바람직하게는 220~240℃일 수 있다. 상기 범위에서 안정적으로 압출될 수 있어 작업성이 우수할 수 있다.
상기 스크류 속도는 40 내지 70rpm의 속도로 상기 용융혼련된 원료를 이송하여 압출할 수 있다. 바람직하게는 45~65 rpm일 수 있다. 상기 범위에서 상기 투입된 원료가 용이하게 압출될 수 있다.
상기 압출된 성형체는 사이싱장치로 이송되어 냉각하여 본 발명에 따른 파형관의 형태로 성형될 수 있다. 한 구체예에서 상기 압출된 성형체를 사이싱장치로 이송하여 수냉식 또는 공랭식으로 20~40℃의 온도로 냉각하면서 나선형의 파형관 형태로 성형할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 1~4 및 비교예 1~4
하기 표 1의 조성으로 각 성분을 압출기에 투입하였다.
(1) 하이트렐: dupont사 hytrel 제품을 사용하였다.
(2) 충격보강제: MBS계 충격보강제를 사용하였다.
(3) 폴리에틸렌: 밀도 0.965g/㎤ 이고 용융유동지수는 1.5g/10min 인 것을 사용하였다.
(4) 카본블랙: 입도가 20~50nm인 것을 사용하였다.
(5) 무기섬유: 직경이 10㎛이고 길이가 20~100㎛인 유리섬유를 사용하였다.
(6) 금속 화합물: 산화칼슘을 사용하였다.
(7) 첨가제: 산화방지제로 (irganox 1010)를 사용하였다.
(단위: 중량%)
성분 하이트렐 충격
보강제		 폴리
에틸렌		 카본
블랙		 무기
섬유		 금속
화합물		 산화
방지제
실시예 1 95 0.5 - 2.5 1 0.5 0.5
2 96 0.1 - 2 0.9 0.5 0.5
3 95 1 - 2 1 0.5 0.5
4 96 0.5 - 2 0.5 0.5 0.5
비교예 1 - 8 86 3 2 0.5 0.5
2 - 14 80 3 2 0.5 0.5
3 - 9 85 3 2 0.5 0.5
4 76 14 - 4 5 0.5 0.5
상기 표 1의 조성을 갖는 실시예 1~4 및 비교예 1~4를 각각 170℃로 설정된 압출기 공급부에 투입한 다음 190℃에서 용융 혼련하였다. 그 다음에 상기 용융 혼련된 각 성분을 압출 성형하여 두게 3.0mm, 직경 175Φ의 나선형 파형관 형태로 성형하였다.
이때 압출 과정에서 스크류 온도 및 다이스 온도는 200~260℃이고, 스크류 속도는 60rpm을 적용하였다.
실시예 1~4 및 비교예 1~4의 시편에 대하여 하기와 같은 시험을 실시하였다.
(1) 외관시험: 상기 실시예 1~4 및 비교예 1~4의 외관(매끈한 정도, 미세균열 및 기공여부)을 평가하였다.
(2) 저온충격시험: 상기 실시예 1~4 및 비교예 1~4의 압축강도를 -20℃에서 KS C 8455에 따라 시험하였다.(◎: 우수 ○: 양호 △: 보통 X: 불량)
(3) 인장강도시험(kgf/㎠): 상기 실시예 1~4 및 비교예 1~4의 인장강도를 KS C 8455에 따라 시험하였다.
(4) 압축시험(kgf): 상기 실시예 1~4 및 비교예 1~4의 압축강도를 KS C 8455에 따라 시험하였다.
(4) 내전압시험: 상기 실시예 1~4 및 비교예 1~4에 대하여 AC 0V에서 10000V 까지 급격히 상승시켰을 때, 1분 이상 지속되는지를 확인하였다.(◎: 우수 ○: 양호 △: 보통 X: 불량)
(5) 내약품성시험: 상기 실시예 1~4 및 비교예 1~4에 대하여 내약품성을 KS C 8455에 따라 시험하였다. 각 화학용액에 침지한 후 무게변화를 측정하여 기준치 이내인지를 판단하였다. (◎: 우수 ○: 양호 △: 보통 X: 불량)
상기 시험항목에 따른 측정 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
성분 외관시험 저온충격
시험		 인장강도
(kgf/㎠)		 압축하중
(kgf)		 내전압시험 내약품성시험
실시예 1 ◎ ◎ 282 279 ◎ ◎
2 ◎ ◎ 299 288 ◎ ◎
3 ◎ ◎ 302 293 ◎ ◎
4 ◎ ◎ 297 286 ◎ ◎
비교예 1 ◎ ○ 215 209 ○ △
2 ○ ◎ 242 227 ○ △
3 ○ ○ 233 213 △ △
4 X X 236 222 ○ X
상기 표 2를 참조하면, 본 발명의 조성범위를 갖는 실시예 1~4의 파형관 시편은 외관시험, 인장강도, 압축강도, 저온충격시험, 내전압시험 및 내약품성시험에서 모두 우수한 결과를 나타내었다. 이에 비해, 본 발명의 하이트렐 성분을 사용하지 않거나 본 발명의 조성범위를 벗어난 성분을 사용한 비교예 1~4의 경우, 전반적인 물리적 성질 또는 내약품성이 저하됨을 알 수 있었다.

Claims (8)

  1. 폴리에스테르/폴리에테르 공중합체 94.5~97 중량%, 카본블랙 1~4 중량%, 충격보강제 0.01~3 중량%, 무기섬유 0.1~3 중량% 및 금속화합물 0.5~3 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 파형관.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 충격보강제는 폴리에틸렌계, MBS계(Methyl metacrylate-Butadiene-Stylene), 아크릴계 및 부타디엔계 중에서 1종 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 파형관.
  4. 제1항에 있어서, 상기 무기섬유는 유리섬유, 탄소섬유 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 파형관.
  5. 제1항에 있어서, 상기 금속화합물은 산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화칼륨, 염화칼륨, 염화아연 및 황화칼슘 중에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 파형관.
  6. 제1항에 있어서, 산화방지제, 핵제, 계면활성제, 충전제, 가소제, 활제, 항균제, 이형제, 열안정제, 광안정제, 상용화제, 착색제, 정전기방지제, 안료, 염료 및 방염제 중에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파형관.
  7. 삭제
  8. 삭제
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