KR101342251B1 - 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조장치 및 방법과 이로부터 제조된 합성목재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조장치 및 방법과 이로부터 제조된 합성목재에 관한 것이다.
본 발명에 따른 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조장치는, 원료가 투입되는 호퍼와, 상기 호퍼의 하부에 구비되어 상기 원료를 히터의 가열에 의해 용해하는 가열 실린더와, 상기 가열 실린더 내부에서 상기 용해된 원료를 압출시키는 압출 스크류를 포함하는 주 압출기; 원료가 투입되는 호퍼와, 상기 호퍼의 하부에 구비되어 상기 원료를 히터의 가열에 의해 용해하는 가열 실린더와, 상기 가열 실린더 내부에서 상기 용해된 원료를 압출시키는 압출 스크류를 포함하는 보조 압출기; 상기 주 압출기와 보조 압출기를 통하여 각각 유입되는 압출물을 표면층과 내층으로 구성되는 합성목재 압출물로 제조하는 금형; 상기 금형에서 인출된 압출물을 냉각 성형하는 냉각장치부; 상기 냉각 성형된 압출물을 가열하고, 제품 표면의 고분자를 배향시키는 표면 배향 장치부; 및 상기 표면 배향 장치부를 통과한 최종 압출물을 인취하는 인취기를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조장치는, 원료가 투입되는 호퍼와, 상기 호퍼의 하부에 구비되어 상기 원료를 히터의 가열에 의해 용해하는 가열 실린더와, 상기 가열 실린더 내부에서 상기 용해된 원료를 압출시키는 압출 스크류를 포함하는 주 압출기; 원료가 투입되는 호퍼와, 상기 호퍼의 하부에 구비되어 상기 원료를 히터의 가열에 의해 용해하는 가열 실린더와, 상기 가열 실린더 내부에서 상기 용해된 원료를 압출시키는 압출 스크류를 포함하는 보조 압출기; 상기 주 압출기와 보조 압출기를 통하여 각각 유입되는 압출물을 표면층과 내층으로 구성되는 합성목재 압출물로 제조하는 금형; 상기 금형에서 인출된 압출물을 냉각 성형하는 냉각장치부; 상기 냉각 성형된 압출물을 가열하고, 제품 표면의 고분자를 배향시키는 표면 배향 장치부; 및 상기 표면 배향 장치부를 통과한 최종 압출물을 인취하는 인취기를 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 합성목재에 관한 것으로, 특히 주 압출기와 보조 압출기를 포함하는 공압출 공정과, 예열부 및 배향 금형을 포함하는 표면 배향 장치부를 이용하여 상기 주 압출기와 보조 압출기를 통해 압출되는 압출물 표면에 나뭇결 무늬를 구현하고, 표면 및 기계적 물성을 향상시킬 수 있도록 한 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조장치 및 방법과 이로부터 제조된 합성목재에 관한 것이다.
근래 들어 천연목재와 유사한 표면 질감 및 무늬를 갖는 합성목재에 관한 연구가 많이 이루어지고 있으며, 상기 합성목재는 목분이 대량 함유되기 때문에 천연목재와 비슷한 외관이나 성질을 갖게 한 재료로서 사출 또는 압출성형으로 제조된다.
상기 사출 또는 압출성형에 사용되는 플라스틱 원료로서는 주로 폴리에틸렌(PE)과, 폴리프로필렌(PP)등의 폴리올레핀 등이 쓰이고, 이는 폴리올레핀의 경우 독성이 없어서 친환경 자재를 표방하는 합성목재에 적합하기 때문이며, 사출 또는 압출성형으로 제조된다. 사출성형품은 성형 시에 조각이나 나무결무늬가 넣어지므로 인쇄나 도장(塗裝) 등의 2차 가공을 하지 않고서도 나무의 질감(質感)을 나타낼 수 있다.
압출성형품의 경우에는 목재의 제재, 평판, 각재(角材) 등에 가까운 것이 되며, 주된 용도는 건재(建材)이다. 일반적으로 합성목재는 천연목재에 비해서 흡수성이 적고 부패하지 않는 장점이 있다. 또 발포배율(發泡倍率)이 비교적 낮고 표면에 밀도가 높은 표피층이 있으므로 강도가 상당히 높고 못박기나 대패질 등의 가공도 가능하다.
이러한 합성목재는 강하고 우수한 물성과 더불어 친환경적이며, 재생이 가능하여 목재를 대체하는 신소재로서 그 시장이 급성장하고 있으며 다양한 형태의 합성목재 제품이 개발되고 있는 실정이다.
한편, 종래의 합성목재는 대부분 기계적인 후가공을 통해 무늬를 구현하는 방법이 주를 이루고 있으며, 간혹 안료를 이용하여 무늬를 구현하는 방법이 사용되고 있다.
그러나, 이와 같은 합성목재는 표면의 기계적 물성이 약하므로 장기간 옥외에 노출되었을 경우, 내후성 저하로 무늬가 사라지거나, 보행등의 마찰 발생시 무늬가 닳아 없어지는 경우가 다반사이다.
또한, 표면의 기계적 물성이 약하므로 찍힘이나 긁힘과 같은 외부의 충격에 취약하게 되어 표면 무늬에 악영향을 미치고, 제품 자체의 강도를 저하시키는 요인으로 작용한다.
이에 따라 표면의 기계적 물성이 강하고 나뭇결의 구현이 가능한 합성목재의 개발이 시급한 상태에 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점과 필요성을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 합성목재 표면에 실제 목재와 같은 목재 섬유결의 구현이 가능한 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조장치 및 방법과 이로부터 제조된 합성목재를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 배향된 고분자에 의해서 그 표면에 나뭇결이 구현된 상태를 구비하며, 휨강도, 충격 강도, 내후성, 내마모성과 같은 기계적 물성 및 표면 물성이 개선되는 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조장치 및 방법과 이로부터 제조된 합성목재를 제공하는 데 있다.
상기한 본 발명의 목적은, 원료가 투입되는 호퍼와, 상기 호퍼의 하부에 구비되어 상기 원료를 히터의 가열에 의해 용해하는 가열 실린더와, 상기 가열 실린더 내부에서 상기 용해된 원료를 압출시키는 압출 스크류를 포함하는 주 압출기; 원료가 투입되는 호퍼와, 상기 호퍼의 하부에 구비되어 상기 원료를 히터의 가열에 의해 용해하는 가열 실린더와, 상기 가열 실린더 내부에서 상기 용해된 원료를 압출시키는 압출 스크류를 포함하는 보조 압출기; 상기 주 압출기와 보조 압출기를 통하여 각각 유입되는 압출물을 표면층과 내층으로 구성되는 합성목재 압출물로 제조하는 금형; 상기 금형에서 인출된 압출물을 냉각 성형하는 냉각장치부; 상기 냉각 성형된 압출물을 가열하고, 제품 표면의 고분자를 배향시키는 표면 배향 장치부; 및 상기 표면 배향 장치부를 통과한 최종 압출물을 인취하는 인취기를 포함하여 구성되는 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조장치에 의하여 달성된다.
이러한 본 발명에서 상기 표면층의 원료로 사용되는 합성수지는 폴리프로필렌(PP)으로 구성된다.
이러한 본 발명에서 상기 표면 배향 장치부는, 적외선 히터로 구성되는 예열부와; 상기 예열부의 가열에 의해 유연해진 압출물을 통과시키는 배향 금형을 포함한다.
한편, 상기한 본 발명의 목적은, (a) 주 압출기를 구성하는 호퍼에 투입된 원료를 가열 실린더 내부에서 히터의 가열에 의해 용해하고, 상기 용해된 원료를 압출 스크류를 통해 선단의 압출 헤드로 공급하여 압출시키는 단계; (b) 보조 압출기를 구성하는 호퍼에 투입된 원료를 가열 실린더 내부에서 히터의 가열에 의해 용해하고, 상기 용해된 원료를 압출 스크류를 통해 선단의 압출 헤드로 공급하여 압출시키는 단계; (c) 상기 주 압출기와 보조 압출기를 통하여 각각 유입되는 압출물을 금형을 통해 표면층과 내층으로 구성되는 합성목재 압출물로 제조하는 단계; (d) 상기 금형에서 인출된 압출물을 냉각장치부를 통해 냉각 성형하는 단계; (e) 표면 배향 장치부를 통해 상기 냉각 성형된 압출물을 가열하고, 제품 표면의 고분자를 배향시키는 단계; 및 (f) 상기 표면 배향 장치부를 통과한 최종 압출물을 인취기를 통해 인취하는 단계;로 이루어지는 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조방법에 의하여 달성된다.
이러한 본 발명에서 상기 (c)단계에서 상기 표면층의 원료로 사용되는 합성수지는 폴리프로필렌(PP)으로 구성된다.
이러한 본 발명에서 상기 (e)단계에서의 상기 표면 배향 장치부는, 적외선 히터로 구성되는 예열부와; 상기 예열부의 가열에 의해 유연해진 합성목재 압출물을 통과시키는 배향 금형을 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조장치 및 방법과 이로부터 제조된 합성목재에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 제품 표면층의 주요 원료로 사용되는 폴리프로필렌과, 표면 배향장치부를 통해 합성목재 표면에 실제 목재와 같은 목재 섬유결이 구현된다.
둘째, 배향된 고분자에 의해서 그 표면에 나뭇결이 구현된 상태를 구비하며, 휨강도, 충격 강도, 내후성, 내마모성과 같은 기계적 물성 및 표면 물성이 개선된다.
도 1은 본 발명에 따른 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조장치를 나타낸 정면 개략도,
도 2는 본 발명에 따라 표면 배향된 합성목재 표면에 대한 전자현미경 사진.
도 2는 본 발명에 따라 표면 배향된 합성목재 표면에 대한 전자현미경 사진.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조장치 및 방법과 이로부터 제조된 합성목재를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조장치를 나타낸 정면 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따라 표면 배향된 합성목재 표면에 대한 전자현미경 사진이다.
일반적으로 공압출(Co-extrusion) 공정은 하나의 금형에 2종의 압출기가 연결되어 표면층과 내층으로 구성되는 제품을 제조하는 방법이다. 즉, 주 압출기는 내층의 압출을 담당하고, 보조 압출기는 표면층의 압출을 담당하여 다중의 층을 이루는 하나의 제품을 생산한다.
본 발명은, 이러한 공압출 공정을 이용하여 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제품을 개발하고자 하였다. 본 발명에서 표면층의 원료로 사용되는 합성수지는 폴리프로필렌(PP)이다. 상기 폴리프로필렌은 반결정성 고분자로서 양쪽 또는 한쪽에서 인장력을 가하면 일정 인장력 이하에서 고분자가 배향하는 성질을 가지고 있다.
즉, 일정 온도에서 한쪽 방향으로 잡아당기면 한 방향으로 배향되어 마치 나뭇결과 같은 형상을 지니게 된다. 이아 같이 배향된 제품은 그 표면이 나무와 유사할 뿐만 아니라, 고분자가 배향하므로써 배향된 사이사이에 수 마이크로미터 수준의 간격이 생겨서 비중 또한 떨어지게 된다. 이와 더불어 한 방향으로 배향되어 있기 때문에 휨강도 및 충격 강도가 향상된다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 주 압출기(10)와 보조 압출기(20)를 통하여 각각 유입되는 압출물이 금형(30)내에서 표면층과 내층으로 구성되는 합성목재 압출물로 제조된다.
상기 주 압출기(10)의 가열 실린더(12) 상단 일측에는 호퍼(14)가 구비되어 있어서 상기 호퍼(14)를 통해 원료가 투입되며, 투입된 원료는 히터(미도시)의 가열에 의해 용해된 후, 호퍼(14) 하부에 구비된 가열 실린더(12) 내부의 압출 스크류(미도시)를 거쳐 선단의 압출 헤드를 통해 압출된다.
또한, 상기 보조 압출기(20)의 가열 실린더(22) 상단 일측에는 호퍼(24)가 구비되어 상기 호퍼(24)를 통해 원료가 투입되며, 투입된 원료는 히터(미도시)의 가열에 의해 용해된 후, 호퍼(24) 하부에 구비된 가열 실린더(22) 내부의 압출 스크류(미도시)를 거쳐 선단의 압출 헤드를 통해 압출된다.
상기 금형(30)에서 인출된 압출물은 냉각장치부(40)를 통해 냉각 성형된 후에 표면 배향 장치부(50)를 통과한다.
이때, 상기 표면 배향 장치부(50)는 예열(pre-heating)부(52) 및 배향 금형(54)으로 구성된다. 적외선 히터(infrared ray heater)로 구성되는 상기 예열부(52)는 상기 압출물의 4면을 짧은 시간내에 가열하며, 가열 정도는 고분자가 유동성이 생길 수 있는 정도까지 실시한다.
상기 예열부(52)의 가열에 의해 유연해진 압출물은 배향 금형(54)을 통과한다. 상기 배향 금형(54)은 압출 방향으로 일정 각도로서 경사진 금형으로서, 압출물이 배향 금형(54)을 통과하면서 압출물 표면에 일정 수준의 전단응력을 받게 되며 이 힘에 의해서 압출물 표면의 고분자가 배향된다. 이와 같은 과정을 거친 최종 압출물은 상기 금형(30)으로 유입되는 압출물의 약 60~80% 수준의 크기를 갖는다.
이후, 배향 금형(54)을 통과한 최종 압출물 제품은 인취기(60)를 통해 인취된 후 건조, 절단과 같은 후속공정을 거쳐서 도 2b에 도시된 바와 같은 합성목재 제품을 얻게 되며, 이와 같이 하여 최종 성형된 제품은 배향된 고분자에 의해서 그 표면에 나뭇결이 구현된 상태를 구비하며, 휨강도, 충격 강도, 내후성, 내마모성과 같은 기계적 물성 및 표면 물성이 개선된다.
본 발명에 따라 표면 배향된 합성목재 제품 표면에 대한 전자현미경 사진이 도 2에 나타나 있다. 이를 참조하면, 합성목재 제품 표면에 기다란 형태의 목재 섬유결이 구현된 것을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조장치 및 방법과 이로부터 제조된 합성목재를 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며 그 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
10 : 주 압출기 12,22 : 가열 실린더
14,24 : 호퍼 20 : 보조 압출기
30 : 금형 40 : 냉각장치부
50 : 표면 배향장치부 52 : 예열부
54 : 배향 금형 60 : 인취기
14,24 : 호퍼 20 : 보조 압출기
30 : 금형 40 : 냉각장치부
50 : 표면 배향장치부 52 : 예열부
54 : 배향 금형 60 : 인취기
Claims (7)
- 원료가 투입되는 호퍼와, 상기 호퍼의 하부에 구비되어 상기 원료를 히터의 가열에 의해 용해하는 가열 실린더와, 상기 가열 실린더 내부에서 상기 용해된 원료를 압출시키는 압출 스크류를 포함하는 주 압출기;
원료가 투입되는 호퍼와, 상기 호퍼의 하부에 구비되어 상기 원료를 히터의 가열에 의해 용해하는 가열 실린더와, 상기 가열 실린더 내부에서 상기 용해된 원료를 압출시키는 압출 스크류를 포함하는 보조 압출기;
상기 주 압출기와 보조 압출기를 통하여 각각 유입되는 압출물을 표면층과 내층으로 구성되는 합성목재 압출물로 제조하는 금형;
상기 금형에서 인출된 압출물을 냉각 성형하는 냉각장치부;
상기 냉각 성형된 압출물을 가열하고, 제품 표면의 고분자를 배향시키는 표면 배향 장치부; 및
상기 표면 배향 장치부를 통과한 최종 압출물을 인취하는 인취기를 포함하여 구성되되, 상기 표면층의 원료로 사용되는 합성수지는 폴리프로필렌(PP)으로 구성되며,
상기 표면 배향 장치부는,
적외선 히터로 구성되어 합성목재 압축물을 가열하는 예열부와;
상기 예열부의 가열에 의해 유연해진 압출물을 인장력으로 배향시키는 배향 금형을 포함하는 것을 특징으로 하는 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조장치.
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- (a) 주 압출기를 구성하는 호퍼에 투입된 원료를 가열 실린더 내부에서 히터의 가열에 의해 용해하고, 상기 용해된 원료를 압출 스크류를 통해 선단의 압출 헤드로 공급하여 압출시키는 단계;
(b) 보조 압출기를 구성하는 호퍼에 투입된 원료를 가열 실린더 내부에서 히터의 가열에 의해 용해하고, 상기 용해된 원료를 압출 스크류를 통해 선단의 압출 헤드로 공급하여 압출시키는 단계;
(c) 상기 주 압출기와 보조 압출기를 통하여 각각 유입되는 압출물을 금형을 통해 표면층과 내층으로 구성되는 합성목재 압출물로 제조하는 단계;
(d) 상기 금형에서 인출된 압출물을 냉각장치부를 통해 냉각 성형하는 단계;
(e) 표면 배향 장치부를 통해 상기 냉각 성형된 압출물을 가열하고, 제품 표면의 고분자를 배향시키는 단계; 및
(f) 상기 표면 배향 장치부를 통과한 최종 압출물을 인취기를 통해 인취하는 단계;로 이루어지되,
상기 (c)단계에서 상기 표면층의 원료로 사용되는 합성수지는 폴리프로필렌(PP)으로 구성되며,
상기 (e)단계에서의 상기 표면 배향 장치부는,
적외선 히터로 구성되어 합성목재 압축물을 가열하는 예열부와;
상기 예열부의 가열에 의해 유연해진 합성목재 압출물을 인장력으로 배향시키는 배향 금형을 포함하는 것을 특징으로 하는 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조방법.
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Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020100027095A KR101342251B1 (ko) | 2010-03-26 | 2010-03-26 | 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조장치 및 방법과 이로부터 제조된 합성목재 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100027095A KR101342251B1 (ko) | 2010-03-26 | 2010-03-26 | 나뭇결이 구현된 표면 강화 합성목재 제조장치 및 방법과 이로부터 제조된 합성목재 |
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|---|---|
| KR20110107920A KR20110107920A (ko) | 2011-10-05 |
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| KR100356707B1 (ko) * | 1999-10-25 | 2002-10-18 | 한화종합화학 주식회사 | 기계적 물성이 우수한 인조목재 및 이의 제조방법 |
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Patent Citations (2)
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