KR101402198B1 - 폴리우레탄 폼을 이용한 단열 소재 및 발포 전용 금형과 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 창호가 설치된 내부와 외기간의 열교차단을 도모함은 물론 발포체와 양측의 압출물이 견고하게 결합된 단열 소재를 생산할 수 있도록 한 폴리우레탄 폼을 이용한 단열 소재 및 발포 전용 금형과 성형 방법을 개시한다.
이러한 본 발명은 양측의 단열 소재 사이에 발포 폴리우레탄 폼으로 된 단열 부재가 견고하게 부착될 수 있도록 함과 아울러, 간결한 방법으로 연속 생산 가능하도록 한다. 이에 따라, 본 발명은 단열 부재로 사용되는 양측 폴리아미드 압출물의 리브 사이의 밀폐된 공간에서 팽창된 상태로 경화된 폴리우레탄 폼에 의하여 폴리아미드 압출물 내측에 형성된 리브에 밀착되어 시공 후 발생되는 각종 응력에 의하여 변형되거나 이탈되지 않는 견고한 상태로 시공이 가능하게 되어 시공 품질을 개선할 수 있게 될 뿐만 아니라 종래의 조립 방식에 의한 방식 생산성을 증가시킬 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.

Description

폴리우레탄 폼을 이용한 단열 소재 및 발포 전용 금형과 성형 방법{ Thermal Break Material Using Polyurethane Foam and Foaming Mold and Foaming Method Thereof}

본 발명은 주로 창호의 프레임으로 사용하기 위한 폴리우레탄 폼을 이용한 단열 소재 및 발포 전용 금형과 성형 방법에 관한 것으로, 특히 창호가 설치된 내부와 외기간의 열교차단을 도모함은 물론 발포체와 양측의 압출물이 견고하게 결합된 단열 소재를 생산할 수 있도록 한 폴리우레탄 폼을 이용한 단열 소재 및 발포 전용 금형과 성형 방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 에너지 절감과 환경문제의 해결을 위해 건축물의 에너지 관련 규정이 강화되고 있고, 이러한 추세에 맞추어 건축물의 창호 역시 에너지 절약 효율을 높이기 위한 구조가 보편화 되어 있다.

이러한 창호에 적용하기 위한 단열 소재는 알루미늄 바와 알루미늄 바 사이에 열전도율이 낮은 물질을 삽입하여 열전도성을 저하시키게 되며, 외기의 온도변화에 따른 열기나 냉기가 단열부재에 의하여 전달되지 않도록 하고 있다.

이러한 단열 소재는 도 1로 보인 바와 같이 유리섬유를 선택적으로 함유하여서 된 폴리아미드 바(Polyamide Bar; 100)을 알루미늄 바(Aluminum Bar; 101)에 삽입하고 압착하여서 된 것이며, 이는 단열성이 우수하며, 240℃ 미만의 고온에서 변형이 발생하지 않아 열에 강하며, 굴곡강도, 탄성계수, 충격강도 면에서 우수한 특성을 보인다.

반면에 이러한 폴리아미드 바(Polyamide Bar; 100)는 열전도율이 다소 높은 단점과 전단강도가 낮다는 문제점이 있다.

그러므로 열전도율 및 전단강도의 향상을 도모하기 위하여 도2로 보인 바와 같이 폴리우레탄(Polyurethane; 200)을 알루미늄 바(201)의 준비된 공간에 충전하고, 경화된 후 그 상하의 알루미늄 바(201) 해당 부분을 절단 전용 공구를 사용하여 절단하여 줌으로써 폴리우레탄(200)이 양측의 알루미늄 바(201) 사이에 위치하도록 하였던 것이다.

이러한 도 2로 보인 실시예에 의하면 폴리우레탄(200)은 상기 폴리아미드 바(100)를 활용한 경우에 비하여 낮은 열전도율과 4배 이상의 전단 강도를 보이고 있으나, 폴리우레탄(200)의 충전 공정과 경화 공정 및 알루미늄 바(201) 해당 부분의 절단 공정을 실시하여야 하므로 제조 공정이 복잡하게 되고, 공정 수행 소요 시간이 길게 되어 생산성을 저하시키게 되므로 제작비용이 앙등(昻騰)되고 열변형 안정성이 저조하게 되는 등의 문제점이 있을 뿐만 아니라, 특히 경화된 폴리우레탄 부재와 알루미늄 바 사이가 외력에 의하여 유리될 가능성이 상존하는 문제점이 있는 것이다.

이러한 폴리우레탄으로 대표되는 단열 소재를 활용한 창문 어셈블리의 구체적인 예를 대한민국 실용신안 등록 20-0360565(이하 '인용발명'이라 함)에서 살펴 볼 수 있으며, 이를 도 3으로 보였다.

이러한 단열 소재를 활용한 창호는 주거용 아파트나 주택 또는 사무실에 널리 사용되며, 통상적으로 벽체에 일부가 내설되어 고정되는 창호틀과 그 창호틀에 결합되어 소정의 범위에서 이동하는 창호문틀로 구성되는 것이다.

이러한 인용발명은 창틀(2)에서의 열전달을 억제할 수 있도록 창틀(2)을 2개로 양분하고, 이들 양분된 창틀(2) 사이를 단열부재(10)로 연결하였다.

그러므로, 이들을 정확하게 조립하기 위하여 별도의 지그를 이용하여 고정한 상태에서 단열부재(10)를 연결해야 하므로 조립이 까다롭고 이로 인하여 생산성이 저하되는 문제점을 피할 수 없었으며, 시공 후 받게 되는 여러 형태의 휨 응력에 의하여 단열부재(10)와 창틀(2)의 조립된 상태가 불량하게 되거나 심한 경우에는 분리되는 문제까지 발생되었던 것이다.

대한민국 실용신안 등록 20-0360565 (고안의 명칭: 단열 기능을 갖는 창문 어셈블리)

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 양측의 단열 소재 사이에 발포 폴리우레탄 폼으로 된 단열 부재가 견고하게 부착될 수 있도록 함과 아울러, 간결한 방법으로 연속 생산 가능하도록 한 폴리우레탄 폼을 이용한 단열 소재 및 발포 전용 금형과 성형 방법을 제공함에 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 폴리아미드를 용해하여 다이스를 통하여 압출시켜 생성되는 폴리아미드 압출물이 평행이 되도록 2개를 일정 간격으로 압출 성형시킴과 아울러, 복수개의 리브가 성형되도록 하고, 상기 압출된 폴리아미드 압출물 둘레에 최종 성형물의 형상에 상응하는 밀폐 공간이 형성되도록 한 상태에서 폴리우레탄과 발포제를 주입하여 발포되도록 하여서 된 폴리우레탄 폼을 이용한 단열 소재를 제안하며,

내부에 발포실이 마련되고, 별도의 설비에서 압출 성형된 압출물을 장입한 상태에서 두 개 압출물의 외부면과 내부면이 격리되고, 두 개 압출물의 내부면은 발포실을 통하여 서로 마주 보도록 배치되며, 커버에 의하여 발포실이 대기와 연통되거나 폐쇄되도록 하고, 바닥면과 커버에 이형제를 도포한 다음 커버를 닫은 후 연결관을 통하여 발포제와 폴리우레탄 수지를 투입하고 가열시켜 줌으로써 발포실에서 발포가 이루어져, 폴리우레탄이 발포되면서 팽창력에 의하여 압출물 내면에 돌출 형성된 리브와 결착되고 경화됨으로써 폴리우레탄 폼이 양측의 압출물 내면을 결속시키며, 성형물을 탈형하여 단열 소재를 생산하게 되는 폴리우레탄 폼을 이용한 단열 소재 성형을 위한 발포 전용 금형을 제안한다.

또한 본 발명은 폴리아미드를 용융하여 압출하는 다이스의 압출공을 통하여 두 개의 압출물이 하나의 다이스에서 압출되도록 하는 단계와,

상기 하나의 다이스에서 압출되는 양측의 압출물이 성형실을 통과하도록 하는 단계와,

리어플레이트에 의하여 상기 성형실의 전,후방이 폐쇄되고, 성형실 내부의 온도가 발포에 적합한 온도로 되도록 한 상태에서 상기 성형실에 연결된 연결관으로 발포제와 폴리우레탄 수지가 투입되면 성형실 내부에 미리 진입하여 대기중인 양측의 압출물 사이에 폴리우레탄 폼이 채워지면서 두 압출물의 내측에 형성된 리브를 발포에 의한 팽창력으로 물어 주게 되는 단계와,

상기 발포 된 폴리우레탄 폼이 경화, 성형 되도록 한 후, 리어 플레이트를 공지된 습동 수단에 의하여 후퇴시켜 완성된 단열 소재를 탈형하도록 하는 단열 소재 탈형 단계로 구성된 폴리우레탄 폼을 이용한 단열 소재 성형 방법을 제안한다.

이와 같이 하여 본 발명은 단열 부재로 사용되는 양측 폴리아미드 압출물의 리브 사이의 밀폐된 공간에서 팽창된 상태로 경화된 폴리우레탄 폼에 의하여 폴리아미드 압출물 내측에 형성된 리브에 밀착되어 시공 후 발생되는 각종 응력에 의하여 변형되거나 이탈되지 않는 견고한 상태로 시공이 가능하게 되어 시공 품질을 개선할 수 있게 될 뿐만 아니라 종래의 조립 방식에 의한 경우보다 생산성을 증가시킬 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.

도1은 종래의 폴리아미드 스트립을 이용한 시공 상태를 보이는 종단면도.
도2는 종래의 알루미늄 바에 폴리우레탄을 충전시켜 경화시킨 후 절단하여 완성한 상태를 보인 시공 상태 종단면도.
도3은 종래의 단열 부재를 사용하여 시공된 인용발명에 의한 창틀 구조를 예시한 종단면도.
도4는 본 발명에 의하여 제조된 단열 소재를 보인 사시도.
도5는 내, 외측 창호 프레임이 폴리우레탄 폼에 의하여 체결된 본 발명에 의한 일 실시예를 보인 종단면도.
도6은 본 발명에 의한 단열 소재를 내, 외측 창호 프레임의 요홈부에 체결하는 본 발명에 의한 다른 실시예를 보인 종단면도.
도7은 본 발명에서 일정 길이로 절단된 압출물을 장입하여 폴리우레탄 폼으로 결착하기 위한 본 발명에 의한 발포 전용 금형의 구조를 보인 종단면도.
도8은 본 발명에서 연속 압출 및 발포에 의한 성형 방법을 구현하기 위한 제조 장치의 일례를 보인 사시도.
도9는 도8로 보인 성형 장치의 발포 대기 상태를 보인 종단면도.
도10은 도8로 보인 성형 장치의 발포 후 폴리우레탄폼과 압출물이 결착되어 배출되는 상태를 보인 종단면도.

이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의하여 제조된 폴리우레탄 폼(302)을 이용한 단열 소재(300)의 외관을 도4의 사시도로 보였다. 소정의 형상으로 압출된 양측의 압출물(301) 사이의 폐쇄된 공간에서 폴리우레탄 수지가 발포되어 발생하는 팽창력으로 압출물의 내부에 형성된 리브(303)에 결착되고 경화되어 충전된 것이다. 즉, 본 발명은 양측에 소정의 형상으로 압출된 압출물(301) 사이에 발포 및 경화 완료된 폴리우레탄 폼(302)이 충전되어 있으며, 폴리우레탄 폼(302)이 발포되면서 발생하는 팽창력으로 압출물(301)의 내부에 형성된 리브(303)에 강하게 밀착되며, 이러한 상태 그대로 경화되어 양측의 압출물(301)이 견고한 상태로 연결된 것이다.

이러한 형태의 본 발명은 폴리우레탄 폼(302)은 프론 가스를 발포제로 사용하는 경질(Rigid) 폴리우레탄 폼(302)을 사용하는 것이 적합하며, 이에 의하여 단열 성능을 강화하게 됨은 물론이고, 높은 접착성과 강도의 발현이 가능하다.

아울러, 본 발명에서 양측의 압출물(301)은 대표적인 것으로 폴리아미드를 용융하여 압출한 것을 사용할 수 있으며, 기타 다른 재질을 적용할 수도 있음은 물론이다.

또한, 본 발명에서는 도5로 보인 바와 같이 압출물(301)이 여러 형태로 제작되는 각종 창호 프레임의 단열 소재인 폴리우레탄 폼(302)과 일체로 형성된 형태로 실시할 수도 있다.

즉, 단열 소재(300) 양측이 여러 형태로 제작되는 각종 창호 프레임(400)의 단열 소재(300) 연결 부위에 본 발명에 의한 일정한 단면 형태의 압출물(301)이 일체로 형성된 상태로 함으로써 조립 구조를 간단하게 할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명은 도6으로 보인 바와 같이 상기 단열 소재(300) 양측의 압출물(301)이 창호 프레임의 단열 소재(300) 연결 부위에 형성된 요홈부(401)에 끼워지도록 하여 실시할 수도 있다.

즉, 본 발명은 알루미늄 창호나 합성수지로 된 창호 프레임(400)의 양단부에 압출물(301)의 프로파일로 된 요홈부(401)가 형성되도록 함으로써 이에 본 발명에 의한 단열 소재(300)의 양측 압출물(301)을 끼워 고정하여 본 발명에 의한 단열 소재(300)가 여러 형태의 알루미늄으로 된 창호 프레임(400)이나 기타 합성수지로 된 창호 프레임(400)에 널리 활용할 수 있게 되게 할 수도 있는 것이다.

아울러, 본 발명은 아래의 두 가지 방법으로 성형할 수 있다.

본 발명에 의한 첫 번째 성형 방법에서는 도7으로 보인 단면 구조로 된 발포 전용 금형(500)을 준비한다. 이는 내부에 발포실(501)이 마련되고, 별도의 설비에서 압출 성형된 압출물(301)을 장입한 상태에서 두 개 압출물(301)의 외부면과 내부면이 격리되고, 두 개 압출물의 내부면은 발포실(501)을 통하여 서로 마주 보도록 배치되며, 커버(503)에 의하여 발포실(501)이 대기와 연통되거나 폐쇄되도록 하고, 바닥면(505)과 커버(503)에 이형제를 도포한 다음 커버(503)를 닫은 후 연결관(504)을 통하여 발포제와 폴리우레탄 수지를 투입하고 가열시켜 줌으로써 발포실(501)에서 발포가 이루어져, 폴리우레탄이 발포되면서 팽창력에 의하여 압출물 내면에 돌출 형성된 리브(303)와 결착되고 경화됨으로써 폴리우레탄 폼(302)이 양측의 압출물(301) 내면을 결속시키며, 성형물을 탈형하여 단열 소재(300)를 생산하게 되는 것이다.

즉, 이러한 본 발명은 용융된 폴리아미드를 다이스로 압출하며, 다이스의 압출공 형상에 따라 성형되어 압출되는 압출물(301)을 냉각시키고, 일정 길이만큼 잘라 상기 발포 전용 금형(500)에 넣고 바닥면(505)과 커버(503)에 이형제를 도포한 다음 커버(503)를 닫은 후 연결관(504)을 통하여 발포제와 폴리우레탄 수지를 투입하고 가열시켜 줌으로써 발포실(501)에서 발포가 이루어지도록 한다.

이러한 상태에서는 폴리우레탄이 발포되면서 팽창력에 의하여 압출물(301) 내면에 돌출 형성된 리브(303)와 결착되는 것이고, 이러한 상태에서 경화됨으로써 폴리우레탄 폼(302)이 양측의 압출물(301) 내면을 결속시키게 되는 것이다.

이와 같이 하여 결속 완료된 후 커버(503)를 열고 발포 전용 금형(500) 내부에서 성형물을 탈형하여 본 발명에 의한 폴리우레탄 폼을 이용한 단열 소재를 제조할 수 있게 되는 것이다.

본 발명에 의한 두 번째 성형 방법은 도8로 보인 바와 같이 폴리아미드를 용융하여 압출하는 다이스(600)의 압출공(601)을 통하여 두 개의 압출물(301)이 하나의 다이스(600)에서 압출되도록 하는 단계와, 하나의 다이스(600)에서 압출되는 양측의 압출물(301)이 성형실(602)을 통과하도록 하는 단계와, 리어플레이트(603)에 의하여 성형실(602)의 전,후방이 폐쇄되고, 성형실(602) 내부의 온도가 발포에 적합한 온도로 되도록 한 상태로 된 상태에서 연결관(604)으로 발포제와 폴리우레탄 수지를 투입하여 줌으로써 성형실(602) 내부에 미리 진입하여 대기중인 양측의 압출물(301) 사이에 폴리우레탄 폼(302)이 채워지면서 두 압출물(302)의 내측에 형성된 리브(303)를 발포에 의한 팽창력으로 물어 주게 되는 단계와, 발포된 폴리우레탄 폼(302)이 경화, 성형되도록 한 후, 리어 플레이트(603)를 공지된 습동 수단에 의하여 후퇴시켜 완성된 단열 소재(300)를 탈형하도록 하는 단열 소재 탈형 단계를 수행함을 특징으로 하는 것이다.

이러한 실시예에서 본 발명의 성형실(602)은 도9 및 도10으로 보인 바와 같이 도면상 우측단이 다이스(600)에 밀접되어 밀폐되도록 설치되며, 성형실(602)의 길이는 충분히 길게 되도록 제작하고, 성형실(602) 후방에는 리어 플레이트(603)가 끼워지며, 이러한 리어 플레이트(603)는 유압실린더 등 공지된 습동 수단에 의하여 전진, 후퇴가 가능한 구조로 되어 있는 것이고 성형실(602) 바닥면과 상면에는 미도시된 이형제층이 도포되어 있는 것이다.

아울러, 상기 성형실(602)에는 전방에 발포제와 폴리우레탄 수지를 주입할 수 있는 연결관(604)이 설치된다.

이러한 본 발명의 실시예에 의하면, 먼저 리어 플레이트(603)가 성형실(602)의 후단을 폐쇄하는 도9의 위치로 이동하고, 다이스(600)를 통하여 압출된 압출물(301)이 성형실(602) 전제 길이에 걸쳐서 압출된 후 미도시된 압출 스크류의 회전이 정지되어 있는 상태로 된다.

이러한 도9로 보인 상태에서 성형실(602)의 내부는 압출물(301)의 내면이 서로 대향하고 있는 상태로 되며, 이 부분이 발포 공간(605)으로 확보되는 것이다. 이러한 상태에서 본 발명은 별도의 미도시된 공급장치에 연결된 연결관(604)을 통하여 발포제와 폴리우레탄 수지가 성형실(602)에 주입된다. 이러한 성형실(602)의 온도는 발포 온도로 유지되고 있는 것이므로 폴리우레탄 수지가 발포되면서 그 팽창력으로 성형실(602) 내벽에 위치한 두 개 압출물(301)의 리브(303)를 포함한 내부면에 결착되는 것이다.

이와 같이 발포가 실시된 후 시간이 경과하면 폴리우레탄 폼(302)이 경화되는 것이고, 이어서 도10의 좌측으로 보는 바와 같이, 리어 플레이트(603)가 성형실(602)에서 이탈하면서 압출물(301) 양측에 폴리우레탄 폼(302)이 결착된 상태로 성형실(602)에서 이탈하게 되는 것이며, 작업자가 본 발명에 의하여 완성된 단열 소재(300)를 회수하고, 도9로 보인 상태로 리어 플레이트(603)를 성형실(602) 후단에 끼워 줌으로써 전술한 바와 같은 동작을 반복하게 되는 것이다.

이와 같이 하여 단위 길이의 성형실(602)에서 단열 소재(300)가 성형 완료된 후에는 다시 미도시된 압출 스크류를 회전시켜 압출물(301)이 성형실(602)로 진입하도록 하고, 성형실(602) 내부의 발포 공간(605)에 연결관(604)을 통하여 발포제와 폴리우레탄 폼(302)을 투입하여 줌으로써 연속적으로 발포, 성형 작업이 이루어 지게 되는 것이다.

본 발명에서는 이상에서 살펴본 바와 같이 단열 소재(300)를 성형함에 있어서 도7로 보인 바와 같이 설정된 길이만큼 압출시킨 압출물(301) 2개를 발포 전용 금형(500)에 장입하고, 발포제 및 폴리우레탄 수지를 넣어 발포시킴으로써 폴리우레탄 폼(302)을 이용한 단열 소재(300)를 성형하거나 도8 내지 도10으로 보인 바와 같이 두 개의 압출물(301)이 압출되는 다이스(600)에 밀접시킨 성형실(602)을 이용하여 압출과 발포가 연속적으로 실시되도록 함으로써 필요한 길이만큼의 단열 소재(300)를 연속적으로 성형할 수 있게 되는 것이며, 이러한 실시예외에도 본 발명의 기술적 특징을 유지하면서 공지된 여러 소재와 구조를 결합하여 다양한 형태로 실시할 수 있음은 물론이다.

이상과 같이, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명이 의도하는 요지 및 개념 내에서 다양하게 변화시켜 실시하는 것이 가능하다.

300: 단열 소재 301: 압출물 302: 폴리우레탄 폼
303: 리브 400: 창호프레임 401: 요홈부
500: 발포 전용 금형 501: 발포실 503: 커버
504: 연결관 505: 바닥면 600: 다이스
601: 압출공 602: 성형실 603: 리어플레이트
604: 연결관 605: 발포 공간

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 발포실이 마련되고,상기 발포실 내로 압출 성형된 압출물이 장입된 상태에서 두 개 압출물의 외부면과 내부면이 격리되고, 두 개 압출물의 내부면은 발포실을 통하여 서로 마주 보도록 배치되며,
   커버에 의하여 상기 발포실이 대기와 연통되거나 폐쇄되도록 하고, 바닥면과 커버에 이형제를 도포한 다음 상기 커버를 닫은 후 연결관을 통하여 상기 발포실 내에 발포제와 폴리우레탄 수지를 투입하고 가열됨에 따라 발포실에서 발포가 이루어져, 폴리우레탄이 발포되면서 팽창력에 의하여 압출물 내면에 돌출 형성된 리브와 결착되고 경화됨으로써 폴리우레탄 폼이 양측의 압출물 내면을 결속시키며, 성형물을 탈형하여 단열 소재를 생산하게 됨을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼을 이용한 단열 소재 성형을 위한 발포 전용 금형.
5. 폴리아미드를 용융하여 압출하는 다이스의 압출공을 통하여 두 개의 압출물이 하나의 다이스에서 압출되도록 하는 단계와,
   상기 하나의 다이스에서 압출되는 양측의 압출물이 성형실을 통과하도록 하는 단계와,
   리어플레이트에 의하여 상기 성형실의 전,후방이 폐쇄되고, 상기 성형실에 연결된 연결관으로 발포제와 폴리우레탄 수지가 투입되면 성형실 내부에 미리 진입하여 대기중인 양측의 압출물 사이에 폴리우레탄 폼이 채워지면서 두 압출물의 내측에 형성된 리브를 발포에 의한 팽창력으로 물어 주게 되는 단계와,
   상기 발포 된 폴리우레탄 폼이 경화, 성형 되도록 한 후, 리어 플레이트를 공지된 습동 수단에 의하여 후퇴시켜 완성된 단열 소재를 탈형하도록 하는 단열 소재 탈형 단계로 구성됨을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼을 이용한 단열 소재 성형 방법.
   

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