KR101432739B1 - 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법 및 장치 - Google Patents

인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법 및 장치에 관한 것으로, 합성수지원료와 코코넛 고분자를 이용하여 친화경적이고 가격 경쟁력있는 인조목재를 제조하기 위한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 (a) 코코넛 원료분말과 합성수지 원료분말을 준비하는 공정, (b) 준비된 코코넛 원료분말을 합성수지 원료분말과 혼합하고 제조하고자 하는 제품의 강도와 발포 비중의 용도 및 특성에 따른 안료와 발포제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 배합하는 배합공정, (c) 배합된 원료분말을 압출 용융장치로 이송하는 원료 이송공정, (d) 이송된 원료분말을 가열하여 용융시키고, 그 용융액을 압출 성형장치의 금형을 통해 원하는 형태의 성형물을 형성함과 아울러 금형의 후단에서 보강재를 삽입하여 인조목재를 성형하는 용융 및 성형공정, (e) 성형된 인조목재를 진공 싸이징 장치를 통해 수축 억제시키는 싸이징 공정, (f) 수축 억제된 인조목재 성형물을 냉각하고 인출시켜, 원하는 길이로 자동 절단하는 냉각/인출 및 절단공정;을 포함하는 인조목재 제조방법 및 그 장치를 제공하여, 폐자원의 재활용을 통해 제조원가를 낮출 수 있고 전단강도 및 생산 효율성이 우수한 환경 친화적인 인조목재를 제조할 수 있게 한다.

Description

인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법 및 장치{Method and apparatus for manufacturing of synthetic woods}
본 발명은 인조목재 배합 조성을 이용한 인조목재 제조방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코코넛 또는 팜 씨앗으로부터 얻은 코코넛 원료분말을 합성수지와 혼합하여 천연의 색감을 가진 일정한 색상의 인조목재를 제조할 수 있도록 함으로써, 폐자원의 재활용을 통해 제조원가를 낮출 수 있고 환경 친화적이면서도 전단강도(shearing strength) 물성 및 생산 효율성이 우수한 인조목재를 제조할 수 있는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 천연목재는 경제적이고 비중이 비교적 작으며 가공하기가 용이하여 산업전반에 걸쳐 다양한 용도로 사용되고 있으나, 천연목재의 특성상 수분에 의한 변형 및 부식 등에 의한 갈라짐 또는 깨짐이 빈번하게 발생되어 쉽게 파손되므로 재사용이 어렵게 되는 등의 단점이 있다.
또한 이러한 천연목재는 일회용품으로 사용하기에는 고가일 뿐만 아니라 일회 사용 후 폐기될 경우 자연림 훼손으로 인한 환경 파괴의 원인으로 지적되고 있다.
이런 배경에서 천연목재를 대신하기 위한 수단으로 톱밥 또는 나무 조각 등으로부터 얻는 목분 등을 합성수지와 배합하여 제조되는 인조목재가 개발되어 있다.
그러나 이러한 인조목재는 천연목재와 같은 물성을 유지하기 위해서는 60중량% 이상의 합성수지를 포함시켜야만 하나, 반면에 합성수지가 60중량% 이상 포함된 인조목재는 그 무게가 무겁고, 수지함량이 높기 때문에 가격 경쟁력에서도 불리할 뿐만 아니라 화재 발생시 유해가스를 대량 방출할 수 있는 위험성이 내포되는 단점이 있다.
국내 공개특허공보 제2001-0035045호에는 본 발명자에 의해 고안된 PE 액화목재 제조방법 및 장치가 공지되어 있다. 이는 폐비닐 등의 폐자재를 원료로 사용하여 자원을 재활용하면서 내구성이 발휘되어 변형을 방지하고 수명을 연장시킬 수 있는 PE 액화목재를 제조하는 방법 및 장치에 관한 기술로서, 폐자원 사용에 의한 자원 재활용의 효과와 함께 PE 액화목재의 몸체 내부에 하나 이상의 중공을 형성하고 보강 철판을 삽입하여 경량화하고 내구성 및 내파성을 향상시킬 수 있도록 구성하고 있다.
그러나 이러한 종래의 PE 액화목재 제조방법 및 장치에 의하면, 폐비닐 등의 폐자재를 수거하여 원료화하는 데에는 폐자원 재활용을 위한 여러 과정을 거쳐야 하며, 따라서 많은 인력과 시간 및 비용의 낭비로 인해 제조원가가 상승되는 원인으로 작용하였다.
한편 코코넛 야자는 열대 지방에서 많은 량이 생산되고 있으며, 코코넛 야자열매의 수액은 쥬스 등으로 음용되고, 젤리 형태인 내피(속껍데기)는 제과 또는 제빵 재료 등으로 직접 이용되거나, 코코넛 기름 등으로 생산되어 각종 요리의 소스 재료와 식용유로 사용하며 비누나 화장품 등의 재료로도 활용이 가능하다.
반면에, 코코넛 야자 열매의 외피인 섬유층은 간혹 카펫이나 차량용 시트, 또는 산업용 밧줄 등의 여러 산업 재료로 활용이 되며 공예품 등으로도 활용되고는 있으나 이는 극히 일부에 불과하며 대부분은 버려지고 있는 실정이다.
특허 문헌 KR 10-2001-0035045 A 2001.05.07
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 코코넛 야자열매 또는 팜 씨앗으로부터 얻은 코코넛 원료분말을 합성수지와 혼합하여 인조목재를 제조할 수 있도록 함으로써, 폐자원의 재활용을 통해 제조원가를 낮출 수 있고 전단강도 및 생산 효율성이 우수한 인조목재를 제조할 수 있는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 코코넛 원료분말의 천연적인 색감을 통해 일정한 색상의 인조목재를 얻을 수 있도록 하여, 혼합 안료를 사용하지 않는 환경 친화적인 인조목재를 제조할 수 있는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, (a) 코코넛 섬유질 및 팜유 슬러지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 코코넛 원료분말과, 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 합성수지 원료분말을 준비하는 코코넛 및 합성수지 원료분말 준비공정, (b) 준비된 코코넛 원료분말을 합성수지 원료분말과 혼합하여 인조목재의 원료분말을 준비하고 혼합된 인조목재의 원료분말에 제조하고자 하는 인조목재 제품의 휨강도와 발포 비중 및 용도별 색상 특성에 따라 선택되는 안료와 발포제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 배합하는 배합공정, (c) 배합된 원료분말을 압출 용융장치로 이송하는 원료 이송공정, (d) 이송된 원료분말을 가열하여 용융시키고, 그 용융액을 압출 성형장치의 금형을 통해 원하는 형태의 성형물을 형성함과 아울러 금형의 후단에서 보강재를 삽입하여 인조목재를 성형하는 용융 및 성형공정, (e) 성형된 인조목재를 진공 싸이징 장치를 통해 수축 억제시키는 싸이징 공정, (f) 수축 억제된 인조목재 성형물을 냉각하고 인출시켜, 원하는 길이로 자동 절단하는 냉각/인출 및 절단공정;을 포함하는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법이다.
상기 실시 예에 의한 인조목재 제조방법은, (g) 절단된 인조목재를 다시 재가열하여 원하는 형태의 무늬를 가공하는 무늬 가공공정, (h) 무늬 가공된 인조목재를 다시 냉각하는 재냉각공정;을 더 포함하여 다른 실시 예의 인조목재 제조방법으로 구현될 수 있다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조방법에서, 인조목재의 원료분말은 코코넛 원료분말 20~70 중량%과 합성수지 원료분말 25~65 중량%를 혼합하여 조성되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조방법에서, (a) 코코넛 원료분말 준비공정은, (a1) 코코넛 야자열매의 외피 섬유층으로부터 얻은 코코넛 섬유질, 또는 팜(palm) 씨앗으로부터 얻은 팜유 슬러지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 재료를 30-120 메쉬의 크기로 분쇄하는 단계, (a2) 분쇄된 코코넛 원료 분말을 함수율이 5% 미만이 되도록 60-120℃의 온도에서 건조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조방법에서, (c) 이송공정은, (c1) 배합된 원료분말을 콘트롤 판넬을 통해 1차 원료 저장 사이로로 이송하는 1차 이송단계, (c2) 1차 원료 저장 사이로에 보관된 원료분말을 스크류 방식으로 각 압출 라인의 2차 원료 저장 사이로로 압송하는 2차 이송단계, 및 (c3) 2차 원료 저장 사이로에 보관된 원료 분말을 압출 용융장치의 내부로 낙하시키는 낙하단계를 포함하여 이루어지는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조방법에서, (e) 싸이징 공정은, (e1) 원통형 진공관을 통해 인조목재 성형물에 냉각수를 분사하면서 진공 압력을 인가하여 냉각수에 의한 냉각과 동시에 진공에 의한 압력이 성형물의 표면을 골고루 당겨줄 수 있는 상태에서 1차 싸이징하는 단계, (e2) 사각통형 진공관을 통해 인조목재 성형물에 냉각수를 분사하면서 진공 압력을 인가하여 냉각수에 의한 냉각과 동시에 진공에 의한 압력이 성형물의 표면을 골고루 당겨줄 수 있는 상태에서 2차 싸이징하는 단계로 이루어지는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 형태는, 코코넛 원료분말을 합성수지 원료분말과 혼합하여, 그 혼합된 인조목재의 원료분말에 제조하고자 하는 제품의 강도와 발포 비중의 용도 및 특성에 따른 안료와 발포제로 이루어지는 하나 이상의 군에서 선택된 첨가제를 배합하는 배합장치, 배합장치에서 배합된 인조목재의 원료분말을 저장하는 원료저장장치, 원료저장장치에서 낙하되는 인조목재의 원료분말을 용융시키는 압출 용융장치, 압출 용융장치에서 용융된 원료 용융액을 금형을 이용하여 원하는 형태로 성형하는 압출 성형장치, 압출 성형장치의 후단에 보강재를 공급하여 압출 성형된 인조목재의 성형물에 보강재를 삽입하는 보강재 공급장치, 성형된 인조목재를 수축 억제 상태로 냉각시키는 진공 싸이징 장치, 수축 억제된 인조목재를 냉각하는 냉각장치, 및 냉각된 인조목재를 인출시켜 원하는 길이로 자동 절단하는 인출 및 절단장치를 포함하여 구성되는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 실시 예에 의한 인조목재 제조장치는, 절단된 인조목재를 다시 재가열하여 원하는 형태의 무늬를 가공하는 무늬 가공장치, 무늬 가공된 인조목재를 다시 냉각하는 재냉각장치를 더 포함하여 다른 실시 예의 인조목재 제조장치로 구현될 수 있다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 인조목재의 원료분말은, 코코넛 원료분말 20~70 중량%, 합성수지 원료분말 25~65 중량%, 및 첨가제 3~20 중량%를 혼합하여 조성되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 코코넛 원료분말은, 코코넛 야자열매의 외피 섬유층으로부터 얻은 코코넛 섬유질, 또는 팜(palm) 씨앗으로부터 얻은 팜유 슬러지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 재료를 30-120 메쉬의 크기로 분쇄하고 함수율이 5% 미만이 되도록 60~120℃의 온도범위에서 건조한 분말인 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 원료저장장치는, 배합장치에서 배합된 원료분말이 콘트롤 판넬을 통해 이송되어 저장되는 1차 원료 저장 사이로, 1차 원료 저장 사이로에 보관된 원료분말이 스크류 방식으로 이송되어 저장되며 저장된 원료분말을 압출 용융장치의 내부로 낙하시키는 각 압출 라인의 2차 원료 저장 사이로로 구성되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 2차 원료 저장 사이로의 하부 일측에는 외부 조작에 의해 개폐가 가능한 원료 탈출구가 구비되어, 압출 생산을 중단하고자 할 때 2차 원료 저장 사이로 내부의 원료를 외부로 토출시킬 수 있도록 구성되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 2차 원료 저장 사이로의 하단부에는 외부 조작에 의해 원료분말의 낙하를 중지시킬 수 있는 원료 낙하 차단판이 구비되어, 2차 원료 저장 사이로에서 압출 용융장치로 낙하되는 원료를 차단할 수 있도록 구성되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 원료 낙하 차단판은, 스테인레스 스틸로 구성되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 압출 용융장치는, 실린더로 이루어진 몸체 내부에서 스크류를 회전시키면서 원료 분말을 가열하여 용융시키며, 실린더의 중간 위치 상부에는 수분 탈취구가 형성되어, 압출 과정에서 수지 원료에 함유된 수분을 강제 탈출시킬 수 있도록 구성되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 보강재 공급장치는, 무동력으로 스스로 회전 가능하게 설치되는 인취기, 인취기의 상부에 권취되어 인취기의 회전 동작에 따라 릴리스되는 보강재로 구성되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 압출 성형장치의 금형은, 내부에 열선이 삽입된 봉 형상의 히터가 금형 내부의 성형물 토출구 양측에 수직으로 다수 개 매립 설치되어, 금형의 성형물 토출구 측에서 인조목재가 압출 성형되기 이전에 금형 내부의 원료 용융액의 온도를 140~160℃로 일정하게 유지할 수 있도록 구성되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 압출 성형장치의 금형은,탈부착이 용이하도록 금형의 상부에 탈부착용 고리를 설치하여, 열이 가해진 금형의 탈착 및 교체 작업시 고리를 이용하여 탈착 및 교체할 수 있도록 구성되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 압출 성형장치의 금형은, 보강재를 삽입시키기 위한 적어도 하나 이상의 보강재 삽입홀이 보강재의 단면 넓이보다 넓게 길이방향으로 관통되어 금형의 후단에 형성되고, 금형의 내부에는 각 보강재 삽입홀로부터 그 내부로 연설되어 각 보강재 삽입홀을 통해 삽입되는 보강재가 뒤틀리지 않도록 보강재를 안내하는 보강재 안내 프레임이 각각 내설되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 진공 싸이징 장치는, 압출 성형장치에서 토출된 인조목재의 성형물이 일정한 속도로 내부에서 이동될 수 있는 원통형으로 구성되며 수공식 펌프와 모터에 의해 냉각수를 분사하면서 진공에 의한 압력을 내부에 인가할 수 있도록 하여 냉각수에 의한 냉각과 동시에 진공에 의한 압력이 성형물의 표면을 골고루 당겨줄 수 있도록 구성되는 1차 진공관, 인조목재 성형물의 체적과 유사한 형상의 사각통형으로 구성되어 1차 진공관의 후단부에 연설되며 수공식 펌프와 모터에 의해 냉각수를 분사하면서 진공에 의한 압력을 내부에 인가할 수 있도록 하여, 냉각수에 의한 냉각과 동시에 진공에 의한 압력이 성형물의 표면을 골고루 당겨줄 수 있도록 구성되는 2차 진공관, 및 진공관 내부의 공기압력 및 수량압력을 각각 측정하여 지시하는 진공 압력게이지와 수량 압력게이지 및 압축기를 포함하여 구성되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 냉각장치는, 지면으로부터 일정 높이에 수평으로 설치되며 냉각수를 공급하여 인조목재를 냉각할 수 있는 내부 공간을 형성하고 냉각수의 유출을 방지하기 위해 내부에 냉각수가 이동할 수 있는 통로를 형성한 냉각통, 정비관리를 용이하게 할 수 있도록 일정한 높이에 형성되는 안전 발판, 및 냉각통 하단에 설치되며 냉각통으로 냉각수를 공급할 수 있는 모터와 펌프를 포함하여 구성되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 냉각장치는, 압출 성형된 인조목재를 신속하게 냉각시키기 위하여 메인 파이프 관에 일정한 간격과 각도로 배열되는 냉각수 분사기, 냉각수 분사기에서 일정한 범위로 냉각수가 분사될 수 있도록 냉각수의 반사압력을 조절하는 냉각수 압력 조절부를 포함하여 구성되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 냉각장치는, 부식 방지를 위하여 스테인레스 재질로 구성되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 인출장치는, 냉각된 인조목재 성형물을 출구 쪽에서 일정한 속도로 잡아 당길 수 있도록 상기 냉각 장치의 후단에 상하로 설치된 레일, 냉각된 인조목재 성형물을 일정한 속도로 당기며 압출된 인조목재가 레일의 좌우로 유동되지 않도록 하기 위해 레일의 입구와 출구 양측에 회전 가능하게 각각 한 쌍으로 설치되는 원형의 회전기둥, 및 인조목재의 흔들림을 방지하기 위해 레일의 입구와 출구 양측에서 일정한 속도로 압출 성형이 이루어질 수 있도록 레일의 속도를 조절하는 인출속도 조절부가 설치되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 절단장치는 인출기에서 배출되는 인조목재 성형물의 길이를 원형 롤러로 측정하고 지정된 길이마다 출력을 발생시켜 톱날을 구동하여 인조목재 성형물을 일정 간격마다 절단하는 커팅부를 포함하여 구성되는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
상기 각 실시 예에 의한 인조목재 제조장치에서, 무늬 가공장치는, 절단된 인조 목재 성형물을 2차로 가열하여 온도를 상승시킨 후 무늬목 가공기에 의해 무늬 형태를 가공하는 것인 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치이다.
본 발명에 따른 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법 및 장치에 의하면, 합성수지원료와 코코넛 고분자를 이용하여 인조목재를 제조할 수 있게 되므로, 폐자원의 재활용을 통해 제조원가를 낮출 수 있고 전단강도 및 생산 효율성이 우수하면서도 환경 친화적인 인조목재를 얻을 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법 및 장치에 의하면, 코코넛 원료분말의 천연적인 색감을 이용하여 일정한 색상의 인조목재를 얻을 수 있게 되므로 안료의 사용을 줄일 수 있게 되어 환경 친화적인 방법으로 인조목재를 제조할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조공정을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 의한 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치의 전체적인 구성도이다.
도 3은 도 2의 압출 용융장치의 상세도이다.
도 4a는 도 2의 압출 성형장치의 금형 상세도이다.
도 4b는 도 2의 압출 성형장치의 후단부에 보강재가 삽입되는 상태를 예시한 상세도이다.
도 5는 도 2의 진공 싸이징 장치의 상세도이다.
도 6은 도 2의 냉각 장치의 외관을 예시한 상세도이다.
도 7은 도 2의 냉각 장치에 구비된 냉각수 분사기의 상세도이다.
도 8은 도 2의 인출장치의 상세도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법 및 장치의 구성 및 동작을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 본 발명의 인조목재 제조방법 및 장치에서 사용하고자 하는 인조목재 배합 조성물은, 코코넛 섬유질 및 팜유 슬러지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 코코넛 원료분말과, 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 합성수지 원료분말과, 및 제조하고자 하는 인조목재 제품의 휨강도와 발포 비중 및 용도별 색상 특성에 따라 선택되는 안료와 발포제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 포함하여 이루어진다. 이러한 상기 인조목재의 원료분말은 함수율 5% 미만의 코코넛 원료분말 20~70 중량%, 합성수지 원료분말 25~65 중량%, 및 첨가제 3~20 중량%를 혼합하여 조성되는 것이 바람직하다.
1. 코코넛 원료분말
본 발명의 코코넛 원료분말은, 먼저, 코코넛 야자(Cocos nucifera) 열매의 외피 섬유층으로부터 얻은 코코넛 섬유질, 또는 팜(palm) 씨앗으로부터 얻은 팜유 슬러지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.
이러한 코코넛 원료 분말은 인조목재의 원료분말 총 100 중량부에 대하여 20~70 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기의 코코넛 원료분말의 함량을 사용하는 이유는 인조목재 제조시 톱밥 또는 목분을 사용하는 경우 수종에 따라서 섬유질의 함량이 일정하지 않은 것과는 달리 동일한 성분 및 균일한 함량의 섬유질을 활용할 수 있어 물성이 우수한 인조목재를 얻을 수 있기 때문이다. 또한 코코넛 원료분말은 0.90/비중 정도이나 일반 톱밥이나 목분은 1.1~1.3/비중이므로 보다 경량화가 가능한 장점이 있으며, PE는 0.91~0.96/비중 이므로 혼합시 뒤틀림 형상이 적고 갈라짐 현상이 적은 장점이 있다. 또한 코코넛 원료분말의 색상은 검정색으로서 합성수지 원료분말과 혼합하여 인조목재 제조시 균일하고 안정된 일정한 색상을 얻을 수 있기 때문에 폐 플라스틱 사용시와 같이 혼합 안료를 반드시 필요로 하지 않으므로 환경 친화적인 인조목재를 제조할 수 있게 된다. 또한 이러한 코코넛 원료 분말을 사용하는 경우라 하더라도 특정한 색상의 인조목재를 원하는 경우 첨가제 선택시 원하는 색상의 안료를 발포제와 함께 배합함으로서 원하는 색상의 인조목재의 제조가 가능하게 된다.
상기 코코넛 섬유질 또는 팜유 슬러지로부터 얻는 코코넛 원료분말의 입자 크기는 30~120 메쉬(mesh)인 것이 바람직하다. 본 발명에서 이와 같은 코코넛 원료 분말의 입자 크기를 정하는 이유는, 생산하고자 하는 플라스틱 펠렛의 크기와 압출 성형장치의 실린더 내부의 온도에 따라서 압출 성형장치로 인서트시킬때 가장 효율적인 생산 범위가 결정되기 때문이다. 즉, 코코넛(또는 팜나무) 원료분말의 입자의 크기가 120 메쉬보다 큰 경우 압출 성형장치로 진입할 때 플라스틱 펠렛이 먼저 들어가려는 현상이 생겨서 처음에 들어간 혼합원료와 나중에 들어간 혼합원료의 혼합 비율이 달라질 수 있기 때문에 성형물의 품질이 저하될 수 있으며, 반대로 코코넛(또는 팜나무) 원료분말의 입자의 크기가 30 메쉬보다 작으면 플라스틱 펠렛이 나중에 들어가는 현상이 발생하여 처음에 들어간 혼합원료와 나중에 들어간 혼합원료의 혼합 비율이 달라질 수 있기 때문에 품질이 일정하지 않게 된다. 따라서 코코넛 원료분말의 입자 크기를 30~120 메쉬(mesh) 범위로 설정하여 분쇄함으로서 압출 성형장치로 진입되는 플라스틱 펠렛과 코코넛 원료분말의 혼합 비율을 일정하게 유지할 수 있어 균일한 품질의 성형물을 얻을 수 있게 하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 준비된 코코넛 섬유질 또는 팜유 슬러지로부터 얻은 코코넛 원료분말은 함수율이 5% 미만이 되도록 건조하는 것이 바람직하다. 이러한 코코넛 원료 분말의 함수율은 5%보다 낮아야만 플라스틱 펠렛의 수분 함유율이 다소 높은 경우라 할지라도 코코넛 원료분말과 합성수지 원료분말을 혼합하는 과정에서 전체 혼합원료의 함수율을 낮출 수 있게 된다. 만약 코코넛 원료분말의 함수율이 5% 보다 높으면 압출 성형 과정에서 기포가 발생될 수 있으며, 이러한 기포 현상은 성형 후 완성된 제품에 형성되는 커다란 천공의 원인이 되어 제품의 밀도를 불규칙적으로 만드는 원인이 될 수 있다. 아울러 코코넛 원료분말의 함수율이 5% 보다 높으면 압출 성형장치에서 토출되는 용융액이 일정하게 나오질 않기 때문에 압출성형 과정에서 불량이 생길 확률 또한 높아진다. 따라서 코코넛 원료 분말의 함수율을 5%보다 낮게 설정하여 건조함으로써, 코코넛 원료분말과 합성수지 원료분말을 혼합하는 과정에서 기포의 발생을 줄일 수 있도록 하여, 균일한 밀도의 완성된 제품을 얻을 수 있게 한다.
상기 준비된 코코넛 원료분말의 함수율이 5% 미만이 되도록 건조하는 방법의 구체적인 일례로는, 코코넛 원료분말을 임의의 60-120℃의 온도범위 내에서 함수율이 5% 미만이 되도록 건조하는 단계를 거치는 방법이 있다. 이러한 건조단계는 밀폐된 콘베이어 벨트 위나 별도의 건조장치 또는 배합장치에서 수행되는 것이 바람직하며, 임펠라 등을 이용하여 바깥과 속의 코코넛 섬유질 또는 팜유 슬러지의 원료 분말을 균일하게 건조할 수도 있다. 이와 같이 코코넛 원료분말 건조 시의 온도범위를 60-120℃ 사이로 설정하는 이유는, 만약 건조시의 온도가 120℃ 보다 높으면 화재의 위험이 있으며, 반대로 건조시의 온도가 60℃ 보다 낮으면 건조에 소요되는 시간이 장기간 이루어지게 되므로 비효율적이다. 따라서 이 코코넛 원료분말의 건조 온도범위를 60-120℃ 사이로 설정함으로서, 화재의 위험이 없는 상태에서 효율적으로 분말을 건조할 수 있게 한다.
2. 합성수지 원료분말
본 발명의 합성수지 원료분말은 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 것을 혼합한 것이 바람직하다. 이러한 합성수지 원료분말의 함량은 인조목재의 원료분말 총 100 중량부에 대하여 25~65 중량부를 혼합하는 것이 바람직하며, 이러한 합성수지 원료분말의 함량 기준은 완성된 제품이 사용되는 용도에 따라 달라질 수 있다. 특히 용도별 자재의 휨강도가 크게 요구되는 경우에는 그 휨강도에 따라 함량 비율을 높일 수 있고, 반대로 구조적인 힘을 덜 필요로 하는 제품에 대해서는 함량의 비율을 낮출 수 있음은 물론이다. 또한 이러한 합성수지 원료분말인 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 각 재질별 함량을 동일하게 사용할 수 있으며, 특히 저밀도 폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하는 경우 혼합물의 흐름을 좋게 하고 균일한 분산을 용이하게 하여 불량률을 줄일 수 있을 뿐 아니라 물성(충격강도)을 높일 수 있어 바람직하다.
3. 첨가제
본 발명의 인조목재 원료분말은, 상기 코코넛 원료분말과 합성수지 원료분말이 혼합된 원료분말에 제조하고자 하는 인조목재 제품의 강도와 발포 비중의 용도 및 특성에 따라 선택되는 안료와 발포제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 첨가하여 배합하는 것이 바람직하다. 이때, 첨가제는 인조목재의 원료분말 총 100 중량부에 대하여 3~20 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는 인조목재의 원료분말 총 100 중량부에 대하여 3~20 중량부의 안료, 발포제로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 첨가한 후, 배합장치에서 배합하여 인조목재의 원료분말을 혼합하는 것이다.
이러한 첨가제는 인조 목재 성형 제품의 비중 안정성, 유연성 등과 같은 성능이나 색상 문제를 해결할 수 있는 구조재로서 이용되므로 이러한 첨가제의 역할은 매우 중요하다. 안료의 경우 완성된 제품의 용도별 원하는 색상에 따라 선택적으로 첨가될 수 있으며, 반면에 코코넛 원료분말의 천연적인 색상을 그대로 이용하고자 할 경우 안료는 첨가되지 않을 수도 있다. 발포제의 경우 유기 혹은 무기 발포제를 사용할 수 있으며, 압출 공정에서 제품의 불량을 감소시키면서 제품의 비중 및 유연성을 조절하기 위해 첨가되는 재료로 필수적이다. 특히 이러한 발포제는 3 중량부보다 적게 사용하는 경우 제품의 비중이 일정하지 않을 수 있으며, 20 중량부보다 많게 사용하는 경우 제품 자체가 빵과 같이 부풀어서 진공과 냉각과정의 공정이 어렵게 될 수 있다. 본 발명에서 발포제는 제품의 비중 안정성 및 유연성을 높이고, 제품의 경량화를 가능하게 하며 기계적 성질을 개선하는 역할 등을 한다. 예를 들어 바다나 호수 등에서과 같이 유동성이 예상되는 구조물에 사용될 경우에는 발포제의 함량을 높여줌으로서 플랙시블한 제품의 유연성을 확보할 수 있을 것이고, 제품의 중량 또한 경량화할 수 있게 된다.
이와 같이 배합된 인조목재 원료분말은 (a) 코코넛 및 합성수지 원료 분말 준비공정, (b) 배합하는 배합공정, (c) 원료 이송공정, (d) 용융 및 성형공정, (e) 싸이징 공정, (f) 냉각/인출 및 절단공정으로 이루어지는 제조공정을 통해 인조목재로 제조될 수 있게 되며, 아울러 (g) 무늬 가공공정과 (h) 재냉각공정을 더 거치는 경우 원하는 용도의 무늬가 가공된 인조목재로 제조될 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조공정을 나타내는 흐름도이다.
(a) 코코넛 및 합성수지 원료 분말 준비공정은, 코코넛 야자(Cocos nucifera) 열매의 외피 섬유층으로부터 얻은 코코넛 섬유질, 또는 팜(palm) 씨앗으로부터 얻은 팜유 슬러지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 코코넛 원료를 30-120 메쉬로 잘게 분쇄하고, 함수율이 5% 미만이 되도록 60-120℃ 온도범위 내에서 건조시켜 코코넛 원료분말을 준비하고, 폴리프로필렌, 고밀도폴리에틸렌, 저밀도폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 것을 혼합하여서 된 합성수지 원료분말을 준비하는 단계이다. 이러한 원료분말 준비공정은 (a1) 수액이 제거된 코코넛 열매의 외피 섬유층로부터 얻은 코코넛 섬유질 또는 팜 씨앗으로부터 얻은 팜유 슬러지를 30~120 메쉬의 입자 크기로 분쇄하는 단계와, (a2) 분쇄된 코코넛 섬유질 또는 팜유 슬러지 분말을 함수율이 5% 미만이 되도록 60~120℃에서 건조하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
(b) 배합공정은, 준비된 코코넛 원료분말 20~70 중량%과 합성수지 원료분말 25~65 중량%를 혼합하여 인조목재의 원료분말을 준비하고, 상기 혼합된 분말에 제조하고자 하는 제품의 강도와 발포 비중의 용도 및 특성에 따른 안료와 발포제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제3~20 중량 %를 혼합하여 배합하는 단계이다.
(c) 원료 이송공정은, 배합된 원료분말을 압출 용융장치로 이송하는 단계이다. 이러한 원료 이송공정은 (c1) 배합공정에서 배합된 원료분말을 콘트롤 판넬을 통해 1차 원료 저장 사이로로 이송하는 1차 이송단계, (c2) 1차 원료 저장 사이로에 보관된 원료분말을 스크류 방식으로 각 압출 라인의 2차 원료 저장 사이로로 압송하는 2차 이송단계, 및 (c3) 2차 원료 저장 사이로에 보관된 원료 분말을 압출 용융장치의 내부로 낙하시키는 낙하단계를 포함하여 이루어진다.
(d) 용융 및 성형공정은, 이송된 원료분말을 140~200℃로 가열하여 용융시키고, 그 용융액을 140~160℃ 온도 범위를 유지하는 압출 성형장치의 금형 내부를 통해 원하는 형태의 성형물을 형성함과 아울러 상기 금형의 후단에서 보강재를 삽입하여 인조목재를 성형하는 단계이다.
(e) 싸이징 공정은, 성형된 인조목재를 진공 싸이징 장치를 통해 수축 억제시키는 단계이다. 이러한 싸이징 공정은 (e1) 원통형 진공관을 통해 인조목재 성형물에 냉각수를 분사하면서 진공 압력을 인가하여 냉각수에 의한 냉각과 동시에 진공에 의한 압력이 성형물의 표면을 골고루 당겨줄 수 있는 상태에서 1차 싸이징하는 단계와, (e2) 사각통형 진공관을 통해 인조목재 성형물에 냉각수를 분사하면서 진공 압력을 인가하여 냉각수에 의한 냉각과 동시에 진공에 의한 압력이 성형물의 표면을 골고루 당겨줄 수 있는 상태에서 2차 싸이징하는 단계로 이루어진다.
(f) 냉각/인출 및 절단공정은, 싸이징 처리를 통해 수축 억제된 인조목재 성형물을 냉각하고 인출시켜, 원하는 길이로 자동 절단하는 단계이다.
(g) 무늬 가공공정은, 절단된 인조목재 또는 냉각시켜 인출 처리된 절단 이전의 인조목재를 140~200℃의 온도범위로 다시 재가열하여 원하는 형태의 무늬를 가공하는 단계이다.
(h) 재냉각공정은 무늬 가공된 인조목재를 다시 냉각하는 단계이다.
도 2는 본 발명에 의한 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치의 전체적인 구성도로서, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 인조목재 제조장치는, 배합장치(10), 원료저장장치(21,22), 압출 용융장치(30), 압출 성형장치(40), 보강재 공급장치(50), 진공 싸이징 장치(60), 냉각장치(70), 및 인출 및 절단장치(80);를 포함하여 구성되며, 무늬 가공장치(90)와, 재냉각장치(91)를 더 포함하여 다른 실시 예에 의한 인조목재 제조장치가 구현된다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 의한 인조목재 제조장치의 각부 상세도들로서, 도 3은 도 2의 압출 용융장치의 상세도이고, 도 4a는 도 2의 압출 성형장치의 금형 상세도이고, 도 4b는 도 2의 압출 성형장치의 후단부에 보강재가 삽입되는 상태를 예시한 상세도이고, 도 5는 도 2의 진공 싸이징 장치의 상세도이고, 도 6은 도 2의 무늬 가공장치의 상세도이다.
배합장치(10)는 코코넛 원료분말 20~70 중량%과 합성수지 원료분말 25~65 중량%를 혼합하고, 상기 혼합된 분말에 제조하고자 하는 제품의 강도와 발포 비중의 용도 및 특성에 따라 안료와 발포제 등의 첨가제 3~20 중량%를 첨가하여 배합하는 장치이다. 여기서 코코넛 원료 분말은 수액이 제거된 코코넛 열매의 외피 섬유층로부터 얻은 코코넛 섬유질 또는 팜 씨앗으로부터 얻은 팜유 슬러지를 30~120 메쉬의 입자 크기로 분쇄한 후 그 분쇄된 코코넛 섬유질 또는 팜유 슬러지 분말을 함수율이 5% 미만이 되도록 60~120℃에서 건조시켜서 된 분말인 것이고, 합성수지 원료분말은 폴리프로필렌, 고밀도폴리에틸렌, 저밀도폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 것을 혼합하여서 된 수지이다. 이로써 배합장치(10)에서는 상기 혼합 분말에, 만들고자 하는 제품의 강도와 발포 비중의 용도 그리고 제품의 특성을 고려한 색상 등을 고려하여 선택되는 첨가제 3~20 중량 %를 용이하게 혼합할 수 있게 된다.
원료저장장치(21,22)는 배합장치(10)에서 배합된 인조목재 원료분말을 저장하는 장치로서, 배합장치(10)에서 배합된 원료분말이 콘트롤 판넬을 통해 이송되어 저장되는 1차 원료 저장 사이로(21)와, 1차 원료 저장 사이로에 보관된 원료분말이 스크류 방식으로 이송되어 저장되며 저장된 원료분말을 하단의 압출 용융장치의 내부로 낙하시키는 각 압출 라인의 2차 원료 저장 사이로(22)로 구성된다.
여기서 특히 2차 원료 저장 사이로(22)의 하부 일측에는 외부 조작에 의해 개폐가 가능한 원료 탈출구(22a)가 구비되어, 압출 생산을 중단하고자 할 때 2차 원료 저장 사이로(22) 내부의 원료를 외부로 토출시킬 수 있도록 구성되며, 2차 원료 저장 사이로(22)의 하단부에는 외부 조작에 의해 원료분말의 낙하를 중지시킬 수 있는 원료 낙하 차단판(22b)이 구비되어, 2차 원료 저장 사이로에서 압출 용융장치(30)로 낙하되는 원료를 차단할 수 있도록 구성된다. 특히 이러한 원료 낙하 차단판(22b)은, 스테인레스 스틸로 구성되는 것이 바람직하다.
이로써 이와 같은 2차 원료 저장 사이로 장치에서 하단의 원료 탈출구(22a) 및 원료 낙하 차단판(22b)을 사용하게 되면, 색상이나 기타의 용도로 제품 생산을 바꾸고자 할 때나 인조목재 제조공정을 수행 중 필요에 따라 압출 생산공정을 중단하고자 할 경우 압출 용융장치로의 원료낙하를 쉽게 차단하여 편리하게 공정을 제어할 수 있게 되며, 따라서 1차 사이로 장치에 저장되어 있는 원료분말을 쉽게 빼낼 수 있게 된다.
압출 용융장치(30)는 원료저장장치인 2차 원료 저장 사이로(22)에서 낙하되는 인조목재 원료분말을 140~200℃로 가열하여 용융시킨 후 압출 성형장치로 전달하는 장치로서, 도 3에 예시된 바와 같이 실린더(31)로 이루어진 몸체 내부에 회전 스크류가 구비되어, 가열에 의해 용융된 원료 용융액을 스크류 회전 동작에 의해 압출 성형장치 쪽으로 밀어내는 동작을 한다. 이러한 압출 용융장치(30)는 실린더(31)의 중간 위치 상부에 수분 탈취구(32)가 형성되어, 압출 과정에서 수지 밑 코코넛 원료에 함유된 수분을 강제 탈출시킬 수 있도록 구성한다. 이러한 수분 탈취구(32)는 압출 용융장치(30) 내에서 인조목재의 원료분말을 가열하고 압출시키는 과정 중 실린더(31) 내부의 수분을 외부로 방출될 수 있게 하며, 이로써 원료 용융액의 수분 함량을 줄여줄 수 있게 되므로, 인조목재 성형물에 형성될 수 있는 기포 발생의 여지를 줄여줄 수 있게 되며, 따라서 밀도가 균일한 인조목재를 생산할 수 있게 한다. 따라서 이러한 압출 용융장치의 구성은 압출 성형시 제품의 기포 현상을 방지하여 품질을 향상시킬 수 있게 한다.
압출 성형장치(40)는 압출 용융장치(30)에서 용융상태로 공급된 원료 용융액을 140~160℃ 온도 범위를 유지하는 압출 성형장치의 금형을 이용하여 원하는 형태로 성형하는 장치로서, 압출 성형장치(40)의 금형(41)은 도 4a에 도시된 바와 같이, 내부에 열선(41a)이 삽입된 봉 형상의 히터(41b)가 금형(41) 내부의 성형물 토출구 양측에 수직으로 다수 개 매립 설치되어, 180~200℃의 온도 범위로 가열되며, 이는 금형(41)의 성형물 토출구 측에서 인조목재가 압출 성형되기 이전에 원료 용융액의 온도를 140~160℃ 온도 범위로 일정하게 유지할 수 있도록 구성한다. 이러한 금형(41)은 탈부착이 용이하도록 하기 위해 금형(41)의 상부에 탈부착용 고리(41c)를 설치하여, 열이 가해진 금형의 탈착 및 교체 작업시 상기 고리를 이용하여 탈착 및 교체할 수 있도록 구성한다. 또한 이러한 압출 성형장치(40)의 금형(41)에는 도 4b에 도시된 바와 같이 보강재(52)를 삽입시키기 위한 적어도 하나 이상의 보강재 삽입홀(41d)이 보강재의 단면 넓이보다 넓게 길이방향으로 관통되어 금형의 후단에 형성되고, 이러한 금형(41)의 내부에는 각 보강재 삽입홀(41a)로부터 그 내부로 연설되어 각 보강재 삽입홀을 통해 삽입되는 보강재가 뒤틀리지 않도록 보강재를 안내하는 보강재 안내 프레임이 각각 내설되어 구성될 수 있다. 이로써 본 발명에 의한 압출 성형장치에 의하면 다수의 매립된 히터를 이용하여 인조목재가 압출 성형되기 이전에 원료 용융액의 온도를 일정하게 유지할 수 있게 되므로 성형 품질을 향상시킬 수 있게 되며, 금형 상부의 고리를 금형의 탈착 및 교체 작업에 사용할 경우 열이 가해진 금형의 탈착 및 교체 작업을 용이하게 실시할 수 있는 이점이 있다. 또한 금형 후단에 내설되는 보강재 안내 프레임을 통해 보강재를 삽입할 수 있게 되므로 보강재의 뒤틀림 등을 미연에 방지할 수 있게 성형물의 강도를 효율적으로 높일 수 있게 된다.
보강재 공급장치(50)는 압출 성형장치(40)의 후단에 공급되는 보강재(52)를 공급하기 위한 장치로서, 무동력으로 스스로 회전 가능하게 설치되는 인취기(51), 인취기의 상부에 권취되어 인취기의 회전 동작에 따라 자동으로 릴리스되는 보강재(52)를 포함하여 구성되며, 압출 성형된 인조목재의 성형물에 보강재(52)가 삽입될 수 있도록 하기 위해 압출 성형장치의 금형(41) 후단에 보강재(52)를 공급할 수 있도록 설치된다. 이러한 보강재(52)는 원료비용 및 중량을 줄이기 위하여 몸체에 일정 간격으로 다수 개의 구멍을 형성하여 구성할 수 있으며, 또한 PE 합성물을 사용할 수 있다. 이로써 보강재 공급장치(50)는 무동력 회전이 가능하도록 구성되는 인취기를 이용하여 그 회전동작 및 속도에 의하여 보강재가 권취상태로부터 용이하게 풀어질 수 있게 되므로, 생산시설의 동력을 사용하지 않게 되며, 따라서 전기 비용 등의 원료비용 절감 효과를 얻을 수 있게 된다.
진공 싸이징 장치(60)는 압출 성형장치(40)에서 성형되어 나온 인조목재 성형물을 냉각수와 진공 압력을 사용하여 수축 억제 상태로 냉각시키는 장치로서, 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이 원통형으로 이루어지는 1차 진공관(61), 사각통형으로 이루어지는 2차 진공관(62), 및 진공 압력게이지 및 수량 압력게이지, 압축기(65)를 포함하여 구성된다.
1차 진공관(61)은 압출 성형장치에서 토출된 인조목재의 성형물이 일정한 속도로 내부에서 이동될 수 있는 원통형으로 구성되며, 수공식 펌프와 모터에 의해 냉각수를 분사하면서 진공에 의한 압력을 내부에 인가할 수 있도록 하여, 냉각수에 의한 냉각과 동시에 진공에 의한 압력이 인조목재 성형물의 표면을 골고루 당겨줄 수 있도록 구성한다.
2차 진공관(62)은 상기 인조목재 성형물의 체적과 유사한 형상의 사각통형으로 구성되어 상기 1차 진공관의 후단부에 연설되며, 수공식 펌프와 모터에 의해 냉각수를 분사하면서 진공에 의한 압력을 내부에 인가할 수 있도록 하여, 냉각수에 의한 냉각과 동시에 진공에 의한 압력이 성형물의 표면을 골고루 당겨줄 수 있도록 구성한다. 이러한 1차 및 2차 싸이징 공정을 거치게 되면 인조목재 성형물은 진공관 내부의 진공 압력에 의해 표면이 균일하게 바깥쪽으로 당겨지는 상태에서 냉각수에 의해 냉각이 진행되기 때문에 성형물의 표면 수축 현상을 제거할 수 있고 따라서 표면 수축에 의한 변형을 방지할 수 있어 성형물의 수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있게 된다.
진공 압력게이지 및 수량 압력게이지는 상기 각 진공관 내부의 공기압력 및 수량압력을 각각 측정하여 지시하며, 압축기(65)는 상기 두 진공관 내부의 진공압력을 조절한다.
냉각장치(70)는 진공 싸이징 장치(60)를 거치면서 수축 억제된 인조목재를 냉각하는 장치로서, 냉각수 공급장치와 냉각통(71)을 포함하여 구성된다.
냉각통(71)은 도 6에 도시된 바와 같이 지면으로부터 일정 높이에 수평으로 설치되며 냉각수를 공급하여 인조목재를 냉각할 수 있는 내부 공간을 형성하고 냉각수의 유출을 방지하기 위해 내부에 냉각수가 이동할 수 있는 통로를 형성한다. 이러한 냉각통을 지지하고 있는 프레임의 측면 하부에는 정비관리를 용이하게 할 수 있는 안전 발판(72)이 일정한 높이에 형성된다. 한편, 냉각통(71) 하단에는 냉각통으로 냉각수를 공급할 수 있는 모터와 펌프(도면에는 미도시됨)가 설치되어 구성, 이러한 냉각 장치(70)는 부식 방지를 위하여 스테인레스 스틸로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 냉각통(71)의 내부에는 도 7에 도시된 바와 같이 압출 성형된 인조목재를 신속하게 냉각시키기 위하여 메인 파이프 관에 일정한 간격과 각도로 배열되는 냉각수 분사기(73)가 구비되며, 이러한 냉각수 분사기에서 일정한 범위로 냉각수가 분사될 수 있도록 냉각수의 반사압력을 조절하는 냉각수 압력 조절부(도면에는 미도시됨)를 구비할 수 있다.
인출 및 절단장치(80)는 냉각된 인조목재를 인출시켜 원하는 길이로 자동 절단하는 장치로서, 인출장치로는 도 8에 도시된 바와 같이 레일(81), 원형의 회전기둥(82), 및 인출속도 조절부(83)가 구비되어 구성되며, 절단장치로는 원형의 롤러를 이용하여 자동 커팅을 실시하는 커팅부(84)가 구비된다
레일(81)은 냉각된 인조목재 성형물을 출구 쪽에서 일정한 속도로 잡아 당길 수 있도록 상기 냉각장치(70)의 후단에 상하로 설치된다.
원형의 회전기둥(82)은 냉각된 인조목재 성형물을 일정한 속도로 당기며 압출된 인조목재가 레일(81)의 좌우로 유동되지 않도록 하기 위해 레일(81)의 입구와 출구 양측에 회전 가능하게 각각 한 쌍으로 설치되어 구성된다.
인출속도 조절부(83)는 인조목재의 흔들림을 방지하기 위해 레일(81)의 입구와 출구 양측에서 일정한 속도로 압출 성형이 이루어질 수 있도록 레일의 속도를 조절하는 장치이다.
커팅부(84)는 길이 측정을 위한 통상의 원형 롤러를 구비하여 인출장치에서 배출되는 인조목재 성형물의 길이를 측정하고, 지정된 길이마다 출력을 발생시켜 톱날을 구동함으로써, 인조목재 성형물을 일정 간격마다 자동으로 절단할 수 있게 된다.
무늬 가공장치(90)는 절단된 인조목재, 또는 절단되기 이전의 인조목재를 다시 재가열하여 원하는 형태의 무늬를 가공하는 장치로서, 무늬 가공된 인조목재를 다시 냉각하는 재냉각장치(91)를 포함하여 구성된다. 이러한 무늬 가공장치는 인조 목재 성형물을 140~200℃의 온도범위로 2차로 재가열하여 온도를 상승시킨 후 무늬목 가공기에 의해 엠보싱, 줄무늬 등의 원하는 무늬 형태를 가공할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 배합장치 21,22 : 원료 저장장치 22a : 수분 탈취구
22b : 원료낙하 차단판 30 : 압출 용융장치 40 : 압출 성형장치
50 : 보강재 공급장치 51 : 인취기 52 : 보강재
60 : 진공 싸이징 장치 61 : 1차 진공관 62 : 2차 진공관
65 : 압축기 70 : 냉각장치 71 : 냉각통
72 : 발판 73 : 냉각수 분사기 80 : 인출/절단장치
81 : 레일 82 : 회전 기둥 83 : 속도 조절부
84 : 커팅부 90 : 무늬 가공장치 91 : 재냉각장치

Claims (16)

  1. (a) 코코넛 섬유질 및 팜유 슬러지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 코코넛 원료분말과, 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 합성수지 원료분말을 준비하는 코코넛 섬유질 및 합성수지원료 분말 준비공정;
    (b) 상기 준비된 코코넛 원료분말을 합성수지 원료분말과 혼합하여 인조목재의 원료분말을 준비하고, 상기 혼합된 인조목재의 원료분말에 제조하고자 하는 제품의 강도와 발포 비중의 용도 및 특성에 따른 안료와 발포제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 배합하는 배합공정;
    (c) 상기 배합된 원료분말을 압출 용융장치로 이송하는 원료 이송공정;
    (d) 상기 이송된 원료분말을 가열하여 용융시키고, 그 용융액을 압출 성형장치의 금형을 통해 원하는 형태의 성형물을 형성함과 아울러 상기 금형의 후단에서 보강재를 삽입하여 인조목재를 성형하는 용융 및 성형공정;
    (e) 상기 성형된 인조목재를 진공 싸이징 장치를 통해 수축 억제시키는 싸이징 공정;
    (f) 상기 수축 억제된 인조목재 성형물을 냉각하고 인출시켜, 원하는 길이로 자동 절단하는 냉각/인출 및 절단공정;
    (g) 상기 절단된 인조목재를 다시 재가열하여 원하는 형태의 무늬를 가공하는 무늬 가공공정;
    (h) 상기 무늬 가공된 인조목재를 다시 냉각하는 재냉각공정;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 인조목재 원료분말은,
    코코넛 원료분말 20~70 중량%과 합성수지 원료분말 25~65 중량%, 및 첨가제 3~20 중량%를 혼합하여 조성되는 것을 특징으로 하는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코코넛 원료분말의 크기는 30-120 mesh 인 것을 특징으로 하는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코코넛 원료분말은 함수율이 5% 미만인 것을 특징으로 하는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 (a) 코코넛 섬유질 준비공정은,
    (a1) 코코넛 섬유질 또는 팜유 슬러지를 30-120 mesh로 분쇄하는 단계;
    (a2) 상기 분쇄된 코코넛 섬유질 또는 팜유 슬러지 분말을 함수율이 5% 미만이 되도록 60~120℃의 온도범위로 건조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 (e) 싸이징 공정은,
    (e1) 원통형 진공관을 통해 인조목재 성형물에 냉각수를 분사하면서 진공 압력을 인가하여 냉각수에 의한 냉각과 동시에 진공에 의한 압력이 성형물의 표면을 골고루 당겨줄 수 있는 상태에서 1차 싸이징하는 단계;
    (e2) 사각통형 진공관을 통해 인조목재 성형물에 냉각수를 분사하면서 진공 압력을 인가하여 냉각수에 의한 냉각과 동시에 진공에 의한 압력이 성형물의 표면을 골고루 당겨줄 수 있는 상태에서 2차 싸이징하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조방법.
  8. 코코넛 원료분말을 합성수지 원료분말과 혼합하여, 상기 혼합된 인조목재의 원료분말에 제조하고자 하는 제품의 강도와 발포 비중의 용도 및 특성에 따른 안료와 발포제로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 배합하는 배합장치;
    상기 배합장치에서 배합된 인조목재 원료분말을 저장하는 원료저장장치;
    상기 원료저장장치에서 낙하되는 인조목재 원료분말을 용융시키는 압출 용융장치;
    상기 압출 용융장치에서 용융된 원료 용융액을 금형을 이용하여 원하는 형태로 성형하는 압출 성형장치;
    상기 압출 성형장치의 후단에 보강재를 공급하여 상기 압출 성형된 인조목재의 성형물에 보강재를 삽입하는 보강재 공급장치;
    상기 성형된 인조목재를 수축 억제 상태로 냉각시키는 진공 싸이징 장치;
    상기 수축 억제된 인조목재를 냉각하는 냉각장치; 및
    상기 냉각된 인조목재를 인출시켜 원하는 길이로 자동 절단하는 인출 및 절단장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절단된 인조목재를 다시 재가열하여 원하는 형태의 무늬를 가공하는 무늬 가공장치;
    상기 무늬 가공된 인조목재를 다시 냉각하는 재냉각장치;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 압출 용융장치는,
    실린더로 이루어진 몸체 내부에서 스크류를 회전시키면서 상기 원료 분말을 가열하여 용융시키며,
    상기 압출 용융장치의 실린더의 중간 위치 상부에는 수분 탈취구가 형성되어, 압출 과정에서 수지 원료에 함유된 수분을 강제 탈출시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 압출 성형장치의 금형은,
    내부에 열선이 삽입된 봉 형상의 히터가 상기 금형 내부의 성형물 토출구 양측에 수직으로 다수 개 매립 설치되어, 상기 금형의 성형물 토출구 측에서 인조목재가 압출 성형되기 이전에 상기 원료 용융액의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 압출 성형장치의 금형은,
    탈부착이 용이하도록 상기 금형의 상부에 탈부착용 고리를 설치하여, 열이 가해진 금형의 탈착 및 교체 작업시 상기 고리를 이용하여 탈착 및 교체할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 압출 성형장치의 금형은,
    보강재를 삽입시키기 위한 적어도 하나 이상의 보강재 삽입홀이 상기 보강재의 단면 넓이보다 넓게 길이방향으로 관통되어 상기 금형의 후단에 형성되고,
    상기 금형의 내부에는 상기 각 보강재 삽입홀로부터 그 내부로 연설되어 각 보강재 삽입홀을 통해 삽입되는 보강재가 뒤틀리지 않도록 보강재를 안내하는 보강재 안내 프레임이 각각 내설되는 것을 특징으로 하는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 진공 싸이징 장치는,
    상기 압출 성형기에서 토출된 인조목재의 성형물이 일정한 속도로 내부에서 이동될 수 있는 원통형으로 구성되며, 수공식 펌프와 모터에 의해 냉각수를 분사하면서 진공에 의한 압력을 내부에 인가할 수 있도록 하여, 냉각수에 의한 냉각과 동시에 진공에 의한 압력이 성형물의 표면을 골고루 당겨줄 수 있도록 구성되는 1차 진공관;
    상기 인조목재 성형물의 체적과 유사한 형상의 사각통형으로 구성되어 상기 1차 진공관의 후단부에 연설되며, 수공식 펌프와 모터에 의해 냉각수를 분사하면서 진공에 의한 압력을 내부에 인가할 수 있도록 하여, 냉각수에 의한 냉각과 동시에 진공에 의한 압력이 성형물의 표면을 골고루 당겨줄 수 있도록 구성되는 2차 진공관;
    상기 진공관 내부의 공기압력 및 수량압력을 각각 측정하여 지시하는 진공 압력게이지와 수량 압력게이지 및 진공압력을 형성하기 위한 압축기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치.
  15. 제8항에 있어서, 상기 냉각장치는,
    지면으로부터 일정 높이에 수평으로 설치되며 냉각수를 공급하여 인조목재를 냉각할 수 있는 내부 공간을 형성하고 냉각수의 유출을 방지하기 위해 내부에 냉각수가 이동할 수 있는 통로를 형성한 냉각통;
    정비관리를 용이하게 할 수 있도록 일정한 높이에 형성되는 안전 발판; 및
    상기 냉각통 하단에 설치되며, 상기 냉각통으로 냉각수를 공급할 수 있는 모터와 펌프;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치.
  16. 제9항에 있어서, 상기 무늬 가공장치는,
    상기 절단된 인조 목재 성형물을 2차로 가열하여 온도를 상승시킨 후 무늬목 가공기에 의해 무늬 형태를 가공하는 것을 특징으로 하는 인조목재 배합 조성물을 이용한 인조목재 제조장치.
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