KR101440698B1 - 추력 전달재와 그것을 구비하는 추진관 및 추력 전달재용 발포성형 금형 - Google Patents
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Abstract
추진공법에 있어서 추진관 사이에 개재시키는 추력 전달재로서, 큰 응력, 급격한 응력 집중, 및 복잡한 응력이 작용하였을 때라도, 추진관에 파손이 생기는 것을 효과적으로 회피할 수 있도록 한, 보다 쿠션 성능이 뛰어난 추력 전달재를 얻는다. 본 발명에 의한 추력 전달재는 폴리스티렌계 수지로 이루어지는 발포성 입자를 형 내에서 발포시켜 얻어지는 추력 전달재로서, 밀도가 0.17∼0.67g/cm3이며, 평균 기포 직경이 60㎛이하로 한다.
Description
본 발명은 추진공법에서의 추진관 사이에 사용하는 추력(推力) 전달재 및 그 추력 전달재를 구비한 추진관, 및 추력 전달재용 발포성형 금형에 관한 것이다.
공공 하수도 공사 등, 지하에 관을 매설하는 매설 공사의 시공방법으로서 추진공법이 광범위하게 채용되고 있다. 추진공법은 관을 매설하는 전체의 범위를 개삭(開削)하지 않고, 예를 들면, 콘크리트제의 관을 순차적으로 땅속으로 밀어냄으로써, 관을 지하에 매설하는 시공방법이다. 이 관을 이하, 「추진관」이라고 한다.
추진공법에 의한 매설 공사의 개요를, 도 20을 참조하여 설명한다. 먼저, 추진관을 매설하는 시점과 종점의 위치에 매설하는 깊이까지의 입갱(立坑)을 굴착한다. 이어서, 추진관의 매설을 행하는 시점인 발진입갱(STH)에 설치된 원압(元押)설비(PF)가 추진관의 직경에 상당하는 굴진기(DM)를 도달입갱(ENH)을 향하여 밀어냄으로써, 굴진기(DM)가 땅속을 파면서 추진한다. 이때, 원압설비(PF)에 의한 밀어내기량이 최대 상태, 예를 들면, 원압설비(PF)에 의해 굴진기(DM)가 모두 땅속으로 밀어 넣어진 상태가 되면, 굴진기(DM)의 후단(後端)에 추진관(HPp)이 밀어 붙여져, 원압설비(PF)가 이 추진관(HPp)을 밀어냄으로써, 굴진기(DM)가 더 밀어내진다. 그 후, 원압설비(PF)에 의한 밀어내기량이 최대가 되면, 추진관(HPp)의 후단에 다음의 추진관(HPf1)이 밀어 붙여져, 원압설비(PF)가 이 추진관(HPf1)을 밀어낸다. 이후, 원압설비(PF)에 의한 밀어내기량이 최대가 될 때마다, 추진관(HPf1)의 후단에 다음의 추진관(HPf2) 이후가 밀어 붙여져, 원압설비(PF)가 이 추진관(HPf2) 이후를 밀어내는 공정을 반복한다.
그리고, 굴진기(DM)가 추진관의 매설을 행하는 종점인 도달입갱(ENH)에 도달하였을 때에는, 굴진기(DM)의 밀어내기에 사용하였던 추진관(도 20에서는 추진관(HPp) 및 추진관(HPf1∼3))이 굴진기(DM)가 지나가는 경로에 남게 된다. 즉, 추진관(HPp) 및 추진관(HPf1∼3)이 굴진기(DM)가 지나간 경로에 매설된 것으로 된다.최후로, 굴진기(DM) 및 원압설비(PF)을 철거하고, 발진입갱(STH)과 도달입갱(ENH)을 되매립함으로써, 추진관의 매설 공사가 완료된다.
이 추진공법에 사용되는 추진관에는, 재질로서는, 콘크리트제, 레진 콘크리트제, 도제(陶製), 철제(鐵製)의 것이 많이 사용된다. 그 때문에, 원압설비가 추진관을 밀어낼 때에, 추진관끼리가 접촉하면, 그 접촉하고 있는 부분, 예를 들면, 도 20에서의 추진관(HPp)과 추진관(HPf1)의 단부(端部)에 파손이 일어난다. 이 추진관의 파손을 방지하고, 또한, 추진관을 추진하기 위한 추진력을 전달시키기 위하고, 추력 전달재가 추진관의 단부에 장착되어 있다.
또한, 도 21에 도시하는 바와 같이, 추진관의 매설 공사에 있어서는 추진관을 매설하는 시점과 종점을 직선으로 잇지 않고, 시점과 종점 사이에 존재하는 장애물을 회피하면서 시공해야 하는 상황이 있기 때문에, 시점과 종점의 전부 또는 일부를 곡선으로 잇는 추진공법이 채용되고 있다. 이러한 추진공법에 있어서, 추진관에 장착된 추력 전달재에 걸리는 응력은 추진 경로가 직선인 구간(ST)에서는, 전체로 균일하지만, 추진 경로가 곡선인 구간(CV)에서는 전체로 균일하지 않아, 추진 경로가 구부려지는 방향의 응력이 보다 강해져, 응력 집중이 생겨 버린다.
그러한 추력 전달재로서의 적합한 일례가 특허문헌 1에 기재되어 있다. 이 추력 전달재는 발포 폴리스티렌제로서 0.3∼0.8의 비중을 갖는 판상(板狀)의 저배(低倍) 발포성형품이다. 이 추력 전달재가 적합한 이유로서, 특허문헌 1에는, 일반적으로, 추진관으로서 사용되는 흄관(hume pipe)의 한계압축응력은 300∼1000kg/cm2(30∼100kN/m2)이며, 추진 공정에서 추력 전달재에 가해지는 응력은 상기 흄관의 한계압축응력의 1/3이 일반적이고, 1/10∼1/3의 범위인 것이 바람직하다.
따라서, 추진관의 추력 전달재로서는, 한계압축응력이 30∼300kg/cm2(3∼30kN/m2)인 것이 바람직하고, 그러한 한계압축응력 범위의 발포 폴리스티렌은 비중이 0.3∼0.8의 범위의 것이라고 기재되어 있다. 또한, 이 쿠션재에 압압(押壓)에 의한 응력이 걸리면 초기에는 탄성 변화하고, 그 후의 한계압축응력 이상의 힘에 대하여는 영구적인 소성변형을 하므로, 추진 시공의 경우에 생기는 집중 응력을 자연스럽게 분산시킬 수 있다고 기재되어 있다.
또한, 이러한 판상체(板狀體)인 저배 발포성형품을 성형하는데 적합한 발포성형 금형이, 특허문헌 2에 기재되어 있다. 이 발포성형 금형은 도 18에 기재하는 바와 같이, 평탄한 증기 취출(吹出) 플레이트(2a, 2b)가 양(兩) 마스터 프레임(master frame)(1a, 1b)의 전면(前面)측에 각각 장착되어 있다. 한쪽의 마스터 프레임(1a)측에, 형(型) 체결시에 양 증기 취출 플레이트(2a, 2b) 사이에 협지(挾持)되어 성형품 캐비티(cavity)(4)의 측둘레(側周)를 구획하는 성형개구(3a)를 구비한, 도 19에 도시하는 바와 같은 어태치먼트 플레이트(attachment plate)(3)가 착탈 가능하게 장착된다. 그리고, 상기 성형품 캐비티(4)는 양 증기 취출 플레이트(2a, 2b)의 각각 하나의 평면으로 되어 있는 전면측과, 상기 어태치먼트 플레이트(3)에 형성한 성형개구(3a)의 측둘레면(3b)에 의해 둘러싸인 공간으로서 형성된다.
상기 성형품 캐비티(4)에는, 한쪽의 마스터 프레임(1a)에 장착된 증기 취출 플레이트(2a)의 면내(面內)에 원료취출구(吹出口)를 갖도록 하여 마스터 프레임(1a)측에 배치한 원료공급기(feeder)(5)로부터, 발포성 입자가 공급되고, 형 체결 후, 증기 취출 플레이트(2a, 2b)를 통하여 성형품 캐비티(4) 내에 가열 증기를 보낸다. 그에 의해, 발포성 입자가 발포하여 저배의 발포성형체가 금형 내 성형된다. 또한, 도 18에서, 6은 이젝터 핀(ejector fin), 8은 보강 서포트(support)이다.
이 발포성형 금형에서는, 형성품의 형상이나 두께에 변경이 있어도, 상기 어태치먼트 플레이트(3)를 교환하는 것만으로 그에 대처할 수 있으므로, 변경에 따르는 경비 및 노력을 경감할 수 있음과 함께, 교환부재인 어태치먼트 플레이트(3)의 보관에 필요로 하는 수고 및 비용도 경감할 수 있다.
도 22는 상기한 특허문헌 1에 기재되어 있는, 비중이 다른 3종의 추력 전달재의 응력-변위(변형) 곡선이며, 비중 0.64 및 0.34의 것은 한계압축응력이 30∼300kg/cm2(3∼30kN/m2)인 것이 바람직하고, 비중 0.13의 것은 한계압축응력이 30kg/cm2(3kN/m2) 이하로 저하되므로, 추력 전달재 자체의 변형 정도가 크게 되어, 소위 바닥 붙음 현상에 의해 흄관을 파손하는 것이 생기므로 바람직하지 않다고 하고 있다.
종래, 추진공법을 이용하여 추진관을 땅속에 매설함에 있어서, 장애물을 회피하기 위해서, 매설하는 경로가 전체적으로 크게 구부러져 있는 경우에는, 추진관 및 추력 전달재에 걸리는 응력 및 응력 집중을 가능한 한 완화하는 목적으로, 경로에 다수의 입갱을 굴착하고 있었다. 입갱을 많이 함으로써, 입갱(발진 입갱)과 입갱(도달 입갱)과의 거리를 짧게 하고, 그 사이를 직선 또는 완만한 곡선으로 잇고, 다수의 입갱을 대략 다각형의 정점(頂点)으로서 경로 전체를 크게 굽히는 것이 행해지고 있었다.
그러나, 입갱을 굴착하는 용지(用地)가 한정되어 있거나, 굴착 비용을 억제하기 위해 입갱을 줄이는 것이 요망되도록 되어, 추진공법은 장거리화, 급격한 곡선화가 요망되도록 되어 있다. 또한, 입갱을 깊게 굴착하는 일 없이 장해물을 회피하기 위해서, 추진 방향에 대하여 좌우 방향뿐만 아니라, 상하 방향에도 곡선화하는 것이 요망되고 있다.
추진공법의 장거리화는 추진관과 주위의 토사와의 마찰 저항이 증가하므로, 추진시키기 위해 보다 큰 힘으로 밀어낼 필요가 있어, 추진관 및 추력 전달재에 큰 응력이 걸린다. 또한, 급격한 곡선화는 추진관 및 추력 전달재에 급격한 응력 집중을 일으키게 한다. 또한, 상하 좌우 방향의 곡선화는 추진관 및 추력 전달재에 복잡한 응력이 걸리게 된다.
추진공법의 장거리화, 급격한 곡선화 및 상하 좌우 방향의 곡선화에 의해, 추진관에 과잉의 응력이 작용하여 추진관을 파괴할 우려가 있어, 해결하는 것이 요망되고 있다.
본 발명은 상기 요청에 따른 것이고, 큰 응력, 급격한 응력 집중 및 복잡한 응력이 작용하였을 때에도, 추진관에 파손이 생기는 것을 효과적으로 회피할 수 있도록 한, 보다 쿠션 성능이 뛰어난 추력 전달재를 제공하는 것을 제1 과제로 한다. 또한, 추진공법의 추진관으로서, 보다 쿠션 성능이 뛰어난 추력 전달재를 구비한 추진관을 제공하는 것을 제2 과제로 한다. 또한, 그러한 추력 전달재를 발포성형하는데 적합한 발포성형 금형을 제공하는 것을 제3 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자 등은 발포 수지 성형체의 경우, 도 23에 응력-변형 곡선을 도시하는 바와 같이, 탄성역(彈性域)과 소성역(塑性域) 사이에, 탄소성역(彈塑性域)이 있다는 것에 주목하였다. 탄소성역은 기포의 파괴가 부분적으로 진행되고 있는 단계이며, 이 영역에서는, 일부 소성변형하면서도 탄성체로서의 성질을 여전히 갖고 있다. 상기한 추력 전달재의 경우, 하중역(荷重域)이 소성역에 도달하면, 추력 전달재는 탄성체로서의 기능을 상실하여 쿠션성이 없어져, 하중이 직접 추진관에 전해지게 된다. 그 때문에, 추진관에 과잉의 응력이 작용하여, 추진관에 파손이 생기기 쉽다. 그러나, 추력 전달재는 탄소성역에서는, 작용하는 하중에 의해 일부는 소성변형하면서 그 하중을 흡수함과 함께, 상기한 바와 같이 여전히 탄성체로서의 성질도 갖고 있고, 소망하는 쿠션 성능을 가지므로, 그것이 탄소성역 내인 한은 추진관에 파손이 생기지 않는다.
따라서, 같은 비중(밀도)인 발포 수지제의 추력 전달재의 경우라도, 탄소성역의 범위가 넓고, 바꿔 말하면, 도 23에서의 응력-변형 곡선에서의 탄소성역의 기울기가 작을수록, 추력 전달재로서 뛰어난 쿠션 성능을 발휘할 수 있다.
이 관점으로부터, 특허문헌 1에 기재되어 있는, 도 22에 나타내는 비중 0.64 및 0.34의 추력 전달재를 고찰하면, 응력-변형 곡선에 있어서, 탄성역으로부터 소성역까지의 사이인 탄소성역의 범위가 좁고, 과잉의 가중(加重)이 작용한 경우에, 추력 전달재가 그것을 충분히 흡수할 수 없는 것이 일어날 수 있다. 즉, 보다 넓은 범위에서 뛰어난 쿠션 성능을 얻는다고 하는 관점에서는, 더 개선해야 할 점이 남아있다.
본 발명자 등은 상기 관점으로부터 더 많은 실험과 연구를 행함으로써, 발포성 입자를 금형 내에서 발포시켜 얻어지는 추력 전달재에 있어서, 밀도와 평균 기포 직경을 특정의 범위로 함으로써, 상기한 탄소성역이 넓은 발포 수지제의 추력 전달재가 얻어짐을 지견(智見)하여, 본 발명을 이루는데 이르렀다.
즉, 본 발명에 의한 추력 전달재는 발포성 입자를 금형 내에서 발포시켜 얻어지는 추력 전달재로서, 밀도가 0.17∼0.67g/cm3이고, 평균 기포 직경이 60㎛이하인 추력 전달재인 것을 특징으로 한다.
또한, 밀도는 바람직하게는 0.20∼0.60g/cm3의 범위이며, 보다 바람직하게는 0.33∼0.60g/cm3의 범위이다. 또한, 평균 기포 직경은 바람직하게는 20∼60㎛이며, 보다 바람직하게는 30∼50㎛이다.
이후에 기재하는 실시예에 나타나는 바와 같이, 본 발명에 의한 추력 전달재에 있어서, 밀도가 0.17g/cm3미만이면, 탄소성역의 범위가 작고, 추력 전달재로서의 쿠션 성능이 뒤떨어진다. 또한, 밀도가 0.67g/cm3 초과하면, 발포 배율이 너무 작아 탄성력이 부족하여, 역시 추력 전달재로서의 쿠션 성능이 뒤떨어지게 된다. 또한, 평균 기포 직경이 60㎛를 초과하면, 탄소성역으로의 응력-변형 곡선의 기울기가 크고, 범위도 좁아지기 때문에, 변형량이 증가하면 응력의 상승이 커지고, 즉 하중을 흡수하는 능력이 저하되어, 추력 전달재로서의 쿠션 성능이 저하한다. 평균 기포 직경의 하한에 제한은 없지만, 너무 작은 기포 직경에서는, 연속 기포율이 커져 추력 전달재의 강도가 저하될 우려가 있다. 따라서, 평균 기포 직경의 하한치는 바람직하게는 20㎛이상이다.
본 발명에 의한 추력 전달재에 있어서, 바람직하게는 융착율은 70%이상, 바람직하게는 75%이상이다. 융착율은 70%이상이면, 발포 입자끼리가 강고하게 융착되기 때문에, 추력 전달재의 강도가 커지므로 바람직하다. 융착율이 70%미만인 경우에는, 발포 입자끼리의 접합력이 약해져, 작은 응력으로 추력 전달재의 파괴가 생기기 쉬워지므로 바람직하지 않다.
본 발명에 의한 추력 전달재에 있어서, 성형 금형 내에서 발포시키는 발포성 입자는 폴리스티렌계 수지의 발포성 입자인 것이 바람직하지만, 그 밖에, 폴리프로필렌계 수지, 폴리에틸렌계 수지와 같은 수지로 이루어지는 발포성 입자로로 하여도 좋다. 어느 경우도, 미(未)발포 입자 또는 부피(嵩) 발포 배수가 2.0∼20배의 범위 내에 발포시켜 이루어지는 저배 발포입자인 것이 바람직하다. 미발포 입자 또는 부피 발포 배수가 2.0∼20배의 범위 내에 발포시켜 이루어지는 저배 발포입자를 발포성형 금형의 성형품 캐비티 내에 충전하고, 금형 내 발포성형함으로써, 밀도가 0.05∼0.67g/cm3인 저배 발포성형체인 추력 전달재가 얻어진다. 부피 발포 배수가 7∼20배인 저배 발포입자를, 성형품 캐비티 내에 과잉으로 충전하고, 금형 내 발포성형함으로써, 밀도가 0.17∼0.67g/cm3인 저배 발포성형체인 추력 전달재를 얻는 것도 가능하다. 그러나, 보다 양호한 발포성형체를 얻기 위해서는, 미발포 입자 또는 부피 발포배수가 2.0∼6배의 범위 내에 발포시켜 이루어지는 폴리스티렌계 수지로 이루어지는 저배 발포입자를 발포성형 금형의 성형품 캐비티 내에 충전하고, 금형 내 발포성형함으로써, 밀도가 0.17∼0.67g/cm3이며, 평균 기포 직경이 60㎛이하인 저배 발포성형체인 추력 전달재를 얻는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 추력 전달재에 있어서, 평균 기포 직경을 소정의 범위로 하기 위해서는, 예비발포시키기 전의 발포성 입자의 숙성 기간을 길게 하고, 및/또는 발포성 입자를 제조할 때에 기포조정제를 적당량 첨가함으로써 행할 수 있다. 기포조정제로서는, 알킬황산나트륨, 알킬벤젠술폰산나트륨 등의 계면활성제, 및 비이온계 계면활성제를 예시할 수 있다.
본 발명에 의한 추진관은 상기한 추력 전달재를 선단 및 또는 후단에 구비하는 것을 특징으로 한다. 추진관으로서는, 콘크리트제의 흄관이나, 박스 칼바트, 수지 콘크리트제 또는 수지제의 수지관, 철제의 덕터일(ductile)관 등을 들 수 있다. 대표적인 것으로서는, 콘크리트제의 흄관을 들 수 있다.
본 발명에 의한 추력 전달재는 임의의 발포성형 금형을 이용하여 발포성형할 수 있다. 일례로서 상기 특허문헌 2에 기재되는 구성의 어태치먼트 플레이트를 구비한 발포성형 금형을 들 수 있다. 한편으로, 본 발명자 등은 더 많은 실험을 행함으로써, 상기 추력 전달재를 발포성형하는데 특히 적합한 발포성형 금형을 발명하기에 이르렀다.
본 발명에 의한 추력 전달재를 발포성형하는데 적합한 제1 형태의 발포성형 금형은, 평탄한 증기 취출 플레이트가 그 전면(前面)측이 일평면(一平面)으로 되도록, 양 마스터 프레임의 전면측에 각각 장착되어 있고, 적어도 한쪽의 마스터 프레임 측에, 형 체결시에 양 증기 취출 플레이트 사이에 협지되어 성형품 캐비티의 측둘레를 구획하는 성형개구를 구비한 어태치먼트 플레이트가 착탈 가능하게 장착되어 있고, 성형품 캐비티가 상기 양 증기 취출 플레이트의 각각 일평면으로 되어 있는 전면측과, 상기 어태치먼트 플레이트에 형성한 상기 성형개구의 측둘레면에 의해 둘러싸인 공간으로서 형성되는 발포성형 금형으로서, 상기 증기 취출 플레이트의 적어도 상기 성형품 캐비티에 대향하는 영역의 배면측에 위치하는 보강 서포트로서, 상기 증기 취출 플레이트의 배면과 접하는 부분의 형상이 선상(線狀)을 이루는 판상의 보강 서포트를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 발포성형 금형의 한 형태에서는, 상기 판상의 보강 서포트의 복수매가 상기 성형품 캐비티에 대향하는 상기 증기 취출 플레이트의 배면측에 간격을 두고 위치하고 있는 형태를 갖는다. 또한, 다른 형태에서는, 상기 판상의 보강 서포트는 상기 마스터 프레임의 전체 폭에 걸치도록 하여 형성되고 있는 형태를 갖는다.
상기 제1 형태의 발포성형 금형은 증기 취출 플레이트의 적어도 성형품 캐비티에 대향하는 영역의 배면측에 위치하는 보강 서포트로서, 종래와 같이, 원기둥 현상 또는 원통형상의 보강 서포트가 아니라, 증기 취출 플레이트의 배면과 접하는 부분의 형상이 선상을 이루는 판상의 보강 서포트를 구비한다. 그에 의해, 원기둥 현상 또는 원통형상의 보강 서포트의 경우와 비교하여, 보다 넓은 면적으로, 증기 취출 플레이트의 성형품 캐비티에 대향하는 영역을 배면측을 지지할 수 있어, 발포압의 분산을 도모할 수 있다. 그에 의해, 증기 취출 플레이트의 변형은 억제되고, 결과적으로 발포성형 금형의 변형이 억제된다.
원기둥 현상 또는 원통형상의 보강 서포트의 개수를 늘리는 것에 의해서도, 접촉면이 선상을 이루는 판상의 보강 서포트의 경우와 같은 지지 면적을 얻을 수 있다. 그러나, 여러 개의 원기둥 현상 또는 원통형상의 보강 서포트를 증기 취출 플레이트와 마스터 프레임 사이에 배치하는 것은, 형(型) 작성상 극히 곤란하다. 상기 제1 형태의 발포성형 금형에서는, 판상의 보강 서포트를 배치하도록 하고 있어, 비교적, 형 작성은 용이하다.
상기 제1 형태의 발포성형 금형에 있어서, 상기 판상의 보강 서포트의 복수매가 상기 성형품 캐비티에 대향하는 상기 증기 취출 플레이트의 배면측에 간격을 두고 위치하고 있는 경우에는, 발포압을 더 분산한 상태에서 배면으로부터 지지하는 것이 가능하게 된다.
상기 제1 형태의 발포성형 금형에 있어서, 상기 판상의 보강 서포트는 적어도 증기 취출 플레이트가 성형품 캐비티에 대향하는 영역의 배면측에 위치하도록 설치되면, 소기의 목적을 달성할 수 있다. 증기 취출 플레이트의 다른 영역에는, 종래와 같은 원기둥 현상 또는 원통형상의 보강 서포트를 필요 개수만큼 배치하도록 하여도 좋다. 그러나, 상기 판상의 보강 서포트를, 상기 마스터 프레임의 전체 폭에 걸치도록 하여 형성하는 것은, 설계의 용이성으로부터 바람직하다.
상기 제1 형태의 발포성형 금형에 있어서, 상기 어태치먼트 플레이트를 마스터 프레임에 장착하였을 때에 그 마스터 프레임으로부터 외측으로 돌출하는 돌출영역을 갖는 형상의 어태치먼트 플레이트를 사용할 수도 있다. 그 형태에서는, 상기 돌출영역에 크레인이나 잭 등의 후크를 걸어서, 어태치먼트 플레이트를 매단 상태로 하고, 그 상태에서, 어태치먼트 플레이트의 운반이나 마스터 프레임에의 장착을 행할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 의한 추력 전달재를 발포성형하는데 적합한 제2 형태의 발포성형 금형은, 평탄한 증기 취출 플레이트가, 그 전면측이 일평면으로 되도록, 양 마스터 프레임의 전면측에 각각 장착되어 있고, 적어도 한쪽의 마스터 프레임 측에, 형(型) 체결시에 양 증기 취출 플레이트 사이에 협지되어 성형품 캐비티의 측둘레를 구획하는 성형개구를 구비한 어태치먼트 플레이트가 착탈 가능하게 장착되어 있고, 성형품 캐비티가 양 증기 취출 플레이트의 각각 일평면으로 되어 있는 전면측과, 어태치먼트 플레이트에 형성한 성형개구의 측둘레면에 의해 둘러싸인 공간으로서 형성되는 발포성형 금형으로서, 상기 어느 한쪽의 마스터 프레임에는, 복수개의 원료 공급기가 상기 증기 취출 플레이트면 내에 원료취출구를 갖도록 하여 장착되어 있고, 상기 어태치먼트 플레이트는 2매 이상의 착탈 가능한 어태치먼트 플레이트군(群)으로 구성되어 있고, 그 중의 적어도 1매의 어태치먼트 플레이트는 면내에 2개 이상의 성형개구를 형성하고 있고, 또한 상기 어태치먼트 플레이트군의 어느 하나를 선택하여 마스터 프레임에 장착하였을 때라도, 형성되는 상기 성형품 캐비티의 모두에 상기 어느 하나의 원료 공급기로부터 원료가 공급되도록, 증기 취출 플레이트면 내에서의 원료취출구의 위치 결정이 이루어져 있거나, 또는 각 어태치먼트 플레이트의 면내에서의 상기 성형개구의 위치 결정이 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 형태의 발포성형 금형은 복수개의 원료 공급기를 구비하고 있다. 또한, 교환하면서 사용하는 어태치먼트 플레이트군에는, 면내에 2개 이상의 성형개구를 형성한 어태치먼트 플레이트가 포함된다. 그리고, 2개 이상의 성형개구를 갖는 어태치먼트 플레이트를 선택하였을 때에도, 그에 형성되는 2개 이상의 성형품 캐비티의 모두에는, 각각 대응하는 원료 공급기로부터, 발포성 입자인 원료가 공급된다. 그에 의해, 2개 이상의 성형개구를 갖는 어태치먼트 플레이를 선택하였을 경우에는, 1회의 성형처리로 2개 이상의 발포성형품을 동시에 얻을 수 있다. 그에 의해, 생산성이 향상된다.
2개 이상의 성형개구를 갖는 어태치먼트 플레이트를 선택하여 사용할 때에, 상기 성형개구의 형성 위치에 따라서는, 증기 취출 플레이트면 내에 형성된 복수개 있는 원료취출구 중 어느 하나가, 그 어태치먼트 플레이트의 상기 성형개구가 형성되어 있지 않은 면내에 위치하는 경우도 일어날 수 있다. 그 경우, 그 원료취출구는 어태치먼트 플레이트의 성형개구가 아닌 영역에서도 폐쇄되므로, 각별한 문제는 생기지 않는다. 그러나, 성형처리의 용이성과 원료의 낭비를 없애는 관점으로부터, 각 원료 공급기에는, 원료취출구보다 상류의 위치에 원료의 공급을 정지할 수 있는 셔터와 같은 폐쇄수단을 설치하는 것이 바람직하다.
상기 제2 형태의 발포성형 금형의 한 형태에서는, 상기 어태치먼트 플레이트군을 구성하는 각 어태치먼트 플레이트에 형성되는 성형개구는 부채형을 이루고 있고, 상기 부채형을 이루는 성형개구의 대략 중앙에 상기 원료취출구가 위치하도록, 증기 취출 플레이트면 내에서의 원료취출구의 위치 결정이 이루어져 있거나, 또는 상기 어태치먼트 플레이트면 내에서의 상기 성형개구의 위치 결정이 이루어져 있다.
이 형태에서는, 1개의 원료취출구로부터 취출하는 원료를, 상기 성형개구가 형성하는 성형품 캐비티의 전체 영역에, 실질적으로 균일하면서 단시간에 공급하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 원료 공급계를 간소화하면서, 양품(良品)의 추력 전달재를 금형 내 성형할 수 있다.
상기 제2 형태의 발포성형 금형의 한 형태에서는, 발포성형 금형은 또한, 복수개의 이젝터 핀을 갖고, 상기 이젝터 핀은 상기 어태치먼트 플레이트군의 어느 하나를 선택하여 마스터 프레임에 장착하였을 때라도, 그에 형성되는 상기 성형품 캐비티 내에 그 어느 하나가 들어갈 수 있도록, 상기 증기 취출 플레이트면 내에서의 위치 결정이 이루어져 있다. 상기 형태에 있어서, 더 바람직하게는 상기 이젝터 핀은 상기 원료 공급기 내에 구비되어 있다.
이와 같이 하여 이젝터 핀을 설치함으로써, 어느 어태치먼트 플레이트를 선택하였을 경우라도, 어태치먼트 플레이트로부터의 발포성형품의 탈형(脫型)은 용이하게 된다. 특히, 이젝터 핀을 상기 원료 공급기 내에 구비하도록 하는 경우에는, 상기한 마스터 프레임 내에 존재하는 부품수를 줄일 수 있어, 성형품 캐비티 내에 부분적으로 치우치지 않는 상태에서 가열 증기를 공급할 수 있도록 된다.
본 발명에 의하면, 추진공법에서의 추진관 사이에 사용하는 추력 전달재에 있어서, 같은 밀도의 추력 전달재라도, 종래의 같은 종류의 추력 전달재와 비교하여, 보다 쿠션 성능이 뛰어난 추력 전달재가 제공된다. 또한, 추진공법의 추진관으로서, 보다 쿠션 성능이 뛰어난 추력 전달재를 구비한 추진관이 제공된다. 또한, 그러한 추력 전달재를 발포성형하는데 적합한 발포성형 금형이 제공된다.
도 1은 본 발명에 의한 추력 전달재(실시예)와 비교예의 추력 전달재에서의 응력-변형 곡선을 나타내는 그래프.
도 2는 실시예에 의한 추력 전달재의 기포를 나타내는 전자현미경 사진이며, 도 2(a)는 실시예 1, 도 2(b)는 실시예 2, 도 2(c)는 실시예 3, 도 2(d)는 실시예 4의 전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명에 의한 추력 전달재를 제조하는데 적합한 발포성형 금형인 제1 형태의 발포성형 금형의 일 실시형태를 나타내는 단면도.
도 4는 제1 형태의 발포성형 금형에서의 어태치먼트 플레이트의 장착부 부근의 확대 단면도.
도 5는 제1 형태의 발포성형 금형에서의 마스터 프레임의 일례를 양 증기 취출 플레이트 장착측에서 본 평면도.
도 6은 마스터 프레임의 다른 예를 나타내는 도 4에 상당하는 도면.
도 7은 마스터 프레임의 또 다른 예를 나타내는 도 3에 상당하는 도면.
도 8은 어태치먼트 플레이트의 몇 가지의 예를 나타내는 사시도.
도 9는 본 발명에 의한 추력 전달재를 제조하는데 적합한 발포성형 금형인 제2 형태의 발포성형 금형의 일 실시형태를 나타내는 단면도.
도 10은 제2 형태의 발포성형 금형에서의 어태치먼트 플레이트의 장착부 부분 부근의 확대 단면도.
도 11은 제2 형태의 발포성형 금형에서의 증기 취출 플레이트의 일례를 나타내는 평면도. 다만, 증기 취출구는 도시를 생략하고 있음.
도 12는 어태치먼트 플레이트의 일례를 나타내는 사시도.
도 13은 도 12에 나타내는 어태치먼트 플레이트를 도 3에 나타내는 증기 취출 플레이트에 겹쳐 놓은 상태를 어태치먼트 플레이트측에서 보아 나타내는 평면도.
도 14는 어태치먼트 플레이트의 다른 예를 나타내는 사시도.
도 15는 도 14에 나타내는 어태치먼트 플레이트를 도 11에 나타내는 증기 취출 플레이트에 겹쳐 놓은 상태를 어태치먼트 플레이트측에서 보아 나타내는 평면도.
도 16은 어태치먼트 플레이트의 또 다른 예를 도 11에 나타내는 증기 취출 플레이트에 겹쳐 놓은 상태를 어태치먼트 플레이트측에서 보아 나타내는 평면도.
도 17은 어태치먼트 플레이트의 또 다른 예를 도 11에 나타내는 증기 취출 플레이트에 겹쳐 놓은 상태를 어태치먼트 플레이트측에서 보아 나타내는 평면도.
도 18은 종래 알려진 발포성형 금형을 설명하기 위한 단면도.
도 19는 도 18에 나타내는 발포성형 금형과 함께 사용되는 어태치먼트 플레이트를 설명하기 위한 사시도.
도 20은 추진공법에 의한 매설 공사의 개요를 설명하는 도면.
도 21은 추진공법에서의 추진관의 배치의 일례를 나타내는 도면.
도 22는 특허문헌 1에 기재되어 있는 비중이 다른 3종의 추력 전달재의 응력-변위(변형) 곡선을 나타내는 도면.
도 23은 발포 수지 성형체에서의 응력-변형 곡선을 나타내는 도면.
도 2는 실시예에 의한 추력 전달재의 기포를 나타내는 전자현미경 사진이며, 도 2(a)는 실시예 1, 도 2(b)는 실시예 2, 도 2(c)는 실시예 3, 도 2(d)는 실시예 4의 전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명에 의한 추력 전달재를 제조하는데 적합한 발포성형 금형인 제1 형태의 발포성형 금형의 일 실시형태를 나타내는 단면도.
도 4는 제1 형태의 발포성형 금형에서의 어태치먼트 플레이트의 장착부 부근의 확대 단면도.
도 5는 제1 형태의 발포성형 금형에서의 마스터 프레임의 일례를 양 증기 취출 플레이트 장착측에서 본 평면도.
도 6은 마스터 프레임의 다른 예를 나타내는 도 4에 상당하는 도면.
도 7은 마스터 프레임의 또 다른 예를 나타내는 도 3에 상당하는 도면.
도 8은 어태치먼트 플레이트의 몇 가지의 예를 나타내는 사시도.
도 9는 본 발명에 의한 추력 전달재를 제조하는데 적합한 발포성형 금형인 제2 형태의 발포성형 금형의 일 실시형태를 나타내는 단면도.
도 10은 제2 형태의 발포성형 금형에서의 어태치먼트 플레이트의 장착부 부분 부근의 확대 단면도.
도 11은 제2 형태의 발포성형 금형에서의 증기 취출 플레이트의 일례를 나타내는 평면도. 다만, 증기 취출구는 도시를 생략하고 있음.
도 12는 어태치먼트 플레이트의 일례를 나타내는 사시도.
도 13은 도 12에 나타내는 어태치먼트 플레이트를 도 3에 나타내는 증기 취출 플레이트에 겹쳐 놓은 상태를 어태치먼트 플레이트측에서 보아 나타내는 평면도.
도 14는 어태치먼트 플레이트의 다른 예를 나타내는 사시도.
도 15는 도 14에 나타내는 어태치먼트 플레이트를 도 11에 나타내는 증기 취출 플레이트에 겹쳐 놓은 상태를 어태치먼트 플레이트측에서 보아 나타내는 평면도.
도 16은 어태치먼트 플레이트의 또 다른 예를 도 11에 나타내는 증기 취출 플레이트에 겹쳐 놓은 상태를 어태치먼트 플레이트측에서 보아 나타내는 평면도.
도 17은 어태치먼트 플레이트의 또 다른 예를 도 11에 나타내는 증기 취출 플레이트에 겹쳐 놓은 상태를 어태치먼트 플레이트측에서 보아 나타내는 평면도.
도 18은 종래 알려진 발포성형 금형을 설명하기 위한 단면도.
도 19는 도 18에 나타내는 발포성형 금형과 함께 사용되는 어태치먼트 플레이트를 설명하기 위한 사시도.
도 20은 추진공법에 의한 매설 공사의 개요를 설명하는 도면.
도 21은 추진공법에서의 추진관의 배치의 일례를 나타내는 도면.
도 22는 특허문헌 1에 기재되어 있는 비중이 다른 3종의 추력 전달재의 응력-변위(변형) 곡선을 나타내는 도면.
도 23은 발포 수지 성형체에서의 응력-변형 곡선을 나타내는 도면.
［추력 전달재］
최초로, 본 발명에 의한 추력 전달재의 구체적인 예를 그 제조방법과 함께 설명한다. 발포성 입자로서 미발포 입자 또는 부피 발포 배수가 2.0∼20배의 범위 내에 발포시켜 되는 저배 발포입자를 사용하고, 적당한 발포성형 금형의 성형품 캐비티 내에 충전하고, 밀도가 0.17∼0.67g/cm3의 추력 전달재인 추력 전달재를 금형 내 발포성형한다.
일례로서, 상기 저배 발포입자로서 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 증기 가열하고, 부피 발포 배수가 2.0∼20배의 범위 내에 발포시켜 되는 것을 사용한다.
상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자로 되는 폴리스티렌계 수지는 폴리스티렌을 주성분으로 하는 것이고, 스티렌의 단독 집합체라도 좋고, 
-메틸스티렌, 파라메틸스티렌, t-부틸스티렌, 크롤스티렌 등의 스티렌계 유도체, 메틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 세틸메타크릴레이트 등의 아크릴산 및 메타크릴산의 에스테르, 혹은 아크릴로니트릴, 디메틸푸말레이트, 에틸푸말레이트 등의 각종 단량체와의 공중합체이라도 좋다. 또한, 디비닐벤젠, 알킬렌글리콜 디메타크릴레이트 등의 2관능성 단량체를 병용하여도 좋다.바람직한 폴리스티렌계 수지는 스티렌의 단독 집합체이다.
이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 함유 시키는 발포제로서는, 휘발성 발포제, 분해형 발포제 중 어느 하나를 사용하여도 좋다.
휘발성 발포제로서는, 예를 들면 지방족 탄화수소, 지환족 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 에테르, 케톤 등을 들 수 있다. 이 중 지방족 탄화수소로서는, 예를 들면 프로판, 부탄(노말부탄, 이소부탄), 펜탄(노말펜탄, 이소펜탄 등) 등을 들 수 있고, 지환족 탄화수소로서는, 예를 들면 시클로펜탄, 시클로헥산 등을 들 수 있다. 할로겐화 탄화수소로서는, 예를 들면 트리클로로플루오로메탄, 트리클로로트리플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 클로로디플루오로에탄, 디플루오로에탄 등의 할로겐화 탄화수소 등의 l종 또는 2종 이상을 들 수 있다. 또한 에테르로서는, 예를 들면 디메틸에테르, 디에틸에테르 등을 들 수 있고, 케톤으로서는, 예를 들면 아세톤, 메틸에틸케톤 등을 들 수 있다.
또한 분해형 발포제로서는, 예를 들면 중탄산나트륨, 탄산나트륨, 중탄산암모늄, 아초산암모늄, 아지드 화합물, 붕수소화 나트륨 등의 무기계 발포제, 아조디카르본아미드, 아조디카르본산바륨, 디니트로소펜타메틸렌테트라아민 등의 유기계 발포제를 들 수 있다.
상기 발포제는 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 혼합하여 사용하여도 좋다.
발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 평균 입자 직경은 300㎛∼2500㎛m의 범위 내이고, 바람직하게는 650㎛∼2500㎛의 범위 내이며, 보다 바람직하게는 800㎛∼2000㎛의 범위 내이다. 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 평균 입자 직경이 상기 범위 미만이면, 그 수지 입자를 기초로 제조한 발포성 폴리스티렌계 수지 입자, 혹은 그것을 저배 예비발포하여 얻어진 저배 발포입자를, 성형기의 캐비티 내에 충전하고, 금형 내 발포성형하여 추력 전달재를 제조할 때에, 입자끼리의 간격이 좁아져 가열용수(加熱用水) 증기가 균일하게 널리 퍼지지 않고, 얻어지는 발포성형체의 융착율이 불균일하게 되어, 충분한 강도를 갖는 추력 전달재가 얻어지지 않게 될 우려가 있다. 한편, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 평균 입자 직경이 상기 범위를 초과하면, 한 알(一粒) 질량이 커서, 그 입자를 캐비티 내에 반송하거나 균일하게 충전하는 것이 어려워진다. 또한, 복잡 형상의 발포성형체의 제조에는, 부적합하게 된다.
이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에는, 그 수지 입자의 발포성이나 얻어지는 발포성형품의 기계 강도에 영향을 미치지 않는 범위에서, 필요에 따라, 기포조정제, 발포조제(發泡助劑), 윤활제, 수축방지제, 산화방지제, 대전방지제, 난연제, 자외선흡수제, 광안정제, 착색제, 무기기포핵제, 무기충전제 등의 각종 첨가제를 첨가하여도 좋다. 기포조정제로서는, 알킬황산나트륨, 알킬벤젠설폰산나트륨 등의 계면활성제를 들 수 있다.
상기한 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 종래 주지의 각종의 발포 수지 입자 제조방법을 이용하여 제조할 수 있다. 그러한 방법 중에서도, 현탁중합법, 압출-수중커트법이 바람직하다.
상기 저배 발포입자는 상기 발포성 수지 입자를 증기 가열하고, 부피 발포 배수가 2.0∼20배의 범위 내에 발포시켜 이루어지는 것이다. 부피 발포 배수의 범위는 2.0∼10배가 바람직하고, 2.0∼6배 혹은 2.0∼5배가 보다 바람직하다.
저배 발포입자의 부피 발포 배수가 상기 범위 미만이면, 부피 발포 배수의 편차가 커져 균일한 입자를 얻을 수 없다. 한편, 저배 발포입자의 부피 발포 배수가 상기 범위를 초과하면, 충분한 강도와 장기내구성이 뛰어난 추력 전달재를 얻을 수 없다.
상기 저배 발포입자는 상기 발포성 수지 입자를 가열하고, 부피 발포 배수가 2.0∼20배의 범위 내에 발포시켜 이루어지는 것이므로, 굽힘강도나 압축강도가 뛰어난 추력 전달재를 제조하기 위해 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 추력 전달재는 상기 발포성 수지 입자(미발포 입자) 또는 상기 저배 발포입자(부피 발포 배수가 2.0∼20배, 보다 바람직하게는 2.0∼6배)를, 적당한 발포성형 금형에 의해 형성되는 소망의 성형 형상에 합치(合致)한 성형품 캐비티 내에 충전하고, 금형 내 발포성형하여 얻어지는 밀도가 0.17∼0.67g/cm3이고, 평균 기포 직경이 60㎛이하의 것이다.
본 발명의 추력 전달재는 상기 발포성 수지 입자 또는 저배 발포입자를 금형 내 발포성형하여 얻어진 것이므로, 발포 입자끼리의 융착율(融着率)과 신장(伸張)이 양호하게 되고, 굽힘강도나 압축강도가 뛰어나고, 고강도, 장기내구성이 요구되는 콘크리트 추진관용 추력 전달재뿐만 아니라, 다른 토목용 분야, 바닥 하지재(下地材) 등의 건재용 분야 등에 적용할 수도 있다.
실시예
이하에, 실시예와 비교예를 나타낸다. 또한, 실시예 1∼4와 비교예 1∼5에서의 각 측정항목 등은 이하와 같다. 또한, 실시예 1∼4, 비교예 1∼5의 각 측정항목등 및 결과를 표 1에 나타냄과 함께, 그러한 응력-변형 곡선을 도 1에 나타냈다. 또한, 실시예 1∼4의 발포성형체의 절단면에 의한 전자현미경 사진을 도 2(a)(d)에 나타냈다.
＜부피 밀도＞
예비발포 입자의 「부피 밀도」는 아래와 같은 요령으로 측정된 것을 말한다. 먼저, 500cm3의 매스실린더를 준비하고, 이 매스실린더 내에 예비발포 입자를 500cm3의 눈금에 수평이 되도록 충전한다. 또한, 매스실린더를 수평 방향에서 보아, 예비발포 입자가 한 알이라도 500cm3의 눈금에 도달하고 있는 것이 있으면, 그 시점에서 예비발포 입자의 매스실린더 내에의 충전을 종료한다. 다음으로, 매스실린더 내에 충전한 예비발포 입자의 질량을 소수점 이하 2자리의 유효숫자로 칭량 (稱量)하여, 그 질량을 W(g)로 한다. 그리고, 아래와 같은 식에 의해 예비발포 입자의 부피 밀도를 산출한다.
부피 밀도(g/cm3) = W(g)/500(cm3)
＜부피 발포 배수＞
예비발포 입자의 「부피 발포 배수」는 상기 부피 밀도의 역수(1/부피 밀도)이고, 폴리스티렌계 수지의 경우에는, 부피 밀도 0.33g/cm3의 예비발포 입자는 부피 발포 배수 3배, 부피 밀도 0.2g/cm3의 예비발포 입자는 부피 발포 배수 5배가 된다.
＜밀도＞
발포성형체의 「밀도」는 JIS K6767：1999 「발포 플라스틱 및 고무-겉보기 밀도의 측정」기재의 방법으로 측정하였다. 즉, 50cm3이상(반경질 및 연질 재료의 경우는 100cm3이상)의 시험편을 재료의 원래의 세루 구조를 바꾸지 않는 형태로 절단하고, 그 질량(g)을 측정하여, 다음의 식에 의해 산출한다.
밀도(g/cm3) = 시험편 질량(g)/시험편 체적(cm3)
＜발포 배수＞
발포성형체의 「발포 배수」는 상기 밀도의 역수(1/밀도)이며, 폴리스티렌계 수지의 경우에는, 밀도 0.33g/cm3의 발포성형체는 발포 배수 3배, 밀도 0.2g/cm3의 발포성형체는 발포 배수 5배가 된다.
＜평균 기포 직경＞
평균 기포 직경(㎛)은 ASTM D-2842-69에 준거하여 측정하였다.
장치는 주사형 전자현미경 S-3000N((주) 히타치 세이사쿠쇼제)를 이용하였다. 발포성형체의 절단면을 전자현미경으로 사진 촬영하고, 그 사진의 일직선(60mm) 상에 걸리는 기포수로부터 평균 현길이(弦長) t를 측정하고, 이 측정치를 이용하여 평균 기포 직경을 산출하였다.
평균 현길이 t(㎛) = 1000×60/(기포수×촬영 배수)
평균 기포 직경(㎛) = t/0.616
＜융착율＞
발포성형체에서의 임의의 표면에 커터 나이프를 이용하여 깊이 1mm의 절단선을 형성하고, 이 절단선을 따라 발포성형체를 손 또는 해머로 2분할한다.
이 후, 발포성형체의 파단면에 노출된 임의의 100∼150개의 발포 입자에 있어서, 발포 입자 내에서 파단되어 있는 입자수(a)와, 발포 입자끼리의 열융착계면에서 파단되어 있는 입자수(b)를 세어, 다음의 식에 의거하여 발포성형체의 융착율을 산출한다.
발포성형체의 융착율(%) = 100×입자수(a)/(입자수(a)＋입자수(b))
융착율은 70% 이상을 합격, 70% 미만을 불합격으로 하였다.
＜응력-변형 곡선＞
발포성형체로부터 두께 10mm×폭 50mm×길이 50 mm의 시험체를 절단 채취한다.
JIS K7220：2006 「발포 플라스틱-경질 재료의 압축 시험」에 의해, 10% 변형시에서의 하중을 구하고, 압축응력을 산출함과 함께, 하중 100kN까지 재하(載荷)를 행하여, 압축응력-변형량 곡선을 구하였다. 또한, 시험에는, 정속형 만능시험기(로드셀 용량：100kN)를, 변형량의 측정에는, 변위계(1000×10-6/mm, 0.1%RO)를 이용하고, 재하 속도는 0.2mm/min로 하였다.
실시예
1
100리터의 반응기에 순수한 물 44kg, 제3 인산칼슘 800g, 도데실벤젠설폰산나트륨 1.7g를 넣어 교반을 행하면서, 스티렌 42kg에 벤조일퍼옥사이드 110g, t-부틸퍼옥시벤조에이트 8g을 용해하여 더하였다. 반응기를 밀폐하여 90℃로 승온(昇溫)하고, 5시간 반응을 행한 후 125℃로 1시간 걸쳐 승온하고, 1시간 후에 냉각을 시작하여 상온까지 냉각하였다. 얻어진 슬러리를 탈수 건조하고, 체질하여 평균 입자 직경 1400㎛의 폴리스티렌계 수지 입자를 얻었다.
다음으로, 5리터의 반응기에 순수한 물 1.5kg, 상기한 방법에 의해 얻은 폴리스티렌계 수지 입자(평균 입자 직경 1400㎛, 중량 평균 분자량이 약 30만, 잔존 모노머가 약 2000ppm) 2.Okg, 도데실벤젠설폰산나트륨 0.2g, 피로인산마그네슘 7.Og를 더하여 교반하여 현탁시켰다. 이어서 미리 준비한 순수한 물 0.5kg, 도데실벤젠설폰산 나트륨 0.1g에 톨루엔 9.5g를 호모믹서로 교반하여 현탁액을 조정하고, 반응기에 담갔다. 다음으로, 상온에서 반응기 내에 펜탄 25g, 기포조정제로서 알킬황산나트륨 0.2g, 부탄 18g를 압입(壓入)하고, 120℃로 승온하고, 5시간 유지한 후, 상온까지 냉각하여 꺼내서, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻었다.
다음으로, 상기한 방법에 의해 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를, 15℃의 분위기 온도에서, 2일간 숙성시켰다.
숙성시킨 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를, 후에 도 9∼도 17에 의거하여 설명하는 발포성형 금형(다만, 발포성형 금형을 도 5에 나타내는 서포트로 보강하였음)에, 도 15에 나타낸 어태치먼트 플레이트(20b)를 장착하여 형성된 4개의 성형품 캐비티(하연(下椽)과 상연(上椽) 사이의 거리 260mm,부채형의 열림 각도 90도, 두께 15mm)에 충전하고, 0.08MPa의 수증기로 35초 가열하고, 냉각하여, 밀도 0.59g/cm3, 발포 배수 1.7배의 4개의 부채형상의 발포성형체를 4개 얻었다. 그리고, 발포성형체의 평균 기포 직경(㎛)과 융착율(%)을 측정하였다.
실시예
2
실시예 1과 마찬가지로 하여, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻었다.
다음으로, 상기한 방법에 의해 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를, 15℃의 분위기 온도에서, 2일간 숙성시켰다.
숙성시킨 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 배치(batch)식 발포기에 의해, 약 95℃의 수증기로 가열하고, 부피 밀도 0.33g/cm3, 부피 발포 배수 3배로 예비발포하였다.
이 예비발포 입자를 상온에서 약 1일 방치하여, 숙성시킨 후, 예비발포 입자를 실시예 1과 같은 방법으로 성형하고, 밀도 0.33g/cm3, 발포 배수 3배의 부채형상의 발포성형체를 4개 얻었다. 그리고, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 발포성형체의 평균 기포 직경(㎛)과 융착율(%)을 측정하였다.
실시예
3
실시예 1과 마찬가지로 하여, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻었다.
다음으로, 상기한 방법에 의해 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를, 15℃의 분위기 온도에서, 2일간 숙성시켰다.
숙성시킨 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 배치식 발포기에 의해, 약 95℃의 수증기로 가열하고, 부피 밀도 0.20g/cm3, 부피 발포 배수 5배로 예비발포하였다.
이 예비발포 입자를 상온에서 약 1일 방치하여, 숙성시킨 후, 예비발포 입자를 실시예 1과 같은 방법으로 성형하고, 밀도 0.20g/cm3, 발포 배수 5배의 부채형상의 발포성형체를 4개 얻었다. 그리고, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 발포성형체의 평균 기포 직경(㎛)과 융착율(%)을 측정하였다.
실시예
4
기포조정제로서 알킬황산나트륨을 첨가하지 않는 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻었다.
다음으로, 상기한 방법에 의해 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를, 12℃의 분위기 온도에서, 7일간 숙성시켰다.
숙성시킨 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 배치식 발포기에 의해, 약 95℃의 수증기로 가열하고, 부피 밀도 0.33g/cm3, 부피 발포 배수 3배로 예비발포하였다.
이 예비발포 입자를 상온에서 약 1일 방치하여, 숙성시킨 후, 예비발포 입자를 실시예 1과 같은 방법으로 성형하고, 밀도 0.33g/cm3, 발포 배수 3배의 부채형상의 발포성형체를 4개 얻었다. 그리고, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 발포성형체의 평균 기포 직경(㎛)과 융착율(%)을 측정하였다.
비교예
1
기포조정제로서 알킬황산나트륨을 0.1g첨가한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻었다.
다음으로, 상기한 방법에 의해 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를, 15℃의 분위기 온도에서, 2일간 숙성시켰다.
실시예 1과 마찬가지로 하여, 밀도 0.59g/cm3, 발포 배수 1.7배의 부채형상의 발포성형체를 4개 얻었다. 그리고, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 발포성형체의 평균 기포 직경(㎛)과 융착율(%)을 측정하였다.
비교예
2
기포조정제로서 알킬황산나트륨을 0.1 g첨가한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻었다.
다음으로, 상기한 방법에 의해 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를, 15℃의 분위기 온도에서, 2일간 숙성시켰다.
숙성시킨 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 배치식 발포기에 의해, 약 95℃의 수증기로 가열하고, 부피 밀도 0.33g/cm3, 부피 발포 배수 3배로 예비발포하였다.
이 예비발포 입자를 상온에서 약 1일 방치하여, 숙성시킨 후, 예비발포 입자를 실시예 1과 마찬가지로 하여, 밀도 0.33g/cm3, 발포 배수 3배의 부채형상의 발포성형체를 4개 얻었다. 그리고, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 발포성형체의 평균 기포 직경(㎛)과 융착율(%)을 측정하였다.
비교예
3
기포조정제로서 알킬황산나트륨을 0.1 g첨가한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻었다.
다음으로, 상기한 방법에 의해 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를, 15℃의 분위기 온도에서, 2일간 숙성시켰다.
숙성시킨 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 배치식 발포기에 의해, 약 95℃의 수증기로 가열하고, 부피 밀도 0.20g/cm3, 부피 발포 배수 5배로 예비발포하였다.
이 예비발포 입자를 상온에서 약 1일 방치하여, 숙성시킨 후, 예비발포 입자를 실시예 1과 마찬가지로 하여, 밀도 0.20g/cm3, 발포 배수 5배의 부채형상의 발포성형체를 4개 얻었다. 그리고, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 발포성형체의 평균 기포 직경(㎛)과 융착율(%)을 측정하였다.
비교예
4
실시예 1과 마찬가지로, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻었다.
다음으로, 상기한 방법에 의해 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를, 15℃의 분위기 온도에서, 2일간 숙성시켰다.
숙성시킨 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 배치식 발포기에 의해, 약 95℃의 수증기로 가열하고, 부피 밀도 0.14g/cm3, 부피 발포 배수 7배로 예비발포하였다.
이 예비발포 입자를 상온에서 약 1일 방치하여, 숙성시킨 후, 예비발포 입자를 실시예 1과 마찬가지로 하여, 밀도 0.14g/cm3, 발포 배수 7배의 부채형상의 발포성형체를 4개 얻었다. 그리고, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 발포성형체의 평균 기포 직경(㎛)과 융착율(%)을 측정하였다.
비교예
5
기포조정제로서 알킬황산나트륨을 첨가하지 않은 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻고, 그것을, 15℃의 분위기 온도에서, 7일간 숙성시켰다.
숙성시킨 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 배치식 발포기에 의해, 약 95℃의 수증기로 가열하고, 부피 밀도 0.33g/cm3, 부피 발포 배수 3배로 예비발포하였다.
이 예비발포 입자를 상온에서 약 1일 방치하여, 숙성시킨 후, 예비발포 입자를 실시예 1과 마찬가지로 하여, 밀도 0.33g/cm3, 발포 배수 3배의 부채형상의 발포성형체를 4개 얻었다. 그리고, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 발포성형체의 평균 기포 직경(㎛)과 융착율(%)을 측정하였다.
［평가］
(1) 실시예 1 및 비교예 1에서 얻어진 발포성형체는 양쪽 모두 밀도가 0.59g/cm3이고, 또한, 도 1에 나타내는 응력-변형 곡선에 있어서 한계 압축응력이 20kN/m2정도로 높은 값으로서, 양쪽 모두, 고부하 추진관과 함께 사용하는 추력 전달재로서 적합하다. 그러나, 실시예 1의 발포성형체는 비교예 1에 비하여 탄소성역의 기울기가 작고, 범위도 넓다. 즉, 변형량이 증가하여도 응력의 상승이 적고, 큰 하중이 작용하였을 때에, 비교예 1과 비교하여, 보다 크게 하중을 흡수할 수 있음을 알 수 있다. 이 차이는 기포조정재의 첨가량의 차이에 따라 생긴 평균 기포 직경의 차이(실시예 1이 34㎛에 대하여, 비교예 1은 75㎛)에 기인하고 있는 것으로 생각된다. 이는 높은 부하가 작용하였을 때에, 실시예 1의 발포성형체로 이루어지는 추력 전달재는 비교예 1의 발포성형체로 이루어지는 추력 전달재와 비교하여, 추진관에 미치는 영향을 줄일 수 있음을 나타내고 있어, 추력 전달재로서의 쿠션 성능이 뛰어난 것이라고 할 수 있다.
(2) 실시예 2와 4 및 비교예 2와 5에서 얻어진 발포성형체는 모두 밀도가 0.33g/cm3이며, 또한, 도 1에 나타내는 응력-변형 곡선에 있어서 한계압축응력이 10kN/m2전후의 값으로서, 양쪽 모두, 중부하(中負荷) 추진관과 함께 이용하는 추력 전달재로서 적합하다. 이 경우도, 실시예 2와 4의 발포성형체는 비교예 2와 5에 비하여 탄소성역의 기울기가 작고, 범위도 넓다. 따라서, 실시예 2와 4의 발포성형체는 비교예 2와 5와 비교하여, 보다 큰 하중을 흡수할 수 있음을 알 수 있다. 이 차이는 역시, 기포 조정재의 첨가량의 차이에 따라 생기거나, 또는 양생(養生)일수의 차이에 따라 생거거나, 평균 기포 직경의 차이(실시예 2와 4가 38㎛에 대하여, 비교예 2와 5는 79㎛)에 기인하고 있는 것으로 생각된다. 이는 높은 부하가 작용하였을 때에, 실시예 2와 4의 발포성형체로 이루어지는 추력 전달재는 비교예 2와 5의 발포성형체로 이루어지는 추력 전달재와 비교하여, 추진관에 미치는 영향을 줄일 수 있음을 나타내고 있어, 중부하 추진관에 사용하는 추력 전달재로서 뛰어난 쿠션 성능으로 나타나는 것이라고 할 수 있다.
또한, 실시예 2는 기포 조정재를 0.2g 첨가함으로써 38㎛의 평균 기포 직경을 얻고 있고, 실시예 4에서는, 발포성 입자의 숙성 기간을 7일과 2일과 비교하여 길게 함으로써 38㎛의 평균 기포 직경을 얻고 있다. 이는 본 발명에 의한 추력 전달재에 있어서, 평균 기포 직경이 60㎛이하로 하는 방법은 한정되지 않음을 나타내고 있다.
(3) 실시예 3 및 비교예 3에서 얻어진 발포성형체는 모두 밀도가 0.20g/cm3이며, 또한, 도 1에 나타내는 응력-변형 곡선에 있어서 한계압축응력이 5kN/m2이하의 값이며, 양쪽 모두, 저부하(低負荷) 추진관과 함께 사용하는 추력 전달재로서 적합하다. 여기에서는, 실시예 3의 발포성형체는 비교례 3에 비하여 탄소성역의 범위는 대략 같지만, 그 기울기가 작다. 따라서, 실시예 3의 발포성형체는 비교예 3과 비교하여, 보다 크게 하중을 흡수할 수 있다. 이 차이는 역시, 기포 조정재의 첨가량의 차이에 따라 생긴 평균기포 직경의 차이(실시예 3이 50㎛에 대하여, 비교예 3은 61㎛)에 기인하는 것으로 생각된다. 이는 높은 부하가 작용하였을 때에, 실시예 3의 발포성형체로 이루어지는 추력 전달재는 비교예 3의 발포성형체로 이루어지는 추진력 전달재와 비교하여, 추진관에 미치는 영향을 줄일 수 있음을 나타내고 있어, 저부하 추진관에서 사용하는 추력 전달재로서 뛰어난 쿠션 성능을 나타내고 있다고 할 수 있다.
(4) 비교예 4의 발포성형체는 밀도가 0.14g/cm3으로 작고, 또한 평균기포 직경도 61㎛로 크다. 그것으로부터, 한계압축응력 3kN/m2정도로 낮은 값이며, 추진관용과 함께 이용하는 추력 전달재의 재료로서는, 적절하지 않다.
［발포성형 금형］
다음으로, 상기한 추력 전달재를 성형하는데 적합한 발포성형 금형을, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 먼저, 도 18을 참조하여, 종래 알려진 발포성형 금형을 설명하였지만, 그 발포성형 금형에서의 것과 같은 부재에는, 이하의 설명으에서도, 같은 부호를 붙이고 있다.
［제1 형태의 발포성형 금형］
도 3∼도 8을 참조하여, 제1 형태의 발포성형 금형(1)의 일 실시형태를 설명한다. 제1 형태의 발포성형 금형(1)은 도 3에 도시하는 바와 같이, 고정측 및 이동측의 마스터 프레임(1a, 1b), 원료공급기(5), 이젝터 핀(6), 배면 플레이트(7a, 7b), 씰재(9)를 구비한다. 그리고, 각 마스터 프레임(1a, 1b)의 일측면에는, 증기 공급구(15)가 설치되고, 그로부터 마스터 프레임(1a, 1b) 내의 전체 영역에 걸쳐, 과열 수증기가 공급된다.
마스터 프레임(1a, 1b)의 전면측(성형품 캐비티(4)측)에는, 각각 평탄한 증기 취출 플레이트(2a, 2b)가 장착되어 있다. 이 증기 취출 플레이트(2a, 2b)는 종래의 캐비티 금형이나 코어 금형과 마찬가지로 증기 투과성을 갖는 것으로, 도 4에 도시되는 바와 같이, 코어 벤트(core ven)(10)가 박힌 벤트구멍(11)을 구비하고 있다.
상기 증기 취출 플레이트(2a, 2b)는 각 마스터 프레임(1a,1b)의 전면측(A, B)를 덮도록 하고, 고정용 나사(12)에 의해, 마스터 프레임(1a, 1b)에 장착되어 있고, 이에 의해 양 증기 취출 플레이트(2a, 2b)의 전면측은 각각 일평면으로 되고 있다.
고정측의 마스터 프레임(1a)에는, 어태치먼트 플레이트(20)가 고정용 나사(13)에 의해 착탈 가능하게 장착된다. 이 어태치먼트 플레이트(20)는 도 8(a)에 일례를 도시하는 바와 같이, 전체적으로 표면과 이면(裏面)이 평탄면인 사각형 형상의 판상재(板狀材)이며, 일부에 닫힌 측둘레면(21)으로 구획되는 성형개구(22)를 갖고 있다. 이후에 기술하는 바와 같이, 이 성형개구(22)가 성형품 캐비티(4)로서 기능한다. 또한, 도 8(a)에 있어서, 25는 마스터 프레임(1a)에 장착시에 이용되는 나사구멍이다.
상기 어태치먼트 플레이트(20)는 도 3에 도시하는 바와 같이, 마스터 프레임(1a)에 장착된 후, 도 4에 도시하는 바와 같이 형(型) 체결함으로써, 양 증기 취출 플레이트(2a, 2b) 사이에 끼워진 자세로 된다. 그리고, 양 증기 취출 플레이트(2a, 2b)의 각각 일평면으로 되어 있는 전면측(A, B)과, 어태치먼트 플레이트(20)에 형성한 성형개구(22)의 측둘레면(21)에 의해 구획된 공간이, 성형품 캐비티(4)를 구성한다.
각 마스터 프레임(1a, 1b)에는, 상기 증기 취출 플레이트(2a, 2b)와 배면 플레이트(7a, 7b) 사이에 위치하도록 하여, 보강 서포트(40)가 설치된다. 상기 보강 서포트(40)는 형 체결하였을 때에, 적어도 증기 취출 플레이트(2a, 2b)가 상기 성형품 캐비티(4)에 대향하게 되는 영역의 배면측과 접하는 부분의 형상이, 소정폭인 선상을 이루는 판상의 보강 서포트이다.
도 3 및 도 5에 도시하는 예에 있어서, 상기 보강 서포트(40)는 폭 20mm 정도의 알루미늄 합금 등으로 이루어지는 판상 부재이며, 상기 마스터 프레임(1a, 1b)의 전체 폭에 걸치도록 하여, 150∼200mm 정도의 간격을 두고, 복수매(도시하는 예에서는, 5매)가 배치되어 있다. 또한, 도 5에서, 어태치먼트 플레이트(20)에 형성한 성형개구(22)에 의해 형성되는 성형품 캐비티(4)를 점선으로 나타내고 있고, 40a로 나타내는 부분이, 보강 서포트(40)에서의, 증기 취출 플레이트(2a, 2b)의 성형품 캐비티(4)에 대향하는 영역의 배면측에 위치하는 부분으로 된다.
도 6은 상기 보강 서포트(40)의 다른 예를 나타내고 있고, 이 예에서, 보강서포트(40)는 마스터 프레임(1a, 1b)의 전체 폭에 걸치는 것이 아니라, 증기 취출 플레이트(2a, 2b)가 성형품 캐비티 (1a, 1b)에 대향하는 영역보다 약간 긴 길이의 판상의 보강 서포트로 되어 있다. 그리고, 증기 취출 플레이트(2a, 2b)의 다른 영역과 배면 플레이트(7a, 7b) 사이에는, 종래의 발포성형 금형의 경우와 같이, 원기둥 현상 또는 원통형상의 보강 서포트(8)이 배치된다.
도 7은 상기 보강 서포트(40)의 또 다른 예를 나타내고 있고, 여기에서는, 도 5에 도시한 보강 서포트(40)와 같지만, 적정 수의 증기 통과구(42)가 더 형성되어 있다.
필수의 구성은 아니지만, 상기한 어태치먼트 플레이트(20)는 도 3에 도시하는 바와 같이, 마스터 프레임(1a)에 고정한 상태에서, 마스터 프레임(1a)으로부터 위쪽으로 돌출하는 돌출 영역(23)을 갖고 있고, 상기 돌출 영역(23)에는 관통구멍(24)이 형성되어 있다. 또한, 마스터 프레임(1a)의 하단부에는, 상기 어태치먼트 플레이트(20)의 하단부를 지지하기 위한 지지체(13)가 형성되어 있다.
상기 제1 형태에 따른 발포성형 금형(1)에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 형(型)을 열어, 적당 형상의 성형개구(22)를 구비한 어태치먼트 플레이트(20)를 마스터 프레임(1a)에 장착하고, 도 4에 도시하는 바와 같이 형 체결을 한다. 그에 의해, 성형품 캐비티(4)가 형성된다. 원료공급기(5)로부터, 발포성 수지 입자를 성형품 캐비티(4) 내에 충전하고, 증기 공급구(15)로부터 과열 수증기를 공급한다. 공급된 과열 수증기는 마스터 프레임(1a, 1b)으로부터, 증기 취출 플레이트(2a, 2b)에 형성한 벤트구멍(11)을 통하여, 성형품 캐비티(4) 내에 들어가, 발포성 수지 입자를 소요에 맞게 발포시킨다.
발포에 의해 발포압이 발생한다. 특히, 상기한 추력 전달재와 같은 저배 발포 성형품을 성형하는 경우에는, 큰 발포압이 성형품 캐비티(4) 내에 형성된다. 그러나, 상기한 바와 같이, 발포성형 금형(1)에서는, 증기 취출 플레이트(2a, 2b)의 적어도 상기 성형품 캐비티(4)에 대향하는 영역의 배면측과, 배면 플레이트(7a, 7b)와의 사이에, 상기한 바와 같이, 증기 취출 플레이트(2a, 2b)의 배면과 접하는 부분의 형상이 선상을 이루는 판상의 보강 서포트(40)이 설치되어 있다. 그 때문에, 성형품 캐비티(4) 내에 형성되는 발포압을 넓은 면적으로 받을 수 있고, 그에 의해, 증기 취출 플레이트(2a, 2b)가 변형하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 결과적으로 발포성형 금형(1)의 변형이 억제된다.
또한, 상기한 본 발명에 의한 저배 발포성형체인 추력 전달재를 성형함에 있어서는, 예를 들면 일본특허공개 평5-87364호 공보에 기재되는 바와 같은, 정량 가압 충전 방식을 채용하는 것이 바람직하다. 그에 의해, 발포성 입자 또는 예비 발포입자의 균일한 충전이 가능하게 되고, 제품의 부위에 의한 응력 편차를 없앨 수 있다. 또한, 형 체결 후에, 발포성형이 끝날 때까지 형 체결 압력을 계속함으로써 형 열림을 없앨 수 있어, 균일한 두께의 제품을 얻을 수 있다.
또한, 상기 발포성형 금형(1)에서는, 어태치먼트 플레이트(20)를 교환하는 것만으로, 다른 형상 또는 두께의 성형품을 성형할 수 있다. 즉, 어태치먼트 플레이트(20)를, 도 8(a)(b)(c)에 도시하는 바와 같이, 그 성형개구(22)의 형태나 형상이 다른 것, 혹은 두께가 다른 것과 교환함으로써, 형상이나 두께가 다른 성형품을 성형할 수 있다. 또한, 도 8(b)(c)에 도시하는 어태치먼트 플레이트(20)는, 전체 형상은 도 8(a)에 도시하는 어태치먼트 플레이트(20)와 같지만, 도 8(b)에 도시하는 예에서는, 비교적 소형의 성형개구(22a)가 4개 형성되어 있고, 도 8(c)에 도시하는 예에서는, 비교적 폭은 좁지만 대략 180도까지 벌어진 부채형의 성형개구(22b)가 2개 형성되어 있다.
또한, 도시한 어태치먼트 플레이트(20)와 같이, 마스터 프레임(1a)에 장착하였을 때에, 마스터 프레임(1a)으로부터 위쪽으로 돌출하는 돌출 영역(23)을 어태치먼트 플레이트(20)가 갖는 경우에는, 그곳을 이용하여, 그곳에 크레인(도시하지 않음) 등의 작업기기에 접속하는 후크(30)를 걸어 둠으로써, 어태치먼트 플레이트(20)를 이동 운반이 용이하게 되고, 또한 마스터 프레임(1a)에 대한 착탈 조작도 용이하게 된다.
또한, 상기 예에서는, 어태치먼트 플레이트(20)는 고정측의 마스터 프레임(1a)측에 장착되어 있지만, 이젝터 핀(70)이 이동측으로부터 고정측으로 돌출되는 경우에는, 이동측의 마스터 프레임(1b)에 장착할 수도 있다.
［제2 형태의 발포성형 금형］
다음으로 도 9∼도 17을 참조하여, 제2 형태의 발포성형 금형(100)의 일 실시형태를 설명한다. 제2 형태의 발포성형 금형(100)은 먼저 도 18에 의거하여 설명한 발포성형 금형과 대략 같은 것이지만, 한쪽의 마스터 프레임에, 도시한 것에서는, 고정측의 마스터 프레임(1a)에, 복수개(이하에 설명하는 것에서는, 9개)의 원료공급기(5)가 장착되어 있다는 점에서, 기본적으로 구성상의 차이가 있다.
도 9 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 발포성형 금형(100)은 제1 형태의 발포성형 금형(1)과 마찬가지로, 고정측 및 이동측의 마스터 프레임(1a, 1b)을 갖고, 각각의 전면측(성형품 캐비티(4)측)에 평탄한 증기 취출 플레이트(2a, 2b)가 장착되어 있다. 이 증기 취출 플레이트(2a, 2b)는 종래의 캐비티 금형이나 코어 금형과 마찬가지로 증기 투과성을 갖는 것으로, 도 10에 도시하는 바와 같이, 코어 벤트(10)가 박힌 벤트구멍(11)을 구비하고 있다. 또한, 도 9에 있어서, 6은 이젝터 핀, 8은 보강 서포트이다. 이후에 설명하는 바와 같이, 상기 이젝터 핀(6)은 마스터 프레임(1a)에 복수개 장착되지만, 도시의 복잡성을 회피하는 목적으로, 도 9에는 1개의 이젝터 핀(6)만을 나타내고 있다. 또한, 특별히 도시하지 않았지만, 제2 형태의 발포성형 금형(100)에 대하여도, 원기둥 현상 또는 원통형상의 보강 서포트의 보강 서포트(8)를 대신하여, 제1 형태의 발포성형 금형(1)에서 사용한, 증기 취출 플레이트의 배면과 접하는 부분의 형상이 선상을 이루는 판상의 보강 서포트(40)를 사용할 수도 있다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 상기 증기 취출 플레이트(2a, 2b)는 마스터 프레임(1a, 1b)의 전면측(A, B)을 덮도록 하여, 고정용 나사(12)에 의해, 마스터 프레임(1a, 1b)에 장착되어 있고, 이에 의해 양 증기 취출 플레이트(2a, 2b)의 전면측은 각각 일평면으로 되어 있다. 또한, 도 10에 있어서, 9는 각 부재 사이를 씰링하기 위한 패킹재이다.
고정측의 마스터 프레임(1a)에는, 9개의 원료공급기(5a∼5i)가, 그 원료취출구를 상기 증기 취출 플레이트(2a)의 면내에 위치하도록 하여 장착되어 있다. 도 9에는, 그 중의 3개의 원료공급기(5d∼5f)가 도시되어 있고, 도 11은 증기 취출 플레이트(2a)의 면내에서, 9개의 원료공급기(5a∼5i)의 각각의 원료취출구가 위치하는 상태를 나타내고 있다. 도시하는 바와 같이, 9개의 원료공급기(5a∼5i)는 종방향 및 횡방향으로 소정의 거리를 두도록 하여, 고정측의 마스터 프레임(1a)측에 장착되어 있다.
또한, 도 11에 있어서, 14는 증기 취출 플레이트(2a)를 고정측 마스터 프레임(1a)측에 장착할 때, 상기 고정용 나사(12)가 통과하는 개구이다. 또한, 도 11에서는, 증기 취출 플레이트(2a)에서의 도 10에 도시한 코어 벤트(10) 및 벤트구멍(11)은 도시가 생략되어 있다.
고정측의 마스터 프레임(1a)에는, 어태치먼트 플레이트(20)가, 고정용 나사(13)에 의해 착탈 가능하게 장착된다. 제2 형태의 발포성형 금형(100)에 있어서는, 어태치먼트 플레이트(20)에는, 다른 수 및 형상의 성형개구(22)를 구비한 복수매의 어태치먼트 플레이트(20a∼20d)가 군(群)으로서 사용되고, 군을 구성하는 각 어태치먼트 플레이트(20a∼20d)는 고정측의 마스터 프레임(1a)에 대하여, 선택적으로 장착 가능하게 되어 있다. 또한, 모든 어태치먼트 플레이트(20a∼20d)는 전체로서 표면과 이면이 평탄면인 사각형상의 판상재이다.
도 12에 도시하는 어태치먼트 플레이트(20a)는, 닫힌 측둘레면(21)으로 구획되는 1개의 성형개구(22)를 갖고 있고, 이 성형개구(22)가 성형품 캐비티(4)로서 기능한다. 또한, 도 12에 있어서, 25는 어태치먼트 플레이트(20a)를 마스터 프레임(1a)에 장착시에 고정용 나사(13)가 통과하는 개구이며, 30은 크레인(도시하지 않음) 등의 작업기기에 접속하는 후크이며, 어태치먼트 플레이트(20a)를 착탈할 때 혹은 이동할 때에, 어태치먼트 플레이트(20a)에 형성한 개구(26)에 후크(30)를 장착하도록 이용된다.
도 9 및 도 10은 도 12에 나타내는 어태치먼트 플레이트(20a)를 고정측의 마스터 프레임(1a)에 장착한 상태를 나타내고 있고, 어태치먼트 플레이트(20a)는 고정측의 마스터 프레임(1a)의 증기 취출 플레이트(2a)의 면에 겹쳐놓은 상태에서, 고정용 나사(13)에 의해 장착된다.
도 13은 그 상태를 어태치먼트 플레이트(20a)측에서 보아 나타내는 평면도이다. 도시되는 바와 같이, 이 예에서는, 어태치먼트 플레이트(20a)에 형성한 성형개구(22) 내에는, 도 11에 도시한 증기 취출 플레이트(2a)의 면내에서의 9개의 원료공급기(5a∼5i) 중, 횡 가운데 열(列)인 3개의 원료공급기(5b, 5e, 5h)의 원료취출구가 위치하여 있고, 도면에서 아래 횡열(橫列)의 3개의 원료공급기(5a, 5d, 5g)와, 위 횡열의 3개의 원료공급기(5c, 5f, 5i)는 어태치먼트 플레이트(20a)에 의해, 그 원료취출구는 폐쇄되어 있다.
그와 같이 하여, 어태치먼트 플레이트(20a)를 고정측의 마스터 프레임(1a)에 장착한 후, 가동측의 마스터 프레임(1b)을 이동하여, 도 10에 도시하는 바와 같이 형 체결을 한다. 그에 의해, 어태치먼트 플레이트(20a)는 양 증기 취출 플레이트(2a, 2b) 사이에 끼워진 자세로 된다. 그리고, 양 증기 취출 플레이트(2a, 2b)의 각각 일평면으로 되어 있는 전면측(A, B)과 어태치먼트 플레이트(20a)에 형성한 성형개구(22)의 측둘레면(21)에 의해 구획된 공간이 성형품 캐비티(4)를 구성한다.
형 체결 후, 성형품 캐비티(4) 내에, 일례로서 원료인 미발포 입자 또는 부피(嵩) 발포 배수가 2.0∼20배의 범위 내에 예비발포시켜 되는 저배 발포입자를, 원료공급기(5b, 5e, 5h)로부터 충전하고, 또한 가열 증기를 공급함으로써, 발포 배수가 1.5∼5배 정도의 저배 발포성형체가 금형 내 발포성형된다.
또한, 이 예에 있어서, 원료 공급은 소정의 원료 공급원으로부터 모든 원료공급기(5a∼5i)에 대하여 행하여도 좋다. 그 경우에서도, 아래 횡열의 3개의 원료공급기(5a, 5d, 5g)와 위 횡열의 3개의 원료공급기(5c, 5f, 5i)의 원료취출구는 어태치먼트 플레이트(20a)에 의해 폐쇄되어 있으므로, 각별한 지장은 생기지 않는다. 그러나, 성형처리의 용이성과 원료의 낭비를 없애는 관점으로부터, 각 원료공급기(5a∼5i)에는, 원료취출구보다 상류의 위치에 원료의 공급을 정지할 수 있는 도시하지 않은 셔터와 같은 폐쇄수단을 설치하는 것이 바람직하고, 그 경우에는, 아래 횡열의 3개의 원료공급기(5a, 5d, 5g)와 위 횡열의 3개의 원료공급기(5c, 5f, 5i)에 설치한 셔터는 폐쇄하여 두고, 중간 횡열의 3개의 원료공급기(5b, 5e, 5h)에 설치한 셔터는 열린 상태에서, 원료 공급을 행하도록 한다.
그 경우에 있어서, 좌우의 원료공급기(5b, 5h)의 셔터를 폐쇄하고, 부채형을 이루는 성형개구(22)의 대략 중앙에 위치하는 원료공급기(5e)만으로부터, 계량이 끝난 원료를 가압 공급함으로써, 품질에 편차가 없는 저배 발포성형체를 금형 내 발포성형할 수 있다. 따라서, 성형개구(22)의 중앙 또는 그 근방에, 원료공급기(5a∼5i)의 어느 1개의 취출구가 위치할 수 있도록, 증기 취출 플레이트(20a) 면내에서의 원료취출구의 위치 결정을 하거나, 또는 상기 어태치먼트 플레이트(2a) 면내에서의 성형개구(22)의 위치 결정을 하는 것은 바람직한 형태로 된다.
상기한 바와 같이, 고정측의 마스터 프레임(1a)에는, 복수개의 이젝터 핀(6)이 장착되어 있다. 그리고, 각 이젝터 핀(6)은 상기 어태치먼트 플레이트(20a∼ 20d)의 어느 하나를 선택하여 마스터 프레임(1a)에 장착하였을 때에 있어서도, 그곳에 형성되는 성형품 캐비티(4) 내에 그 어느 하나가 들어갈 수 있도록, 증기 취출 플레이트(2a)의 면내에서 위치 결정되어 있다.
상기 예에서는, 형을 개방한 후, 증기 취출 플레이트(2a)의 면내에서의, 상기 어태치먼트 플레이트(20a)에 형성한 성형개구(22)에 대향하는 곳에 위치하는 1개 또는 복수개의 이젝터 핀(6)을 작동시킴으로써, 성형품의 탈형(脫型)이 행하여진다. 도시하지 않았지만, 각 원료공급기(5a∼5i)의 공급관 내에 이젝터 핀(6)을 배치할 수도 있다. 그 경우에는, 형을 개방한 후, 원료 공급에 관여한 원료공급기(5)의 어느 하나 또는 전부에 장착된 이젝터 핀(6)을 작동시킴으로서, 성형품의 탈형이 행하여진다.
도 14는 어태치먼트 플레이트(20)의 다른 형태를 나타낸다. 이 어태치먼트플레이트(20b)는 전체 형상은 도 12에 도시한 어태치먼트 플레이트(20a)와 같지만, 성형개구(22)와 비교하여 소형이고 역시 부채형의 4개의 성형개구(22b)가 좌우에 2 개씩 형성되어 있다. 도 15는 상기 어태치먼트 플레이트(20b)를, 도 11에 도시한 고정측의 마스터 프레임(1a)의 증기 취출 플레이트(2a)의 면에 겹쳐 놓은 상태를 어태치먼트 플레이트(20b)측에서 보아 나타내고 있다.
도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 어태치먼트 플레이트(20b)에서는, 4개의 성형개구(22b)는 상기한 9개의 원료공급기(5a∼5i) 중, 좌측 상부의 원료공급기(5c)와, 좌측 하부의 원료공급기(5a)와, 우측 상부의 원료공급기(5i)와, 우측 하부의 원료공급기(5g)의 원료취출구가 부채형을 이루는 각 성형개구(22b)의 대략 중앙에 위치할 수 있도록, 어태치먼트 플레트(20b)의 면내에 각각 형성되어 있다. 그리고, 다른 5개의 원료공급기(5b, 5d, 5e, 5f, 5h)의 원료취출구는 어태치먼트 플레이트(20b)에 의해 폐쇄되어 있다.
상기 어태치먼트 플레이트(20b)를, 어태치먼트 플레이트(20a)를 대신하여 고정측의 마스터 프레임(1a)에 장착하고, 이하, 어태치먼트 플레이트(20a)의 경우와 마찬가지로 하여 성형처리를 행한다. 이 경우에는, 4개의 성형개구(22b)로 형성되는 4개의 성형품 캐비티(4) 내에, 동시에 원료가 공급되므로, 1회의 처리로, 4개의 저배 발포성형체를 금형 내 발포성형할 수 있다. 또한, 성형품의 탈형에는, 각 성형품 캐비티에 대응하여 정치(定置)하는 이젝터 핀(6)을 이용한다.
도 16은 어태치먼트 플레이트(20)의 또 다른 형태를, 도 11에 도시한 증기 취출 플레이트(2a)에 겹쳐 놓은 상태를, 어태치먼트 플레이트측에서 보아 나타내고 있다. 이 어태치먼트 플레이트(20c)는 전체 형상은 도 12에 도시한 어태치먼트 플레이트(20a)와 같지만, 성형개구(22)와 비교하여 소형이고 역시 부채형의 3개의 성형개구(22c)가 중앙부에 3단(段)으로 형성되어 있다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 어태치먼트 플레이트(20c)에서는, 3개의 성형개구(22c)는 상기한 9개의 원료공급기(5a∼5i) 중, 중앙에 위치하는 원료공급기(5d, 5e, 5f)의 원료취출구가 부채형을 이루는 각 성형개구(22c)의 대략 중앙에 위치할 수 있도록, 어태치먼트 플레이트(20c)의 면내에 각각 형성되어 있다. 그리고, 다른 6개의 원료공급기(5a∼5c)와 (5g∼5i)의 원료취출구는 어태치먼트 플레이트(20c)에 의해 폐쇄되어 있다.
상기 어태치먼트 플레이트(20c)를 이용하는 경우에는, 3개의 성형개구(22c)로 형성되는 3개의 성형품 캐비티(4) 내에 동시에 원료가 공급되므로, 1회의 처리로, 3개의 저배 발포성형체를 금형 내 발포성형할 수 있다.
도 16은 어태치먼트 플레이트(20)의 또 다른 형태를, 도 11에 도시한 증기 취출 플레이트(2a)에 겹쳐 놓은 상태를, 어태치먼트 플레트측에서 보아 나타내고 있다. 이 어태치먼트 플레이트(20d)도, 전체 형상은 도 12에 도시한 어태치먼트 플레이트(20a)와 같지만, 성형개구(22)와 비교하여 소형이고 역시 부채형의 6개의 성형개구(22d)가 좌우에 3개씩 형성되어 있다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 어태치먼트 플레이트(20d)에서는, 6개의 성형개구(22d)는 상기한 9개의 원료공급기(5a∼5i) 중, 왼쪽 종열(縱列)(5a∼5c)과, 오른쪽 종열(5g∼5i)의 원료취출구가 부채형을 이루는 각 성형개구(22d)의 대략 중앙에 위치할 수 있도록, 어태치먼트 플레이트(20d)의 면내에 각각 형성되어 있다. 세로 중앙열의 3개의 원료공급기(5d∼5f)의 원료취출구는 어태치먼트 플레이트(20d)에 의해 폐쇄되어 있다.
상기 어태치먼트 플레이트(20d)를 이용하는 경우에는, 6개의 성형개구(22d)로 형성되는 6개의 성형품 캐비티(4) 내에 동시에 원료가 공급되므로, 1회의 처리로, 6개의 저배 발포성형체를 금형 내 발포성형할 수 있다.
이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제2 형태의 발포성형 금형(100)에서는, 어태치먼트 플레이트 군을 구성하는 어느 하나의 어태치먼트 플레이트, 예를 들면, 상기한 어태치먼트 플레이트(20a∼20d)의 어느 하나를 선택하여 사용함으로써, 1회의 성형처리로 1개 또는 형태나 두께가 다른 2개 이상의 발품 성형품을 동시에 발포성형하는 것이 가능하여, 높은 생산성을 얻을 수 있다.
또한, 상기 예에서는, 1매의 어태치먼트 플레이트(20a∼ 20d)로써 성형품 캐비티(4)를 구성하도록 하였지만, 고정측과 이동측의 마스터 프레임(1a, 1b)의 양쪽에 같은 형상의 어태치먼트 플레이트(20a∼20d)를 장착하고, 이 2매의 어태치먼트 플레이트를 형 체결시에 맞춤으로써 1개의 성형품 캐비티(4)를 구성할 수도 있다.
1…제1 형태의 발포성형 금형
100…제2 형태의 발포성형 금형
1a,1b…마스터 프레임
2a,2b…증기 취출 플레이트
4…성형품 캐비티
5(5a∼5i)…원료공급기
6…이젝터 핀
8…원기둥 현상 또는 원통형상의 보강 서포트
15…증기 공급구
20(20a∼20a)…어태치먼트 플레이트
21…닫힌 측둘레면
22, 22b, 22c, 22d…성형개구(성형품 캐비티)
23…어태치먼트 플레이트의 마스터 프레임으로부터 돌출하는 영역
40…증기 취출 플레이트의 배면과 접하는 부분의 형상이 선상을 이루는 판상의 보강 서포트
42…보강 서포트에 형성한 증기 통과구
100…제2 형태의 발포성형 금형
1a,1b…마스터 프레임
2a,2b…증기 취출 플레이트
4…성형품 캐비티
5(5a∼5i)…원료공급기
6…이젝터 핀
8…원기둥 현상 또는 원통형상의 보강 서포트
15…증기 공급구
20(20a∼20a)…어태치먼트 플레이트
21…닫힌 측둘레면
22, 22b, 22c, 22d…성형개구(성형품 캐비티)
23…어태치먼트 플레이트의 마스터 프레임으로부터 돌출하는 영역
40…증기 취출 플레이트의 배면과 접하는 부분의 형상이 선상을 이루는 판상의 보강 서포트
42…보강 서포트에 형성한 증기 통과구
Claims (14)
- 발포성 입자를 금형 내에서 발포시켜 얻어지는 추력(推力) 전달재로서, 밀도가 0.17∼0.67g/cm3이고, 평균 기포 직경이 60㎛이하인 것을 특징으로 하는 추력 전달재.
- 제1항에 있어서,
융착율이 70%이상인 것을 특징으로 하는 추력 전달재. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
발포성 입자가 폴리스티렌계 수지로 이루어지는 발포성 입자인 것을 특징으로 하는 추력 전달재. - 제1항 또는 제2항에 기재한 추력 전달재를 선단(先端) 또는 후단(後端) 또는 선단 및 후단에 구비하는 것을 특징으로 하는 추진관.
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2010
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Patent Citations (1)
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