KR101493431B1 - 마찰계수 감소와 내경 보강용 합성수지관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마찰계수 감소와 내경 보강용 합성수지관의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP)으로 압출에 의해 성형하는 폴리에틸렌 하수도관의 내경에 실리콘을 코팅함으로써 마찰계수를 감소시켜 물의 통수능력을 향상시키고, 내경을 보강하여 강도를 향상시키도록 하는 마찰계수 감소와 내경 보강용 합성수지관의 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 합성수지를 용융시켜 금형에서 내경에 다수개의 중공(12)을 갖는 열십자 보강대(13)를 형성한 프로파일(11)을 압출하는 프로파일 압출단계; 금형에서 압출하는 프로파일(11)을 냉각하여 성형상태가 그대로 유지되도록 공급하는 프로파일 냉각단계; 냉각한 프로파일(11)을 와인딩장치에 공급하면서 프로파일(11)의 사이에 있는 공간으로 용융 합성수지를 공급하여 성형한 후 6m의 길이로 절단하는 합성수지관의 제조방법에 있어서,
상기 프로파일(11)의 사이에 있는 공간으로 합성수지 93.5∼97 중량%, 실리콘 2∼6 중량%, TiO₂ 0.5∼1 중량%를 배합한 컴파운드로 내경에 색채를 갖는 내경 피복소재(31)를 내경부재 공급노즐(30)을 통하여 압출 공급하는 내경 이음과 피복부 공급단계(S3);
상기 내경 피복소재(31)를 공급하여 내경 성형로울러(14)로 내경 피복부(20)를 1∼4mm의 두께로 코팅하고, 상기 내경 피복소재(31)의 일부를 프로파일(11)의 사이에 공급되어 내경 이음부(21)로 성형하는 내경 이음과 피복부 코팅단계(S4);
외경부재 공급노즐(40)에서 용융시킨 합성수지를 외경 이음소재(41)로 내경 이음부(21)의 외측에 공급한 후 외경 성형로울러(15)를 통하여 프로파일(11)의 사이를 융착시키는 외경 이음부(22)를 성형하는 외경 이음부 성형단계(S5); 및
상기 프로파일(11)의 내경에 내경 피복부(20)를 성형하고, 상기 프로파일(11)의 사이에 내경 이음부(21)와 외경 이음부(22)를 형성한 합성수지관(10)을 냉각 후 6 m의 길이로 절단하여 완성하는 내경 피복관 성형단계(S6); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

마찰계수 감소와 내경 보강용 합성수지관{Friction factor decreases with synthetic inner tube for reinforcement}

본 발명은 마찰계수 감소와 내경 보강용 합성수지관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP)으로 압출에 의해 성형하는 폴리에틸렌 하수도관의 내경에 실리콘을 코팅함으로써 마찰계수를 감소시켜 물의 통수능력을 향상시키고, 내경을 보강하여 강도를 향상시키도록 하는 마찰계수 감소와 내경 보강용 합성수지관에 관한 것이다.

일반적으로 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)은 상수도용과 하수도용 및 오수용 관으로 압출에 의해 성형하여 다양하게 적용되어 유체를 필요한 곳으로 이송하는 수단으로 사용되고 있다.

종래의 상하수도관은 압출에 의해 소정의 두께를 성형하여 제공하게 되나, 이러한 상하수도관은 지중에 매설된 후 유체를 이송하는 과정에서 마찰계수의 영향을 적게 받는 장점이 있으나, 원료의 소모량이 많아서 하수용으로 적용하는 경우 원가의 상승으로 인하여 적용되지 못하는 결점이 발생하게 된다.

그리고 내부에 사각형의 중공형성되는 프로파일을 압출하여 냉각시킨 후 와인딩장치에 나선형으로 공급하면서 상기 프로파일의 사이에 이음부재를 공급하여 프로파일을 융착시켜 원통형의 하수관으로 성형하게 되는 이중벽 하수관과, 내부에 사각형의 중공이 다수 개 형성되는 열십자 보강대로 이루어진 프로파일을 압출하여 냉각시킨 후 와인딩장치에 나선형으로 공급하면서 상기 프로파일의 사이에 이음부재를 공급하여 프로파일을 융착시켜 원통형의 하수관으로 성형하게 되는 복층벽(다중벽) 하수관을 성형하게 된다.

그러나 이러한 이중벽 하수관과 복층벽 하수관은 내경이 나선형으로 공급되는 프로파일과 이 프로파일의 사이에 공급하는 이음부재의 연결 부분에 로울러를 사용하여 눌러 고정하는 과정에서 나선형으로 일정한 간격에서 미세하게 요철이 형성되면서 선이 나타나게 되고, 이 선이 유체의 흐름을 방해하여 통수능력을 낮추게 되므로 관의 통수능력을 설계할 때 더 큰 관을 필요로 하게 되는 단점이 발생하게 되며, 일정한 간격에서 형성한 선에 의해 모래나 이물질 등이 걸려 유체의 흐름을 방해하는 원인이 증가하게 되는 결점이 발생하게 되었다.

상기 이중벽 하수관과 복층벽 하수관은 지중에 매설한 후 또는 보수 및 재 설치를 필요로 하는 경우 CCTV를 사용해 내경을 촬영하여 내경의 마모와 손상 여부를 판독하게 되나, 대부분 내경이 검은색을 띠고 있으므로 CCTV의 촬영시 내경의 미세한 마모 여부와 막힘 여부의 확인이 어려워 검사에 많은 시간과 어려움이 있어서, 이러한 결점을 방지하기 위하여 최근에는 이중벽 하수관과 복층벽 하수관의 내면에 노랑색의 합성수지를 소정의 두께로 코팅한 코팅관이 제공되었으나, 이러한 종래의 코팅관은 CCTV를 이용한 내경의 불량 여부를 확인하는 것에는 도움이 되었지만, 코팅재료가 합성수지를 이용한 것이므로 마찰계수가 크게 개선되지 못하여 통수능력이 향상되는 것에는 한계가 있었으며, 또한 상기의 코팅은 통수능력을 향상시키기 위한 목적이 아니라 내경 촬영의 향상을 위한 목적이므로 양자는 그 목적이 상이한 것이었다.

한편, 실리콘의 기본물질은 석영(QUARTZ), 즉 실리카 또는 산화규소(SiO2 ) 이며 흔히 볼 수 있는 모래의 주성분이며, 로마인들은 이를 얼음의 특별한 형태라고 생각했고, 16세기에 들어 실리카에 소다회를 혼합, 가열하면 물유리가 생성되고 이것을 물에 녹여 산처리하면 고체가 침전된다는 사실이 밝혀졌다.

1924년 스웨덴 화학자가 석영으로부터 규소라는 성분을 추출해 내는데 성공한 이후 이 신소재를 염소 존재에서 가열하여 사염화규소(SiCl4)라는 무색 액체를 생산하는데 성공하였다. 현재의 제조방법도 이와 유사하며 이 사염화규소는 그후 유기실리콘의 기본물질이 되었지만 실리콘 연구의 본격적인 역사는 유기 라티칼이 규소에 붙어있는 물질 즉 규소-탄소-규소 사슬을 합성 하는데 성공했다.

실리콘은 규소-산소-규소의 연결을 갖는 화합물을 의미하며, 내열성, 내한성, 내후성, 내약품성, 난연성, 도전성 등 다양한 특성을 가지고 있으므로 산업 전반에 걸쳐 다양하게 적용되고 있으나, 아직까지 통수능력을 향상시키기 위하여 하수관에 적용된 예는 없다.

또한, 하수관의 강도를 향상시키기 위한 방법으로는 원료를 많이 소모하여 각 부분의 두께를 두껍게 하는 것이 바람직하지만, 원료의 소모량이 많아져 원가의 상승을 초래하므로 적용이 어려운 결점이 발생하게 되므로 원료의 소모량을 그대로 하거나 줄이면서 강도를 향상시키는 것이 좋은 방법으로 기대되었으나, 이에 충족하는 경우는 극히 드물어 다양한 방법이 연구되고 있는 실정에 있다.

문헌 1. 실용신안등록번호 제0209156호(2000. 10. 23. 등록) 문헌 2. 특허공개번호 제2009-0020613호(2009. 02. 26. 공개) 문헌 3. 특허등록번호 제0441496호(2004. 07. 14. 등록) 문헌 4. 특허등록번호 제0702143호(2007. 03. 26. 등록)

따라서 이러한 종래의 결점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명의 해결과제는, 압출에 의해 성형하는 압출부 또는 프로파일로 이루어지는 피복관의 내경 합성수지에 실리콘 등을 혼합하여 이루어지는 내경 피복부를 더 압출 성형하여 내면의 불량과 변형 여부를 정확하게 촬영할 수 있도록 하며, 마찰계수를 줄여 통수능력을 향상시키도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 해결과제는, 합성수지 93.5∼97 중량%, 실리콘 2∼6 중량%, TiO₂(흰색안료) 0.5∼1 중량%를 배합한 컴파운드로 내면에 1.5∼4 mm의 두께가 되도록 흰색으로 압출 코팅하여 실리콘 피복부를 성형함으로써 마찰 계수를 줄여 통수능력을 향상시키도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 해결과제는, 내경 피복부를 통하여 프로파일의 내경 방향의 두께를 향상시켜 합성수지관의 강도를 더 향상시키도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 합성수지를 용융시켜 금형에서 내경에 다수개의 중공을 갖는 열십자 보강대를 형성한 프로파일을 압출하는 프로파일 압출단계; 금형에서 압출하는 프로파일을 냉각하여 성형상태가 그대로 유지되도록 공급하는 프로파일 냉각단계; 냉각한 프로파일을 와인딩장치에 공급하면서 프로파일의 사이에 있는 공간으로 용융 합성수지를 공급하여 성형한 후 6m의 길이로 절단하는 합성수지관의 제조방법에 있어서,

상기 프로파일의 사이에 있는 공간으로 합성수지 93.5∼97 중량%, 실리콘 2∼6 중량%, TiO₂ 0.5∼1 중량%를 배합한 컴파운드로 내경에 색채를 갖는 내경 피복소재를 내경부재 공급노즐을 통하여 압출공급하는 내경 이음과 피복부 공급단계;

상기 내경 피복소재를 공급하여 내경 성형로울러로 내경 피복부를 1∼4mm의 두께로 코팅하고, 상기 내경 피복소재의 일부를 프로파일의 사이에 공급되어 내경 이음부로 성형하는 내경 이음과 피복부 코팅단계;

외경부재 공급노즐에서 용융시킨 합성수지를 외경 이음소재로 내경 이음부의 외측에 공급한 후 외경 성형로울러를 통하여 프로파일의 사이를 융착시키는 외경 이음부를 성형하는 외경 이음부 성형단계; 및

상기 프로파일의 내경에 내경 피복부를 성형하고, 상기 프로파일의 사이에 내경 이음부와 외경 이음부를 형성한 합성수지관을 냉각 후 6 m의 길이로 절단하여 완성하는 내경 피복관 성형단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 압출에 의해 성형하는 압출부 또는 프로파일로 이루어지는 피복관의 내경에 합성수지에 실리콘 등을 혼합하여 이루어지는 내경 피복부를 압출 또는 분사방식으로 소정의 두께를 갖도록 코팅하여 물의 공급시에 마찰계수를 줄여 통수능력을 향상시키도록 하고, 흰색의 실리콘 피복부를 통하여 강도를 향상시키고 CCTV를 활용한 내경의 불량 여부를 편리하게 촬영할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

본 발명은 합성수지 93.5∼97 중량%, 실리콘 2∼6 중량%, TiO₂(흰색안료) 0.5∼1 중량%를 배합한 컴파운드로 내면에 1.5∼4 mm의 두께가 되도록 흰색으로 압출 코팅하여 실리콘 피복부를 성형함으로써 마찰 계수를 줄여 통수능력을 크게 향상시키도록 하는 것이다.

본 발명은 실리콘 등으로 이루어지는 내경 피복부를 통하여 프로파일의 내경 방향의 두께를 더 두껍게 형성함으로써 합성수지관의 외압 강도를 더 향상시켜 강도를 보강하는 효과로 인한 안전성을 향상시키는 것이다.

도 1 은 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 통하여 성형한 합성수지관의 사시도
도 2 는 본 발명의 프로파일 사이에 내경 피복소재와 외경 이음소재를 공급하는 상태를 나타낸 확대 단면도
도 3 은 본 발명의 내경 피복부와 이음부를 형성한 상태를 나타낸 확대 단면도
도 4 는 본 발명의 프로파일 사이에 내경 피복소재를 공급하는 상태를 나타낸 단면도
도 5 는 본 발명의 프로파일 사이에 외경 이음소재를 공급하는 상태를 나타낸 단면도
도 6 은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 블럭도

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부시킨 도면을 통하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 통하여 성형한 합성수지관의 사시도를 나타낸 것으로, 원통형으로 성형하며 하나의 중공(12)이 형성되거나 열십자 보강대(13)를 통하여 성형되는 프로파일(11)의 내경에 내경 피복부(20)를 코팅하고 외경에는 종래와 동일한 형태가 노출되도록 합성수지관(10)을 성형하는 것이다.

상기 내경 피복부(20)는 압출 또는 스프레이 방법으로 1.5∼4 mm의 두께로 코팅하는 것에 의해 마찰계수를 줄여 통수능력을 향상시키는 것이다.

도 2는 본 발명의 프로파일 사이에 내경 피복소재와 외경 이음소재를 공급하는 상태를 나타낸 확대 단면도이고, 도 3은 본 발명의 내경 피복부와 이음부를 형성한 상태를 나타낸 확대 단면도, 도 4는 본 발명의 프로파일 사이에 내경 피복소재를 공급하는 상태를 나타낸 단면도, 도 5는 본 발명의 프로파일 사이에 외경 이음소재를 공급하는 상태를 나타낸 단면도를 나타낸 것이다.

폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 중 어느 하나로 이루어지는 합성수지를 용융시켜 금형에서 내경에 하나의 중공 또는 열십자 보강대(13)를 통하여 다수 개의 중공(12)을 형성하는 프로파일(11)을 압출 성형하여 수냉과 공냉 중 어느 하나의 방법으로 냉각시킨 후 통상의 와인딩장치에 나선형으로 공급하며, 프로파일(11)의 사이에 내경부재 공급노즐(30)을 통하여 내경 피복소재(31)를 공급하는 것이다.

상기 내경 피복소재(31)는 내경 성형로울러(14)에 의하여 프로파일(11)의 내경에 내경 피복부(20)를 성형하고, 상기 프로파일(11)의 사이에서 하측 부분에 절반 정도를 차지하도록 내경 이음부(21)를 형성하는 것이다.

상기 내경 이음부(21)의 상측에 있는 프로파일(11)의 사이에는 외경부재 공급노즐(40)을 통하여 외경 이음소재(41)를 압출 공급하여 외경 성형로울러(15)를 통하여 외경 이음부(22)를 성형하는 것이다.

상기 내경 피복부(20)는 압출 또는 스프레이 방법으로 1.5∼4 mm의 두께로 코팅하는 것에 의해 마찰계수를 줄여 통수능력을 향상시키는 것이다.

상기 내경 피복부(20)를 1.5 mm 이하로 코팅하게 되면 마찰계수가 줄어들지 않아 통수능력을 향상시킬 수 없으며, 4 mm 이상으로 코팅하게 되면 마찰계수가 줄어드는 효과가 향상되지 않고 원가만 상승하므로 두께는 3 mm가 바람직하다.

상기 내경 피복부(20)와 내경 이음부(21)는 합성수지 93.5∼97 중량%, 실리콘 2∼6 중량%, TiO₂ 0.5∼1 중량%를 배합한 컴파운드로 내면에 색채를 갖도록 압출 또는 스프레이 방법으로 코팅하여 성형함으로써 마찰 계수를 줄여 통수능력을 크게 향상시키도록 하는 것이다.

상기 TiO₂ 0.5∼1 중량%는 흰색과 노랑색의 안료 중 어느 하나를 배합하여 내면에 흰색과 노랑색으로 압출 또는 스프레이 방법으로 코팅하여 성형하는 것이다.

상기 내경 피복부(20)와 내경 이음부(21)를 이루는 컴파운드는 압출기에서 110∼180℃에서 용융되어 압출하는 것이 바람직하다.

상기 외경 이음부(22)는 프로파일(11)과 같은 원료를 압출기에서 용융시켜 압출되는 과정에서 내경 이음부(21)의 외측으로 외경부재 공급노즐(40)을 통하여 외경 이음소재(41)를 압출하고, 상기 프로파일(11)의 외측에 설치한 외경 성형로울러(15)가 회전하면서 외경 이음소재(41)를 압착하여 프로파일(11)의 사이를 일체형으로 융착 고정하는 역할을 수행하는 것이다.

아래의 [표 1]은 1mm 프레스 몰딩에 의해 190℃의 온도로 압출하여 성형한 200g 의 시편 3개를 샘플로 제작하여 관계식 Uk=(A×10)/W(Uk:마찰계수, A:마찰force, W:시편무게)에 의한 마찰계수를 비교한 결과이다.

샘플의 마찰계수 비교 결과

샘플	MI g/ 10min	Base Resin			마찰계수측정					정 마찰계수	동 마찰계수
		용융온도 (℃)	결정화온도 (℃)	용융열용 량 (J/g)	바닥면	윗면	시편무게 (g),W	정 마찰 A	동 마찰 A
CB-1	7.3	132	117	194	CB-1-A	CB-1-B	200	7.4	4.0	0.37	0.20
		폴리에틸렌 사출용			CB-1-C					0.36
CB-2	7.98	132	117	191	CB2-A	CB-2-B		5.9		0.30
		폴리에틸렌 사출용			CB2-C			5.4	2.0	0.27	0.10
CB-3	0.1	129	115	175	CB3-A	CB-3-B		7.8	3.5	0.39	0.18
		폴리에틸렌 압출용 CB-1,2 대비 밀도 약간 낮음			CB3-C			5.8	3.0	0.29	0.15

상기의 결과를 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 마찰계수가 0.27∼0.39로 매우 낮아서 통수능력이 크게 향상된 것임을 확인할 수 있었다.

상기 내경 피복부(20)는 프로파일(11)의 내경을 더 두껍게 피복함으로써 외부에서 가해지는 하중과 윤압에 대한 대응력이 향상되어 강도를 향상시키는 것이다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 도 6에 도시한 블럭도를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

가. 프로파일 압출단계(S1)

폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 중 어느 하나로 이루어지는 합성수지를 용융시켜 금형에서 내경에 다수개의 중공(12)을 갖는 열십자 보강대(13)를 형성한 프로파일(11)을 압출하는 것이다.

나. 프로파일 냉각단계(S2)

금형에서 압출하는 프로파일(11)을 수냉과 공냉 중 어느 하나의 냉각방법으로 냉각하여 성형상태가 그대로 유지되도록 공급하는 것이다.

다. 내경 이음과 피복부 공급단계(S3)

냉각한 프로파일(11)을 와인딩장치에 공급하면서 프로파일(11)의 사이에 있는 공간으로 합성수지 96 중량%, 실리콘 3 중량%, TiO₂(흰색안료) 1 중량%를 배합한 컴파운드로 내경에 흰색을 갖도록 내경 피복소재(31)를 내경부재 공급노즐(30)을 통하여 압출 공급하는 것이다.

라. 내경 이음과 피복부 코팅단계(S4)

내경 피복소재(31)를 공급하여 내경 성형로울러(14)로 내경 피복부(20)를 3 mm의 두께로 코팅하고, 상기 내경 피복소재(31)의 일부를 프로파일(11)의 사이에 공급되어 내경 이음부(21)로 성형하는 것이다.

마. 외경 이음부 성형단계(S5)

외경부재 공급노즐(40)에서 용융시킨 합성수지를 외경 이음소재(41)로 내경 이음부(21)의 외측에 공급한 후 외경 성형로울러(15)를 통하여 프로파일(11)의 사이를 융착시키는 외경 이음부(22)를 성형하는 것이다.

바. 내경 피복관 성형단계(S6)

상기 프로파일(11)의 내경에 내경 피복부(20)를 성형하고, 상기 프로파일(11)의 사이에 내경 이음부(21)와 외경 이음부(22)를 형성한 합성수지관(10)을 냉각 후 6 m의 길이로 절단하여 완성한다.

본 발명의 마찰계수 감소용 합성수지관은, 내경에 소정의 두께로 합성수지를 코팅한 내경 피복부에 의하여 유체의 흐름에 의한 마찰 계수를 줄여 통수능력을 크게 향상시켜 다양하게 사용할 수 있도록 하고, 상기 내경 피복부를 합성수지관의 프로파일 두께를 향상시켜 강도를 향상시키는 것이다.

10 : 합성수지관 11 : 프로파일
12 : 중공 13 : 열십자 보강대
14 : 내경 성형로울러 15 : 외경 성형로울러
20 : 내경 피복부 21 : 내경 이음부
22 : 외경 이음부 30 : 내경부재 공급노즐
31 : 내경 피복소재 40 : 외경부재 공급노즐
41 : 외경 이음소재

Claims (2)

1. 합성수지를 용융시켜 금형에서 내경에 다수 개의 중공(12)을 갖는 열십자 보강대(13)를 형성한 프로파일(11)을 압출하는 프로파일 압출단계; 금형에서 압출하는 프로파일(11)을 냉각하여 성형상태가 그대로 유지되도록 공급하는 프로파일 냉각단계; 냉각한 프로파일(11)을 와인딩장치에 공급하면서 프로파일(11)의 사이에 있는 공간으로 용융 합성수지를 공급하여 성형한 후 6m의 길이로 절단하는 합성수지관의 제조방법에 있어서,
   상기 프로파일(11)의 사이에 있는 공간으로 합성수지 93.5∼97 중량%, 실리콘 2∼6 중량%, TiO₂ 0.5∼1 중량%를 배합한 컴파운드로 내면에 색채를 갖는 내경 피복소재(31)를 내경부재 공급노즐(30)을 통하여 압출 공급하는 내경 이음과 피복부 공급단계(S3);
   상기 내경 피복소재(31)를 공급하여 내경 성형로울러(14)로 내경 피복부(20)를 1∼4 mm의 두께로 코팅하고, 상기 내경 피복소재(31)의 일부를 프로파일(11)의 사이에 공급되어 내경 이음부(21)로 성형하는 내경 이음과 피복부 코팅단계(S4);
   외경부재 공급노즐(40)에서 용융시킨 합성수지를 외경 이음소재(41)로 내경 이음부(21)의 외측에 공급한 후 외경 성형로울러(15)를 통하여 프로파일(11)의 사이를 융착시키는 외경 이음부(22)를 성형하는 외경 이음부 성형단계(S5); 및
   상기 프로파일(11)의 내경에 내경 피복부(20)를 성형하고, 상기 프로파일(11)의 사이에 내경 이음부(21)와 외경 이음부(22)를 형성한 합성수지관(10)을 냉각 후 6 m의 길이로 절단하여 완성하는 내경 피복관 성형단계(S6); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰계수 감소와 내경 보강용 합성수지관의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 내경 피복부(20)와 내경 이음부(21)의 TiO₂ 0.5∼1 중량%는 흰색과 노랑색 중 어느 하나의 안료를 사용하여 색채를 갖도록 코팅하는 것을 특징으로 하는 마찰계수 감소와 내경 보강용 합성수지관의 제조방법.

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