KR101608203B1 - 스프레이식 합성수지 발포 성형물 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 좌석 완충체 등의 합성수지 발포 성형물(10) 제조방법에 관한 것으로, 상형(11)과 하형(12)이 조합되는 합형식 금형의 상형(11)에 액상의 합성수지 원료를 분사하여, 상형(11) 내부 표면에 형성된 합성수지 원료의 점착층(15)을 형성하고, 이 점착층(15)이 하방(下方)으로 발포 팽창되면서 성형물(10)이 형성되도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 발포 불량으로 인하여 성형물(10) 표면에 형성될 수 있는 기포 또는 함몰부 등의 불량을 근본적으로 방지할 수 있을 뿐 아니라, 완성된 성형물(10)내 조직 및 기공의 분포를 균일화할 수 있어, 합성수지 발포 성형물(10)의 품질을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

Description

스프레이식 합성수지 발포 성형물 제조방법{MOLDING METHOD FOR PLASTIC FOAM USING SPRAYING}

본 발명은 자동차 좌석 완충체 등의 합성수지 발포 성형물(10) 제조방법에 관한 것으로, 상형(11)과 하형(12)이 조합되는 합형식 금형의 상형(11)에 액상의 합성수지 원료를 분사하여, 상형(11) 내부 표면에 형성된 합성수지 원료의 점착층(15)을 형성하고, 이 점착층(15)이 하방(下方)으로 발포 팽창되면서 성형물(10)이 형성되도록 한 것이다.

폴리우레탄폼(Polyurethane foam) 또는 발포폴리프로필렌(EPP, Expanded polypropylene) 등의 발포합성수지는 성형과정에서 이산화탄소 등의 발포가스가 발생되어 성형품의 조직내 기포가 형성됨으로써 특유의 가요성 및 복원성을 발현하는 것으로, 각종 가구 및 자동차용 좌석내 완충체 등 다양한 분야에 적용된다.

도 1은 상형(11)과 하형(12)으로 구성되는 합형식 금형을 이용한 전형적인 폴리우레탄폼 성형물(10)의 제조과정을 도시한 것으로, 동 도면에서와 같이, 하형(12)에 액상의 합성수지 원료를 주입한 후, 상형(11)과 하형(12)을 합형하여 금형내 밀폐 공간을 형성하고, 주입된 액상 합성수지 원료의 발포를 유도하며, 금형내 발포체가 충만된 후 경화(硬化)가 완료되면, 상형(11)과 하형(12)을 탈형하고 성형물(10)을 취출하게 된다.

이러한 합형식 금형 및 액상 원료 주입 방식의 발포 합성수지 성형물(10) 제조방법 관련 종래기술로서, 특허 제684809호를 들 수 있다.

특허 제684809호를 비롯한 종래의 합형식 금형을 이용한 발포 합성수지 성형물(10) 제조방법은 도 1에서와 같이, 기본적으로 하형(12)에 액상 원료를 주입한 후, 상방으로의 발포 팽창을 유도하는 것으로서, 다음과 같은 문제점을 가진다.

우선, 종래의 합형식 금형을 이용한 발포 성형에서는 하형(12)에 주입된 원료가 금형이 합형된 후 상방으로 발포되는 방식으로서, 발포로 인한 성형물(10) 조직의 팽창 방향이 중력의 역방향으로 형성되어, 성형물(10)의 발포압이 밀폐된 금형 내부의 가스압은 물론 중력을 극복하여야 하는 바, 발포압이 불충분하거나, 금형의 구조적 특성으로 인하여 특정 부위에 가스가 편중되어 가스압 높게 형성되거나, 금형내 가스의 배기 불균형이 발생되는 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 성형물(10)의 표면에 기포 또는 함몰부 등의 불량부위(19)가 형성되는 문제점이 있다.

또한, 폴리우레탄폼(Polyurethane foam)으로 대표되는 발포 합성수지의 액상 원료는 성형물(10)의 조직을 형성하는 폴리올(polyol) 등의 수지액과, 수지액과 혼합되어 발포 및 경화 반응을 유도하는 이소시아네이트(isocyanate) 등의 반응액으로 구성되는데, 수지액과 반응액이 혼합되어 겔화(Gel化)된 반액반고상(半液半固狀)의 원료가 하형(12)에 투입되고, 이들 수지액과 반응액은 혼합 즉시 겔화됨과 동시에 발포 반응이 개시되므로 하형(12)에 원료를 투입한 후 신속하게 상형(11)을 합형하여 밀폐 성형공간을 형성할 필요가 있는 바, 하형(12)내 원료의 초도 투입 면적을 충분히 확보할 수 없는 문제점이 있다.

이러한 하형(12)내 원료의 초도 투입 면적의 제한은 이후 진행되는 발포 반응시, 발포로 인하여 형성되는 조직 및 기공(氣孔) 분포의 균일성에 심각한 악영향을 미칠 수 있는데, 최초 원료가 투입된 지점은 상대적으로 치밀한 조직 및 미세한 기공이 형성되고, 투입 지점에서 멀어질수록 조직이 이완되고 기공이 확대되는 현상이 발생되는 것이다.

따라서, 상형(11)은 물론 하형(12)에 다수의 배기구를 형성하고 성형과정에서 이들 배기구의 개폐를 기민하게 조절하는 등 고도의 품질관리가 요구되었으며, 이러한 품질관리상의 애로점은 제조 공정 편의성을 심각하게 저하시킬 뿐 아니라, 고도로 숙련된 다수의 기술인력을 필요로 하게 되어, 제조비용을 상승시키는 요인으로 작용하였으며, 설령 고도의 품질관리가 이루어진다고 하여도 전술한 불량을 완벽하게 제거할 수는 없는 심각한 문제점이 있었다.

또한, 자동차용 좌석내 완충체 등 성형물(10)에 별도의 외피가 결합되는 제품의 경우 성형물(10)의 표면에 부직포 등의 내피가 부착되는 경우가 있으며, 이러한 내피 부착형 합성수지 발포 성형물(10)의 경우 부직포 등의 내피를 금형 내부에 거치한 상태에서 합성수지 원료를 투입하고 발포 성형함으로써 성형과 동시에 성형물(10)과 부직포간 융착이 진행되도록 하는 것이 일반적인데, 종래 기술에서는 금형내 거치되는 부직포에 액상 합성수지 원료가 과도하게 함침되거나, 부직포가 가스의 배기를 방해하여 야기되는 불량이 빈발하였다.

부직포의 합형식 금형내 거치는 하형(12)에 부직포를 단순 거치한 상태에서 하형(12)에 액상 합성수지 원료를 투입하는 방식과, 상형(11)에 부직포를 임시로 결속 또는 부착한 상태에서 금형 내부로 액상 합성수지 원료를 투입하는 방식으로 구분될 수 있는데, 전자의 경우 초기 투입되는 발포전 액상 합성수지 원료가 부직포에 과도하게 침투되어 경화됨으로써 성형물(10)의 표면에 불균일한 경화층이 형성되는 불량이 발생될 수 있으며, 후자의 경우에도 상형(11)에 부착되는 부직포가 원활한 가스 배출을 방해할 뿐 아니라 성형물(10)과 부직포간 박리부가 형성되는 불량이 발생될 수 있는 것이다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 상형(11)과 하형(12)이 조합되는 합형식 금형이 적용되고 금형 내부에 액상 합성수지 원료가 투입되어 발포 성형되는 합성수지 발포 성형물(10) 제조방법에 있어서, 금형에 투입되는 액상 합성수지 원료는 성형물(10)의 조직을 형성하는 합성수지가 포함된 수지액과, 수지액과 혼합되어 발포 및 경화 반응을 유도하는 반응액으로 구성되되, 수지액과 반응액이 각각 저류된 수지액조(31) 및 반응액조(32)가 구비되고, 수지액조(31)와 반응액조(32)는 각각 수지액관(35)과 반응액관(36)으로 분무장치(20)에 연결되며, 수지액관(35)을 통하여 압송된 수지액과 반응액관(36)을 통하여 압송된 반응액이 분무장치(20)에서 상형(11)의 내부 표면에 미세 액체 입자로 분무되는 단계와, 분무된 수지액 및 반응액 입자가 상형(11)의 내부 표면에 점착되어 점착층(15)을 형성하는 단계와, 수지액과 반응액이 혼합된 점착층(15)이 형성된 상형(11)과 하형(12)이 합형되고 점착층(15)이 발포되는 단계와, 상형(11)과 하형(12)이 합형된 금형 내부에서 발포된 성형물(10)이 경화되는 단계와, 상형(11)과 하형(12)을 분리하고 성형물(10)을 취출하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 스프레이식 합성수지 발포 성형물 제조방법이다.

또한, 상기 분무장치(20)에는 수지액관(35)과 연결되는 수지액노즐(25)과 반응액관(36)과 연결되는 반응액노즐(26)이 각각 장착되어, 수지액노즐(25)에서 분무되는 수지액과 반응액노즐(26)에서 분무되는 반응액이 분무된 후 혼합되어 상형(11)에 점착됨을 특징으로 하는 스프레이식 합성수지 발포 성형물 제조방법이다.

본 발명을 통하여, 발포 불량으로 인하여 성형물(10) 표면에 형성될 수 있는 기포 또는 함몰부 등의 불량을 근본적으로 방지할 수 있을 뿐 아니라, 완성된 성형물(10)내 조직 및 기공의 분포를 균일화할 수 있어, 합성수지 발포 성형물(10)의 품질을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

특히, 부직포 또는 직물 등 각종 삽입물의 자유로운 금형내 배치가 가능할 뿐 아니라, 이들 삽입물에 대한 액상 합성수지 원료의 불필요한 초기 함침(含浸)을 억제할 수 있으며, 이러한 액상 원료의 초기 함침 억제를 통하여 함침된 원료가 비발포 상태로 경화되어 발생되는 성형물(10)의 표면 경질화를 방지할 수 있다.

또한, 이경도(異硬度) 완충체 등 다층 구조의 성형물(10)을 제조함에 있어서 각 층별로 별도의 금형을 적용하지 않고도 단일 금형으로 다층 구조의 성형물(10)을 제조할 수 있으며, 단일층 구조의 성형물(10)에 비견되는 긴밀한 층간 접착력을 발현할 수 있으므로 완성품의 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 층별 성형 후 별도의 층간 결합 내지 부착 공정을 수행하였던 종래기술에 비하여, 현저하게 간소화된 공정만으로 다층 성형물(10)을 제조할 수 있는 바, 제조비용을 획기적으로 절감하는 효과도 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 합성수지 발포 성형물 제조방법 설명도
도 2는 본 발명이 적용된 합성수지 발포 성형물 제조방법 설명도
도 3은 본 발명의 분무장치 구성도
도 4는 본 발명의 합류식 분무장치 구조도
도 5는 본 발명의 개별식 분무장치 구조도
도 6은 본 발명이 적용된 다층 합성수지 발포 성형물 제조방법 설명도

본 발명의 상세한 구성 및 수행과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선 도 2는 본 발명이 적용된 합성수지 발포 성형물(10) 제조방법을 도시한 설명도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명은 상형(11)과 하형(12)이 조합되는 합형식 금형과, 합형식 금형 중 상형(11)에 액상의 합성수지 원료를 분무하는 분무장치(20)를 통하여 수행된다.

즉, 종래 기술에서와 같이 합형식 금형 중 하형(12)의 상면에 액상 합성수지 원료를 주입하는 것이 아니라, 상형(11)의 내부 표면에 액상 합성수지 원료를 분무하여 미세한 액체 입자가 상형(11)의 내부 표면에 부착되도록 하는 것으로, 도 2의 타원내 확대부에서와 같이, 분무된 액상 합성수지 원료는 점착층(15)을 형성하면서 상형(11)의 내부 표면에 잔류하게 된다.

상형(11)에 분무되는 액상 합성수지 원료는 성형물(10)의 조직을 형성하는 합성수지가 포함된 수지액과 수지액과 혼합되어 발포 및 경화 반응을 유도하는 반응액으로 구성되며, 폴리우레탄폼의 경우 수지액과 반응액으로서 각각 폴리올(polyol)과 이소시아네이트(isocyanate)가 적용될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명을 수행하는 설비로서 수지액과 반응액이 각각 저류된 수지액조(31) 및 반응액조(32)가 구비되고, 수지액조(31)와 반응액조(32)는 각각 수지액관(35)과 반응액관(36)으로 분무장치(20)에 연결되는데, 수지액과 반응액은 혼합되는 즉시 발포 및 경화 반응이 진행될 수 있으므로, 수지액과 반응액이 혼합되어 최종 분무되는 분사건(噴射gun) 등의 분무장치(20)까지 수지액관(35)과 반응액관(36)을 분리하여 구성할 필요가 있다.

또한, 수지액조(31) 및 반응액조(32)와 분무장치(20)를 연결하는 수지액관(35)과 반응액관(36)에는 각각 펌프(33)를 설치하여 수지액 및 반응액을 압송할 수 있으며, 이 밖에도 수지액조(31)와 반응액조(32)로서 압력용기를 적용하고 내부를 가압하거나 수지액조(31)와 반응액조(32)의 설치 표고를 분무장치(20)에 비하여 충분히 높게 설정하는 등의 방식으로 수지액 또는 반응액을 압송할 수도 있다.

도 3에 있어서 가상선으로 도시된 바와 같이, 분무장치(20)를 가동하고 압송된 수지액 또는 반응액을 무화(霧化)하기 위한 압력원으로서 압축공기를 공급하는 컴프레서(38)가 구비될 수 있으며, 이 컴프레서(38)와 분사건 등의 분무장치(20)는 급압관(37)을 통하여 연결된다.

본 발명은 도 3에서와 같이 구성된 분무장치(20)를 이용하여, 도 2에서와 같이, 상형(11)과 하형(12)이 분리 내지 개방된 상태에서, 수지액관(35)을 통하여 압송된 수지액과 반응액관(36)을 통하여 압송된 반응액이 분무장치(20)에서 상형(11)의 내부 표면에 미세 액체 입자로 분무되는 단계로 개시된다.

이후, 분무된 수지액 및 반응액 입자는 상형(11)의 내부 표면에 점착되어 점착층(15)을 형성되며, 이렇듯 수지액과 반응액이 혼합된 점착층(15)이 형성된 상형(11)과 하형(12)이 합형되고 점착층(15)이 발포되는 단계가 수행된다.

상형(11)과 하형(12)이 합형된 상태에서 금형 내부에서 발포된 성형물(10)이 금형 내부 공간에 충만되고, 충만된 성형물(10)의 경화(硬化)가 완료되면, 상형(11)과 하형(12)을 분리하고 성형물(10)을 취출함으로써, 본 발명을 통한 합성수지 발포 성형물(10)이 완성된다.

한편, 독립 배관인 수지액관(35)과 반응액관(36)을 통하여 분무장치(20)로 압송된 수지액과 반응액은 도 4에서와 같은 내부 구조의 분무장치(20)를 경유하면서 분무 직전에 합류되어 혼합되고 합류노즐(23)을 통하여 무화되어 분사된다.

또한, 도 5에서와 같이, 수지액과 반응액의 분출단을 분리 구성하여 수지액과 반응액의 혼합 및 발포 반응의 개시 시점을 최대한 지연시킴으로써, 상형(11) 표면상 광범위한 면적에 대한 액상 합성수지 원료의 도포가 가능하도록 할 수도 있다.

즉, 수지액관(35)과 반응액관(36)을 통하여 분무장치(20)로 압송된 수지액과 반응액이 도 5에서와 같은 내부 구조의 분무장치(20)를 경유하면서 분무 시점까지 상호 격리된 상태로 압송되다가, 수지액과 반응액이 각각 수지액노즐(25) 및 반응액노즐(26)을 통하여 독립 분사되고, 분사 직후에 비로소 수지액과 반응액이 무화된 상태로 혼합될 수 있도록 하는 것이다.

이렇듯, 분리 분사된 수지액과 반응액은 분무과정 및 분무 후 도 2의 타원내 확대부에서와 같은 점착층(15) 형성과정에서 혼합되므로 발포 및 경화 반응의 개시 시점이 최대한 지연될 수 있으며, 따라서 상형(11)의 내부 표면에 충분한 면적의 점착층(15)을 형성할 수 있을 뿐 아니라, 점착층(15)의 두께 또한 두껍게 형성할 수 있다.

이러한 본 발명의 분무식 원료 도포 방식을 통하여, 도 2에서와 같이, 성형물(10)의 하방 발포 즉, 중력의 역방향이 아닌 순방향의 팽창을 유도할 수 있어, 원활한 발포 및 균일하고 안정적인 조직 형성이 가능할 뿐 아니라, 부직포 등의 삽입물을 하형(12)에 단순 거치하여도 성형물(10)의 발포가 완료되는 시점에서 성형물(10)과 부직포간 접촉이 이루어지므로 부직포에 대한 액상 합성수지 원료의 과도한 함침 및 그로 인한 성형물(10)의 불량을 완벽하게 방지할 수 있다.

또한, 상형(11)으로부터의 하방 발포 팽창이 가능한 본 발명은 도 6에서와 같이, 다층 구조의 성형물(10) 제작시 유용하게 활용될 수 있다.

합성수지 발포 성형물(10)에 있어서 다층 성형물(10)로는 연질층(軟質層)과 경질층(硬質層) 등이 적층 조합되는 자동차 시트용 이경도(異硬度) 완충체를 들 수 있으며, 종래기술에서는 각각의 층을 별도로 성형한 후 이들 이경도층을 접착하는 후처리 공정을 반드시 수행하여야만 이경도 완충체를 완성할 수 있었으나, 본 발명을 통하여 단일 금형으로도 경도가 서로 다른 층을 일시에 성형할 수 있다.

즉, 도 6에서와 같이, 개방된 상태의 합형식 금형의 상형(11)에는 분무장치(20)를 이용하여 액상 합성수지 원료를 분부함으로써 전술한 점착층(15)을 형성하고, 동시에 하형(12)에는 다른 물성의 액상 합성수지 원료를 주입한 후, 합형, 발포, 경화 및 탈형함으로써, 개별 성형 및 별도의 부착 공정 없이도 다층 구조의 성형물(10)을 제조할 수 있는 것이다.

10 : 성형물
11 : 상형
12 : 하형
15 : 점착층
19 : 불량부위
20 : 분무장치
23 : 합류노즐
25 : 수지액노즐
26 : 반응액노즐
31 : 수지액조
32 : 반응액조
33 : 펌프
35 : 수지액관
36 : 반응액관
37 : 급압관
38 : 컴프레서

Claims (2)

1. 상형(11)과 하형(12)이 조합되는 합형식 금형이 적용되고 금형 내부에 액상 합성수지 원료가 투입되어 발포 성형되는 합성수지 발포 성형물(10) 제조방법에 있어서,
   금형에 투입되는 액상 합성수지 원료는 성형물(10)의 조직을 형성하는 합성수지가 포함된 수지액과, 수지액과 혼합되어 발포 및 경화 반응을 유도하는 반응액으로 구성되되, 수지액과 반응액이 각각 저류된 수지액조(31) 및 반응액조(32)가 구비되고, 수지액조(31)와 반응액조(32)는 각각 수지액관(35)과 반응액관(36)으로 분무장치(20)에 연결되며;
   수지액관(35)을 통하여 압송된 수지액과 반응액관(36)을 통하여 압송된 반응액이 분무장치(20)에서 상형(11)의 내부 표면에 미세 액체 입자로 분무되는 단계와;
   분무된 수지액 및 반응액 입자가 상형(11)의 내부 표면에 점착되어 점착층(15)을 형성하는 단계와;
   수지액과 반응액이 혼합된 점착층(15)이 형성된 상형(11)과 하형(12)이 합형되고 점착층(15)이 하방(下方)으로 발포되는 단계와;
   상형(11)과 하형(12)이 합형된 금형 내부에서 발포된 성형물(10)이 경화되는 단계와;
   상형(11)과 하형(12)을 분리하고 성형물(10)을 취출하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 스프레이식 합성수지 발포 성형물 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서, 분무장치(20)에는 수지액관(35)과 연결되는 수지액노즐(25)과 반응액관(36)과 연결되는 반응액노즐(26)이 각각 장착되어;
   수지액노즐(25)에서 분무되는 수지액과 반응액노즐(26)에서 분무되는 반응액이 분무된 후 혼합되어 상형(11)에 점착됨을 특징으로 하는 스프레이식 합성수지 발포 성형물 제조방법.

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