KR101634429B1 - Ceramic ware manufacturing methode using injection molding and Ceramic ware thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도자기의 원료인 소지에 유동성을 부여하고 이를 사출 금형을 이용하여 성형 제조하는 도자기 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 도자기의 제조방법은, 소지분말 60~75중량%와, 폴리에틸렌 글리콜과 폴리프로필렌 수지 25~40중량%를 혼합한 후 180~250℃로 가열 교반하여 페이스트 상태의 소지혼합물을 제조하는 단계와, 페이스트 상태의 소지혼합물을 건조한 후 파쇄하는 단계와, 파쇄된 소지혼합물을 사출장치를 이용하여 가열하여 수지를 용융시킨 후, 금형으로 주입하여 성형하는 단계와, 성형된 도자기를 물에 침지하여 폴리에틸렌 글리콜 수지를 제거한 후, 가열로에 장입하여 폴리프로필렌 수지를 제거하는 단계, 및 수지가 제거된 도자기 표면에 유약을 도포하여 소성하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method for producing ceramics which imparts fluidity to a substrate, which is a raw material of ceramics, and which is molded by using an injection mold.
A method for producing a ceramic according to the present invention comprises mixing 60 to 75% by weight of a base powder, 25 to 40% by weight of a polyethylene glycol and a polypropylene resin, and heating and stirring at 180 to 250 ° C to prepare a paste- Drying the ground mixture in a paste state and then crushing the ground mixture; heating the crushed ground mixture by using an injection device to melt the resin, and then injecting the molten mixture into a mold to form a molded article; Removing the polyethyleneglycol resin, charging the resin into a heating furnace to remove the polypropylene resin, and applying the glaze to the surface of the resin from which the resin has been removed, followed by baking.
Description
본 발명은 도자기 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사출성형을 이용하여 도자기를 제조하는 방법과 이에 의해 제조된 도자기에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing ceramics, and more particularly, to a method of manufacturing ceramics using injection molding and a ceramics produced by the method.
식기는 여러 종류로 구분될 수 있지만, 재질에 따라 크게 플라스틱 재질의 식기와 도자기재질의 식기로 구분된다. 플라스틱 식기는 대량생산이 가능하여 널리 사용되고 있지만, 가열된 음식을 담는 경우 환경 호르몬이 발생하는 문제가 있어, 최근에는 인체에 무해한 도자기 식기가 선호되고 있다. Dishes can be classified into various kinds, but depending on the material, they are divided into a plastic dishware and a ceramic dishware. Plastic dishes are widely used because they can be mass-produced. However, there is a problem that environmental hormones are generated when a heated food is contained, and recently, ceramic dishes which are harmless to the human body are preferred.
도자기 식기는 점토, 고령토 장석, 규석 등으로 이루어진 소지에 물을 일정 비율로 혼합하여 원하는 형상으로 성형한 후 고온에서 소성하여 제조하는데, 도자기를 성형하는 방법으로는 압착성형법, 물레성형법, 주입성형법이 사용되고 있다. The porcelain tableware is manufactured by mixing water at a predetermined ratio with a base made of clay, kaolinite, and silica, molding it into a desired shape and then firing at a high temperature. Examples of the method for molding the ceramic include a compression molding method, a spinning method, .
하지만, 이들 성형방법은 수작업이 많이 소요됨에 따라 생산성에 한계가 있을 뿐만 아니라, 덮개와 밀폐 결합되는 식기와 같이 정밀한 치수의 제품이나 복잡항 형상의 제품을 성형할 수 없는 문제가 있다. However, since these molding methods require a lot of manual work, productivity is limited and there is a problem that a product having a precise dimension such as a tableware that is sealed to the lid and a product having a complicated shape can not be formed.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 정밀한 치수가 요구되거나 복잡한 형상의 도자기를 용이하게 제조할 수 있고, 제품 생산성이 향상되어 대량생산이 가능한 사출성형을 이용한 도자기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 도자기를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 삼고 있다.Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing ceramics using injection molding capable of easily producing ceramics having a complicated shape or requiring precise dimensions, And to provide a ceramics produced thereby.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 사출성형을 이용한 도자기의 제조방법은, 소지분말 60~75중량%와, 폴리에틸렌 글리콜과 폴리프로필렌 수지 25~40중량%를 혼합한 후 180~250℃로 가열 교반하여 페이스트 상태의 소지혼합물을 제조하는 단계와, 페이스트 상태의 소지혼합물을 건조한 후 파쇄하는 단계와, 파쇄된 소지혼합물을 사출장치를 이용하여 가열하여 수지를 용융시킨 후, 금형으로 주입하여 성형하는 단계와, 성형된 도자기를 물에 침지하여 폴리에틸렌 글리콜 수지를 제거한 후, 가열로에 장입하여 폴리프로필렌 수지를 제거하는 단계, 및 수지가 제거된 도자기 표면에 유약을 도포하여 소성하는 단계를 포함하여 이루어진다.In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing ceramics using injection molding according to the present invention comprises mixing 60 to 75% by weight of ground powder, 25 to 40% by weight of polyethylene glycol with 25 to 40% by weight of polypropylene resin, To prepare a paste-like base mixture; drying and crushing the paste-like base mixture; heating the crushed base mixture by using an injection device to melt the resin, and then injecting the resin into a mold Removing the polyethylene glycol resin by charging the molded pottery in water and then charging it into a heating furnace to remove the polypropylene resin; and applying a glaze to the surface of the ceramics where the resin has been removed and firing it .
본 발명에 있어서, 전체 수지 중량을 기준으로, 상기 폴리에틸렌 글리콜과 폴리프로필렌 수지는 1:0.7~1.3의 중량비로 첨가되는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the polyethylene glycol and the polypropylene resin are added in a weight ratio of 1: 0.7 to 1.3 based on the total resin weight.
본 발명에 있어서, 성형된 도자기를 20~60℃의 물에 15~24시간 동안 침지하여 폴리에틸렌 글리콜 수지를 제거한 후, 600~700℃로 3~6시간 동안 가열하여 폴리프로필렌 수지를 제거하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the molded pottery is immersed in water at 20 to 60 ° C for 15 to 24 hours to remove the polyethylene glycol resin, and then heated at 600 to 700 ° C for 3 to 6 hours to remove the polypropylene resin Do.
본 발명에 있어서, 상기 사출장치는 가열된 소지혼합물을 1500~4500(psi)의 사출 압력으로 가압하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the injection apparatus presses the heated base mixture at an injection pressure of 1500 to 4500 (psi).
또한, 본 발명은 상술한 제조방법 중 어느 하나의 방법으로 제조되는 도자기를 제공한다. Further, the present invention provides a ceramics produced by any one of the above-mentioned production methods.
본 발명에 따르면, 금형에 의해 사출되어 도자기가 성형됨에 따라 덮개와 밀폐결합이 가능한 식기와 같이 형상이 복잡하거나 정밀한 치수가 요구되는 제품을 도자기로 제조할 수 있음은 물론, 많은 수작업이 요구되는 기존 도자기 성형방법과 비교하여 생산성이 향상되어 대량으로 생산이 가능하다. According to the present invention, it is possible to manufacture a product which is complicated in shape or requires precise dimensions, such as a tableware which is injected by a metal mold and can be hermetically sealed with the lid due to the formation of the ceramic, Compared with the porcelain forming method, the productivity is improved and mass production is possible.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 도자기 제조방법을 설명하는 순서도이다.FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing ceramics according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 도자기 제조방법을 설명하는 순서도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 도자기 제조방법은, 소지분말과 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 수지를 혼합한 후 가열 교반하여 페이스트 상태의 소지혼합물을 제조하는 단계(S110), 페이스트 상태의 소지혼합물을 건조한 후 파쇄하는 단계(S120), 파쇄된 소지혼합물을 사출장치를 이용하여 도자기를 성형하는 단계(S130), 성형된 도자기로부터 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 수지를 제거하는 단계(S140), 및 도자기 표면에 유약을 도포한 후 소성하는 단계(S150)를 포함한다. FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing ceramics according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a method of manufacturing a ceramic material according to an embodiment of the present invention includes the steps of mixing a base powder, polyethylene glycol, and a polypropylene resin, heating and stirring the mixture to prepare a paste- (S140) of removing the polyethylene glycol and the polypropylene resin from the molded ceramics (S140); a step (S120) of drying the ground mixture after the molding of the ground ceramic material; , And a step (S150) of applying a glaze to the surface of the ceramics followed by firing.
소지혼합물을 제조하는 단계(S110)는, 도자기의 원료인 소지와 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 수지를 혼합하고 수지가 용융되도록 180~250℃로 가열한 후 교반하여 제조한다. 소지로는 점토, 고령토, 장석과 같은 흙, 알루미나, 지르코니아, 산화아연과 같은 금속산화물, 탄화붕소와 같은 탄화물, 질화실리콘, 질화알루미늄과 같은 질화물 등이 혼합된 분말이 사용될 수 있다.Step S110 of preparing the base mixture is performed by mixing the base material as the raw material of the ceramics with polyethylene glycol and polypropylene resin, heating the mixture to 180 to 250 ° C so as to melt the resin, and stirring the mixture. As the clinker, powder such as clay, kaolin, feldspar, earth, alumina, zirconia, metal oxide such as zinc oxide, carbide such as boron carbide, nitride such as silicon nitride, aluminum nitride and the like may be used.
본 발명에 사용되는 폴리에틸렌 글리콜과 폴리프로필렌은 열용융성 수지로서, 사출 성형시 용융되어 분말형태의 소지에 유동성을 부여함은 물론, 성형된 도자기가 형상을 유지할 수 있도록 한다. 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 수지는 소지혼합물 중량 대비 25~40중량%로 첨가되는 것이 바람직한데, 25중량% 미만이 첨가되면 성형시 소지혼합물의 유동성이 부족하여 금형 내부로 이동이 원활하지 않은 문제가 있고, 40중량%를 초과하여 첨가되면 성형시 유동성이 좋은 장점은 있으나, 후술하는 바와 같이 수지 제거에 장시간이 소요되고 수지 제거시 도자기 형상이 제대로 유지되지 않는 문제가 있다.The polyethylene glycol and the polypropylene used in the present invention are thermally fusible resins which are melted during injection molding to impart fluidity to the base material in powder form and to maintain the shape of the molded ceramics. The polyethylene glycol and the polypropylene resin are preferably added in an amount of 25 to 40% by weight based on the weight of the base mixture. If less than 25% by weight is added, the fluidity of the base mixture is insufficient during molding, If it is added in an amount of more than 40% by weight, it has a good flow property during molding, but it takes a long time to remove the resin as described later, and the shape of the ceramic is not maintained properly when the resin is removed.
소지혼합물 제조시 폴리에틸렌 글리콜과 폴리프로필렌은 수지 전체 중량을 기준으로 1:0.7~1.3의 중량비로 첨가되는 것이 바람직한데, 상기 비율을 초과하면 후술하는 단계적으로 이루어지는 수지제거 공정에서 한 공정에서 일시에 너무 많은 수지가 제거됨에 따라 도자기의 형상이 변형될 우려가 있다.The polyethylene glycol and the polypropylene are preferably added in a weight ratio of 1: 0.7 to 1.3 based on the total weight of the resin in the production of the base mixture. If the ratio is exceeded, As the resin is removed, the shape of the ceramics may be deformed.
이와 같이 조성된 소지혼합물은 스크류 압출 성형기를 이용하여 가열 교반된다. 성형기 내부로 소지분말과 수지를 혼합하여 투입한 후, 180~250℃로 가열하면 수지가 용융된다. 융융된 수지와 소지분말을 스크류의 회전동작에 의해 2~3분 동안 고르게 교반한 후, 스크류의 전진 동작에 의해 압출되면 페이스트 상태의 소지혼합물이 제조된다.The thus ground mixture is heated and stirred using a screw extruder. The resin powder is mixed with the resin into the molding machine and then heated to 180 to 250 ° C to melt the resin. The molten resin and the base powder are uniformly agitated for 2 to 3 minutes by rotating the screw and then extruded by the advance operation of the screw to produce a paste-like base mixture.
다음으로, 페이스트 상태의 소지혼합물을 건조하여 파쇄하는 단계(S120)로 서, 압출된 소지혼합물은 상온에서 냉각시켜 응고된 소지혼합물을 입상체 또는 칩의 형태로 대략 0.2~0.4㎝ 크기로 파쇄한다. Next, in step S120, the extruded base mixture is cooled at room temperature and the coagulated base mixture is crushed to a size of about 0.2 to 0.4 cm in the form of a granule or a chip .
그리고, 파쇄된 소지혼합물을 사출장치로 투입하여 도자기를 성형한다(S130). 호퍼를 통해 작은 크기로 분쇄된 소지혼합물을 사출장치의 내부로 투입하고, 180~250℃의 온도로 가열하여 소지혼합물에 함유된 수지를 용융시킨 후, 1500~4500(psi)의 압력으로 소지혼합물을 금형 내부로 주입하여 성형이 이루어진다. 사출온도가 180℃보다 낮은 경우에는 소지혼합물의 유동성이 좋지 않아 불균일한 사출성형이 발생하는 문제가 있고, 250℃보다 높은 경우에는 수지의 기화가 발생하는 문제가 있다. 또한, 사출 압력이 1500(psi)보다 낮은 경우에는 소지혼합물이 노즐로부터 원활하게 사출되지 않을 수가 있으며, 4500(psi)보다 높은 경우에는 사출장치에 과부하가 걸리는 문제가 있다. Then, the crushed base mixture is injected into an injection apparatus to form a ceramics (S130). The ground mixture crushed to a small size through a hopper is introduced into the interior of the injection apparatus and heated at a temperature of 180 to 250 DEG C to melt the resin contained in the base mixture and thereafter heated at a pressure of 1,500 to 4,500 psi Is injected into the mold to perform molding. If the injection temperature is lower than 180 ° C, the fluidity of the premixture is poor and uneven injection molding may occur. If the injection temperature is higher than 250 ° C, the resin may be vaporized. In addition, when the injection pressure is lower than 1500 psi, the base mixture may not be smoothly injected from the nozzle, and when the injection pressure is higher than 4500 psi, the injection device is overloaded.
다음으로, 소지 분말의 상호 결속을 위해 첨가되었던 수지를 제거하는 단계이다. 먼저, 성형된 도자기를 물에 침지하여 폴리에틸렌 글리콜을 제거한다(S140). 폴리에틸렌 글리콜은 수용성 수지로서 성형된 도자기를 20~60℃의 물에 15~24시간 동안 침지시켜 폴리에틸렌 글리콜을 추출하여 제거한다. 그런 다음, 폴리에틸렌 글리콜이 제거된 도자기를 가열로(furnice)에 장입하여 600~700℃로 3~6시간 동안 가열하면, 폴리프로필렌 수지가 도자기 표면을 통해 기화되어 제거된다. Next, it is a step of removing the resin added for mutual binding of the base powder. First, the molded ceramics are immersed in water to remove polyethylene glycol (S140). Polyethylene glycol is prepared by immersing a molded ceramic as a water-soluble resin in water at 20 to 60 ° C for 15 to 24 hours to extract and remove polyethylene glycol. Then, when the ceramics from which the polyethylene glycol has been removed are charged into a furnace and heated at 600 to 700 ° C for 3 to 6 hours, the polypropylene resin is vaporized and removed through the surface of the ceramics.
본 발명에서는 사출 성형된 도자기를 물에 침지하여 수용성인 폴리에틸렌 글리콜수지를 제거함으로써 성형된 도자기에 미세한 통로가 형성되고, 이를 다시 가열하게 되면 불용성인 폴리프로필렌 수지가 상기 미세한 통로를 통해 단계적으로 제거됨에 따라 잔존하는 수지를 도자기로부터 효과적으로 제거된다. According to the present invention, the injection-molded pottery is immersed in water to remove the water-soluble polyethylene glycol resin, and fine passages are formed in the molded pottery. When heated again, the insoluble polypropylene resin is gradually removed through the fine passage The remaining resin is effectively removed from the ceramics.
다음으로, 수지가 제거된 도자기 표면에 유약을 도포하고 고온에서 소성한다(S150). 유약의 도포는 유약이 담겨진 액조에 도자기를 침지하거나, 스프레이를 이용하여 도자기 표면에 분무하여 이루어진다. 본 발명에 따르면, 표면에 도포된 유약이 수지가 제거된 미세공간으로 침투하여 소성됨에 따라, 도자기의 표면 처리는 물론, 도자기의 형태가 안정하게 유지될 수 있다. 소성 공정은 1100∼1500℃ 온도에서 12시간∼48시간에 걸쳐 이루어진다. 소성온도가 1100℃ 미만인 경우에는 불완전한 소성으로 인해 도자기의 열적 또는 기계적 특성이 좋지 않을 수 있고, 1500℃를 초과하는 경우에는 에너지의 소모가 많아 비경제적일 뿐만 아니라 과도한 입자성장을 가져와 도자기의 물성이 저하된다. 소성 과정 중 가열로 내부의 압력은 일정하게 유지하면서, 산화 분위기(예컨대, 산소(O2) 또는 공기(air) 분위기) 또는 환원 분위기에서 실시하는 것이 바람직하다.Next, a glaze is applied to the surface of the ceramics from which the resin has been removed and baked at a high temperature (S150). The application of the glaze is carried out by immersing the pottery in the liquid tank containing the glaze or spraying it on the surface of the pottery by spraying. According to the present invention, as the glaze applied to the surface penetrates into the micro-space from which the resin is removed and is fired, the shape of the ceramic can be stably maintained as well as the surface treatment of the ceramic. The firing process is performed at a temperature of 1100 to 1500 ° C for 12 to 48 hours. If the firing temperature is less than 1100 ° C, the thermal or mechanical properties of the ceramic may not be good due to incomplete firing. If the firing temperature is higher than 1500 ° C, the energy consumption is large and not only economical but also causes excessive particle growth, . It is preferable to carry out the heating in an oxidizing atmosphere (for example, oxygen (O 2) or air atmosphere) or a reducing atmosphere while keeping the pressure inside the heating furnace constant during the firing process.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
Claims (5)
가열된 소지혼합물을 스크류 압출 성형기의 스크류 회전동작에 의해 2~3분 간 교반한 후, 스크류의 전진 동작에 의해 압출하여 페이스트 상태의 소지혼합물을 제조하는 단계;
페이스트 상태의 소지혼합물을 상온에서 응고시켜 0.2~0.4㎝ 크기로 파쇄하여 파쇄된 소지혼합물을 호퍼를 통해 사출장치의 내부로 투입하고 180~250℃의 온도로 가열한 후, 1500~4500(psi)의 압력으로 소지혼합물을 금형으로 주입하여 성형하는 단계;
성형된 도자기를 20~60℃의 물에 15~24시간 동안 침지하여 폴리에틸렌 글리콜 수지를 제거한 후, 600~700℃로 3~6시간 동안 가열하여 폴리프로필렌 수지를 제거하는 단계; 및
유약이 담겨진 액조에 도자기를 침지시켜 도자기 표면에 유약을 도포한 후 가열로에 장입시켜 1100∼1500℃ 온도에서 12시간∼48시간 소성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 사출 성형을 이용한 도자기 성형방법.Mixing 60 to 75% by weight of ground powder mixed with clay, kaolin, feldspar and metal oxide and nitride, 25 to 40% by weight of polyethylene glycol with 25 to 40% by weight of polypropylene resin,
Stirring the heated base mixture by a screw rotation operation of a screw extruder for 2 to 3 minutes, and then extruding the mixture by a screw advance operation to produce a paste-like base mixture;
The ground mixture in the paste state is solidified at room temperature and crushed to a size of 0.2 to 0.4 cm. The ground mixture is introduced into the injection device through the hopper, heated at a temperature of 180 to 250 ° C., Injecting the premixed mixture into a mold at a pressure of 1 to 5 MPa;
Immersing the molded pottery in water at 20 to 60 ° C for 15 to 24 hours to remove the polyethylene glycol resin and then heating at 600 to 700 ° C for 3 to 6 hours to remove the polypropylene resin; And
A step of applying a glaze to the surface of a ceramic by immersing the ceramic in a liquid bath containing the glaze and then charging the ceramic glaze into a furnace and firing the ceramic glaze at a temperature of 1100 to 1500 ° C for 12 to 48 hours, .
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