KR101712173B1

KR101712173B1 - 발포수지 성형장치 및 방법, 이를 통해 제조되는 발포수지 성형체

Info

Publication number: KR101712173B1
Application number: KR1020150068943A
Authority: KR
Inventors: 이경철
Original assignee: 주식회사 베프; 이경철
Priority date: 2015-05-18
Filing date: 2015-05-18
Publication date: 2017-03-06
Also published as: KR20160135900A

Abstract

발포수지 성형장치 및 발포수지 성형체, 발포수지 성형방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 발포수지 성형장치는, 공기와 함께 성형공간으로 주입한 후 열을 가해 발포 융착시켜 발포수지 성형체를 성형하는 발포수지 성형장치로서, 제1 성형부가 형성된 가동금형과, 제1 성형부와 대응되는 제2 성형부가 형성된 고정금형으로 이루어진 금형부; 가동금형의 제1 성형부 또는 상기 고정금형의 제2 성형부에 설치되며, 발포 성형 후 발포수지 성형체와 함께 금형부에서 분리되고, 다시 발포수지 성형체로부터 슬라이드 분리되어 발포수지 성형체에 하나 이상의 보강재 홀을 형성시키는 보강재 홀 성형툴;을 포함한다.

Description

발포수지 성형장치 및 방법, 이를 통해 제조되는 발포수지 성형체{Molding device and methods for expandable resin, foamed expandable mold using the same}

본 발명은 발포수지 성형장치 및 방법, 이를 통해 제조되는 발포수지 성형체에 관한 것으로, 상세하게는 발포성 수지 알갱이를 공기와 함께 금형으로 주입한 후, 열을 가해 발포 융착시켜 성형하는 발포수지 성형장치 및 방법 및 이를 이용하여 제조되는 발포수지 성형체에 관한 것이다.

일반적으로, 경량화 소재는 자동차 부품, 전자 부품 등의 포장재, 단열재 등으로 널리 사용되고 있는 소재이다. 이러한 소재로는 보통 EPP(Expanded Poly-Propylene), EPS(Expanded Polystyrene) 등이 사용되고 있는데, 이는 경량화, 충격흡수, 단열, 보온 등의 요구 특성에 부합되기 때문이다.

특히, EPP는 유연하고 깨짐성, 반복 완충성, 내약품성 등이 우수한 환경 친화적인 합성수지 발포체로서, 주로 자동차산업 분야에서 에너지업소버(Energy Absorber), 쿠션(Cushion), 패킹(Packing) 등 다양한 형태로 사용되고 있으며, 또한 전자산업 분야에서도 전자제품의 포장재로도 널리 쓰이고 있다.

도 1에는 발포수지를 사용하여 성형체를 제작하는 종래 기술에 따른 발포수지 성형장치가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 종래 발포수지 성형장치는, 고정 다이 플레이트(fixed side die plate, 1)에 백 플레이트(back plate, 3) 및 프레임(frame, 5)이 결합된 구성을 이룬다. 프레임(5)에는, 중앙 플레이트(71)를 통해 오목한 다이가 부착되며, 백 플레이트(3), 프레임(5), 중앙 플레이트(71) 및 오목한 다이(7)는 함께 증기실(9)을 구성한다.

백 플레이트(3)에는 그 배면으로부터 증기실(9)로 관통하는 원료 충진 장치(raw material-filling machine, 11) 및 이젝터 핀(ejector pin, 12)이 설치된다. 프레임(5) 위에는 냉각수 도입부(13) 및 증기 도입부(15)가 설치되며, 냉각수 도입부(13)에는 냉각수 파이프(17)가 연결된다.

이동가능 다이 플레이트(2)에는 백 플레이트(4) 및 프레임(6)이 결합된다. 프레임(6)에는 중앙플레이트(81)를 통해 볼록한 다이(protruded die, 8)가 결합된다. 이러한 백 플레이트(4), 프레임(5), 중앙 플레이트(81), 및 볼록한 다이(8)는 함께 증기실(10)을 구성한다.

프레임(6)에는, 냉각수 도입부(14) 및 증기 도입부(16)가 설치되며, 냉각수 도입부(14)에는 냉각수 파이프(18)가 연결된다. 오목한 다이(7)와 볼록한 다이(8)는 단일 유닛으로 맞춰져서 캐비티(cavity, 19)를 형성한다.

전술한 바와 같은 종래의 발포수지 성형장치에 의해 성형체(molded body)를 형성하기 위해서는, 먼저 원료 충진 장치(11)를 이용하여 발포 수지로 이루어진 원료를 캐비티(19)로 주입한다.

다음으로, 증기를 증기 도입부(15, 16)로부터 증기실(9)로 유입시키며, 또한 오목한 다이(7) 및 볼록한 다이(8)에 뚫려 있는 증기 홀(steam hole, 도시되지 않음)을 통해 증기를 캐비티(19)로 유입시킨다. 이와 같이 증기에 의해 가열되는 원료는 발포되어 목적하는 성형체로 형성된다. 이때, 다이(7, 8) 및 프레임(5, 6)은 약 120℃의 고온까지 가열된다.

이후에는, 냉각수 파이프(17, 18)를 통해 냉각수 도입부(13, 14)로부터 냉각수가 공급되도록 한다. 노즐(21, 22)을 통해 오목한 다이(7)의 배면 및 볼록한 다이(8)의 배면에 냉각수가 뿌려져서 캐비티(19) 내의 성형체(20)는 냉각되며, 이때 다이(7, 8) 및 프레임(5, 6)은 약 40℃의 저온으로 냉각된다.

냉각이 종료된 후에는, 오목한 다이(7)와 볼록한 다이(8)를 분리하여 개방한 후, 성형체(20)를 이젝터유닛 핀(12)을 이용해서 밀어내 다이로부터 분리함으로써 성형이 완료된다.

이러한 종래의 발포수지 성형장치 및 이를 이용한 성형방법은, 발포배수를 극대화하고 완충성을 증대시켜 농수산물이나 전자제품 등의 제품용 완충포장재를 제작하는 경우 유용하나, 테이블이나 책상의 상판 또는 선반과 같이 고강도의 내구성을 갖춘 제품을 발포수지를 이용하여 제작하기에는 한계가 있다.

이를 보완하기 위한 방법 중 하나로서, 발포수지의 발포배율을 낮추어 제품자체의 물리적인 강도를 보완할 수 있는 방법이 있으나, 이는 발포체의 강점인 경량화에 역행하며, 원재료의 과다투입에 따른 비용상승의 문제가 있어, 가벼우면서도 고강도의 성형체를 제작하기에는 기술 및 비용적 측면에서 여러 어려움이 있는 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0023170

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 종래 발포수지 성형장치를 통해 성형되는 성형체보다 무거운 하중을 견딜 수 있는 고강도 발포수지 성형체를 제조할 수 있는 발포수지 성형장치 및 방법, 이를 통해 제조되는 발포수지 성형체를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 발포수지 성형체 제조에 있어 제품 용도에 따라 강도를 원하는 대로 조절할 수 있는 발포수지 성형장치 및 방법, 이를 통해 제조되는 발포수지 성형체를 제공하고자 하는 것이다.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면, 발포수지를 공기와 함께 성형공간으로 주입한 후 열을 가해 발포 융착시켜 발포수지 성형체를 성형하는 발포수지 성형장치로서,

제1 성형부가 형성된 가동금형과, 상기 제1 성형부와 대응되는 제2 성형부가 형성된 고정금형으로 이루어진 금형부;

상기 가동금형의 제1 성형부 또는 상기 고정금형의 제2 성형부에 설치되며, 발포 성형 후 상기 발포수지 성형체와 함께 상기 금형부에서 분리되고, 다시 상기 발포수지 성형체로부터 슬라이드 분리되어 상기 발포수지 성형체에 하나 이상의 보강재 홀을 형성시키는 보강재 홀 성형툴;을 포함하는 발포수지 성형장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에서 상기 보강재 홀 성형툴은, 상기 발포수지가 접하는 면에 슬롯이 다수 형성된 판상의 베이스; 및 상기 슬롯에 등 또는 부등 간격으로 조립되어 상기 베이스에 수직으로 연결되고, 최상부에 상기 보강재 홀 성형을 위한 홀 성형구가 형성된 성형핀;을 포함한다.

또한, 상기 베이스는 금형부의 제1 성형부 또는 제2 성형부의 성형면에 대응되는 크기로 형성되고, 상기 발포수지가 접하는 면 반대편 면이 상기 성형면에 접하도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 베이스에는 상기 성형면의 증기 홀과 일치되는 증기 투과홀이 다수 형성될 수 있다.

또한, 상기 성형핀의 높이는, 제1 성형부와 제2 성형부가 구획하는 성형공간에서 발포 성형되는 발포수지 성형체 두께의 1/3 내지 1/2일 수 있다.

또한, 상기 홀 성형구는, 원형 또는 삼각 이상 다각 단면의 막대형 구조로 형성될 수 있다.

또한, 상기 성형핀은 발포수지 성형체의 요구 강도에 따라 다른 개수와 간격으로 상기 베이스의 슬롯에 조립될 수 있다.

또한, 상기 금형부를 구성하는 가동금형과 고정금형은 내부에 증기실이 형성되며, 상기 증기실을 통해 제1 성형부와 제2 성형부가 구획하는 성형공간에 증기가 공급되도록 구성되고, 상기 금형부에 연결되고, 상기 증기실에 증기를 공급하는 증기 공급부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 금형부에 설치되며, 상기 발포수지를 제1 성형부와 제2 성형부가 구획하는 성형공간에 공급하는 발포수지 공급부; 및 상기 금형부에 연결되며, 상기 증기실에 발포수지 성형체 냉각을 위한 냉각수를 공급할 수 있도록 구비된 냉각수 공급부;를 더 포함할 수 있다.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면, 일 측면에 따른 상기한 발포수지 성형장치를 통해 성형되며, 두께 방향 중앙부의 보강재 홀과 발포수지 성형체의 표면과 상기 보강재 홀을 연결하는 가느다랗고 긴 슬릿으로 구성된 보강재 장착부;를 포함하는 발포수지 성형체를 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 발포수지 성형체는, 상기 보강재 장착부의 보강재 홀에 인서트(insert)되어 상기 발포수지 성형체의 강성을 보강하는 강성 보강재;를 더 포함할 수 있다.

다른 예로서 상기 발포수지 성형체는, 일부는 상기 보강재 장착부에 장착되어 고정되고, 다른 일부는 상기 발포수지 표면으로부터 소정의 높이로 돌출되도록 형성되어 상기 발포수지 성형체의 가로 방향 강성을 보강하는 판형 가로 보강재; 및

상기 발포수지 성형체의 표면 상으로 돌출된 각각의 판형 가로 보강재에는 동일선상에 위치하도록 관통홀이 소정 간격으로 형성되어 있으며, 서로 이웃하는 판형 가로 보강재의 동일선상에 위치한 상기 관통홀을 동시에 관통하여 발포수지 성형체의 세로 방향 강성을 보강하는 막대형 세로 보강재;를 더 포함할 수 있다.

또 다른 예로서 상기 발포수지 성형체는, 발포수지 성형체에 매립되는 형태로 상기 보강재 장착부에 장착되어 고정되는 매립형 보강재;

상기 매립형 보강재를 사이에 두고 대향 형성된 보강재 장착부에 일부가 장착되어 고정되고, 다른 일부는 상기 발포수지 표면으로부터 소정의 높이로 돌출되도록 형성되며, 상단에는 보강패널 슬라이드 조립을 위한 가이드구가 형성된 돌출형 보강재; 및

상기 발포수지 성형체의 표면 상의 상기 돌출형 보강재가 구획하는 조립공간에 위치하도록 상기 가이드구를 따라 슬라이드 조립되는 보강패널;을 더 포함할 수 있다.

이때 상기 보강패널은, 단열재로 이루어진 단열패널 또는 고무나 스폰지로 이루어진 쿠션패널일 수 있다.

또한, 상기 보강패널 상부 노출면을 덮는 마감패널;을 더 포함할 수 있다.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 일 측면에 따른 상기한 발포수지 성형장치를 이용하여 발포수지를 성형하는 방법으로서,

금형부를 구성하는 가동금형과 고정금형을 서로 이격시킨 상태에서 상기 가동금형의 제1 성형부 또는 상기 고정금형의 제2 성형부에 보강재 홀 성형툴을 배치하는 단계;

상기 가동금형을 고정금형 측에 이동시켜 두 금형이 합형시키고, 두 금형의 합형에 의해 상기 제1 성형부와 제2 성형부가 구획하는 성형공간에 발포수지를 충전하는 단계;

상기 가동금형 및 고정금형에 연결되는 증기공급부를 통해 증기를 상기 성형공간으로 공급하여 상기 발포수지에 열을 가하고 상기 발포수지들 사이의 공기를 증기로 치환한 후, 상기 금형부에 연결되는 냉각수 공급부에 의해 상기 성형공간에서 성형되는 발포수지 성형체를 냉각시키는 단계;

상기 고정금형으로부터 가동금형을 분리하여 상기 성형공간으로부터 보강재 홀 성형툴과 함께 발포수지 성형체를 분리하는 단계; 및

금형으로부터 분리된 상기 발포수지 성형체로부터 상기 보강재 홀 성형툴을 슬라이드 분리한 후, 상기 보강재 홀 성형툴에 의해 상기 발포수지 성형체에 형성되는 보강재 홀에 보강재를 조립하여 발포수지 성형체의 강성을 보강하는 단계;를 포함하는 발포수지 성형방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 발포수지 성형장치 및 방법에 의하면, 발포수지 성형과정에서 보강재 홀 성형툴에 의해 보강재 홀이 형성되고, 보강재 홀에 강성 보강용 보강재가 삽입됨으로써, 종래 발포수지 성형장치를 통해 성형되는 성형체보다 무거운 하중을 견딜 수 있는 고강도 발포수지 성형체를 제조할 수 있는 장점이 있다.

더욱이, 보강재 홀 성형툴을 이용해 발포수지 성형체에 보강재 홀을 성형함에 있어, 보강재 홀을 형성하는 성형핀의 설치 간격과 설치 개수를 원하는 대로 조절할 수 있으며, 이를 통해 제품 용도에 따라 최적화된 강도를 갖는 성형체의 제조가 가능함은 물론이고, 불필요하게 보강재가 많이 사용되는 것을 배제할 수 있다.

도 1은 종래 발포수지 성형장치의 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 발포수지 성형장치의 단면도.
도 3은 도 2의 고정금형 및 고정금형에 배치되는 보강재 홀 성형툴을 분리 도시한 사시도.
도 4는 도 3의 보강재 성형툴의 부분 확대 단면도.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 측면에 따른 발포수지 성형장치에 의해 발포수지 성형체가 제조되는 과정을 순서대로 나타낸 작동 상태도.
도 9는 금형에서 분리된 도 8의 성형체의 사시도.
도 10은 도 9의 성형체에 보강재를 조립한 본 발명의 다른 측면에 따른 발포수지 성형체의 일 실시 예를 나타낸 사시도.
도 11은 도 10의 발포수지 성형체의 횡 단면도.
도 12는 도 9의 성형체에 보강재와 보강패널을 조립한 본 발명의 다른 측면에 따른 발포수지 성형체의 다른 실시 예를 나타낸 사시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 동일한 부재에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 발포수지 성형장치의 단면도이며, 도 3은 도 2의 고정금형 및 고정금형에 배치되는 보강재 홀 성형툴을 분리 도시한 사시도이다. 그리고 도 4는 도 3의 보강재 성형툴의 부분 확대 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 발포수지 성형장치는, 발포성 수지 알갱이(f)가 공급되어 발포수지 성형체(200)를 형성할 수 있도록 성형공간(112)을 형성하는 금형부(105)와, 발포수지 성형체(200) 성형 시 상기 발포수지 성형체(200)에 하나 이상의 보강재 홀(210)을 형성시키기 위해 상기 금형부(105)의 성형공간(112)에 배치되는 보강재 홀 성형툴(120)을 포함한다.

금형부(105)는 구체적으로, 제1 성형부(111a)가 형성된 가동금형(107)과, 상기 제1 성형부(111a)와 대응되는 제2 성형부(111b)를 갖는 고정금형(106)을 포함한다. 가동금형(107)은 상기 고정금형(106)에 밀착되거나 고정금형(106)으로부터 분리되는 방향으로 직선 운동하고, 가동금형(107)이 상기 고정금형(106) 측으로 이동되어 두 금형이 합형된 경우 상기 제1, 제2 성형부(111a, 111b)에 의해 상기 성형공간(112)이 형성된다.

가동금형(107)과 고정금형(106)의 내부에는 소정의 체적으로 증기실(115)이 형성된다. 상기 증기실(115)에는 증기 공급부(150)와 연결된 증기 공급관(151)을 통해 고온 발포성형을 위한 증기가 공급되며, 각 금형의 증기실(115)과 두 금형이 합형된 경우 형성되는 상기 성형공간(112)을 증기가 자유로이 이동 가능하도록 제1 성형부(111a)와 제2 성형부(111b)의 성형면에는 증기 홀(113)이 형성된다.

금형부(105), 바람직하게는 고정금형(106))에는 상기 발포수지를 제1 성형부(111a)와 제2 성형부(111b)가 구획하는 성형공간(112)에 공급하는 발포수지 공급부(140)가 설치된다. 발포수지 공급부(140)는 발포수지(f)의 유동경로에 벤투리(142)를 형성한 발포수지 공급관(141)과, 발포수지가 벤투리(142)를 통과하도록 발포수지 공급관(141)에 연결되는 발포수지의 저장용기(145)를 포함한다.

발포수지(f)가 벤투리(142)에 의해 성형공간(112)으로 유입되도록 벤투리(142) 측에 가압공기를 컴프레셔(146)가 공급하며, 이때 벤투리 효과에 의해 벤투리(142)의 출구 측에 압력강하가 발생하고, 이에 따른 진공압에 의해 발포수지 저장용기(145)의 발포수지(f)가 벤투리(142)를 통과하여 공기와 함께 소정의 압력을 가지고 성형공간(112)으로 유입될 수 있다.

가동금형(107)과 고정금형(106)의 증기실(115)에 증기를 공급하는 증기 공급부(150)는, 각 금형의 증기실(115)의 유입구와 유출구 측에 연결되는 증기 공급관(151) 및 증기 배출관(153)과, 상기 증기 공급관(151)과 증기 배출관(153) 각각에 하나씩 설치되는 밸브(152)를 포함한다. 이때 각각의 밸브(152)는 효율적인 발포와 발포수지 간 결합을 위해 증기의 유동방향이 소정 주기로 바뀌도록 개폐 작동된다.

예로서, 증기가 고정금형(106)과 가동금형(107) 내부를 각각 통과하도록 밸브(152)가 모두 개방될 수 있다. 또한, 가동금형(107)의 증기 배출 측 밸브(152)가 폐쇄됨으로써 가동금형(107)으로 유입된 증기는 성형공간(112)을 통과해 고정금형(106)의 증기 배출관(153)을 통해 배기될 수 있으며, 반대로 고정금형(106) 측으로 유입된 증기가 성형공간(112)을 통과해 가동금형(107)의 증기 배출관(153)을 통해 배기되는 증기유동도 가능하다.

도 2에서 도면부호 160은 각 금형의 증기실(115)에 발포수지 성형체(200) 냉각을 위한 냉각수를 공급할 수 있도록 구비된 냉각수 공급부(160)를 가리킨다. 냉각수 공급부(160)는 도면의 예시와 같이 냉각수 분사관(161)을 통해 냉각수를 금형에 직접 분사하여 금형을 냉각시키는 직접 방식 또는 진공흡입을 통해 성형공간(112) 내부 압력을 낮추는 간접 냉각방식이 고려될 수 있다.

보강재 홀 성형툴(120)은, 발포수지 성형체(200)에 하나 이상의 보강재 홀(210)을 형성시킬 목적으로 상기 가동금형(107)의 제1 성형부(111a) 또는 상기 고정금형(106)의 제2 성형부(111b)에 설치된다. 보강재 홀 성형툴(120)은 발포 성형이 완료된 후 상기 발포수지 성형체(200)와 함께 금형부(105)에서 분리되고, 다시 상기 발포수지 성형체(200)로부터 슬라이드 분리됨으로써 상기 발포수지 성형체(200)에 하나 이상의 보강재 홀(210)을 형성시킨다.

보강재 홀 성형툴(120)은 바람직하게, 발포수지가 접하는 면에 슬롯(123)이 다수 형성된 판상의 베이스(122)와, 슬롯(123)에 등 또는 부등 간격으로 조립되어 상기 베이스(122)에 수직으로 연결되고, 최상부에 상기 보강재 홀(210) 성형을 위한 홀 성형구(127)가 형성된 성형핀(126)을 포함한다. 이때 성형핀(126)은 발포수지 성형체(200)의 요구 강도에 따라 다른 개수와 간격으로 상기 베이스(122)의 슬롯(123)에 조립될 수 있다.

베이스(122)가 제1 성형부(111a) 또는 제2 성형부(111b)에 배치됨에 있어서는, 베이스(122)를 금형부(105)의 제1 성형부(111a) 또는 제2 성형부(111b)의 성형면에 대응되는 크기로 형성하고, 발포수지가 접하는 면 반대편 면이 상기 성형면에 접하도록 배치될 수 있으며, 이때 베이스(122)에는 성형면의 증기 홀(113)과 일치하도록 증기 투과홀(124)이 다수 형성됨으로써 증기실(115)에서 공급된 증기가 베이스(122)를 통과해 발포수지까지 원활하게 이동될 수 있다.

베이스(122)의 면에 대한 성형핀(126)의 높이(H)는, 제1 성형부(111a)와 제2 성형부(111b)가 구획하는 성형공간(112)에서 발포 성형되는 발포수지 성형체(200) 상하 두께(D)의 1/3 내지 1/2이 되도록 함으로써 보강재 홀(210)이 베이스(122)와 접하는 발포수지 성형체(200)의 면에서 대략 1/3 내지 1/2 높이에 형성되도록 하며, 상기 홀 성형구(127)는, 원형 또는 삼각 이상 다각 단면의 막대형 구조로 형성될 수 있다.

베이스(122)에 결합되는 성형핀(126)의 개수와 성형핀(126) 사이의 간격은 제품 용도에 따라 최적화된 강도를 갖는 성형체의 제조가 가능하도록, 발포수지 성형체(200)의 요구 강도에 따라 다른 개수와 간격으로 배치될 수 있다. 예컨대, 선반이나 테이블과 같이 고강도가 요구되는 제품 성형의 경우, 성형핀(126)을 촘촘하게 배치하여 보다 많은 보강재 홀(210)이 형성되도록 한다.

보강재 홀 성형툴(120)에 의해 발포수지 성형체(200)에 형성된 각각의 보강재 홀(210)에는, 이후 설명하게 될 본 발명의 다른 측면에 따른 발포수지 성형체(200)(도 8 내지 도 11 참조)와 같이, 판상 또는 막대형 보강재가 하나씩 위치하도록 끼워지게 되며, 이에 따라 고하중에도 견딜 수 있는 내구성을 지닌 발포수지 성형체(200)가 형성되는 것이다.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 측면에 따른 발포수지 성형장치에 의해 발포수지 성형체가 제조되는 과정을 순서대로 나타낸 작동 상태도이다.

먼저 도 5의 (a)와 같이, 금형부(105)를 구성하는 가동금형(107)과 고정금형(106)을 서로 이격시킨 상태에서 상기 가동금형(107)의 제1 성형부(111a) 또는 상기 고정금형(106)의 제2 성형부(111b)에 보강재 홀 성형툴(120)을 배치한다(고정금형의 제2 성형부에 보강재 홀 성형툴을 배치한 구성을 예를 들어 도시함).

다음 도 5의 (b)와 같이, 가동금형(107)을 고정금형(106) 측에 이동시켜 두 금형이 합형되도록 한 후, 두 금형의 합형에 의해 상기 제1 성형부(111a)와 제2 성형부(111b)가 구획하는 성형공간(112)에 발포수지(f)를 충전한다.

다음 도 6과 같이, 가동금형(107) 및 고정금형(106)에 연결되는 증기 공급부(150)를 통해 증기를 상기 성형공간(112)으로 공급하여 상기 발포수지(f)에 열을 가하고 상기 발포수지(f)들 사이의 공기가 증기로 치환되도록 하여 발포수지를 성형한다. 이때 증기는 고정금형(106)과 가동금형(107)의 증기 홀(113)들을 통해 성형공간(112)으로 유입되어 충전된 발포수지를 가열 및 팽창시키게 된다.

증기에 의해 부피가 팽창되는 알갱이 형상의 발포수지(f)는 표면이 소정의 온도로 가열됨과 동시에 이웃하는 발포수지가 서로 압착에 의해 접촉면이 상호 융착되어 견고한 구조로 결합된다. 즉 증기에 의해 발포수지의 표면이 녹는 동시에 내부의 발포제가 팽창하여 발포수지 사이의 공기가 제거되고 동시에 발포수지는 서로 단단한 결합을 이루게 되는 것이다.

성형공간(112)에서 발포되어 상호 단단한 결합을 이룬 발포수지는 성형공간(112)에 대응되는 모양의 발포수지 성형체(200)로 성형되며, 이후 도 7과 같이 금형부(105)에 연결된 냉각수 공급부(160)를 통한 냉각과정을 거치고, 고정금형(106)으로부터 가동금형(107)이 분리된 후 도 8과 같이 이젝터유닛(170)을 통해 보강재 홀 성형툴(120)과 함께 금형으로부터 분리될 수 있다.

다음, 도 9와 같이 금형으로부터 분리된 상기 발포수지 성형체(200)로부터 상기 보강재 홀 성형툴(120)을 슬라이드 분리한다.

이때, 발포수지 성형체(200)와 보강재 홀 성형툴(120)을 슬라이드 분리시킴에 있어서는, 보강재 홀 성형툴(120)을 지그(jig) 등에 고정시킨 상태에서, 성형핀(126)이 형성된 방향으로 발포수지 성형체(200)를 밀거나 당겨 보강재 홀 성형툴(120)로부터 발포수지 성형체(200)를 신속 용이하게 분리시킬 수 있다.

마지막으로, 상기 보강재 홀 성형툴(120)에 의해 상기 발포수지 성형체(200)에 형성되는 보강재 홀(210)에 보강재를 조립하여 발포수지 성형체(200)의 강성을 보강하게 된다. 보강재 홀(210)에 보강재를 조립하여 구현되는 본 발명의 다른 측면에 따른 발포수지 성형체(200)의 바람직한 실시 예에 대해서는 이후 도 10 내지 도 12를 참조하여 살펴보기로 한다.

도 10은 도 9의 성형체에 보강재를 조립한 본 발명의 다른 측면에 따른 발포수지 성형체의 일 실시 예를 나타낸 단면도이다.

도 10을 참조하면, 일 실시 예에 따른 발포수지 성형체(200)는, 전술한 보강재 홀(210)을 포함하는 보강재 장착부(202)와, 보강재 홀(210)에 인서트(insert)되어 상기 발포수지 성형체(200)의 강성을 보강하는 강성 보강재(220)를 포함할 수 있다.

보강재 장착부(202)는, 발포수지 두께 방향 중앙부의 보강재 홀(210)과, 발포수지 성형체(200)의 표면과 상기 보강재 홀(210)을 연결하는 가느다랗고 긴 슬릿(212)으로 구성될 수 있으며, 상기 강성 보강재(220)는 상기 보강재 홀 단면 모양에 대응되는 단면 모양과 성형체의 좌, 우 폭에 대응되는 길이를 가져 상기 보강재 홀(210)에 슬라이드 조립될 수 있는 금속 또는 비금속 합성수지 재질의 막대형 구조일 수 있다.

이와 같은 발포수지 성형체(200)는, 선반이나 테이블 상판과 같이 전후 길이방향 또는 좌우 폭방향 중 어느 한 방향에 하중이 집중되는 제품 또는 선반 다리 또는 테이블 다리와 같이 높은 축방향 하중에도 좌굴이 발생하지 않을 정도의 내구성을 필요로 하는 제품 등에 유용하게 사용될 수 있다.

도 11은 도 9의 성형체에 보강재를 조립한 본 발명의 다른 측면에 따른 발포수지 성형체의 다른 실시 예를 나타낸 사시도이다.

도 11과 같이, 다른 실시 예에 따른 상기 발포수지 성형체(200)는, 두께 방향 중앙부의 보강재 홀(210)과 발포수지 성형체(200)의 표면과 상기 보강재 홀(210)을 연결하는 가느다랗고 긴 슬릿(212)으로 구성된 보강재 장착부(202)와, 보강재 장착부(202)에 결합되는 판형 가로 보강재(230) 및, 상기 발포수지 성형체(200) 표면에 노출된 판형 가로 보강재(230)들에 교차 결합되는 막대형 세로 보강재(232)를 포함한다.

다른 실시 예에서, 상기 판형 가로 보강재(230)의 일부는 상기 보강재 장착부(202)에 장착되어 고정되고, 다른 일부는 상기 발포수지 표면으로부터 소정의 높이로 돌출되도록 형성되어 상기 발포수지 성형체(200)의 가로 방향 강성을 보강한다.

이때 상기 발포수지 성형체(200)의 표면 상으로 돌출된 각각의 판형 가로 보강재(230)에는 동일선상에 위치하도록 관통홀(231)이 소정 간격으로 형성되어 있으며, 서로 이웃하는 판형 가로 보강재(230)의 동일선상에 위치한 상기 관통홀(231)을 상기 막대형 세로 보강재(232)가 동시에 관통하여 발포수지 성형체(200)의 세로 방향 강성을 보강하게 되는 것이다.

이와 같은 다른 실시 예에 따른 발포수지 성형체(200)는, 수면 위에 설치되는 조립식 부교(浮橋)나 유희용 서핑 보드(surfboard)와 같이 전면에 걸쳐 불규칙적인 동적 하중을 받아 보다 고강성이 요구되는 제품을 제작함에 있어 유용하게 활용될 수 있다.

도 12는 발포수지 성형체의 또 다른 실시 예에 따른 단면도이다.

도 12와 같이, 다른 실시 예에 따른 상기 발포수지 성형체(200)는, 전술한 보강재 장착부(202)와, 발포수지 성형체(200)에 매립되는 형태로 상기 보강재 장착부(202)에 장착되어 고정되는 매립형 보강재(240)와, 일부가 상기 발포수지 성형체(200) 표면으로 소정 높이 돌출되도록 보강재 장착부(202)에 조립되는 돌출형 보강재(242) 및, 돌출형 보강재(242)에 의해 발포수지 성형체(200) 표면에 접하도록 배치되는 보강패널(245)을 포함한다.

돌출형 보강재(242)는 구체적으로, 상기 매립형 보강재(240)를 사이에 두고 대향 형성된 보강재 장착부(202)에 일부가 장착되어 고정되고, 다른 일부는 상기 발포수지 표면으로부터 소정의 높이로 돌출된다. 그리고 최상단에는 상기 보강패널(245) 슬라이드 조립을 위한 가이드구(243)를 구비한다.

그리고, 상기 보강패널(245)은 상기 발포수지 성형체(200)의 표면 상의 상기 돌출형 보강재(242)가 구획하는 조립공간에 위치하도록, 상기 가이드구(243)를 따라 슬라이드 조립될 수 있다. 이러한 보강패널(245)은, 단열재로 이루어진 단열패널 또는 고무나 스폰지로 이루어진 쿠션패널일 수 있으며, 상기 보강패널(245) 상부 노출면을 덮는 마감패널(247)을 더 포함할 수 있다.

이와 같은 또 다른 실시 예에 따른 발포수지 성형체(200)는, 조립식 건물의 벽체 등으로 유용하게 사용될 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 따른 발포수지 성형장치 및 방법에 의하면, 발포수지 성형과정에서 보강재 홀 성형툴에 의해 보강재 홀이 형성되고, 보강재 홀에 강성 보강용 보강재가 삽입됨으로써, 종래 발포수지 성형장치를 통해 성형되는 성형체보다 무거운 하중을 견딜 수 있는 고강도 발포수지 성형체를 제조할 수 있는 장점이 있다.

더욱이, 보강재 홀 성형툴을 이용해 발포수지 성형체에 보강재 홀을 성형함에 있어, 보강재 홀을 형성하는 성형핀의 설치 간격과 설치 개수를 원하는 대로 조절할 수 있으며, 이를 통해 제품 용도에 따라 최적화된 강도를 갖는 성형체의 제조가 가능함은 물론이고, 불필요하게 보강재가 많이 사용되는 것을 배제할 수 있다

이상 본 발명을 설명함에 있어서는 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

105 : 금형부 106 : 고정금형
107 : 가동금형 112 : 성형공간
115 : 증기실 120 : 보강재 홀 성형툴
122 : 베이스 123 : 슬롯
124 : 증기 투과홀 126 : 성형핀
127 : 홀 성형구 140 : 발포수지 공급부
141 : 발포수지 공급관 145 : 발포수지 저장용기
150 : 증기 공급부 151 : 증기 공급관
152 : 밸브 153 : 증기 배출관
160 : 냉각수 공급부 161 : 냉각수 분사관
170 : 이젝터유닛 200 : 발포수지 성형체
210 : 보강재 홀 212 : 슬릿
220 : 강성 보강재 230 : 가로 보강재
231 : 관통홀 232 : 세로 보강재
240 : 매립형 보강재 242 : 돌출형 보강재
243 : 가이드구 245 : 보강패널
247 : 마감패널

Claims

발포수지를 공기와 함께 성형공간(112)으로 주입한 후 열을 가해 발포 융착시켜 발포수지 성형체(200)를 성형하는 발포수지 성형장치로서,
제1 성형부(111a)가 형성된 가동금형(107)과, 상기 제1 성형부(111a)와 대응되는 제2 성형부(111b)가 형성된 고정금형(106)으로 이루어진 금형부(105);
상기 가동금형(107)의 제1 성형부(111a) 또는 상기 고정금형(106)의 제2 성형부(111b)에 설치되며, 발포 성형 후 상기 발포수지 성형체(200)와 함께 상기 금형부(105)에서 분리되고, 다시 상기 발포수지 성형체(200)로부터 슬라이드 분리되어 상기 발포수지 성형체(200)에 하나 이상의 보강재 홀(210)을 형성시키는 보강재 홀 성형툴(120);을 포함하는 발포수지 성형장치.
제 1 항에 있어서,
상기 보강재 홀 성형툴(120)은,
상기 발포수지가 접하는 면에 슬롯(123)이 다수 형성된 판상의 베이스(122); 및
상기 슬롯(123)에 등 또는 부등 간격으로 조립되어 상기 베이스(122)에 수직으로 연결되고, 최상부에 상기 보강재 홀(210) 성형을 위한 홀 성형구(127)가 형성된 성형핀(126);을 포함하는 발포수지 성형장치.
제 2 항에 있어서,
상기 베이스(122)는 금형부(105)의 제1 성형부(111a) 또는 제2 성형부(111b)의 성형면에 대응되는 크기로 형성되고, 상기 발포수지가 접하는 면 반대편 면이 상기 성형면에 접하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
제 3 항에 있어서,
상기 베이스(122)에는 성형면에 형성되는 증기 홀(113)과 일치되는 증기 투과홀(124)이 다수 형성된 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
제 2 항에 있어서,
상기 베이스(122)의 면에 대한 상기 성형핀(126)의 높이(H)는, 제1 성형부(111a)와 제2 성형부(111b)가 구획하는 성형공간(112)에서 발포 성형되는 발포수지 성형체(200) 두께(D)의 1/3 내지 1/2로 형성되는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
제 2 항에 있어서,
상기 홀 성형구(127)는, 원형 또는 삼각 이상 다각 단면의 막대형 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
제 2 항에 있어서,
상기 성형핀(126)은 발포수지 성형체(200)의 요구 강도에 따라 다른 개수와 간격으로 상기 베이스(122)의 슬롯(123)에 조립되는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
제 1 항에 있어서,
상기 금형부(105)를 구성하는 가동금형(107)과 고정금형(106)은 내부에 증기실(115)이 형성되며, 상기 증기실(115)을 통해 제1 성형부(111a)와 제2 성형부(111b)가 구획하는 성형공간(112)에 증기가 공급되도록 구성되고,
상기 금형부(105)에 연결되고, 상기 증기실(115)에 증기를 공급하는 증기 공급부(150);를 더 포함하는 발포수지 성형장치.
제 8 항에 있어서,
상기 금형부(105)에 설치되며, 상기 발포수지를 제1 성형부(111a)와 제2 성형부(111b)가 구획하는 성형공간(112)에 공급하는 발포수지 공급부(140); 및
상기 금형부(105)에 연결되며, 상기 증기실(115)에 발포수지 성형체(200) 냉각을 위한 냉각수를 공급할 수 있도록 구비된 냉각수 공급부(160);를 더 포함하는 발포수지 성형장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 항에 기재된 발포수지 성형장치를 통해 성형되며, 두께 방향 중앙부의 보강재 홀(210)과 발포수지 성형체(200)의 표면과 상기 보강재 홀(210)을 연결하는 가느다랗고 긴 슬릿(212)으로 구성된 보강재 장착부(202);를 포함하는 발포수지 성형체.
제 10 항에 있어서,
상기 보강재 장착부(202)의 보강재 홀(210)에 인서트(insert)되어 상기 발포수지 성형체(200)의 강성을 보강하는 강성 보강재(220);를 더 포함하는 발포수지 성형체.
제 10 항에 있어서,
일부는 상기 보강재 장착부(202)에 장착되어 고정되고, 다른 일부는 상기 발포수지 표면으로부터 소정의 높이로 돌출되도록 형성되어 상기 발포수지 성형체(200)의 가로 방향 강성을 보강하는 판형 가로 보강재(230); 및
상기 발포수지 성형체(200)의 표면 상으로 돌출된 각각의 판형 가로 보강재(230)에는 동일선상에 위치하도록 관통홀(231)이 소정 간격으로 형성되어 있으며, 서로 이웃하는 판형 가로 보강재(230)의 동일선상에 위치한 상기 관통홀(231)을 동시에 관통하여 발포수지 성형체(200)의 세로 방향 강성을 보강하는 막대형 세로 보강재(232);를 더 포함하는 발포수지 성형체.
제 10 항에 있어서,
발포수지 성형체(200)에 매립되는 형태로 상기 보강재 장착부(202)에 장착되어 고정되는 매립형 보강재(240);
상기 매립형 보강재(240)를 사이에 두고 대향 형성된 보강재 장착부(202)에 일부가 장착되어 고정되고, 다른 일부는 상기 발포수지 표면으로부터 소정의 높이로 돌출되도록 형성되며, 상단에는 보강패널(245) 슬라이드 조립을 위한 가이드구(243)가 형성된 돌출형 보강재(242); 및
상기 발포수지 성형체(200)의 표면 상의 상기 돌출형 보강재(242)가 구획하는 조립공간에 위치하도록 상기 가이드구(243)를 따라 슬라이드 조립되는 보강패널(245);을 더 포함하는 발포수지 성형체.
제 13 항에 있어서,
상기 보강패널(245)은, 단열재로 이루어진 단열패널 또는 고무나 스폰지로 이루어진 쿠션패널인 것을 특징으로 하는 발포수지 성형체.
제 13 항에 있어서,
상기 보강패널(245) 상부 노출면을 덮는 마감패널(247);을 더 포함하는 발포수지 성형체.
제 9 항에 기재된 발포수지 성형장치를 이용하여 발포수지를 성형하는 방법으로서,
금형부(105)를 구성하는 가동금형(107)과 고정금형(106)을 서로 이격시킨 상태에서 상기 가동금형(107)의 제1 성형부(111a) 또는 상기 고정금형(106)의 제2 성형부(111b)에 보강재 홀 성형툴(120)을 배치하는 단계;
상기 가동금형(107)을 고정금형(106) 측에 이동시켜 두 금형이 합형시키고, 두 금형의 합형에 의해 상기 제1 성형부(111a)와 제2 성형부(111b)가 구획하는 성형공간(112)에 발포수지를 충전하는 단계;
상기 가동금형(107) 및 고정금형(106)에 연결되는 증기공급부를 통해 증기를 상기 성형공간(112)으로 공급하여 상기 발포수지에 열을 가하고 상기 발포수지들 사이의 공기를 증기로 치환한 후, 상기 금형부(105)에 연결되는 냉각수 공급부(160)에 의해 상기 성형공간(112)에서 성형되는 발포수지 성형체(200)를 냉각시키는 단계;
상기 고정금형(106)으로부터 가동금형(107)을 분리하여 상기 성형공간(112)으로부터 보강재 홀 성형툴(120)과 함께 발포수지 성형체(200)를 분리하는 단계; 및
금형으로부터 분리된 상기 발포수지 성형체(200)로부터 상기 보강재 홀 성형툴(120)을 슬라이드 분리한 후, 상기 보강재 홀 성형툴(120)에 의해 상기 발포수지 성형체(200)에 형성되는 보강재 홀(210)에 보강재를 조립하여 발포수지 성형체(200)의 강성을 보강하는 단계;를 포함하는 발포수지 성형방법.