KR101794958B1 - 불소수지 벨로우즈의 제조방법 - Google Patents

불소수지 벨로우즈의 제조방법 Download PDF

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    • F16L51/02—Expansion-compensation arrangements for pipe-lines making use of bellows or an expansible folded or corrugated tube

Abstract

불소수지 벨로우즈의 제조방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 평판 형상의 불소수지 시트를 절단하여 일측변부 및 타측변부를 형성하는 재단단계와, 재단된 불소수지 시트의 일측변부 및 타측변부가 서로 접하여 접합선이 형성되도록 롤링하는 롤링단계와, 접합선을 접합시켜 불소수지 튜브를 형성하는 접합단계와, 불소수지 튜브에 복수의 주름이 형성되도록 하는 성형단계를 포함하는 불소수지 벨로우즈의 제조방법이 제공될 수 있다.

Description

불소수지 벨로우즈의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING FLUOROPOLYMERIC BELLOWS}
본 발명은 불소수지 벨로우즈의 제조방법에 관한 것으로, 불소수지 벨로우즈의 소재인 대구경의 불소수지 튜브를 용이하게 제조할 수 있으면서도 결함을 최소화 할 수 있는 불소수지 벨로우즈의 제조방법에 관한 것이다.
공장 등에 설치되어 유체를 이송하는 관로 중에는 운전 중 변위가 발생되거나 진동이 전달되는 부분이 많다. 이러한 관로는 신축이음(expansion joint)으로 연결하여 변위나 진동을 흡수하면서도 유체가 외부로 유출되지 않고 이송될 수 있도록 하고 있다.
이러한 신축이음은 사용될 환경에 따라 적합한 성능을 가질 수 있어야 하는데, 상당한 악조건에서 사용되어야 하는 경우도 있다.
예를 들어, 냉연강판의 도금공정은 최대 섭씨 600도에 이르는 고온의 환경에서 이루어지는 동시에 공기 중에 노출되면 발화성을 갖는 물질이 사용되고 있다. 또한 반도체 제조공정의 세척단계에는 인체에 심각한 위험을 초래할 수 있는 맹독성, 높은 침투성 및 부식성 등을 갖는 물질이 사용된다. 이러한 공정들이 이루어지는 곳에 사용되는 신축이음은 충분한 내열성 및 내약품성 등을 갖는 것이 사용되어야 한다.
따라서 상술한 바와 같은 악조건에서 사용되는 신축이음은 내약품성, 내열성, 윤활성 등이 우수한 불소수지 재질로 이루어진 것이 많으며, 대부분 불소수지를 벨로우즈 형상으로 성형한 것을 사용한다. 그런데 불소수지는 용융상태에서도 점도가 높아서 사출 등의 방법을 이용하여 벨로우즈 형상을 갖도록 성형하는 것이 매우 어려운 단점이 있다.
이러한 단점을 해결하기 위하여 대한민국특허청 등록특허공보 제10-0534063호에는 불소수지 튜브를 블로잉 성형하는 방법이 제안된 바 있으나, 금형을 고온으로 가열하고 블로잉 성형을 하기 위한 장비의 제조에 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라, 이미 제조된 불소수지 튜브를 이용하는 내용이 소개되어 있고 필수 소재인 불소수지 튜브의 구체적인 제조방법에 대해서는 소개되어 있지 않다.
아울러, 대형 공장에서는 신축이음을 통하여 대량의 이송 유체가 이송되는 경우가 많으므로 대구경의 불소수지 벨로우즈가 필요하나, 이를 제조하는 데 필요한 대구경의 불소수지 튜브는 냉간 등방향 성형기(cold isostatic press; CIP)로 성형하는 것이 일반적인데, 냉간 등방향 성형기가 상당히 고가이므로 이를 이용하여 성형한 대구경의 불소수지 튜브 또한 가격이 상당히 높아지는 문제가 있다.
참고로, 소형의 불소수지 튜브는 분말을 예비 성형한 후에 소결하는 방법으로 비교적 용이하게 제조가 가능하지만, 이와 같은 소결 방법으로는 대구경의 불소수지 튜브를 성형하기 곤란한 단점이 있다.
그러므로 대구경의 불소수지 벨로우즈 제작을 위한 대구경의 불소수지 벨로우즈를 저렴하게 제조할 수 있는 방안에 대한 연구 및 개발이 절실한 실정이다.
대한민국특허청 등록특허공보 제10-0534063호
본 발명의 실시예는 대구경의 불소수지 벨로우즈의 제조에 소요되는 비용을 절약하면서도 용이하게 제조할 수 있도록 하고자 한다.
또한 본 발명의 실시예는 대구경의 불소수지 튜브가 높은 내구성을 갖도록 하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 불소수지 판재를 재단하여 서로 상응하는 형상의 일측변부 및 타측변부를 갖는 불소수지 시트를 형성하는 재단단계와, 재단된 상기 불소수지 시트의 상기 일측변부 및 상기 타측변부가 서로 접하여 접합선이 형성되도록 롤링하는 롤링단계와, 상기 접합선을 접합시켜 불소수지 튜브를 형성하는 접합단계와, 상기 불소수지 튜브에 복수의 주름이 형성되도록 하는 성형단계를 포함하는 불소수지 벨로우즈의 제조방법이 제공될 수 있다.
상술한 불소수지 벨로우즈의 제조방법에는 상기 불소수지 튜브의 양단부에 플랜지를 결합시키는 플랜지결합단계가 더 포함될 수 있다.
한편, 상기 재단단계에서는 상기 일측변부 및 상기 타측변부에 각각 상응하는 형상의 요철부가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 요철부 중 철부에는 돌출된 방향으로 갈수록 그 폭이 증가되는 부분이 형성될 수 있다.
상기 재단단계에서는 상기 일측변부 및 상기 타측변부에 상기 불소수지 시트의 일면 또는 타면에 대하여 90도 이내의 경사각을 갖는 접합면이 각각 형성될 수 있다. 이때, 상기 접합면에는 복수의 접합돌기가 형성될 수 있다.
상기 롤링단계 및 상기 접합단계 사이에는 상기 일측변부 및 상기 타측변부 사이에 접합시트를 개재시키는 단계가 더 포함될 수 있다.
상기 불소수지 벨로우즈의 제조방법은 상기 롤링단계 및 상기 접합단계 사이에 상기 일측변부 및 상기 타측변부는 표면을 에칭액 도포, 초음파 처리, 코로나 방전처리 및 대기압 플라즈마 처리로 이루어군 군에서 선택된 어느 하나로 개질시키는 것인 표면개질단계; 그리고, 상기 일측변부 및 상기 타측변부 사이에 폴리불화비닐라덴(Polyvinylidene fluoride), 불화엘라스토머(Fluoro Elastomer), 폴리페닐비닐렌(Polyphenylene vinylene), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene naphthalate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 접합시트를 개재시키는 접합시트 개재 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 불소수지 시트를 롤링 및 접합하여 대구경의 블소수지 튜브를 형성할 수 있도록 함으로써 대구경의 불소수지 벨로우즈의 제조에 소요되는 비용이 절약될 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 불소수지 시트가 접합되는 접합선의 길이가 증가되도록 함으로써 불소수지 튜브의 내구성이 향상될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 불소수지 시트가 접합되는 부분에 불소수지 시트와 경사진 접합면이 형성됨으로써 접합된 부분의 인장강도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불소수지 벨로우즈의 제조방법에 의해 제조된 불소수지 벨로우즈를 예시한 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 불소수지 벨로우즈의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도
도 3은 불소수지 시트의 사시도
도 4는 도 2의 롤링단계를 설명하기 위한 사시도
도 5는 도 2의 접합단계를 설명하기 위한 사시도
도 6 및 도 7은 접합의 일 예를 설명하기 위한 도면
도 8은 접합의 다른 예를 설명하기 위한 도면
도 9는 접합의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면
도 10 내지 도 13은 접합선의 다른 예들을 설명하기 위한 도면
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 불소수지 벨로우즈의 제조방법에 의해 제조된 불소수지 벨로우즈를 예시한 사시도가 도시되어 있다.
불소수지 벨로우즈(100)는 도시된 바와 같이 복수의 주름이 형성된 불소수지 튜브(110)의 양단부에 직경이 확장된 형상의 플레어부(111)를 형성한 후, 플레어부(111)에 플랜지(120)를 결합시킨 구조를 갖는 것이 일반적이다.
상술한 불소수지 튜브(110)는 불소수지 벨로우즈(100)의 필수적인 구성요소이며, 아래에서 도 2 내지 도 13을 참조하여 설명할 본 발명의 일 실시예에 따른 불소수지 벨로우즈 제조방법에는 불소수지 튜브(110)를 성형하는 방법이 포함된다.
참고로, 본 명세서에서의 불소수지는 미국 듀퐁사의 상품명인 테플론(Teflon)으로 칭해지는 폴리테트라플로오로에틸렌(PTFE) 외에 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF), 폴리플루오린화비닐(PVF)과 같이 분자 내에 불소를 함유한 수지를 총칭한다.
바람직하게 상기 불소수지는 폴리테트라플로오로에틸렌(PTFE) 및 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF)이 99 : 1 내지 80 : 20 중량비로 혼합되고, perfluoroalkoxy polymer resin(PFA)를 포함하는 혼합불소 수지일 수 있다.
상기 혼합불소 수지에 의하는 경우 열변성이 최소화 되고, 강합 접착열이 유지될 수 있다는 장점이 있다. 또한 성형 후에도 상대적으로 높은 내구성을 가지는 바 제품의 수명을 오래 유지하게 하는 장점이 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 불소수지 벨로우즈의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 불소수지 벨로우즈의 제조방법에는 재단단계(S10), 롤링단계(S20), 접합단계(S30) 및 성형단계(S40)가 포함된다.
여기서, 재단단계(S10), 롤링단계(S20) 및 접합단계(S30)는 도 3 내지 도 5를 함께 참조하여 설명한다.
도 3에는 도 2의 재단단계(S10)에 의해 재단된 불소수지 시트의 사시도가 예시되어 있다.
도 3을 참조하면, 재단단계(S10)에서는 불소수지 판재(도시되지 않음)가 재단되어 서로 상응하는 형상의 일측변부(11) 및 타측변부(11a)를 갖는 불소수지 시트(10)가 형성된다.
도시되지 않은 불소수지 판재는 일반적으로 롤(roll) 상태로 감긴 장방형의 평판 형상의 불소수지를 재단하여 불소수지 시트(10)를 형성하거나, 장방형으로 이미 재단된 것을 사용할 수도 있다.
그리고, 재단단계(S10)에서는 최종적으로 제조하고자 하는 불소수지 튜브(도 1의 110 참조)의 직경을 고려하여, 아래에서 설명할 롤링단계(S20)에 의해 롤링된 불소수지 시트(10)가 형성하는 직경(도 4의 D 참조)을 감안하여 일측변부(11) 및 타측변부(11a) 사이의 변의 길이를 결정한다.
재단단계(S10)에서는 아래에서 설명할 불소수지 튜브의 형상을 감안하여 불소수지 시트(10)가 전반적으로 장방형의 형상을 갖도록 재단할 수 있다.
일측변부(11) 및 타측변부(11a)는 아래에서 설명할 롤링단계(S20)에서 서로 맞닿아 접합선(도 4의 12 참조)을 형성하게 되므로, 일측변부(11) 및 타측변부(11a)는 재단단계(S10)에서 서로 상응하는 형상을 갖도록 재단된다. 즉, 일측변부(11) 및 타측변부(11a)는 불소수지 시트(10)가 서로 접했을 때 분리된 곳 없이 서로 접촉되도록 재단된다.
도 4에는 도 2의 롤링단계(S20)를 거쳐 롤링된 불소수지 시트의 사시도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 롤링단계(S20)에서는 불소수지 시트(10)를 점선 화살표로 표시한 바와 같이 롤링, 즉 둥글게 말아서 일측변부(11) 및 타측변부(11a)가 서로 접하도록 한다.
이때, 앞에서 설명한 바와 같이 일측변부(11) 및 타측변부(11a)는 재단단계(S10)에서 서로 상응하는 형상을 갖도록 재단되므로, 일측변부(11) 및 타측변부(11a)가 서로 접한 부분에는 접합선(12)이 형성된다.
롤링단계(S20)는 수작업으로도 가능하고, 내경이 D인 원통형 중공부가 형성되고 일측은 힌지 연결되며 타측은 개폐 가능한 틀(도시되지 않음)과 같은 지그를 이용하여 행해질 수 있다.
도 5에는 도 2의 접합단계(S30)를 설명하기 위한 사시도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 접합단계(S30)에서는 롤링단계(S20)를 거쳐 롤링된 불소수지 시트(10)의 접합선(12)을 접합시키는 작업이 행해진다.
즉, 접합단계(S30)단계에서는 접합장치(도시되지 않음)에 구비된 한 쌍의 접합바(51, 52) 사이에 롤링된 불소수지 시트(10)의 접합선(12)이 배치되도록 한 다음, 한 쌍의 접합바(51, 52)로 접합선(12)을 가압하면서 가열하는 작업이 이루어진다.
따라서, 접합단계(S30)가 완료되면 접합선(12)이 서로 접합되어 불소수지 시트(10)는 원통형상의 불소수지 튜브(도시되지 않음)가 형성된다.
이를 위하여, 접합장치(도시되지 않음)에는 한 쌍의 접합바(51, 52)를 원하는 압력(P)으로 가압할 수 있는 프레스와 같은 가압수단과 접합바(51, 52)를 원하는 온도로 조절할 수 있는 온도조절 수단이 구비될 수 있다. 온도조절수단으로는 접합바(51, 52) 내에 내장된 전열선 등이 사용될 수 있다.
도 6 및 도 7에는 접합의 일 예를 설명하기 위하여 도 4에 A로 표시된 부분이 확대 도시되어 있다. 도 5를 함께 참조하여 설명한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 불소수지 시트(10)의 일측변부(11) 및 타측변부(11a)가 서로 접하도록 배치한 후 접합바(51, 52)로 접합선(12)을 가압하면 도 7에 도시된 바와 같이 접합부(15)가 형성되면서 일측변부(11) 및 타측변부(11a)가 일체로 접합될 수 있다. 일측변부(11) 및 타측변부(11)가 일체로 접합됨에 따라 상술한 바와 같은 불소수지 튜브(도시되지 않음)가 형성된다.
일측변부(11) 및 타측변부(11a)는 도 6에 도시된 바와 같이 부분적으로 중첩되도록 할 수 있는데, 중첩길이(L)는 필요에 따라 조절될 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 일측변부(11) 및 타측변부(11a)가 부분적으로 중첩된 후 접합되면, 일측변부(11)의 일단이 타측변부(11a)의 타면에 접한 부분과 타측변부(11a)의 타단이 일측변부(11)의 일면에 접한 부분에는 접합홈(14)이 형성될 수 있다.
이와 같이 접합홈(14)이 형성된 부분의 두께는 불소수지 시트(10)의 다른 부분보다 접합홈(14)의 깊이만큼 얇아질 수 있고, 접합부(15)는 불소수지 시트(10)의 일체로 형성된 부분과 상이한 인장강도를 가질 수 있다.
따라서, 도 1에 도시된 불소수지 벨로우즈(100)가 사용될 환경, 즉 불소수지 튜브(110)에 가해지는 압력이나 기계적인 외력 등을 미리 고려하여 불소수지 시트(10)의 두께를 결정함으로써 접합홈(14) 및 접합부(15)가 불소수지 튜브(110)의 취약점이 되지 않도록 할 수 있다.
도 8에는 접합의 다른 예를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 일측변부(11) 및 타측변부(11a)에는 접합면(16, 16a)이 각각 형성되어 있다. 접합면(16, 16a)은 불소수지 시트(10)의 일면 또는 타면에 대하여 경사각(θ)을 형성하도록 형성될 수 있다.
접합면(16, 16a)이 경사각을 갖게 되면 접합단계(S30)에서 접합이 행해진 후 도 7에 도시된 접합홈(14)이 형성될 가능성이 매우 낮아질 수 있으므로, 접합단계(S30)에서 형성되는 불소수지 튜브(도시되지 않음)가 전반적으로 균일한 인장강도를 갖게 될 수 있다.
아울러, 롤링단계(S20) 및 접합단계(S30) 사이에는 접합면(16, 16a) 사이에 접합시트(70)가 개재될 수 있다. 접합시트(70)는 접합부(도 7의 15)가 상술한 바와 같이 불소수지 시트(10)의 다른 부분과 상이한 인장강도를 가질 가능성을 최대한 낮추기 위한 것이며, 접합시트(70)에 대해서는 아래에서 다시 설명한다.
경사각(θ)은 0도 내지 90도 사이로 형성될 수 있다.
경사각(θ)이 0도에 가깝도록 작아질수록 일측변부(11) 및 타측변부(11a)의 중첩길이(L)가 길어지므로 접합부(15)가 길어지는 효과, 즉 접합단계(S30)에서 접합이 이루어지는 면적이 증가되는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 경사각(θ)이 작아질수록 접합부(15)의 인장강도는 증가되는 장점을 얻을 수 있다.
그러나, 경사각(θ)이 작아질수록 접합선(도 5의 12)의 폭이 넓어지므로, 접합단계(S30)에서 접합바(51, 52)가 가압 및 가열해야 하는 면적이 증가되어 가압수단의 가압용량 및 가열수단의 가열용량이 증가되어야 하는 단점이 있다.
반대로, 경사각(θ)이 90도에 가깝도록 증가될수록 일측변부(11) 및 타측변부(11a)의 중첩길이(L)가 짧아지므로 접합단계(S30)에서 접합이 이루어지는 면적이 감소되어 접합부(15)의 인장강도가 감소되는 단점이 있는 반면, 접합선(도 5의 12)의 폭이 좁아지므로, 접합단계(S30)에서 접합바(51, 52)의 가압용량 및 가열용량이 감소될 수 있는 장점이 있다.
그러므로 접합면(16, 16a)의 경사각(θ)은 0도에서 90도 이내에서 적절한 각도가 되도록 선택할 수 있으며, 재단단계(S20)에서는 일측변부(11) 및 타측변부(11a)를 재단할 때 접합면(16, 16a)의 경사각(θ)이 선택된 각도가 되도록 할 수 있다.
도 9에는 접합의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 접합면(16, 16a)에 복수의 접합돌기(17, 17a) 및 접합홈(18, 18a)이 형성되어 있다.
복수의 접합홈(18, 18a)은 복수의 접합돌기(17, 17a)와 상응하는 형상으로 형성되어 접합면(16, 16a)이 서로 접했을 때 복수의 접합돌기(17, 17a)가 복수의 접합홈(18, 18a)에 각각 안착된다.
복수의 접합돌기(17)의 단부들은 도시된 바와 같이 불소수지 시트(도 3의 10)가 롤링되기 전 일측변부(11)의 단부로부터 타측변부(11a)를 향하는 방향으로 형성되고, 복수의 접합돌기(17a)의 단부들은 타측변부(11a)의 단부로부터 일측변부(11)를 향하는 방향으로 형성되고, 복수의 접합홈(18, 18a)은 그에 상응하는 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
이는 일측변부(11) 및 타측변부(11a)가 롤링단계(S20)에서 서로 접하게 되었을 때 복수의 접합돌기(17, 17a) 및 복수의 접합홈(18, 18a)이 서로 삽입되어, 접합단계(S30)에서 접합선(12)이 접합바(11, 12) 사이에 배치되는 과정에서 일측변부(11) 및 타측변부(11a)가 이탈되는 것을 방지하여 접합단계(S30)가 용이해지는 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 복수의 접합돌기(17, 17a) 및 복수의 접합홈(18, 18a)에 의하여 접합면(16, 16a)의 표면적이 증가됨에 따라 접합이 일어나는 면적이 증가됨으로써 접합부(15)의 인장강도가 증가되는 효과도 얻을 수 있다.
도 10에는 요철부가 형성된 접합선(22)을 갖는 롤링된 불소수지 시트(20)가 예시되어 있다.
도 10을 참조하면, 접합선(22)의 요철부는 파상(waveform)으로 형성될 수 있다. 이러한 접합선(22)은 재단단계(S10)에서 일측변부(21) 및 타측변부(21a)를 재단할 때 형성될 수 있다.
접합선(22)이 파상으로 형성되면 앞에서 설명한 직선형 접합선(12)에 비하여 접합단계(S30)에서 접합되는 면적이 넓어지므로, 접합단계(S30)를 거쳐 형성될 불소수지 튜브(도시되지 않음)의 인장강도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
도 11에는 요철부가 형성된 접합선(32)을 갖는 롤링된 불소수지 시트(30)가 예시되어 있고, 도 12에는 접합선(32)을 도 11에 B로 표시한 방향에서 본 확대도가 도시되어 있다.
도 11을 참조하면, 접합선(32)의 요철부는 지그재그 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 접합선(32)은 재단단계(S10)에서 일측변부(31) 및 타측변부(31a)를 재단할 때 형성될 수 있다.
접합선(32)의 요철부 중 철부, 즉 돌출된 부분은 접합선(32)으로부터 돌출되기 시작하는 부분인 경부(322) 및 돌출된 부분인 두부(321)로 이루어진다. 이때, 철부는 돌출된 방향으로 갈수록, 즉 두부(321)로부터 경부(322)로 갈수록 그 폭이 증가되는 부분이 형성된다.
이러한 형상의 일측변부(31) 및 타측변부(31a)가 롤링단계(S20)에서 서로 접하여 접합선(32)이 형성된 후에는 복수의 두부(321)가 복수의 경부(322)에 삽입된다. 따라서 접합단계(S30)를 행하기 위하여 롤링된 불소수지 시트(30)를 접합바(51, 52) 사이에 배치하는 과정에서 일측변부(31) 및 타측변부(31a)가 쉽게 이탈되지 않으므로 불소수지 시트(30)의 취급이 용이해지는 효과를 얻을 수 있다.
아울러 접합선(32)이 직선형 접합선(12)에 비하여 길어지므로, 접합단계(S30)에서 접합되는 면적이 넓어져서 불소수지 튜브(도시되지 않음)의 인장강도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
도 13에는 요철부가 형성된 접합선(42)을 갖는 불소수지 시트(40)의 일부분이 예시되어 있다.
도 13을 참조하면, 접합선(42)의 요철부 중 철부는 경부(422) 및 두부(421)를 가지며, 경부(422)에서 두부(421)로 갈수록 그 폭이 증가되는 부분이 형성된다.
이에 따라 일측변부(41) 및 타측변부(41a)가 롤링단계(S20)에서 서로 접하여 접합선(42)이 형성된 후에는 복수의 두부(421)가 복수의 경부(422)에 삽입되어, 일측변부(41) 및 타측변부(41a)가 쉽게 분리되지 않으므로 불소수지 시트(40)의 취급이 용이해지는 효과를 얻을 수 있다.
아울러 접합선(42)은 직선형 접합선(12)에 비하여 그 길이가 길어지므로 접합단계(S30)를 거쳐 형성될 불소수지 튜브(도시되지 않음)의 인장강도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상술한 바와 같은 재단단계(S10), 롤링단계(S20) 및 접합단계(S30)를 거쳐 형성된 불소수지 튜브(도시되지 않음)는 성형단계(S40)에 의해 복수의 주름이 형성되어 도 1에 도시된 불소수지 튜브(110)의 형상을 갖도록 성형될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 성형단계(S40)에서는 접합단계(S30)에서 형성된 불소수지 튜브의 양단을 막은 후 불소수지 튜브의 외주면에 주름을 형성하기 위한 지그를 배치한 다음, 불소수지 튜브 내에 액체를 가압하여 유입시켜 지그에 의해 지지된 부분은 팽창되지 못하고 그 외의 부분은 팽창되도록 함으로써 복수의 주름이 형성되도록 할 수 있다.
이와 같이 액압을 이용하여 불소수지 튜브(110)에 주름을 형성하는 방법에 대해서는 대한민국특허청 등록특허공보 제10-0963407호(발명의 명칭: 플랜지 장착형 액압성형 테프론 벨로우즈의 제조방법, 등록일: 2010년 6월 4일) 및 대한민국특허청 등록특허공보 제10-0963408호(발명의 명칭: 액압성형 테프론 벨로우즈의 제조방법, 등록일: 2010년 6월 4일)에 상세하게 기재되어 있으므로 더 상세한 설명은 생략한다.
참고로, 성형단계(S40) 전후로는 불소수지 튜브(도시되지 않음)에 도 1에 도시된 플랜지(120)를 결합시키기 위한 플레어부(111)를 형성하는 작업이 행해질 수 있고, 이후 플레어부(111)에 플랜지(120)를 결합시키는 플랜지결합단계가 행해질 수 있다.
여기서, 도시되지는 않았으나 플레어부(111)를 형성하는 방법으로는 불소수지 튜브(도시되지 않음)의 양단부 중 일부의 직경을 증가시키는 방향으로 확장한 후 가압 또는 가열하는 방법 및 그를 위한 장치가 사용될 수 있다.
한편, 다시 도 8을 참조하여 접합시트(70)에 대하여 설명한다.
상기불소수지 벨로우즈의 제조방법은 상기 롤링단계 및 상기 접합단계 사이에 상기 일측변부 및 상기 타측변부 사이에 접합시트를 개재시키는 접합시트 개재 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 접합시트 개재단계는 상기 일측면부와 상기 타측면부의 접착력을 강화시켜 외부 충격 등에 의한 파손을 방지할 뿐만 아니라 상기 벨로우즈의 변형을 방지할 수 있다.
특히 상기 접합단계 이후에 열변성 등으로 벨로우즈의 형상변화가 생기는 경우 상기 벨로우즈의 내구성 감소로 그 수명이 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 상기 접합시트를 사용하는 경우 접합시트에 의한 접착력 강화로 상기 벨로우즈의 내구성이 높아질 뿐만 아니라 상기 접합단계에서의 열변성 등을 최소화 함으로서 외부 충격 등에도 그 수명을 오래 유지할 수 있는 장점을 가진다.
불소수지 벨로우즈의 제조방법은 상기 롤링단계 및 상기 접합단계 사이에 상기 일측변부 및 상기 타측변부는 표면을 에칭액 도포, 초음파 처리, 코로나 방전처리 및 대기압 플라즈마 처리로 이루어군 군에서 선택된 어느 하나로 개질시키는 것인 표면개질단계; 그리고, 상기 일측변부 및 상기 타측변부 사이에 폴리불화비닐라덴(Polyvinylidene fluoride), 불화엘라스토머(Fluoro Elastomer), 폴리페닐비닐렌(Polyphenylene vinylene), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene naphthalate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 접합시트를 개재시키는 접합시트 개재 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 테프론 등의 불소수지로 이루어진 벨로우즈의 경우 화학적 안정성 때문에 일반적인 접착이 어렵다. 따라서 상기 표면 개질 단계를 통하여 표면 에너지를 증가시킴으로서 그 자체로서의 접착성을 발생시키거나 이후의 접합시트에 대한 접착력을 부여하기 위한 것이다. 상기 표면 에너지의 증가에 따라 화학적 활성이 있는 작용기 그룹이 만들어지면서 표면 반응이 일어날 수 있다.
따라서 상기 표면 개질 단계는 에칭액 도포, 초음파 처리, 코로나 방전처리 및 대기압 플라즈마 처리를 이용한 것일 수 있다.
상기 에칭액, 초음파 처리 및 코로나 방전 처리는 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 사용할 수 있는 범위를 모두 포함하는 것으로 본다.
플라즈마 처리는 표면 처리기술 중 다양한 효과를 얻는 방법 중에 하나이다. 물과 아르곤, 산소, 질소, 불소, 탄소 등의 기제는 다양한 응용물에서 용구되는 표면 특성을 생성하는데 이용된다.
상기 대기압 플라즈마는 진공 상태가 아닌 상온, 상압하의 대기중 또는 가스 내 방전에 의해 형성된 플라스마를 의미하는데, 바람직하게 상기 대리압 플라즈마는 질소 및 아르곤을 1: 3 내지 3: 1의 부피비로 혼합된 혼합가스를 사용한 것일 수 있다. 상기 혼합가스를 사용하는 경우 상기 표면 개질 효과가 매우 우수하여 높은 접합성을 나타내고 접합 이후 진동이나 열에너지 등에 의한 변성이 매우 낮아진다는 장점을 가진다.
상기 접합시트 개재 단계에서 폴리불화비닐라덴(Polyvinylidene fluoride), 불화엘라스토머(Fluoro Elastomer), 폴리페닐비닐렌(Polyphenylene vinylene), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene naphthalate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 접합시트를 사용하는 경우 접합력이 크게 높아질 뿐만 아니라 진동 및 열에 의한 변성이 크게 감소되어 상기 벨로우즈의 수명을 높게 유지시킬 수 있다는 장점을 가진다.
특히 상기 혼합가스를 사용한 대기압 플라즈마에 의한 표면 개질로 표면 개질 단계를 거친 경우 상기 일측변부 및 상기 타측변부가 상기 접합시트의 일면 및 타면과 강하게 결합되어 상기 벨로우즈의 내구성을 높일 수 있는 장점을 가진다. 또한 상기 접합시트를 사용한 경우 일반적인 접합과정에 문제되는 내식성 및 내열성의 저하문제가 없을 뿐만 아니라 진동에 대한 내구성도 높아지는 장점을 가진다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 상기 표면 개질 단계 및 접합시트 개재 단계를 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[제조예 1: 표면 개질 및 접합시트 사용]
상기 표면 개질 및 접합시트 사용에 따른 효과를 확인하기 위하여 하기의 표 1과 같은 조건에 따라 실시예를 제조하였다. 하기의 실시예는 동일한 조건으로 가열하는 방법을 접합단계를 진행하였으며, 기타 상기 벨로우즈의 제조방법은 상기 발명의 상세한 설명에 따라 동일한 조건으로 제조하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예6
표면개질 공정 - - A B C D E
접합시트 사용여부 - PVF PVF PVF PVF PVF PVF
- A 공정: 암모니아를 포함하는 에칭액 사용.
- B 공정: 코로나 방사 처리.
- C 공정: NH3 및 N2의 혼합기체의 대기압 플라즈마 처리.
- D 공정: N2 및 Ar이 1 : 2의 부피비로 혼합된 혼합기체의 대기압 플라즈마.
- E 공정: N2 및 Ar이 1 : 4의 부피비로 혼합된 혼합기체의 대기압 플라즈마.
- PVF: 폴리불화비닐라덴(Polyvinylidene fluoride) 필름.
[시험예 1: 접합성 평가]
상기 제조예에 따라 접합된 실시예에 대하여 접합단계에서 열변성 발생 여부 및 접착력을 평가하였다. 상기 열변성 발생여부는 유관으로 평가하여 그 결과를 실시예 1의 측정값을 기준으로 1 내지 10의 지수로 평가하였으며, 그 숫자가 높을 수록 열변성이 낮아 우수한 것이다. 또한 상기 접착력은 접착 인장강도로 접착부에 5kgf/mm2로 인장력을 가하여 평가하였고, 그 결과를 실시예 1의 측정값을 기준으로 1 내지 10의 지수로 나타내었으며, 그 결과는 숫자가 높을수록 접착력이 우수한 것이다. 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7
열변성 1 4 6 7 7 7 7
접착력 1 1 6 6 5 8 5
상기 표 2를 참조하면 접착시트를 사용하는 경우 접합단계의 가열에 의한 열변성이 줄어드는 것을 확인할 수 있었고, 표면개질을 거치는 경우 접착성이 높아지는 것을 확인할 수 있었다. 특히 실시예 6에 의하는 경우 접착성이 크게 높아지는 것을 확인할 수 있었다.
[제조예 2: 접합시트 종류에 따른 접합성 평가]
열변성에 대한 저항성 및 접착성이 가장 우수한 실시예 6을 기초로 상기 접합시트 별 그 효과상 차이를 확인하기 위해 하기의 실시예를 제조하였다.
실시예6 실시예8 실시예9 실시예10
표면개질 공정 D D D D
접합시트 사용여부 PVF FE PPV PRNP
- D 공정: N2 및 Ar이 1 : 2의 부피비로 혼합된 혼합기체의 대기압 플라즈마.
- PVF: 폴리불화비닐라덴(Polyvinylidene fluoride) 필름.
- PE: 불화엘라스토머(Fluoro Elastomer) 시트.
- PPV: 폴리페닐비닐렌(Polyphenylene vinylene) 필름.
- PRNP: 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene naphthalate)을 포함하는 필름
[시험예 2: 접합성 평가]
상기 시험예 1과 마찬가지의 방법에 따라 상기 실시예 8 내지 10에 대한 열변성 및 접합성 평가를 하여 그 결과를 실시에 6과 비교하여 하기의 표 4에 나타내었다.
실시예6 실시예8 실시예9 실시예10
열변성 7 8 7 6
접착력 8 9 7 7
상기 표 4를 참조하면 실시예 8에 의하는 경우 열변성이 가장 낮고 접착력이 우수하여 전체로서 가장 내구성이 우수한 접합층을 형성할 수 있도록 함으로서 내구성이 가장 우수한 벨로우즈를 제조할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 실시예에 따른 불소수지 벨로우즈 제조방법에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10, 20, 30, 40: 불소수지 시트
11, 21, 31, 41: 일측변부
11a, 21a, 31a, 41a: 타측변부
12, 22, 32, 42: 접합선
14: 결합홈
15: 접합부
16, 16a: 접합면
17, 17a: 접합돌기
18, 18a: 접합홈
20, 30, 40: 불소수지 시트
22, 32, 42: 접합선
321, 421: 두부
322, 422: 경부
51, 52: 접합바

Claims (8)

  1. 불소수지 판재를 재단하여 서로 상응하는 형상의 일측변부 및 타측변부를 갖는 불소수지 시트를 형성하는 재단단계;
    재단된 상기 불소수지 시트의 상기 일측변부 및 상기 타측변부가 서로 접하여 접합선이 형성되도록 롤링하는 롤링단계;
    상기 일측변부 및 상기 타측변부는 표면을 대기압 플라즈마 처리로 개질시키는 표면개질단계;
    상기 일측변부 및 상기 타측변부 사이에 불화엘라스토머(Fluoro Elastomer)를 포함하는 접합시트를 개재시키는 접합시트 개재 단계;
    접합장치에 구비된 한 쌍의 접합바 사이에 상기 접합선을 배치되도록 한 다음, 상기 한 쌍의 접합바로 상기 접합선을 가열하면서 상기 접합선을 접합시켜 불소수지 튜브를 형성하는 접합단계;
    상기 불소수지 튜브에 복수의 주름이 형성되도록 하는 성형단계; 및
    상기 불소수지 튜브의 양단부에 플랜지를 결합시키는 플랜지결합단계;를 포함하고,
    상기 대기압 플라즈마는 질소(N2) 및 아르곤(Ar)을 1:3의 부피비로 혼합된 혼합가스를 사용하고,
    상기 재단단계에서는,
    상기 일측변부 및 상기 타측변부에 상기 불소수지 시트의 일면 또는 타면에 대하여 90도 이내의 경사각을 갖는 접합면을 각각 형성하고,
    상기 접합면에는,
    상기 일측변부 또는 상기 타측변부의 단부로부터 상기 타측변부 또는 상기 일측변부를 향하는 방향으로 형성되는 복수의 접합돌기 및 상기 복수의 접합돌기 사이에 형성되되, 상기 복수의 접합돌기와 상응하는 형상의 복수의 접합홈이 형성되는 것을 포함하는
    불소수지 벨로우즈의 제조방법.
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