KR101857645B1

KR101857645B1 - 화이버 보강 로토 몰딩 방법

Info

Publication number: KR101857645B1
Application number: KR1020170135690A
Authority: KR
Inventors: 김종식; 양두경; 김홍규
Original assignee: 주식회사 구보
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2018-05-14

Abstract

본 발명에 따른 화이버 보강 로토 몰딩 방법은, 열가소성 수지를 분말 형태의 수지 파우더로 준비하고, 유리섬유 또는 탄소섬유를 길이가 0.3mm 내지 1.65mm 범위로 분쇄하여 분말 형태의 밀드 화이버로 준비하기 때문에, 수지 파우더와 밀드 화이버의 겉보기 비중이 유사하여 밀드 화이버가 수지 파우더에 고르게 혼합될 수 있으므로, 제품 성형시 제품의 강도 보강 효과가 향상될 수 있다. 또한, 수지 파우더와 밀드 화이버의 혼합이 잘 이루어지기 때문에, 수지 파우더와 밀드 화이버를 미리 혼합시킨 후 혼합된 혼합 분말을 몰드의 내부로 공급하기 때문에, 공급 설비의 구성이 간단해질 수 있는 이점이 있다.

Description

화이버 보강 로토 몰딩 방법{Fiber reinforced roto molding method}

본 발명은 섬유 보강 로토 몰딩 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수지 파우더와 밀드 화이버(milled fiber)를 에어 믹서로 혼합한 혼합 분말을 이용하여 로토 몰딩함으로써, 수지에 화이버가 고르게 분포되어 강도 보강 효과를 보다 향상시킬 수 있는 화이버 보강 로토 몰딩 방법에 관한 것이다.

일반적으로 로토 몰딩(Roto molding) 방법은 통 형상의 몰드를 회전시키면서 수지 등의 재료를 투입하고, 내부 또는 외부에서 가열을 하면서 내부가 비어 있는 제품을 성형하는 공정이다. 이러한 로토 몰딩 방법은, 물탱크나 연료 탱크 등의 제작에 적용되고 있다.

그러나, 종래의 로토 몰딩 방법을 이용하여 수지로 제작된 제품은 내열성이 부족하고 기계적 강도가 약한 문제점이 있다. 기계적 강도를 보강하기 위하여 제품의 두께를 증가시킬 경우, 두께 증가로 인해 중량이 증가되고 생산비용이 증가되는 문제점이 있다.

또한, 기계적 강도를 보강하기 위하여 수지와 단섬유(chopped fiber)를 혼합하여 사용할 경우, 수지와 단섬유의 겉보기 비중(Bulk density) 차이로 인해 단섬유가 수지 전체에 고르게 배치되지 못하므로 균일성이 저하되고 강도 보강 효과도 낮은 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 단섬유의 투입량을 증가시킬 경우, 단섬유의 투입량 대비 강도 상승 효율은 매우 낮기 때문에, 비용만 증가하는 문제점이 있다.

한국등록특허 10-1287718호

본 발명의 목적은, 제품의 강도를 보다 향상시킬 수 있는 화이버 보강 로토 몰딩 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 화이버 보강 로토 몰딩 방법은, PP, PE, PVC, Nylon 중 적어도 하나를 포함하는 열가소성 수지를 분말 형태의 수지 파우더로 제조하는 수지 파우더 준비공정과, 유리섬유와 탄소섬유 중 적어도 하나를 포함하는 보강 섬유를 밀(mill)을 이용하여 길이가 0.3mm 내지 1.65mm로 분쇄하여, 분말 형태의 밀드 화이버를 제조하는 밀드 화이버 준비공정과, 상기 수지 파우더 준비공정에서 제조된 수지 파우더를 에어 믹서(air mixer)의 파우더 공급부에 공급하는 파우더 공급공정과, 상기 밀드 화이버 준비공정에서 제조된 밀드 화이버를 상기 에어 믹서의 화이버 공급부에 공급하는 화이버 공급공정과, 상기 에어 믹서의 기체 공급 노즐을 통해 기체를 상기 화이버 공급부에 공급하는 기체 공급공정과,상기 파우더 공급부로부터 상기 에어 믹서의 본체부에 상기 수지 파우더가 투입되고, 상기 화이버 공급부로부터 상기 본체부에 상기 밀드 화이버와 상기 기체가 투입되면, 상기 기체의 유동에 의해 상기 수지 파우더와 상기 밀드 화이버가 미리 설정된 비율로혼합되어 혼합 분말이 형성되는 공정과, 상기 본체부의 기체를 상기 에어 믹서의 기체 배출구를 통해 외부로 배출시킨 후, 상기 혼합 분말을 저장부로 이송하는 이송 공정과, 상기 저장부에서 상기 혼합 분말의 비중을 감지하고, 상기 비중이 미리 설정된 설정범위를 벗어나면 상기 파우더 공급부와 상기 화이버 공급부에서 각각 공급 비율을 제어하는 조절 공정과, 상기 비중이 상기 설정범위내에 들면, 원통형의 몰드를 로토 몰딩기의 회전수단에 결합하고, 상기 로토 몰딩기의 회전수단을 회전시켜 상기 몰드를 회전시키는 몰드 회전공정과, 상기 몰드 회전공정에서 상기 몰드가 회전되고 있는 상태에서, 상기 몰드의 내부에 상기 저장부에 저장된 상기 혼합 분말을 공급하는 혼합 분말 공급공정과, 상기 몰드가 회전되고 상기 혼합 분말이 공급되는 상태에서 상기 로토 몰딩기의 가열수단을 이용해 상기 몰드의 내부와 외부 중 적어도 일측에서 가열하여, 상기 혼합분말이 상기 몰드의 내벽에 소정의 두께로 도포되면서 제품이 성형되는 제품 성형공정을 포함한다.

본 발명에 따른 화이버 보강 로토 몰딩 방법은, 열가소성 수지를 분말 형태의 수지 파우더로 준비하고, 유리섬유 또는 탄소섬유를 길이가 0.3mm 내지 1.65mm 범위로 분쇄하여 분말 형태의 밀드 화이버로 준비한 후, 에어 믹서를 통해 혼합함으로써, 수지 파우더와 밀드 화이버의 겉보기 비중이 유사하여 밀드 화이버가 수지 파우더에 고르게 혼합될 수 있으므로, 제품 성형시 제품의 강도 보강 효과가 향상될 수 있다.

또한, 에어 믹서를 통해 수지 파우더와 밀드 화이버의 혼합이 잘 이루어지기 때문에, 수지 파우더와 밀드 화이버를 미리 혼합시킨 후 혼합된 혼합 분말을 몰드의 내부로 공급하기 때문에, 공급 설비의 구성이 간단해질 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화이버 보강 로토 몰딩 방법이 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화이버 보강 로토 몰딩 방법을 실시하기 위한 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 먼저, 수지 파우더 준비공정에서 열가소성 수지를 분말 형태의 수지 파우더(1)로 제조한다.(S10)

상기 열가소성 수지는, PP, PE, PVC, Nylon 중 적어도 하나를 포함한다. 다만, 이에 한정되지 않고 열을 가하여 성형이 가능한 열가소성 수지라면 어느 것이라도 사용가능하다.

또한, 밀드 화이버 준비공정에서 유리섬유와 탄소섬유 중 적어도 하나를 포함하는 보강 섬유를 분쇄하여, 분말 형태의 밀드 화이버(milled fiber)(2)를 제조한다.(S20)

상기 보강 섬유는, 3mm 내지 12mm 범위의 단섬유(chopped fiber)를 사용할 수 있다. 상기 보강 섬유를 밀(mill)을 이용하여 분쇄한다. 상기 밀은 해머 밀이나 비드 밀 등을 이용한다. 상기 보강 섬유를 상기 밀을 이용하여 분쇄하여, 길이가 0.3mm 내지 1.65mm 범위에 드는 분말 형태의 밀드 화이버(2)를 제조한다.

이후, 에어 믹서(Air mixer)(10)를 통해 상기 수지 파우더(1)와 상기 밀드 화이버(2)를 혼합하여 혼합 분말을 제조한다.(S30)

상기 혼합 분말을 제조하는 공정은 다음과 같다.

상기 수지 파우더 준비공정에서 제조된 상기 수지 파우더(1)를 에어 믹서(Air mixer)(10)에 구비된 파우더 공급부(11)에 공급한다.(S31)

상기 파우더 공급부(11)에는 상기 수지 파우더(1)의 공급을 단속하는 파우더 공급밸브(11a)가 구비된다.

또한, 상기 밀드 화이버 준비공정에서 제조된 상기 밀드 화이버(2)를 상기 에어 믹서에 구비된 화이버 공급부(20)에 공급한다.(S32)

상기 화이버 공급부(20)는, 상기 밀드 화이버(2)가 직접 공급되는 제1화이버 공급부(21)와, 상기 제1화이버 공급부(21)에 연결되고 상기 제1화이버 공급부(21)로부터 상기 밀드 화이버(2)가 공급되고 후술하는 기체도 공급되는 제2화이버 공급부(22)를 포함한다. 상기 제1화이버 공급부(21)에는 상기 밀드 화이버(2)의 공급을 단속하는 제1공급밸브(21a)가 구비된다. 상기 제2화이버 공급부(22)에는 상기 밀드 화이버(2)와 상기 기체의 공급을 단속하는 제2공급밸브(22a)가 구비된다.

본 실시예에서는, 상기 파우더 공급부(11)는 상기 에어 믹서(10)의 상면에 연결되어 상기 수지 파우더(1)가 상기 에어 믹서(10)로 하향 공급되고, 상기 화이버 공급부(20)는 상기 에어 믹서(10)의 측면에 구비되어 상기 밀드 화이버(2)가 측방향으로 공급되는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 파우더 공급부(11)와 상기 화이버 공급부(20)가 상기 에어 믹서(10)의 상면에 구비되어 상측을 통해 하향 공급되는 것도 물론 가능하다.

또한, 상기 제2화이버 공급부(22)에 연결된 기체 공급 노즐(23)을 통해 기체를 상기 제2화이버 공급부(22)에 공급한다.(S33)

상기 기체 공급 노즐(23)은, 단부가 상기 제2화이버 공급부에 삽입되어 상기 본체부를 향한 측방향으로 기체를 공급하도록 배치된다.

이후, 상기 파우더 공급밸브(11a), 상기 제1공급밸브(21a) 및 제2공급밸브(22a)는 모두 개방되면, 상기 수지 파우더(1)가 상기 본체부(15)로 하향 투입되고, 상기 밀드 화이버(2)는 상기 기체와 함께 혼합되어 상기 본체부(15)로 측방향으로 투입된다.

상기 밀드 화이버(2)가 상기 기체와 함께 상기 본체부(15)로 공급되기 때문에, 상기 밀드 화이버(2)의 공급이 원활해질 수 있다.

따라서, 상기 본체부(15)에서는, 상기 기체의 유동에 의해 상기 수지 파우더(1)와 상기 밀드 화이버(2)가 미리 설정된 비율로 혼합되어 혼합 분말이 제조된다.(S34)

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 본체부(15)의 측면에는 기체 공급노즐이 구비되어 상기 본체부(15)로 직접 기체를 분사하는 것도 물론 가능하다.

상기 본체부(15)에서 상기 수지 파우더(1)와 상기 밀드 화이버(2)가 미리 설정된 비율로 혼합되면, 상기 본체부(15)의 기체를 기체 배출구(16)를 통해 강제 배출시킨다. 상기 기체가 강제 배출되면, 상기 본체부(15)의 하부에 상기 수지 파우더(1)와 상기 밀드 화이버(2)가 혼합된 혼합 분말이 가라앉게 된다.

상기 기체 배출구(16)는 상기 본체부(15)의 하부 측면에 형성된다.

상기 기체 배출구(16)에는 기체를 강제 배출시키는 배출팬(16b)이 구비될 수 있다. 또한, 상기 기체 배출구(16)에는 상기 수지 파우더(1)와 상기 밀드 화이버(2)가 혼합된 혼합분말의 배출을 방지하도록 방지막(16a)이 구비될 수 있다.

상기 본체부(15)에서 혼합된 상기 혼합분말은 저장부(30)에 일시 저장될 수 있다. (S40)

상기 본체부(15)의 하부에는 상기 혼합분말을 배출시키는 배출구(15a)가 연결되고, 상기 배출구에는 혼합분말 배출밸브(15b)가 구비될 수 있다.

상기 저장부(30)에는 상기 혼합분말의 비중을 감지하는 비중 감지부(미도시)가 구비된다.

상기 비중 감지부(미도시)에서 상기 혼합분말의 비중을 감지하고, 감지된 비중이 미리 설정된 설정 범위를 벗어나는지 여부를 판단한다.(S50)

상기 혼합분말의 비중이 각 설정 범위를 벗어나면, 상기 수지 파우더(1)나 상기 밀드 화이버(2)의 공급량을 제어할 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 수지 파우더(1)와 상기 밀드 화이버(2)는 미리 설정된 비율로 혼합된다. 상기 밀드 화이버(2)는 상기 혼합 분말의 총 중량 대비 10wt% 내지 30wt%로 혼합되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 밀드 화이버(2)와 상기 수지 파우더(1) 사이의 결합력이 강화되고, 최종 성형 제품의 형태가 안정적으로 유지될 수 있다.

상기 단섬유와 상기 수지 파우더(1)를 혼합하는 경우, 상기 단섬유와 상기 수지 파우더(1)의 겉보기 비중(Bulk density)의 차이로 인해 혼합이 잘 이루어지지 않으므로 제품 성형시 제품의 부분적으로 강도 보강되는 한계가 있다. 그러나, 본 실시예에서와 같이, 상기 단섬유를 분쇄하여 제조한 상기 밀드 화이버(2)와 상기 수지 파우더(1)를 혼합하는 경우, 상기 밀드 화이버(2)와 상기 수지 파우더(1)의 겉보기 비중이 거의 유사하므로 상기 밀드 화이버(2)가 상기 수지 파우더(1)내에서 고르게 혼합될 수 있으므로, 제품 성형시 제품 전체에 대해 강도 보강 효과를 얻을 수 있다.

본 실시예에서는, 에어 믹서를 이용하여 상기 수지 파우더(1)와 상기 밀드 화이버(2)를 혼합하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 교반기를 이용하거나 상기 에어 믹서(10)와 상기 교반기를 모두 이용하는 것도 가능하다.

상기와 같이 상기 혼합 분말이 준비되면, 몰드 회전공정에서 제품 성형을 위한 원통형의 몰드를 로토 몰딩기(40)의 회전수단에 결합하고, 상기 로토 몰딩기(40)의 회전수단을 회전시켜 상기 몰드를 회전시킨다. (S60)

상기 몰드가 회전되면, 상기 몰드의 내부에 상기 혼합 분말을 공급하는 혼합분말 공급공정을 수행한다.(S70)

상기 혼합 분말은, 상기 에어 믹서(10)에서 제조된 후 상기 저장부(30)에 저장되었다가 분말 공급수단(32)을 통해 상기 로토 몰딩기(40)로 공급된다.

상기 분말 공급수단(32)은, 상기 저장부(30)와 상기 로토 몰딩기(40)를 연결하는 연결관을 포함한다. 상기 연결관에는, 송풍팬이나 별도의 압축공기를 공급하는 압축공기 공급부가 구비될 수 있다.

상기와 같이 회전하는 몰드에 상기 혼합 분말이 공급되면, 상기 로토 몰딩기의 가열수단을 이용해 상기 몰드의 내부와 외부 중 적어도 일측을 가열하면서 열을 이용하여 제품을 성형하는 제품 성형공정을 수행한다.(S80)

상기 제품 성형공정에서 상기 몰드를 가열하면, 상기 수지 파우더(1)와 상기 밀드 화이버(2)가 혼합된 혼합 분말이 잘 녹으면서, 상기 몰드의 내벽에 소정의 두께로 도포되면서 원통형의 제품이 성형될 수 있다. 상기 두께는, 상기 몰드의 회전속도 및 성형 온도에 따라 제어될 수 있다.

상기와 같이, 본 실시예에서는 상기 열가소성 수지와 상기 유리 섬유 또는 탄소 섬유를 모두 분말 형태로 만들기 때문에, 서로 혼합이 잘 이루어질 수 있다. 상기 수지 파우더(1)와 상기 밀드 화이버(2)의 혼합이 잘 이루어질 수 있기 때문에, 상기 수지 파우더(1)와 상기 밀드 화이버(2)를 미리 혼합시킨 후, 혼합된 혼합 분말을 상기 몰드의 내부에 공급할 수 있으므로 공급이 용이할 뿐만 아니라, 공급 설비도 간단해질 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 수지 파우더(1)와 상기 밀드 화이버(2)를 미리 혼합시킨 후 상기 몰드의 내부에 공급하기 때문에, 상기 수지 파우더(1)와 상기 밀드 화이버(2)의 비율을 제어하는 것이 용이하다. 한편, 상기 수지 파우더(1)와 보강재를 상기 몰드에 별도로 각각 공급할 경우, 각각의 공급 설비가 필요할 뿐만 아니라 각각의 공급량을 별도로 제어해야 하기 때문에 설비 및 제어가 복잡한 문제점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 수지 파우더 2: 밀드 화이버
10: 에어 믹서 11: 파우더 공급부
20: 화이버 공급부 23: 기체 공급 노즐
15: 본체부 16: 기체 배출구
30: 저장부 40: 로토 몰딩기

Claims

PP, PE, PVC, Nylon 중 적어도 하나를 포함하는 열가소성 수지를 분말 형태의 수지 파우더로 제조하는 수지 파우더 준비공정과,
유리섬유와 탄소섬유 중 적어도 하나를 포함하는 보강 섬유를 밀(mill)을 이용하여 길이가 0.3mm 내지 1.65mm로 분쇄하여, 분말 형태의 밀드 화이버를 제조하는 밀드 화이버 준비공정과,
상기 수지 파우더 준비공정에서 제조된 수지 파우더를 에어 믹서(air mixer)의 파우더 공급부에 공급하는 파우더 공급공정과,
상기 밀드 화이버 준비공정에서 제조된 밀드 화이버를 상기 에어 믹서의 화이버 공급부에 공급하는 화이버 공급공정과,
상기 에어 믹서의 기체 공급 노즐을 통해 기체를 상기 화이버 공급부에 공급하는 기체 공급공정과,
상기 파우더 공급부로부터 상기 에어 믹서의 본체부에 상기 수지 파우더가 투입되고, 상기 화이버 공급부로부터 상기 본체부에 상기 밀드 화이버와 상기 기체가 투입되면, 상기 기체의 유동에 의해 상기 수지 파우더와 상기 밀드 화이버가 미리 설정된 비율로혼합되어 혼합 분말이 형성되는 공정과,
상기 본체부의 기체를 상기 에어 믹서의 기체 배출구를 통해 외부로 배출시킨 후, 상기 혼합 분말을 저장부로 이송하는 이송 공정과,
상기 저장부에서 상기 혼합 분말의 비중을 감지하고, 상기 비중이 미리 설정된 설정범위를 벗어나면 상기 파우더 공급부와 상기 화이버 공급부에서 각각 공급 비율을 제어하는 조절 공정과,
상기 비중이 상기 설정범위내에 들면, 원통형의 몰드를 로토 몰딩기의 회전수단에 결합하고, 상기 로토 몰딩기의 회전수단을 회전시켜 상기 몰드를 회전시키는 몰드 회전공정과,
상기 몰드 회전공정에서 상기 몰드가 회전되고 있는 상태에서, 상기 몰드의 내부에 상기 저장부에 저장된 상기 혼합 분말을 공급하는 혼합 분말 공급공정과,
상기 몰드가 회전되고 상기 혼합 분말이 공급되는 상태에서 상기 로토 몰딩기의 가열수단을 이용해 상기 몰드의 내부와 외부 중 적어도 일측에서 가열하여, 상기 혼합분말이 상기 몰드의 내벽에 소정의 두께로 도포되면서 제품이 성형되는 제품 성형공정을 포함하고,
상기 파우더 공급부는 상기 본체부의 상면에 연결되어 상기 수지 파우더를 상기 본체부로 하향 공급하고,
상기 파우더 공급부와 상기 본체부가 연결되는 부분에는 상기 수지 파우더의 공급을 단속하는 파우더 공급밸브가 구비되고,
상기 화이버 공급부는 상기 밀드 화이버가 하향 공급되는 제1화이버 공급부와, 상기 제1화이버 공급부에 연결되고 상기 본체부의 측면에 연결되어 상기 밀드 화이버를 상기 본체부로 측방향으로 공급하는 제2화이버 공급부를 포함하고,
상기 제1화이버 공급부와 상기 제2화이버 공급부가 연결되는 부분에는 상기 밀드 화이버의 공급을 단속하는 제1공급밸브가 구비되고,
상기 제2화이버 공급부와 상기 본체부가 연결되는 부분에는 상기 제2화이버 공급부로부터 상기 본체부로 상기 밀드 화이버와 상기 기체의 공급을 단속하는 제2공급밸브가 구비되고,
상기 기체 공급 노즐은, 단부가 상기 제2화이버 공급부에 삽입되어 상기 본체부를 향한 측방향으로 기체를 공급하도록 형성되고,
상기 기체 배출구는, 상기 본체부의 하부 측면에 형성되고,
상기 기체 배출구에는 상기 기체를 강제 배출시키기 위한 배출팬과, 상기 혼합분말의 배출을 방지하기 위한 방지막이 구비되고,
상기 저장부는, 상기 본체부의 하부에 연결되고,
상기 저장부와 상기 본체부가 연결된 부분에는 상기 혼합분말의 배출을 단속하는 혼합분말 배출밸브가 구비된 화이버 보강 로토 몰딩 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 밀드 화이버는, 상기 혼합 분말의 총 중량에 대해 10wt% 내지 30wt% 인 화이버 보강 로토 몰딩 방법.