KR101868736B1 - 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치 - Google Patents

고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치 Download PDF

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Abstract

간단한 공정으로 성형품을 제작하고, 소결을 위한 후가공이 별도로 요구되지 않는 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치를 제시한다. 그 장치는 고정판 및 상기 고정판과 간격(D)을 이루도록 이동하는 이동판을 구비하고, 간격(D)에는 성형 분말 및 상온경화로 이루어진 슬러리가 담지된 고분자 봉지의 봉지 몸체가 위치하며, 봉지 몸체는 봉지 몸체와 연결된 봉지 걸이에 의해 봉지 고정대에 고정되고, 봉지 고정대는 고정판 및 이동판의 상부에 위치한다.

Description

고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치{Apparatus of manufacturing molded article using polymer envelope}
본 발명은 성형품 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고분자 봉지를 활용하여 다양하고 복잡한 형상의 성형품을 쉽게 제조하는 장치에 관한 것이다.
성형은 플라스틱이나 금속 등 소성을 가진 재료를 열이나 압력 등을 가하여 원하는 모양으로 만드는 것이다. 성형방법은 압축, 사출, 압출, 용융, 적층, 롤 성형법 등이 있으며, 재질, 용도 등에 따라 다양하게 존재한다. 또한, 금속의 분말이나 탄화물, 질화물 및 산화물 등의 분체는 융점이 높아서 앞에서 제시한 방식은 적용하기 어려워서, 그들의 융점 이하의 온도에서 각각의 조건에 적합한 분위기에서 구워 결합시키는 분말소결법이 활용된다. 일반적으로, 분말소결법은 과립 형태의 분말을 바인더와 함께 성형한 다음, 그린(green) 가공을 한 후에 이를 소결하는 방식이 채용된다.
국내등록특허 제10-1340113호는 분말 금속 플레이트를 제조하는 방법에 관한 것으로, 금속 분말을 압연하여 압착 생형 스트립(GS)을 형성하는 것을 제시하고 있다. 국내공개특허 제1986-0001898 호는 금속 분말을 적층하여, 압연로울러로 정형하는 방식을 설명하고 있다. 하지만, 압연 방식은 상대적으로 작은 플레이트를 제조하기에는 공정이 필요 이상으로 복잡하고, 소결을 하기 위해서는 후가공이 필요하다. 또한, 석고 금형을 활용하여 분말 금속으로 플레이트를 제조하는 방식이 있다. 그런데, 석고 금형을 이용하는 것은 석고 금형이 필요하며, 역시 소결을 위한 후가공이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 간단한 공정으로 성형품을 제작하고, 소결을 위한 후가공이 별도로 요구되지 않는 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치는 고정판 및 상기 고정판과 간격(D)을 이루도록 이동하는 이동판을 구비하는 성형품 제조장치에 있어서, 상기 간격(D)에는 성형 분말 및 상온경화로 이루어진 슬러리가 담지된 고분자 봉지의 봉지 몸체가 위치하고, 상기 봉지 몸체는 상기 봉지 몸체와 연결된 봉지 걸이에 의해 봉지 고정대에 고정되며, 상기 봉지 고정대는 상기 고정판 및 이동판의 상부에 위치한다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 이동판은 간격 조절기에 의해 이동한다. 상기 봉지 몸체는 폭(W) 및 높이(H)를 가진다. 상기 봉지 몸체는 복수개가 배치되며, 상기 봉지 몸체들은 동일한 폭(W) 및 높이(H)를 가지거나 서로 다른 폭(W) 및 높이(H)를 가질 수 있다. 상기 봉지 몸체의 내부는 소수성을 부여하는 소수성 코팅층을 포함할 수 있다. 상기 고정판 또는 이동판 또는 양측 모두 중의 어느 하나에는 오목부 또는 볼록부 또는 상기 오목부와 볼록부의 조합 중의 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 성형 분말은 금속 또는 세라믹 또는 그 혼합물로 이루어질 수 있다. 상기 상온경화 바인더는 페놀계 수지를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치에 의하면, 성형 분말과 상온에서 경화되는 바인더가 혼합된 슬러리를 고분자 봉지에 투입한 상태에서 성형함으로써, 간단한 공정으로 성형품을 제작하고 소결을 위한 후가공이 별도로 요구되지 않는다. 또한, 고정판 또는 이동판의 형상을 조절하여, 다양한 형태의 성형품을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치의 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치에 적용되는 고정판 또는 이동판의 변형예를 설명하기 위한 단면도들이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 한편, 상부, 하부, 정면 등과 같이 위치를 지적하는 용어들은 도면에 나타낸 것과 관련될 뿐이다. 실제로, 성형품 제조장치는 임의의 선택적인 방향으로 사용될 수 있으며, 실제 사용할 때 공간적인 방향은 제조장치의 방향 및 회전에 따라 변한다.
본 발명의 실시예는 성형 분말과 상온에서 경화되는 바인더가 혼합된 슬러리를 고분자 봉지에 투입한 상태에서 성형함으로써, 간단한 공정으로 성형품을 제작하고 소결을 위한 후가공이 별도로 요구되지 않는 성형품 제조장치를 제시한다. 이를 위해, 성형 분말 및 상온에서 경화되는 바인더에 대하여 구체적으로 알아보고, 슬러리를 고분자 봉지에 투입한 상태에서 성형하는 방법을 장치에 근거하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치의 유닛을 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면도이다. 여기서, 유닛(unit)이란 전체 제조장치의 일부를 말하는 것으로, 상기 유닛은 제조장치의 전체에 걸쳐 복수개가 배치될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 성형품 제조장치 유닛(unit)은 고정판(10), 이동판(11), 간격 조절기(14) 및 봉지 고정대(20)을 포함하여 이루어진다. 고정판(10) 및 이동판(11) 사이에는 성형 분말과 상온에서 경화되는 바인더가 혼합된 슬러리(40)가 투입된 고분자 봉지(30)가 위치한다. 이때, 고정판(10) 및 이동판(11)은 간격(D)을 이루며, 간격(D)은 간격 조절기(14)로 조절된다. 간격 조절기(14)는 다양한 방식, 예컨대 밸브, 래크와 피니언 등이 있으며, 도면에서는 손잡이(13)가 달린 간격 조절자(12)를 예시하였다. 즉, 손잡이(13)를 회전시키면, 간격 조절자(12)의 눈금에 부합되어 이동판(11)이 움직여서 간격(D)이 달라진다. 다시 말해, 간격(D)는 본 발명의 유닛에 의해 성형되는 슬러리(40)의 두께를 정의한다.
고분자 봉지(30)는 봉지 몸체(30a), 봉지 덮개(30b) 및 봉지 걸이(30c)로 이루어지며, 경우에 따라 봉지 덮개(30b)는 생략할 수 있다. 봉지 덮개(30b)는 슬러리(40)를 성형하는 과정에서 슬러리(40)가 외부로 유출되지 않도록 하면 충분하다. 이에 따라, 슬러리(40)가 외부로 유출되지 않는다면, 봉지 덮개(30b)를 갖추지 않아도 된다. 봉지 걸이(30c)는 봉지 몸체(30a)로부터 연장되는 것이 좋다. 경우에 따라, 봉지 걸이(30c)는 봉지 몸체(30a)로부터 연장되지 않고, 독립적으로 제작된 봉지 걸이(30c)를 봉지 몸체(30a)에 부착하여 형성할 수 있다. 이와 같이, 연장되거나 부착되는 것을 통칭하여 연결되었다고 한다.
봉지 몸체(30a)는 슬러리(40)가 투입되는 공간을 제공하고, 봉지 걸이(30c)는 봉지 고정대(20)에 고정된다. 봉지 고정대(20)는 고정판(10) 및 이동판(11)을 벗어나 상부에 위치한다. 봉지 걸이(30c)를 봉지 고정대(20)에 고정하는 방식은 다양하다. 도면에서는 봉지 걸이(30c)가 봉지 고정대(20)의 전체를 감싸고 있는 것을 표현하였으나, 일종의 끈 형태로 봉지 고정대(20)에 고정될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 봉지 고정대(20)는 봉지 몸체(30a)가 간격(D)에 투입되기 위하여, 상하, 좌우 및 회전이 가능하다. 이를 위해, 본 발명의 범주 내에서 봉지 고정대(20)를 동작하기 위한 수단들을 구비할 수 있다.
각각의 유닛에서 봉지 몸체(30a)는 폭(W) 및 높이(H)를 가진다. 봉지 몸체(30a)의 폭(W) 및 높이(H)는 자유롭게 설정될 수 있다. 한편, 본 발명의 유닛은 전체 제조장치의 일부를 말하는 것으로, 상기 유닛은 제조장치의 전체에 걸쳐 복수개로 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제조장치는 동일한 폭(W) 및 높이(H)를 가진 유닛들로 이루어질 수 있고, 서로 다른 폭(W) 및 높이(H)를 가진 유닛들이 조합될 수 있다. 이렇게 되면, 서로 다른 폭(W) 및 높이(H)가 성형품을 하나의 제조장치에서 동시에 성형할 수 있다.
고분자 봉지(30)를 이루는 고분자 수지는 열가소성 수지 및 열경화성 수지 모두 가능하며, 이중에서 유연성이 좋은 열가소성 수지가 보다 바람직하다. 열가소성 수지는 주로 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리락틱산, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리비닐클로라이드 등을 사용할 수 있다. 열경화성 수지는 에폭시 수지 등이 바람직하다. 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP) 등과 같은 올레핀 수지가 가격이 싸고 유연성이 좋아서 보다 유용하다. 경우에 따라, 옥수수나 감자 등으로부터 제조하는 폴리락틴산(PLA)과 같은 생분해성 물질을 활용할 수도 있다.
한편, 슬러리(40)가 담지되는 봉지 몸체(30a)의 내측에는 접촉각을 늘려서 소수성을 갖게 하는 소수성 코팅층을 포함할 수 있다. 상기 소수성 코팅층은 슬러리(40) 내의 상온경화 바인더와 봉지 몸체(30a)가 달라붙는 현상을 방지한다. 상기 소수성 코팅층은 통상적으로 습식 또는 건식방법으로 불소계 수지 또는 실리콘계 수지를 코팅하고, 특히 건식 증착방법으로, 실리카로 이루어진 증착층 및 상기 증착층 상에 불소계 수지 또는 실리콘계 수지가 코팅하여 형성한다.
슬러리(40)는 성형 분말과 상온에서 경화되는 바인더가 혼합된 것이다. 성형 분말은 세라믹 분말 또는 금속 분말 또는 그들의 혼합물을 포함한다. 성형 분말은 볼밀(ball mill) 등을 통하여 제작된다. 상온에서 경화되는 바인더는 가열하지 않아도 경화하는 접착제로써, 통상적으로 20∼30℃의 상온에서 경화된다. 일반적으로, 상기 바인더는 상온에서 작업할 수 있기 때문에 경화촉진제를 가하여 상온경화 접착제로서 사용되고 있다.
상온경화 바인더는 예를 들어, 페놀과 포름알데히드의 알칼리 촉매에 의한 축합물에 산성 경화촉진제를 첨가하여 사용되는 페놀 수지가 있다. 구체적으로, 페놀과 포름알데히드를 알칼리 촉매(보통 수산화나트륨)를 사용하여 가열 축합시켜 레졸형의 수지를 만들고 에탄올로 묽게 하여 액상의 수지이다. 사용할 때에는 산성 경화촉진제를 첨가하면 상온에서 하루 이내에 경화된다. 경화촉진제로 주로 방향족 술폰산이 사용되며 그 외에 인산, 염산, 황산 등의 무기산도 사용된다. 페놀 수지는 유기재료로서 뛰어난 내열성과 내연소성을 갖고 있어 각국의 소화기준을 만족한다. 또한 페놀 수지는 설령 탄다고 해도 연기나 유해가스의 발생이 적기 때문에 화염에 안전한 유일한 플라스틱이다. 페놀 수지는 고온에 두어도 연화해서 강도가 저하되는 일이 없고, 고온에 장기간 노출시켜도 눈에 띄게 높은 잔류 탄소화율을 보이기 때문에 다른 플라스틱에 비해 강도열화가 적다.
상온경화 바인더의 다른 예는 불포화 폴리에스테르수지 및 비닐에스테르 수지의 경화제가 있다. 상기 경화제는 통상적으로 메틸 에틸 케톤퍼옥사이드(MEKP)이나 아세틸아세톤퍼옥사이드(AAP) 등의 케톤퍼옥사이드류 또는 쿠멘히드로퍼옥시드(CHP) 등의 하이드로퍼옥사이드류와 나프텐산 코발트 등의 금속 비누에 의한 레독스계나 벤조일 퍼옥사이드(BPO)과 N,N-디메틸아닐린 등의 방향족 3급 아민류를 병용한다. 또한, 고무계 상온 경화성 접착제로서 클로로프렌 고무와 점착 부여 수지를 주제(용제 용액)로 하는 2액형 고무계 상온 경화성 접착제가 있고, 이것에는 이소시아네이트계 경화제(폴리이소시아네이트 화합물 또는 그 알코올 아닥트체)가 이용되고 있다.
본 발명의 실시예에 의한 제조장치로 성형품을 제조하는 방법은 다음과 같다. 먼저, 성형 분말과 상온경화 바인더를 혼합하여 슬러리(40)를 만든다. 그후, 슬러리(40)를 고분자 봉지(30)의 봉지 몸체(30a)의 내부에 적정량으로 투입한다. 상기 적정량은 봉지 몸체(30a)의 폭(W), 높이(H) 및 간격(D)을 고려하여 설정된다. 슬러리(40)가 투입된 고분자 봉지(30)를 봉지 고정대(20)에 고정한다. 봉지 고정대(20)를 이동하여, 고정판(10) 및 이동판(11) 사이의 공간에 봉지 몸체(30a)를 탑재시킨다. 간격 조절기(14)를 활용하여 봉지 몸체(30a)가 간격(D)만큼 유지되도록 한다. 슬러리(40)가 상온경화 바인더의 경화에 의해 고화되면, 봉지 몸체(30a)를 분리하고 성형품을 취득한다.
본 발명의 실시예에 의한 고분자 봉지(30)는 필름(film) 또는 시트(sheet)로 만들어진다. 고분자 봉지(30)는 석고 금형 등에 비하여 얇고 재질이 고분자이기 때문에, 외부의 압력에 의해 형상 변화가 쉽게 일어난다. 이에 따라, 이동판(11)에서 가해지는 압력에 의해 슬러리(40)는 간격(D)의 플레이트(plate)로 쉽게 만들어진다. 본 발명의 성형품은 소결공정을 위하여 제작된 것이며, 공정이 매우 간단하다. 또한, 폭(W), 높이(H) 및 간격(D)은 소결에 맞추어 사전에 설정되므로, 소결을 위하여 별도의 후가공이 요구되지 않다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치에 적용되는 고정판(10) 또는 이동판(11)의 변형예를 설명하기 위한 단면도들이다. 여기서, 상기 제조장치는 고정판(10) 또는 이동판(11)의 형상이 변경된 것을 제외하고는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같다. 이에 따라, 동일한 참조부호에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 도면에서는 고정판(10)을 중심으로 표현하였으나, 이동판(11)에도 동일한 기술적 사상이 적용될 수 있다.
도 3에 의하면, 고정판(10)은 3가지 변형예를 제시한다. 제1 변형예(a)에 의한 고정판(10a)는 적어도 하나의 오목부(h)가 존재한다. 오목부(h)가 존재하면, 앞에서 설명한 성형품에는 오목부(h)에 대응하여 돌출된 형상을 가진다. 제2 변형예(b)에 의한 고정판(10b)는 적어도 하나의 돌출부(k)가 존재한다. 돌출부(k)가 존재하면, 앞에서 설명한 성형품에는 돌출부(h)에 대응하여 오목한 형상을 가진다. 제3 변형예(c)에 의한 고정판(10c)는 적어도 하나의 오목부(h) 및 적어도 하나의 돌출부(k)가 조합되어 존재한다. 오목부(h) 및 돌출부(k)가 함께 존재하면, 앞에서 설명한 성형품에는 오목부(h) 및 돌출부(k)에 대응하여 돌출된 형상 및 오목한 형상을 가진다. 이동판(11)에는 고정판(10)과 마찬가지로 오목부(h) 또는 돌출부(k) 또는 그들의 조합이 존재할 수 있다.
이와 같이, 고정판(10) 또는 이동판(11) 또는 양쪽에 오목부(h) 또는 돌출부(k) 또는 그들의 조합이 있으면, 본 발명의 실시예에 의해 제작되는 성형품의 형상을 다양하게 할 수 있다. 그런데, 종래의 성형방법은 금형이 유연하지 않으므로, 본 발명에서와 같이 다양한 성형품을 제작하기 어렵다. 여기서, 오목부(h)는 고정판(10) 또는 이동판(11)을 관통하는 홀(hole)도 가능하다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10; 고정판 11; 이동판
12; 간격 조절자 13; 손잡이
14; 간격 조절기 20; 봉지 고정대
30; 고분자 봉지 30a; 봉지 몸체
30b; 봉지 덮개 30c; 봉지 걸이
40; 슬러리

Claims (8)

  1. 고정판 및 상기 고정판과 간격(D)을 이루도록 이동하는 이동판을 구비하는 성형품 제조장치에 있어서,
    상기 간격(D)에는 성형 분말 및 상온에서 경화되는 상온경화 바인더로 이루어진 슬러리가 담지된 고분자 봉지의 봉지 몸체가 위치하고, 상기 봉지 몸체는 상기 봉지 몸체와 연결된 봉지 걸이에 의해 봉지 고정대에 고정되며, 상기 봉지 고정대는 상기 고정판 및 이동판의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이동판은 간격 조절기에 의해 이동하는 것을 특징으로 하는 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 봉지 몸체는 폭(W) 및 높이(H)를 가지는 것을 특징으로 하는 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 봉지 몸체는 복수개가 배치되며, 상기 봉지 몸체들은 동일한 폭(W) 및 높이(H)를 가지거나 서로 다른 폭(W) 및 높이(H)를 가지는 것을 특징으로 하는 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 봉지 몸체의 내부는 소수성을 부여하는 소수성 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 고정판 또는 이동판 또는 양측 모두 중의 어느 하나에는 오목부 또는 볼록부 또는 상기 오목부와 볼록부의 조합 중의 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 성형 분말은 금속 또는 세라믹 또는 그 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 상온경화 바인더는 페놀계 수지를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 봉지를 활용한 성형품 제조장치.
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