KR101933544B1 - 난연성 플라스틱 패널 제조용 압출 금형 모듈 및 이를 이용한 난연성 플라스틱 패널의 제조방법 - Google Patents

난연성 플라스틱 패널 제조용 압출 금형 모듈 및 이를 이용한 난연성 플라스틱 패널의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난연성 플라스틱 조성물을 압출 금형의 토출구 전체에 걸쳐 균일하게 분산하여 편평한 평판 형태의 패널 또는 시트로 압출할 수 있도록 함으로써 제품 불량을 방지하고, 우수한 난연성을 확보할 수 있는 난연성 플라스틱 패널 제조용 압출 금형 모듈 및 이를 이용한 난연성 플라스틱 패널의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 난연성 플라스틱 패널의 압출 금형 모듈은, 후단부에 용융 상태의 난연성 플라스틱 조성물이 유입되는 주입구가 형성되고, 전단부에 난연성 플라스틱 조성물이 배출되는 토출구가 폭방향으로 긴 장공 형태로 형성되어 있으며, 후단부가 상기 메인압출다이 내에서 상기 주입구와 연통되며 메인압출다이의 폭 방향 외측으로 분기되면서 후방에서 전방을 향해 진행하도록 형성되어 전단부가 상기 토출구와 연통되는 복수의 분기유로를 구비한 메인압출다이와; 상기 메인압출다이의 전방면에 전후방향으로 연속적으로 배치되며, 상기 토출구와 대응하는 형태로 되어 토출구와 연통되는 압출구가 전후방향으로 관통되게 형성되어 있는 복수의 압출제어다이와; 상기 각각의 압출제어다이가 정해진 온도 범위를 갖도록 각각의 압출제어다이를 가열하는 복수의 히터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

난연성 플라스틱 패널 제조용 압출 금형 모듈 및 이를 이용한 난연성 플라스틱 패널의 제조방법{Extrusion Mould Module for Extruding Incombustible Plastic Panel And Method for Manufacturing Incombustible Plastic Panel Using the Same}
본 발명은 난연성 플라스틱 패널의 압출 성형 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미립자로 분쇄한 폴리에틸렌 등의 열가소성 수지에 초미립자로 분쇄한 금속수산화물과 규석, 소다장석, 석회석 등을 포함한 천연광물을 고압분사시켜 생성한 불연성 규사질 재료를 결합(공중합)하는 과정에서 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화암모늄 등 용액상태의 염기성물질을 분사시켜 난연 성능을 갖도록 한 난연성 수지를 균일한 밀도로 압출하여 난연성 플라스틱 패널을 제조할 수 있는 난연성 플라스틱 패널 제조용 압출 금형 모듈 및 이를 이용한 난연성 플라스틱 패널의 제조방법에 관한 것이다.
산업사회가 발달함에 따라 성형성이 뛰어난 플라스틱의 사용량이 증가되고 있으나 플라스틱은 화재에 취약하며 낮은 온도에서 쉽게 인화되어 불에 타기 쉽고 또한 유해가스가 발생되어 재실자의 피난에 큰 지장을 주어 인명 및 재산 피해가 지속적으로 발생되고 있다. 또한 기존의 난연성 플라스틱은 양산이 어렵고 국토부 고시 기준에 적합하지 않은 한계를 갖고 있다.
이러한 기존의 난연성 플라스틱의 문제를 해결하기 위하여, 미립자로 분쇄한 폴리에틸렌 등의 열가소성 수지에 초미립자로 분쇄한 금속수산화물과 규석, 소다장석, 석회석 등을 포함한 천연광물을 혼합하여 반죽 상태의 난연성 수지 조성물을 만들고, 상기 난연성 수지 조성물을 압출 금형 모듈을 통해 압출하여 내화성을 갖는 난연성 플라스틱을 제조하고 있다.
그런데 이러한 종래의 난연성 수지 조성물은 다량의 무기물 성분을 함유하고 있으므로 흐름성이 저하되어, 통상의 열가소성 수지를 원료로 하여 플라스틱 패널을 생산하는 T-Die형 압출 금형 모듈을 사용할 경우 난연성 수지 조성물이 압출 금형 내에서 균일하게 분산되지 않고서 압출되어 제품 불량 문제가 발생하게 된다.
한국 등록특허 제10-0979913호(2010.08.30. 등록) 한국 등록특허 제10-0936801호(2010.01.06. 등록) 한국 등록특허 제10-0966322호(2010.06.18. 등록) 한국 공개특허 제10-2009-0089839호(2009.08.24. 공개)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 국토부 고시 기준을 만족하는 충분한 난연성을 갖는 난연성 플라스틱 조성물을 압출 금형의 토출구 전체에 걸쳐 균일하게 분산하여 편평한 평판 형태의 패널 또는 시트로 압출할 수 있도록 함으로써 제품 불량을 방지하고, 우수한 난연성을 확보할 수 있는 난연성 플라스틱 패널 제조용 압출 금형 모듈 및 이를 이용한 난연성 플라스틱 패널의 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 난연성 플라스틱 패널 제조용 압출 금형 모듈은, 후단부에 용융 상태의 난연성 플라스틱 조성물이 유입되는 주입구가 형성되고, 전단부에 난연성 플라스틱 조성물이 배출되는 토출구가 폭방향으로 긴 장공 형태로 형성되어 있으며, 후단부가 상기 메인압출다이 내에서 상기 주입구와 연통되며 메인압출다이의 폭 방향 외측으로 분기되면서 후방에서 전방을 향해 진행하도록 형성되어 전단부가 상기 토출구와 연통되는 복수의 분기유로를 구비한 메인압출다이와; 상기 메인압출다이의 전방면에 전후방향으로 연속적으로 배치되며, 상기 토출구와 대응하는 형태로 되어 토출구와 연통되는 압출구가 전후방향으로 관통되게 형성되어 있으며, 상기 복수의 압출구는 전방에서 후방으로 갈수록 단면적이 좁아지는 복수의 압출제어다이와; 상기 각각의 압출제어다이가 정해진 온도 범위를 갖도록 각각의 압출제어다이를 가열하는 복수의 히터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 압출 금형 모듈을 통해 압출되는 난연성 플라스틱 패널은, 325 ~ 800메쉬 크기로 분쇄된 열가소성 수지 12~15 중량%와, 800 ~ 5,000메쉬 크기로 분쇄된 무기성 금속수산화물 76~80 중량%와, 20℃ 내지 60℃를 유지하는 반응기 내에서 상기 무기성 금속수산화물이 반응기 내로 스프레이식으로 분사되는 1~3 중량%의 액상의 염기성 재료와 반응하여 생성된 결정성 금속수산화물과, 스테아린산 아연(Zinc Stearate) 또는 EBS(Ethylene Bis Stearamide)로 된 활제 1중량%와, 잔부의 면사 형태로 된 불연성 규사질 재료를 포함하는 난연성 플라스틱 조성물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명의 압출 금형 모듈을 이용한 난연성 플라스틱 패널의 제조방법은 다음의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
(S1) 난연성 플라스틱 조성물을 제조하는 단계
(S2) 상기 난연성 플라스틱 조성물을 용융하는 단계
(S3) 상기 난연성 플라스틱 조성물을 압출 금형의 주입구(101)를 통해 일정한 압력으로 주입하는 단계
(S4) 상기 압출 금형의 주입구(101) 및 분기유로(110, 120)를 통해 확산된 후 토출구(102)를 통해 평판 형태로 배출되는 난연성 플라스틱 조성물을 복수의 압출제어다이를 순차적으로 통과시키면서 압출 온도를 제어하는 단계
(S5) 상기 복수의 압출제어다이 중 최전방의 압출제어다이를 통과하여 압출된 난연성 플라스틱 패널을 냉각하는 단계
본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 (S1) 단계는 다음과 같은 단계들로 이루어진 것을 특징으로 한다.
(S11) 325 ~ 800메쉬 크기의 미립자로 분쇄된 열가소성 수지와 800 ~ 5,000메쉬 크기로 분쇄된 무기성 금속수산화물을 반응기에 투입하여 혼합하는 단계
(S12) 상기 반응기 내의 온도를 20℃ 내지 60℃를 반응기 내의 열가소성 수지와 무기성 금속수산화물의 혼합물에 액상의 염기성 재료를 스프레이식으로 분사하고 건조하는 과정을 수행하여 결정성 금속수산화물을 합성하는 단계
(S13) 상기 반응기에서 인출된 열가소성 수지와 무기성 금속수산화물과 결정성 금속수산화물의 혼합물과, 면사 형태로 된 불연성 규사질 재료를 니더기(kneader)에 투입하고 공중합하여 반죽 형태의 난연성 플라스틱 조성물을 형성하는 단계
본 발명에 따르면, 압출 금형 모듈의 메인압출다이 내에서 난연성 플라스틱 조성물을 안내하는 유로가 여러 갈래로 분기된 유로를 이루게 되므로 금형본체 후단의 주입구를 통해 주입된 난연성 플라스틱 조성물이 전방으로 진행하면서 점차적으로 폭방향으로 확산될 수 있게 되고, 토출구를 통해 균일한 밀도로 토출되어 완전한 사각 평판 형태의 난연성 플라스틱 패널을 압출할 수 있게 된다.
특히 분기유로 사이에 복수의 확산유로가 폭방향으로 연장되게 형성되어 분기유로를 따라 유동하는 난연성 플라스틱 조성물이 확산유로를 통해서 폭방향으로 균일하게 분산되면서 전방의 토출구 쪽으로 유동하게 되므로 토출구 전체를 통해 균일한 밀도로 난연성 플라스틱 조성물이 토출되어 편평한 패널을 형성할 수 있게 된다.
또한 메인압출다이의 전방에 배치된 복수의 압출제어다이에 의해 메인압출다이를 통해 토출되는 난연성 플라스틱 패널에 가해지는 온도 및 압력을 제어할 수 있으며, 이를 통해 치밀한 조직을 갖는 난연성 플라스틱 패널을 제조할 수 있다.
따라서 압출 금형 모듈을 통해 압출되는 난연성 플라스틱 패널의 품질을 향상시킬 수 있고, 원하는 난연성능을 확보할 수 있다.
또한 본 발명의 압출 금형 모듈을 통해 압출되는 난연성 플라스틱 패널은, 열가소성 수지와 무기성 금속수산화물에 하이드록시기(-OH)를 생성하는 염기성 재료가 첨가되어 결정성 금속수산화물이 합성되어 난연성이 증대됨과 더불어, 불연성 규사질 재료가 더해져 매우 우수한 난연성을 갖게 된다. 또한 염기성 재료를 활용하여 난연성능을 향상시킨 친환경적인 무기성 금속수산화물을 사용하므로 화재 발생이 예방되고, 화재 시 유독가스가 발생하지 않아 국토부 고시에 의한 난연 또는 준불연 기준을 만족시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성 플라스틱 패널의 압출 금형 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 압출 금형 모듈의 평면도이다.
도 3은 도 2의 I-I 선 단면도이다.
도 4는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다.
도 5는 도 4의 대응도로, 압출 금형 모듈의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압출 금형 모듈의 요부 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압출 금형 모듈의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 압출 금형 모듈을 통해 제조된 난연 플라스틱 패널의 연소 실험을 한 결과를 나타낸 시험 보고서이다.
이하 본 발명에 따른 난연성 플라스틱 패널 제조용 압출 금형 모듈 및 이를 이용한 난연성 플라스틱 패널의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 난연성 플라스틱 패널의 압출 금형 모듈은 열가소성 수지와 무기성 금속수산화물, 상기 무기성 금속수산화물이 액상의 염기성 재료와 반응하여 형성된 결정성 금속수산화물, 면사 형태의 불연성 규사질 재료 등이 소정의 배합비로 혼합되어 국토부의 건축물 마감재료에 대한 난연성능 및 화재 확산 방지 기준을 만족시키는 난연 성능 또는 준불연 성능을 갖도록 한 난연성 플라스틱 조성물을 평판 형태로 압출 성형하도록 구성된다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성 플라스틱 패널의 압출 금형 모듈은, 전단부 및 후단부 각각에 난연성 플라스틱 조성물이 주입되는 주입구(101)와 난연성 플라스틱 조성물이 평판 형태로 배출되는 토출구(102)가 형성되고 내부에 폭방향으로 분기된 복수의 분기유로(110, 120) 및 확산유로(130)가 형성되어 있는 메인압출다이(100)와, 상기 메인압출다이(100)의 전방면에 밀착되면서 전후방향으로 연속적으로 배치되는 복수의(이 실시예에서 3개) 압출제어다이(210, 220, 230)와, 상기 각각의 압출제어다이(210, 220, 230)가 정해진 온도 범위를 갖도록 각각의 압출제어다이(210, 220, 230)를 가열하는 복수의 히터(미도시)를 포함한다.
상기 메인압출다이(100)는 내열성의 금속으로 된 직사각형의 블록 형태를 가지며, 하부면에 상기 분기유로(110, 120) 및 확산유로(130)의 절반이 형성되어 있는 상부 메인압출다이(100a)와, 상부면에 상기 분기유로(110, 120) 및 확산유로(130)의 나머지 절반이 대칭되게 형성되어 있는 하부 메인압출다이(100b)로 이루어진다.
상기 메인압출다이(100)의 후단부 중앙에는 용융 상태의 난연성 플라스틱 조성물이 유입되는 주입구(101)가 형성되고, 전단부에는 난연성 플라스틱 조성물이 평판 형태로 배출되는 토출구(102)가 폭방향으로 긴 장공 형태로 형성되어 있다. 상기 메인압출다이(100)에는 난연성 플라스틱 조성물을 용융된 상태로 유지하기 위한 전열히터(미도시)가 추가로 장착된다.
상기 메인압출다이(100)의 내부에 형성되는 분기유로(110, 120)는 상기 주입구(101) 및 토출구(102)와 연통되며, 주입구(101)를 통해 주입된 난연성 플라스틱 조성물이 토출구(102)의 일단부에서부터 타단부까지 균일하게 퍼지되면서 유동할 수 있도록 마치 나뭇가지처럼 후방에서 전방으로 가면서 폭방향 외측으로 확산되며 진행하는 유로를 형성한다.
이 실시예에서 상기 분기유로(110, 120)는 상기 주입구(101)에서 폭방향 양측으로 분기되면서 연통되는 복수의 제1분기유로(110)와, 상기 각각의 제1분기유로(110)의 전단부에서 또 다시 폭방향으로 분기되면서 연통되며 전단부가 상기 토출구(102)와 연통되는 복수의 제2분기유로(120)를 포함한다. 상기 제1분기유로(110) 및 제2분기유로(120)는 대략 원형 단면을 갖는 파이프 형태의 유로로 이루어진다.
상기 제1분기유로(110)와 제2분기유로(120)는 위에서 보았을 때 메인압출다이(100)의 후방에서 전방으로 일정 각도로 경사지면서 폭방향으로 확산되는 유로를 이루게 된다. 따라서, 주입구(101)를 통해 주입된 페이스트상의 난연성 플라스틱 조성물이 2개의 제1분기유로(110)를 통해 나누어져 이동한 다음, 다시 4개의 제2분기유로(120)를 통해 나누어져 이동하게 되므로 토출구(102)의 일단부에서부터 타단부까지 난연성 플라스틱 조성물이 확산되어 배출될 수 있게 된다.
이와 같이 상기 분기유로(110, 120)는 제1분기유로(110)와 제2분기유로(120)의 2단으로 분기되면서 난연성 플라스틱 조성물을 확산시키면서 안내하고 있는데, 이 실시예와 다르게 상기 분기유로(110, 120)를 3단 이상의 다단으로 분기하여 유로를 구성할 수도 있음은 물론이다.
상술한 것과 같이 상기 메인압출다이(100) 내에서 난연성 플라스틱 조성물이 안내되는 유로를 복수 단으로 분기하여 구성하더라도 난연성 플라스틱 조성물이 토출구(102)에 도달했을 때 토출구(102)의 전체에 걸쳐 균일한 밀도로 난연성 플라스틱 조성물이 분산되지 않을 수 있다. 이에 상기 분기유로(110, 120) 중 전방에 배치된 복수의 제2분기유로(120) 사이에는 제2분기유로(120)로 안내되는 난연성 플라스틱 조성물을 제2분기유로(120)들 사이의 공간으로 유도하여 분산시키는 복수의 확산유로(130)가 형성된다.
상기 복수의 확산유로(130)는 제2분기유로(120) 사이에서 폭방향으로 연장되게 형성되어 양단이 상기 제2분기유로(120)와 연통되며, 복수의 확산유로(130) 중 최전방에 배치된 확산유로(130)는 상기 토출구(102)와 연통되어 토출구(102)로 난연성 플라스틱 조성물을 안내한다. 또한 상기 복수의 확산유로(130)는 후방에서 전방으로 연속적으로 배열되면서 서로 연통되게 형성된다. 따라서 제2분기유로(120)를 통해 확산유로(130) 내측으로 유도된 난연성 플라스틱 조성물은 후방에서 전방으로 확산유로(130)를 따라 유동하여 토출구(102) 쪽으로 유동하게 된다.
상기 제2분기유로(120)로부터 확산유로(130)로 난연성 플라스틱 조성물이 원활하게 이동할 수 있도록 하기 위하여 도 5에 도시한 것과 같이 상기 확산유로(130)의 하부면이 메인압출다이(100)의 폭방향 중앙으로 갈수록 하향 경사지게 형성될 수도 있을 것이다. 즉, 정면에서 보았을 때 확산유로(130)의 하부면의 단면은 'V' 형태를 가질 수 있다.
상기 복수의 확산유로(130) 역시 상기 제1분기유로(110) 및 제2분기유로(120)와 마찬가지로 원형 단면을 갖는 파이프 형태의 유로로 이루어지고, 각각의 확산유로(130)가 서로 연통되는 연통구(132)에는 상하방향으로 단턱(131)이 돌출되게 형성된다. 따라서 후방의 확산유로(130)로 유입된 난연성 플라스틱 조성물은 상기 단턱(131) 사이의 연통구(132)를 통해 전방의 확산유로(130)로 유동하게 된다.
상기 복수의 확산유로(130) 간의 연통구(132)는 전체적으로 일정한 높이를 가질 수 있지만, 난연성 플라스틱 조성물이 전방으로 확산되면서 이동할 때 더욱 조밀한 밀도로 확산될 수 있도록 하기 위하여 도 6에 다른 실시예로 나타낸 것과 같이 상기 복수의 확산유로(130)의 연통구(132)의 높이(H1, H2, H3, ...Hn)가 후방에서 전방으로 갈수록 작아지게 형성될 수 있다. 즉, 토출구(102) 쪽으로 갈수록 단면적이 좁아지는 형태로 유로가 구성되어 토출구(102) 쪽으로 가면서 압력이 증가하여 조밀한 조직을 갖게 된다.
또한 상기 압출 금형 모듈을 통해 압출되는 난연성 플라스틱 조성물은 다량의 무기물 성분을 함유하고 있는데, 이러한 무기물 성분이 메인압출다이(100) 내의 제1분기유로(110) 및 제2분기유로(120)를 따라 유동할 때 뭉치지 않고 난연성 플라스틱 조성물 내에서 균일하게 분산될 수 있도록 하기 위하여, 도 7에 도시한 것과 같이 상기 제1분기유로(110)와 제2분기유로(120)가 서로 연결되는 부분의 내주면에 후방에서 전방으로 나선형으로 교반돌기(150)를 형성할 수도 있다.
이와 같이 제1분기유로(110)와 제2분기유로(120)가 서로 연결되는 부분에 나선형으로 교반돌기(150)가 형성되면 난연성 플라스틱 조성물이 교반돌기(150)를 통과하는 부분에서 나선형으로 유동하면서 무기물 성분이 교반되는 현상이 발생하여 압출 과정에서 무기물 성분이 뭉치지 않고 균일하게 분산되게 할 수 있어 난연성 향상의 효과를 얻을 수 있다.
한편, 상기 메인압출다이(100)의 전방에는 메인압출다이(100)를 통해 토출되는 난연성 플라스틱 조성물의 온도 및 압력을 조절하기 위한 3개의 압출제어다이(210, 220, 230)가 후방에서 전방으로 순차적으로 배열된다. 이해를 돕기 위해 상기 압출제어다이(210, 220, 230)는 후방에 배치된 것부터 차례로 제1압출제어다이(210), 제2압출제어다이(220), 제3압출제어다이(230)로 명하여 설명한다. 즉, 상기 제1압출제어다이(210)는 상기 메인압출다이(100)의 바로 전방에 연접하게 결합되고, 제2압출제어다이(220)는 상기 제1압출제어다이(210)의 바로 전방에 연접하게 배치되며, 상기 3압출제어다이(210, 220, 230)는 상기 제1압출제어다이(210)의 바로 전방에 연접하게 배치된다.
상기 제1압출제어다이(210)와 제2압출제어다이(220)와 제3압출제어다이(230) 각각에는 상기 메인압출다이(100)의 토출구(102)로부터 토출된 난연성 플라스틱 조성물이 통과하게 되는 압출구(211, 221, 231)가 전후방향으로 수평하게 관통되게 형성된다. 상기 압출구(211, 221, 231)는 후방으로 갈수록 단면적이 점차적으로 작아지게 형성되어, 상기 메인압출다이(100)의 토출구(102)를 통해 평판 형태로 배출된 난연성 플라스틱 조성물이 3개의 압출구(211, 221, 231)를 순차적으로 통과하면서 가압되어 압출될 수 있게 되어 있다.
상기 제1압출제어다이(210)와 제2압출제어다이(220)와 제3압출제어다이(230)는 각각에 장착된 히터(미도시)에 의해 소정의 온도로 가열된다. 상기 제1,2,3압출제어다이(210, 220, 230)의 온도는 각각에 장착된 히터(미도시)의 작동을 제어함으로써 제어된다. 본 발명에서 상기 제1압출제어다이(210)와 제2압출제어다이(220)와 제3압출제어다이(230)는 점차적으로 낮은 온도 범위를 갖도록 제어된다. 즉, 제1압출제어다이(210)의 온도가 가장 높고, 제2압출제어다이(220)가 그 다음으로 높으며, 제3압출제어다이(230)의 온도가 셋 중 가장 낮다. 그리고, 상기 제1압출제어다이(210)의 온도는 상기 메인압출다이(100)의 온도보다 낮게 제어되는 것이 바람직하다.
이와 같이 상기 제1,2,3압출제어다이(210, 220, 230)는 각각이 정해진 온도범위로 제어되는데, 이 때 각각의 압출제어다이(210, 220, 230)의 온도가 인접하고 있는 다른 압출제어다이(210, 220, 230)에 영향을 주고 받는 것을 최소화하기 위하여 제1압출제어다이(210)와 제2압출제어다이(220)와 제3압출제어다이(230)는 각각 상기 메인압출다이(100) 및 서로에 대해 일정 거리 이격되게 결합된다.
이 때, 메인압출다이(100)의 토출구(102)에서 토출되는 난연성 플라스틱 조성물이 제1,2,3압출제어다이(210, 220, 230) 사이의 공간으로 누출되지 않고 각각의 압출구(211, 221, 231)로 원활하게 진행할 수 있도록 하기 위하여, 제1,2,3압출제어다이(210, 220, 230)의 압출구(211, 221, 231)의 후단부 테두리 부분에 메인압출다이(100)의 토출구(102)의 전단부 테두리 부분 또는 후방에 배치되는 압출제어다이(210, 220, 230)의 압출구(211, 221, 231)의 전단부 테두리 부분에 밀착되면서 난연성 플라스틱 조성물의 누출을 방지하는 실링돌기(212, 222, 232)가 후방으로 돌출되게 형성된다. 상기 실링돌기(212, 222, 232)는 상기 제1,2,3압출제어다이(210, 220, 230)의 후방면에 일체로 형성되지만, 이와 다르게 제1,2,3압출제어다이(210, 220, 230)와는 개별체로 만들어진 후 제1,2,3압출제어다이(210, 220, 230)의 후방면에 부착될 수도 있을 것이다.
상술한 것과 같은 구성을 갖는 본 발명의 압출 금형 모듈은 다음과 같이 작용한다.
메인압출다이(100) 후단부의 주입구(101)를 통해 용융 상태의 난연성 플라스틱 조성물이 주입된다. 상기 주입구(101)를 통해 주입된 난연성 플라스틱 조성물은 제1분기유로(110)를 통해 양측으로 분산된 후, 각각의 제1분기유로(110)의 전단부에서 다시 제2분기유로(120)로 분산되어 유동하게 된다.
상기 제2분기유로(120) 내로 유입된 난연성 플라스틱 조성물은 제2분기유로(120)와 연통되어 있는 확산유로(130) 내측으로도 유입된다. 이 때, 후방의 확산유로(130)와 바로 전방의 확산유로(130) 사이에는 단턱(131)이 형성되어 있기 때문에 확산유로(130) 내측으로 유입된 난연성 플라스틱 조성물은 바로 전방의 확산유로(130)로 흘러가지 않고 확산유로(130)를 따라 폭방향으로 유동하여 확산된 후 단턱(131)을 타고 넘어서 전방의 확산유로(130)로 유입된다. 즉, 확산유로(130)와 확산유로(130) 사이의 단턱(131)이 저항체의 작용을 하여 난연성 플라스틱 조성물이 확산유로(130) 내에서 폭방향(횡방향)으로 균일하게 분산되면서 전방으로 이동하여 토출된다.
상기 제2분기유로(120)의 전단부 및 최전방의 확산유로(130)로 도달한 난연성 플라스틱 조성물은 토출구(102)를 통해 전방으로 토출된다. 상기 토출구(102)를 통해 토출된 난연성 플라스틱 조성물은 상기 제1압출제어다이(210)의 압출구(211)와 제2압출제어다이(220)의 압출구(221), 제3압출제어다이(230)의 압출구(231)를 순차적으로 통과한 후 토출되어 사각 평판형의 난연성 플라스틱 패널(또는 시트)이 된다.
상기 메인압출다이(100)에서 토출된 난연 플라스틱 조성물은 상기 제1,2,3압출제어다이(210, 220, 230)를 통과하면서 서서히 냉각되도록 온도가 제어됨과 동시에 압력이 증가되어 제3압출제어다이(230)의 압출구(231)를 통해 배출되었을 때 난연성 플라스틱 패널의 조직이 치밀해지는 효과를 얻게 된다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 압출 금형의 메인압출다이(100) 내에서 난연성 플라스틱 조성물을 안내하는 유로가 여러 갈래로 분기된 유로를 이루게 되므로 메인압출다이(100) 후단의 주입구(101)를 통해 주입된 난연성 플라스틱 조성물이 전방으로 진행하면서 점차적으로 폭방향으로 확산될 수 있게 되고, 토출구(102)를 통해 균일한 밀도로 토출되어 완전한 사각 평판 형태의 난연성 플라스틱 패널을 압출할 수 있게 된다.
또한 전술한 것처럼 메인압출다이(100)의 전방에 복수의 압출제어다이(210, 220, 230)가 연속적으로 배열되어, 메인압출다이(100)에서 토출된 난연성 플라스틱 조성물이 복수의 압출제어다이(210, 220, 230)를 통과하면서 냉각 온도가 제어되고, 이를 통해 난연성 플라스틱 패널의 조직이 치밀해져 난연성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 압출 금형 모듈을 통해 압출되는 난연성 플라스틱 패널은 전술한 것과 같이 열가소성 수지와 무기성 금속수산화물, 상기 무기성 금속수산화물이 액상의 염기성 재료와 반응하여 형성된 결정성 금속수산화물, 면사 형태의 불연성 규사질 재료를 미리 정해진 배합비로 배합한 난연성 플라스틱 조성물로 만들어진다.
좀 더 구체적으로, 상기 난연성 플라스틱 조성물은, 325 ~ 800메쉬 크기로 분쇄된 열가소성 수지 12~15 중량%, 800 ~ 5,000메쉬 크기로 분쇄된 무기성 금속수산화물 76~80 중량%, 20℃ 내지 60℃를 유지하는 반응기 내에서 상기 무기성 금속수산화물이 반응기 내로 스프레이식으로 분사되는 1~3 중량%의 액상의 염기성 재료와 반응하여 생성된 결정성 금속수산화물, 활제 1중량%, 잔부의 면사 형태의 불연성 규사질 재료를 포함한 조성물로 이루어진다. 상기 활제는 경우에 따라 첨가되지 않을 수 있다.
상기 열가소성 수지는, 폴리에틸렌 수지 90~95 중량%와, 핫멜트수지 5~10중량%를 혼합한 후 이를 325 ~ 800메쉬 크기의 미립자로 분쇄하여서 된 분말 상의 점착성 수지로 이루어진다. 상기 핫멜트 수지는 에틸렌 초산비닐(EVA), 폴리아미드, 폴리에스테르, 아크릴 등의 열가소성 수지를 주원료로 제조된 것으로, 고온에서 액상으로 피착제로 도포, 압착 후 수초 내에 대기에서 냉각되어 고화되면서 접착력을 발휘하는 열용융형 접착제이다.
상기 무기성 금속수산화물은 난연성 플라스틱 패널의 전체 조성물에 대해 76~80 중량%가 혼합된다. 상기 무기성 금속수산화물은 수산화마그네슘과 수산화알루미늄 중 어느 하나를 사용할 수도 있으나, 수산화마그네슘과 수산화알루미늄을 중량비로 90~98 : 2~10 의 비율로 혼합하여 사용하는 것이 성형성 및 난연성 측면에서 우수한 성능을 발휘하는 것으로 확인되었다.
상기 결정성 금속수산화물은 상기 염기성 재료와 무기성 금속수산화물이 20℃ 내지 60℃를 유지하는 반응기 내에서 반응하여 생성된 것으로, 상기 염기성 재료는 난연성 플라스틱 조성물의 제조 과정에서 반응기 내로 스프레이식으로 분사되어 반응기 내의 무기성 금속수산화물과 반응하여 결정성 금속수산화물을 생성하는데, 상기 염기성 재료는 난연성 플라스틱 조성물 전체에 대해 1~3 중량%가 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 염기성 재료는 용액 속에서 이온화하여 하이드록시기(-OH)를 발생시키는 알칼리 용액으로, 수산화암모늄, 수산화나트륨, 수산화칼슘 중 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 이와 같이 염기성 재료는 표면적이 늘어난 무기성 금속수산화물의 하이드록시기(-OH)의 함유량을 증가시켜 난연효과를 극대화하는 작용을 한다.
상기 활제는 스테아린산 아연(Zinc Stearate), EBS(Hi-LUBE는 스테아린산으로부터 합성된 고융점 왁스로서 화학명은 N,N'-ethyiene bis-stearamide 으로 EBS(Ethylene Bis Stearamide)로 칭함)를 사용할 수 있다.
상기 불연성 규사질 재료는 불연성을 더욱 증대시키는 작용을 하는 성분으로, 불연 성능이 탁월한 규사(주성분:SiO2) 및 물체의 연결기능이 뛰어나 광물의 접착제 역할을 하는 소다장석(Na2O·Al2O3·6SiO2)을 포함한 천연광물을 소성하여 고압분사기를 통해 솜 형태로 만든 다음, 이를 0.3 내지 1㎜ 길이의 면사 형태로 분쇄하여 만들어진다.
이러한 난연성 플라스틱 조성물로 이루어진 난연성 플라스틱 패널은 연소 시 다량의 하이드록시기(-OH)가 배출되어 뛰어난 난연 성능을 발휘하면서 플라스틱 고유의 성형성 및 강도를 확보하는 효과를 제공한다.
다음으로 상술한 것과 같은 본 발명의 압출 금형 모듈을 이용하여 난연성 플라스틱 패널을 제조하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 난연성 플라스틱 패널의 제조 방법은 다음과 같은 단계들로 이루어진다.
(S1) 난연성 플라스틱 조성물을 제조하는 단계
(S2) 상기 난연성 플라스틱 조성물을 용융하는 단계
(S3) 상기 난연성 플라스틱 조성물을 메인압출다이(100)의 주입구(101)를 통해 일정한 압력으로 주입하는 단계
(S4) 상기 압출 금형의 주입구(101) 및 분기유로(110, 120)를 통해 확산된 후 토출구(102)를 통해 평판 형태로 배출되는 난연성 플라스틱 조성물을 복수의 압출제어다이를 순차적으로 통과시키면서 압출 온도를 제어하는 단계
(S5) 상기 복수의 압출제어다이 중 최전방의 압출제어다이를 통과하여 압출된 난연성 플라스틱 패널을 냉각하는 단계
상기 난연성 플라스틱 조성물을 제조하는 단계(S1)는 아래와 같은 단계들로 이루어진다.
(S11) 325 ~ 800메쉬 크기의 미립자로 분쇄된 열가소성 수지와 800 ~ 5,000메쉬 크기로 분쇄된 무기성 금속수산화물을 반응기에 투입하여 혼합하는 단계
(S12) 상기 반응기 내의 열가소성 수지와 무기성 금속수산화물의 혼합물에 염기성 재료를 스프레이 분사 방식으로 투입하여 결정성 금속수산화물을 합성하는 단계
(S13) 상기 반응기에서 인출된 열가소성 수지와 무기성 금속수산화물과 결정성 금속수산화물의 혼합물과, 면사 형태로 된 불연성 규사질 재료를 니더기(kneader)에 투입하고 공중합하여 반죽 형태의 난연성 플라스틱 조성물을 형성하는 단계
상기 (S11) 단계에서는 열가소성 수지로서 폴리에틸렌 수지 90~95중량%와 핫멜트수지 5~10중량%의 배합비로 혼합한 후 이를 325 ~ 800메쉬 크기의 미립자로 분쇄하여서 된 분말상의 점착성 수지를 사용할 수 있다.
상기 (S12) 단계에서는 반응기의 온도를 20℃ 내지 60℃의 범위로 유지하면서 반응기 내에 염기성 재료를 스프레이식으로 분사 및 건조하는 과정을 반복적으로 수행하여 결정성 금속수산화물을 합성한다. 이 단계에서는 상기 염기성 재료를 분사 및 건조하는 과정을 1회로 하여, 총 2회 ~ 5회의 분사 및 건조 과정을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 염기성 재료는 하이드록시기(-OH)를 생성하는 수산화암모늄 등의 액상의 염기성물질로서, 표면적이 늘어난 무기성 금속수산화물과 반응하여 결정성 금속수산화물을 합성함으로써 무기성 금속수산화물의 하이드록시기(-OH)의 함유량을 증가시켜 난연효과를 증대시키는 작용을 한다.
상기와 같이 (S12) 단계에서 열가소성 수지와 무기성 금속수산화물과 액상의 염기성 재료를 혼합하는 과정이 완료되면, 상기 열가소성 수지와 무기성 금속수산화물과 결정성 금속수산화물의 혼합물을 반응기에서 인출하여 니더기(kneader)에 투입하고, 0.3 내지 1㎜ 크기의 면사 형태로 된 불연성 규사질 재료를 상기 니더기에 투입하여 교반함으로써 난연성 수지를 제조한다(단계 S13).
상기 니더기에서 열가소성 수지, 무기성 금속수산화물, 결정성 금속수산화물, 불연성 규사질 재료를 혼합하는 도중에, 니더기 내에 수산화암모늄, 수산화나트륨, 수산화칼슘에서 선택된 어느 하나 이상의 염기성 재료를 스프레이식으로 분사하고 건조하는 과정을 1회로 하여, 총 1~3회의 분사 및 건조 과정을 수행한다.
이와 같이 니더기에서 염기성 재료를 첨가하여 재차 결정성 금속수산화물을 합성하게 되면, 니더기에서 200℃ 이상의 고온으로 교반을 하는 과정에서 손실될 수 있는 하이드록시기(-OH)를 유지할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같이 니더기에서 반죽되어 만들어진 난연성 플라스틱 조성물은 난연성 플라스틱 패널 제조 시스템의 압출기로 투입되어 용융된 후(단계 S2), 본 발명의 압출 금형 모듈의 주입구(101)를 통해 주입된 후 메인압출다이(100) 및 복수의 압출제어다이(210, 220, 230)를 통과하면서 얇은 사각 평판 형태로 압출되어 난연성 플라스틱 패널이 된다(단계 S3 및 S4).
냉각된 난연성 플라스틱 패널은 냉각된 후 일정한 길이로 절단되거나, 롤에 권취된 후 건축 내장재나 외장재, 단열패널, 외벽체나 내벽체, 방화문, 철도나 선박, 항공기용 난연 플라스틱 제품으로 만들어진다.
이와 같은 본 발명의 압출 금형 모듈을 통해 만들어진 난연성 플라스틱 패널은, 열가소성 수지와 무기성 금속수산화물에 하이드록시기(-OH)를 생성하는 염기성 재료가 첨가되어 결정성 금속수산화물이 합성되어 난연성이 증대됨과 더불어, 불연성 규사질 재료가 더해져 난연성이 극대화되는 효과가 있으며, 열가소성 수지 고유의 우수한 성형성을 유지할 수 있는 효과가 있음이 아래의 실시예를 통해 입증되었다.
실시예
구성 폴리에틸렌 수지 핫멜트 수지 수산화마그네슘 수산화알루미늄 수산화암모늄(염기성 재료) 불연성 규사질 재료 활제
함량
(중량%)		 13 1 78 2 2 3 1
위의 표 1과 같이, 325메쉬 크기의 폴리에틸렌 수지 13 중량%, 에틸렌 초산비닐(EVA)을 이용한 핫멜트 수지 1 중량%, 2800~3500 메쉬 크기의 수산화마그네슘 78 중량% 및 수산화알루미늄 2 중량%, 염기성 재료로서 수산화암모늄 2 중량%, 활제 1중량%, 불연성 규사질 재료 3 중량%를 사용하고, 염기성 재료인 수산화암모늄을 반응기에서 스프레이식으로 5회 분사 및 건조하고, 니더기에서 2회 분사 및 건조하여 난연성 수지를 제조하고 펠릿 형태로 압출한 후, 상기 펠릿을 압출기에 투입하여 폭 910㎜, 길이 1630㎜, 두께 8㎜ 크기의 난연성 플라스틱 패널을 제작후 연소 실험을 한 결과, 도 8의 시험보고서에 기재된 것과 같이 국토교통부 고시 제2015-744호의 규정을 만족하는 우수한 준불연성능을 확보하는 것을 확인하였고, 난연성 플라스틱 패널의 내화 시험에서 난연성 플라스틱 패널의 표면을 손으로 접촉할 수 있을 만큼 차열 성능도 우수함을 확인하였다.
이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
100 : 메인압출다이 101 : 주입구
102 : 토출구 110 : 제1분기유로
120 : 제2분기유로 130 : 확산유로
131 : 단턱 132 : 연통구
150 : 교반돌기 210, 220, 230 : 압출제어다이
211, 221, 231 : 압출구 212, 222, 232 : 실링돌기

Claims (17)

  1. 후단부에 용융 상태의 난연성 플라스틱 조성물이 유입되는 주입구(101)가 형성되고, 전단부에 난연성 플라스틱 조성물이 배출되는 토출구(102)가 폭방향으로 긴 장공 형태로 형성되어 있으며, 후단부가 메인압출다이(100) 내에서 상기 주입구(101)와 연통되며 메인압출다이(100)의 폭 방향 외측으로 분기되면서 후방에서 전방을 향해 진행하도록 형성되어 전단부가 상기 토출구(102)와 연통되는 복수의 분기유로(110, 120)를 구비한 메인압출다이(100)와;
    상기 메인압출다이(100)의 전방면에 전후방향으로 연속적으로 배치되며, 상기 토출구(102)와 대응하는 형태로 되어 토출구(102)와 연통되는 압출구(211, 221, 231)가 전후방향으로 관통되게 형성되어 있으며, 상기 복수의 압출구(211, 221, 231)는 전방에서 후방으로 갈수록 단면적이 좁아지는 복수의 압출제어다이(210, 220, 230)와;
    상기 각각의 압출제어다이(210, 220, 230)가 정해진 온도 범위를 갖도록 각각의 압출제어다이(210, 220, 230)를 가열하는 복수의 히터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 패널의 압출 금형 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 메인압출다이(100)의 분기유로(110, 120)는 상기 주입구(101)에서 폭방향 양측으로 분기되면서 연통되는 복수의 제1분기유로(110)와, 상기 각각의 제1분기유로(110)의 전단부에 폭방향으로 분기되면서 연통되며 전단부가 상기 토출구(102)와 연통되는 복수의 제2분기유로(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 패널의 압출 금형 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1분기유로(110)와 제2분기유로(120)가 서로 연결되는 부분에는 후방에서 전방으로 나선형으로 교반돌기(150)가 형성된 것을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 패널의 압출 금형 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 메인압출다이(100)는 복수의 분기유로(110, 120) 사이에서 폭방향으로 연장되게 형성되어 양단이 상기 분기유로(110, 120)와 연통되게 형성되는 복수의 확산유로(130)를 더 포함하며, 상기 복수의 확산유로(130)는 후방에서 전방으로 연속적으로 배열되면서 서로 연통되며, 상기 복수의 확산유로(130) 중 최전방에 배치된 확산유로(130)는 상기 토출구(102)와 연통되어 토출구(102)로 난연성 플라스틱 조성물을 안내하는 것을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 패널의 압출 금형 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 각각의 확산유로(130)가 서로 연통되는 연통구(132)에는 상하방향으로 단턱(131)이 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 패널의 압출 금형 모듈.
  6. 제5항에 있어서, 상기 확산유로(130)의 연통구(132)의 높이는 후방에서 전방으로 갈수록 작아지는 것을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 패널의 압출 금형 모듈.
  7. 제4항에 있어서, 상기 분기유로(110, 120) 및 확산유로(130)는 원형 단면을 갖는 파이프 형태의 유로로 된 것을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 패널의 압출 금형 모듈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복수의 압출제어다이(210, 220, 230)는 상기 메인압출다이(100) 및 서로에 대해 일정 거리 이격되게 결합되며;
    상기 각각의 압출제어다이(210, 220, 230)의 압출구(211, 221, 231)의 후단부 테두리 부분에는 메인압출다이(100)의 토출구(102)의 전단부 테두리 부분 또는 후방에 배치되는 압출제어다이(210, 220, 230)의 압출구(211, 221, 231)의 전단부 테두리 부분에 밀착되면서 난연성 플라스틱 조성물의 누출을 방지하는 실링돌기(212, 222, 232)가 후방으로 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 패널의 압출 금형 모듈.
  9. 제1항에 있어서, 상기 복수의 압출제어다이(210, 220, 230)는 후방에서 전방으로 갈수록 온도가 낮게 제어되는 것을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 패널의 압출 금형 모듈.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 압출 금형 모듈을 이용하여 난연성 플라스틱 패널을 제조하는 방법으로서,
    (S1) 난연성 플라스틱 조성물을 제조하는 단계;
    (S2) 상기 난연성 플라스틱 조성물을 용융하는 단계;
    (S3) 상기 난연성 플라스틱 조성물을 압출 금형의 메인압출다이(100)의 주입구(101)를 통해 일정한 압력으로 주입하는 단계;
    (S4) 상기 압출 금형의 주입구(101) 및 분기유로(110, 120)를 통해 확산된 후 토출구(102)를 통해 평판 형태로 배출되는 난연성 플라스틱 조성물을 복수의 압출제어다이를 순차적으로 통과시키면서 압출 온도를 제어하는 단계;
    (S5) 상기 복수의 압출제어다이 중 최전방의 압출제어다이를 통과하여 압출된 난연성 플라스틱 패널을 냉각하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 패널의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 (S1) 단계는,
    (S11) 325 ~ 800메쉬 크기의 미립자로 분쇄된 열가소성 수지와 800 ~ 5,000메쉬 크기로 분쇄된 무기성 금속수산화물을 반응기에 투입하여 혼합하는 단계;
    (S12) 상기 반응기 내의 온도를 20℃ 내지 60℃를 반응기 내의 열가소성 수지와 무기성 금속수산화물의 혼합물에 액상의 염기성 재료를 스프레이식으로 분사하고 건조하는 과정을 수행하여 결정성 금속수산화물을 합성하는 단계;
    (S13) 상기 반응기에서 인출된 열가소성 수지와 무기성 금속수산화물과 결정성 금속수산화물의 혼합물과, 불연성 규사질 재료를 니더기(kneader)에 투입하고 공중합하여 반죽 형태의 난연성 플라스틱 조성물을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 패널의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 (S11) 단계에서 혼합되는 열가소성 수지는 폴리에틸렌 수지 90~95중량%와 핫멜트수지 10~5 중량%를 혼합한 후 이를 325 ~ 800메쉬 크기의 미립자로 분쇄하여서 된 분말상의 점착성 수지인 것을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 패널의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 (S12) 단계에서는 염기성 재료를 스프레이식으로 분사하고 건조하는 과정을 1회로 하여, 총 2회 ~ 5회의 분사 및 건조 과정을 수행하는 것을 난연성 플라스틱 패널의 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 (S13) 단계를 수행하는 도중, 니더기 내에 염기성 재료를 스프레이식으로 분사하고 건조하는 과정을 1회로 하여, 총 1~3회의 분사 및 건조 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 패널의 제조 방법.
  17. 삭제
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