KR102013905B1 - 개선된 cmp 공정을 이용한 발포체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개선된 CMP 공정을 이용한 발포체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 1차 성형을 통해 프리폼을 제조하고, 이를 재단 및 가공한 후, 2차 성형(리몰딩, 가열 -> 냉각)하는 종래 CMP 공정과 달리, 일반 컴파운드 보다 과량의 금속산화물이 첨가된 컴파운드를 사용하며, 또한 이러한 컴파운드를 금형 내에 15 ~ 40 부피%로 일부 충진시킨 후, 가압이 아닌 상압 상태에서 금형 내에 100% 충진되도록 발포 성형하고, 또한 성형 후 금형 자체를 냉각하고 탈형시키는 제조방법을 통해 열전달률이 개선되도록 함으로써, 원하는 제품 성형을 위한 성형, 가열 및 냉각 등의 소요시간이 감소되어 1차 성형에서 바로 원하는 제품의 형태로 발포 성형이 가능하며, 이로 인해 공정을 단순화시킬 뿐만 아니라 재료의 로스율을 현저히 낮출 수 있으며, 또한, 일부 충진된 컴파운드가 발포 성형 시 금형 내에 100% 충진될 수 있도록 컴파운드의 최적 점도를 설정함으로써, 제품의 외관이 미려하게 성형될 수 있도록 하는, 개선된 CMP 공정을 이용한 발포체의 제조방법에 관한 것이다.

Description

개선된 CMP 공정을 이용한 발포체의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF FOAM USING THE IMPROVED CMP PROCESS}

본 발명은 공정을 단순화시키고, 재료의 로스율을 현저히 낮출 수 있도록 하며, 또한 제품의 외관을 미려하게 성형할 수 있도록 하는, 개선된 CMP(compression molding phylon) 공정을 이용한 발포체의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 에틸렌 공중합체(ethylene copolymer) 가운데 하나인 EVA(ethylene vinyl acetate)는 유연성, 충격흡수성, 질감성, 단열성, 보온성 등을 고루 갖추고 있어 각종 성형제품에 많이 쓰이며, 그중에서도 신발류에 널리 사용되고 있다. 즉, 신발용 창(sole)에 적용되어 신발의 충격흡수성 및 복원성을 향상시켜 신발의 기능화와 고급화에 큰 기여를 하고 있다.

이러한 EVA 소재를 사용한 신발용 창은 프리폼(prefoam)을 제조하고 이를 리몰딩(remolding)을 통해 성형하여 제조하는 CMP(compression molding phylon) 공법에 의해 주로 성형되고 있으며, 보다 구체적으로는 EVA를 기재로 하는 컴파운드를 1차 성형하여 프리폼(preform)을 제조하고, 이를 신발용 창의 모양으로 재단 및 그리인딩(grinding) 한 후, 이를 최종 신발용 창 형태의 금형 내부에 삽입시켜 적정 온도와 압력을 가하여 성형한다.

하지만, 상기와 같은 종래의 기술은 프리폼 제조 -> 재단 및 그라인딩 -> 리몰딩(가열 -> 냉각)의 공정으로 이루어짐에 따라 그 공정이 복잡하고 생산시간이 많이 소모되어 생산성이 극히 저하되는 문제점이 있다.

또한, 재단 및 그라인딩 공정에서 재료의 로스(loss)가 많아 비경제적일 뿐만 아니라 특히 그라인딩 공정에서 발생하는 다량의 분진에 의해 작업장의 환경 및 작업자의 건강에 악영향을 미치는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위하여, 특허문헌 1에서는 1차적으로 대략적인 안창 형상으로 성형한 후, 재단 및 그라인딩하지 않고 이를 직접 가열한 후 냉각 프레스로 가압하여 완전한 미세 형상의 신발 안창을 성형하는 방법을 제안하였다.

그리고 특허문헌 2에서는 시트형상의 프리폼 제조공정을 생략하되, EVA 소재를 일반 사출기를 사용하여 완제품에 가까운 반제품을 예비 성형하고 이 반제품을 기존의 열프레스 금형에 내압하여 열압 성형한 후, 이를 냉각 인출하여 완제품화하는 제조방법을 제안하였다.

하지만, 상기 특허문헌 1, 2 역시 여전히 두번 이상의 공정이 필요(특허문헌 1 : 대략적인 안창 형상으로 1차 성형 -> 2차 냉각프레스 / 특허문헌 2 : 사출기를 이용한 반체품 1차 성형 -> 2차 열프레스)함에 따라 그 생산효율이 여전히 개선되지 못하는 문제점이 있다.

특허문헌 1 : 대한민국 등록특허공보 제10-0329602호 "신발 안창의 성형 방법" 특허문헌 2 : 대한민국 등록특허공보 제10-0227214호 "공정을 단순화한 신발 중창의 제조방법"

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 1차 성형을 통해 프리폼을 제조하고, 이를 재단 및 가공한 후, 2차 성형(리몰딩, 가열 -> 냉각)하는 종래 CMP 공정과 달리, 1차 성형에서 바로 원하는 제품의 형태로 발포 성형한 후 금형 자체를 냉각 및 탈형함으로써 한번의 공정으로 제품을 제조할 수 있도록 하며, 이로 인해 공정을 단순화시킬 뿐만 아니라 재료의 로스율을 현저히 낮출 수 있도록 하면서도 제품의 외관 역시 미려하게 성형할 수 있도록 함을 과제로 한다.

본 발명은 일반 컴파운드(compound) 보다 과량의 금속산화물이 첨가된 컴파운드를 사용하며, 또한 이러한 컴파운드를 금형 내에 15 ~ 40 부피%로 일부 충진시킨 후, 가압이 아닌 상압 상태에서 금형 내에 100% 충진되도록 발포 성형하며, 또한 성형 후 금형 자체를 냉각하고 탈형시키는 제조방법을 과제의 해결 수단으로 한다.

또한, 일부 충진된 컴파운드가 발포 성형 시 금형 내에 100% 충진될 수 있도록 컴파운드의 최적 점도를 설정함으로써, 제품의 외관이 미려하게 성형될 수 있도록 하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

본 발명은 상기 과제 해결 수단에 따른 공정에 의해 열전달률이 개선됨으로써, 원하는 제품 성형을 위한 성형, 가열 및 냉각 등의 소요시간이 감소되어 1차 성형에서 바로 원하는 제품의 형태로 발포 성형이 가능하며, 이로 인해 공정을 단순화시킬 뿐만 아니라 재료의 로스율을 현저히 낮출 수 있는 효과가 있다.

또한, 상술한 바와 같이 일부 충진된 컴파운드가 발포 성형 시 금형 내에 100% 충진될 수 있도록 컴파운드의 최적 점도를 설정함으로써, 제품의 외관이 미려하게 성형될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발포체의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 실시예 및 비교예의 성형성 결과를 나타낸 실물사진

본 발명은 개선된 CMP 공정을 이용한 발포체의 제조방법에 관한 것으로써, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하, 본 발명에 따른 개선된 CMP 공정을 이용한 발포체의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 컴파운드를 금형 내에 일부 충진시키는 단계(S100)와, 상기 금형을 상압 상태에서 발포 성형하는 단계(S200) 및, 상기 금형을 냉각시키는 단계(S300)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 S100 단계는, 컴파운드를 금형 내에 일부 충진시키는 단계로써, 컴파운드가 금형 내에 15 ~ 40 부피%로 충진되도록 한다. 여기서 충진율이 15 부피% 미만일 경우 형내 충진성 및 발포력이 크게 저하되어 정상제품 성형이 어렵고, 40 부피%를 초과할 경우 충진이 많이 될수록 실제 가압성형에 가까워지므로 경량화에 한계가 있다.

한편, 상기 컴파운드는 해당 제품의 종류, 사용환경 및 원하는 기능에 따라 다양한 기재 및 첨가제의 사용이 가능하지만 본 발명에서는 가교 및 발포반응을 촉진하는 목적으로 금속산화물의 함량을 15 중량부 이상, 바람직하게는 15 ~ 30 중량부로 한정한다. 즉, 신발용 발포체에는 통상적으로 1 ~ 5 중량부를 적용하나 본 발명의 개념이 미충진 상태에서 형내 충진 및 제품을 1단계 공정으로 완성하는 것이기 때문에 형내 미충진시 펠렛 사이의 공극으로 인하여 열전달 속도가 떨어지므로 금속산화물을 과량 적용해야되는데 15 중량부 미만일 경우 그 효과가 미비하고 30 중량부를 초과할 경우 가교 및 발포 반응의 균형이 맞지 않아 오히려 성형 특성이 현저하게 저하되는 문제점이 있다.

여기서 상기 금속산화물은 산화아연, 산화마그네슘 등 이미 공지된 모든 종류의 금속산화물을 사용할 수 있다. 한편, 컴파운드를 구성함에 있어 상기 금속산화물을 제외한 다른 기재 및 첨가제는 특별히 한정하지 않고 해당 제품의 종류, 사용환경 및 원하는 기능에 따라 이미 공지된 다양한 기재 및 첨가제의 사용이 가능하다.

일 예로 EVA(ethylene vinyl acetate), PE(polyethylene), POE(poly olefin elastomer) 등의 기재에 통상적인 첨가제(예를 들면, 가교제, 발포제, 스테아린산, 충전제, 촉진제 등)를 적용할 수 있다. 보다 구체적인 예로는 기재 100 중량부에 대하여, 가교제는 황 가교제 또는 유기과산화물 가교제(디큐밀퍼옥사이드 등) 등을 0.1 ~ 1.5 중량부, 발포제는 아조디카르본아미드(ADCA), 디니트로소펜타메틸렌테트라민(DPT) 등을 1 ~ 10 중량부, 스테아린산은 1 ~ 5 중량부, 충전제는 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 산화티타늄, 실리카 등을 0.5 ~ 10 중량부, 촉진제는 트리알릴시아누르산염(TAC), 메르캅토벤조티아졸(MBT), 디벤조티아졸디술피드(MBTS), 디펜타메틸렌티우람테프라설파이드(DPTT) 등을 0.1 ~ 0.5 중량부로 사용할 수 있으나, 상술한 바와 같이 여기에 한정되는 것은 아니다.

상기 컴파운드는, 일부 충진된 컴파운드가 발포 성형 시 금형 내에 100% 충진될 수 있도록 점도가 30 ~ 2800 Pa.s가 되도록 조절하여 적용한다. 여기서 점도가 30 Pa.s 미만일 경우 발포가 정상적으로 일어나지 않을 우려가 있으며, 점도가 2800 Pa.s을 초과할 경우 금형 내 미충진이 발생하여 정상적으로 성형이 되지 않을 우려가 있다.

상기 S200 단계는, 상압 상태에서 발포 성형하는 단계로써 상압(normal pressure, 常壓 / 감압(減壓)도 가압(加壓)도 하지 않은 일정한 압력을 의미하는 것으로 보통 대기압과 같은 1기압이다.) 상태에서 130 ~ 180℃, 5 ~ 30분간 발포 성형한다. 여기서 성형온도가 130℃ 미만에서는 가교/발포 반응이 정상적으로 되지 않고 성형온도가 180℃를 초과할 경우 컴파운드가 용융되어 일체화되기 전에 가교/발포 반응이 먼저 일어나 정상제품 성형이 되지 않으며 조성물 중에 포함되어 있는 캡슐발포제와 유기화학 발포제 반응에 의하여 변색이 발생하는 문제점이 있다.

그리고 상기 S300 단계는, 상기 금형을 냉각시키는 단계로써 탈형 전에 금형 자체를 냉각시키며 구체적으로는 금형을 5 ~ 30℃에서 5 ~ 30분간 냉각시킨 후, 성형품을 탈형한다. 여기서 금형의 냉각조건은 실제 상온까지 냉각 후 탈형시 제품 형상 및 외관에 크게 영향을 주지 않으나 다만 제품의 형상에 따라 금형의 두께가 달라지므로 열용량 차이에 의해 냉각시간이 달라질 수 있다.

즉, 본 발명은 일반 컴파운드 보다 과량의 금속산화물이 첨가된 컴파운드를 사용하며, 또한 이러한 컴파운드를 금형 내에 15 ~ 40 부피%로 일부 충진시킨 후, 가압이 아닌 상압 상태에서 금형 내에 100% 충진되도록 발포 성형하며, 또한 성형 후 금형 자체를 냉각하고 탈형시키는 제조방법을 통해 열전달률이 개선되도록 함으로써, 원하는 제품 성형을 위한 성형, 가열 및 냉각 등의 소요시간이 감소되어 1차 성형에서 바로 원하는 제품의 형태로 발포 성형이 가능하며, 이로 인해 공정을 단순화시킬 뿐만 아니라 재료의 로스율을 현저히 낮출 수 있으며, 또한, 일부 충진된 컴파운드가 발포 성형 시 금형 내에 100% 충진될 수 있도록 컴파운드의 최적 점도를 설정함으로써, 제품의 외관이 미려하게 성형될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것을 아니다.

1. 발포체의 제조

(실시예 1)

금형(신발 중창 형태) 내에 컴파운드가 15 부피%가 되도록 충진한 후(S100), 상압 상태에서 130℃, 30분간 발포 성형하고(S200), 금형 자체를 5℃에서 5분간 냉각시킨 후, 발포체를 탈형하였다(S300). 여기서, 상기 컴파운드는 EVA 100 중량부에 대하여 금속산화물(산화아연) 15 중량부, 가교제(디큐밀퍼옥사이드) 1.5 중량부, 발포제(아조디카르본아미드) 4 중량부, 스테아린산은 0.7 중량부, 충전제(탄산칼슘) 1.0 중량부, 촉진제(트리알릴시아누르산염), 0.1 중량부를 혼합한 것으로 점도가 30 Pa.s인 것을 사용하였다.

(실시예 2)

금형 내에 컴파운드가 40 부피%가 되도록 충진한 후(S100), 상압 상태에서 180℃, 5분간 발포 성형하고(S200), 금형 자체를 30℃에서 30분간 냉각시킨 후, 발포체를 탈형하였다(S300). 여기서, 상기 컴파운드는 EVA 100 중량부에 대하여 금속산화물(산화아연) 30 중량부, 가교제(디큐밀퍼옥사이드) 1.5 중량부, 발포제(아조디카르본아미드) 4 중량부, 스테아린산은 0.7 중량부, 충전제(탄산칼슘) 1.0 중량부, 촉진제(트리알릴시아누르산염), 0.1 중량부를 혼합한 것으로 점도가 2800 Pa.s 인 것을 사용하였다.

(비교예 1)

실시예 1과 동일하게 제조하되, S100 단계에서 컴파운드가 금형 내 100 부피%가 되도록 충진하였다.

(비교예 2)

실시예 2와 동일하게 제조하되, S200 단계에서 120kg/cm²의 압력으로 가압하여 성형하였다.

(비교예 3)

실시예 1과 동일하게 제조하되, 컴파운드에 금속산화물을 5 중량부 사용하였다.

(비교예 4)

실시예 2와 동일하게 제조하되, 컴파운드의 점도가 3100 Pa.s인 것을 사용하였다.

2. 발포체의 평가

상기 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 4에 따른 제조방법을 제조된 발포체의 성형성을 평가한 결과를 아래 [표 1] 및 도 2, 3에 나타내었다.

구분	실시예1	실시예2	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4
성형성주1)	○	○	×	×	×	×
실물	도 2 참조	도 2 참조	도 3 참조	도 3 참조	도 3 참조	도 3 참조
주1) 성형 후, 탈형된 발포체의 외관을 육안으로 평가 ○ : 금형의 형태와 동일한 형태를 가지며, 외관이 미려함 × : 금형의 형태와 유사한 형태를 가지지만, 외관이 미려하지 못하고 불량이 발생함

상기 [표 1] 및 도 2, 3에서와 같이 본 발명의 실시예에 따라 제조된 발포체는 비교예에 따라 제조된 발포체에 비해 성형성이 우수함을 알 수 있다. 즉, 본 발명은 종래 CMP 공정과 달리 1차 성형에서 바로 원하는 제품의 형태로 발포 성형이 가능함을 알 수 있다. 즉 공정을 단순화시킬 뿐만 아니라 재료의 로스율을 현저히 낮출 수 있으며 이러한 효과를 가지면서도 제품의 외관이 미려하게 성형될 수 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 개선된 CMP 공정을 이용한 발포체의 제조방법을 상기의 바람직한 실시 예를 통해 설명하고, 그 우수성을 확인하였지만 해당 기술 분야의 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

S100 : 컴파운드를 금형 내에 일부 충진시키는 단계
S200 : 상기 컴파운드를 상압 상태에서 발포 성형하는 단계
S300 : 상기 금형을 냉각시키는 단계

Claims (6)

1. 발포체의 제조방법에 있어서,
   컴파운드를 금형 내에 일부 충진시키는 단계(S100);
   상기 컴파운드를 상압 상태에서 발포 성형하는 단계(S200); 및
   상기 금형을 냉각시키는 단계(S300);로 이루어지되,
   상기 컴파운드는 기재 100 중량부에 대하여 금속산화물 15 ~ 30 중량부를 포함하고, 점도가 30 ~ 2800 Pa.s 이며,
   상기 S100 단계는 컴파운드가 금형 내에 15 ~ 40 부피%로 충진되고,
   상기 S200 단계는 상압 상태에서 130 ~ 180℃, 5 ~ 30분간 발포 성형하는 것을 특징으로 하는, 발포체의 제조방법.
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