KR102019092B1 - 압력에 의한 복합 제품의 형성 방법, 관련 제품 및 장치 - Google Patents

압력에 의한 복합 제품의 형성 방법, 관련 제품 및 장치 Download PDF

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Abstract

복합 제품의 형성 방법이 설명된다. 방법의 예는 시트 형태 몰딩 재료를 포함하는 층(34)을 제공하는 단계 및 기판(36)을 제공하는 단계를 포함한다. 시트 형태 몰딩 재료의 층은 기판(36)의 표면으로 적용되고; 몰드(30)내에서 기판에 가압된다. 일부 예에서, 기판(36)은 개방 셀 발포체이며, 개스 및/또는 증기는 가압 영역으로부터 이동될 수 있다.

Description

압력에 의한 복합 제품의 형성 방법, 관련 제품 및 장치{Method of forming composite products by pressure, related products and apparatus}
본 발명은 복합 제품에 관한 것으로서, 예를 들면 라미네이트 제품들에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 특징은 발포체 기판 및 기판의 표면상에 있는 표피(skin)를 포함하는 라미네이트에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 특징들은 비록 본 발명이 복합 제품들의 넓은 범위로써 광범위의 적용예를 가지고 있을지라도, 예를 들면 건축용 몰딩과 같은 건축용 구성 요소로서, 그리고 예를 들면 빌딩 및 가구에서 이용되기 위한, 라미네이트 패널의 제조에 관한 것이다. 개시된 본 발명의 특징은 도어, 윈도우 및 다른 패널들에 관한 것으로서, 특히 빌딩에서 이용되는 것들에 관한 것이다.
도어, 윈도우 및 패널들은 통상적으로 목재로 제작되고, 광택제를 바르거나 또는 광택제를 바르지 않는다. 그러나, 특별하게 처리되지 않으면, 목재는 온도 및/또는 습도의 변화에 노출되었을 때 휠 수 있다. 이것은 미감에 있어서 불리할 수 있으며, 도어, 윈도우 및 격벽들의 개방 및 폐쇄에 있어서 곤란에 이를 수 있다. 이러한 것은 휘어진 도어, 윈도우 및 패널들이 화재의 위험성을 구성할 수 있는 현대적인 빌딩의 안전 규정에 비추어 특히 문제가 될 수 있다. 더욱이, 목재는 구하기가 상대적으로 비쌀 수 있으며, 특정 유형의 목재의 사용과 관련하여 주된 환경상의 문제가 있다.
따라서 지난 수십년 동안 인공적인 도어, 패널 및 윈도우를 제공하는 것이 유행이었다. 인공적인 도어의 한가자 유형은 몰딩된 도어이다. 몰딩된 도어는 여러가지 상이한 방법들에 의해 형성될 수 있다.
발포체 수지 층 및 표피를 포함하는 유형의 발포체 수지 라미네이트 패널들은 달성 가능한 광범위의 유용한 특성들 때문에 빌딩, 장식 및 가구 산업에서 점증적으로 채용되고 있다.
패널 형성에 대한 공지의 방법에서, 패널들은 한쌍의 외측 표피 및 내측 발포체 코어를 포함한다. 표피 또는 표피들 및 발포체 코어는 분리되어 형성되고, 접착제 또는 가열에 의해 함께 접합될 수 있다. 그러나, 일부 접착제들은 특정의 조건에서 떨어져서 디라미네이션(delamination)에 이르게 되고, 다른 것들은 예를 들면 접착제의 성분들이 유독성이거나 또는 그렇지 않으면 건강에 유해한 것으로 간주되기 때문에 적용하기 곤란하거나 또는 주의 깊게 제어된 조건의 이용을 필요로 한다. 다른 경우들에 있어서, 접착제내의 성분들은 예를 들면 층의 국부적인 용매화(local solvation) 또는 화학적인 침범 때문에 접합되어야 하는 하나 또는 양쪽의 층들에 부정적인 영향을 미친다. 마찬가지로, 접합을 위한 열의 이용은 제한되는데, 이는 층들중 적어도 하나가 열에 의해 연화될 수 있는 재료이고, 층이 유효한 열 처리를 위한 온도에 의해서 부정적으로 영향을 받지 않는 경우에만 적절하기 때문이다. 더욱이, 일부 재료들을 가지고 열에 의해 얻어지는 접합은 충분히 강하지 않거나 또는 시간이 지나면 열화되는 경향이 있다.
더욱이 그러한 방법들은 깊게 프로파일(profile)이 형성된 표면을 가지는, 재생 벽 패널 작업 또는 패널화된 도어들과 같은 패널의 제조에는 경제적이지 않은데, 왜냐하면 그러한 것은 적절하게 프로파일이 형성된 코어 및 표피 부재들을 분리 상태로 형성하는 것을 포함하고, 값비싼 몰드(mould)의 이용을 포함하기 때문이다.
공지의 시스템에서, 표피들은 시트 몰딩 화합물(sheet moulding compound;SMC)의 압축 몰딩에 의해 형성될 수 있다. SMC 는, 예를 들면 유리 섬유와 같은 강화 섬유와 함께, 예를 들면 폴리에스터 수지와 같은 열경화 수지를 포함한다.
성형된 표피를 만들려면, 시트 몰딩 화합물은 장전물(charge)의 블록을 형성하도록 접혀지고, 미리 가열된 몰딩 공동 안에 놓여진다. 몰드는 폐쇄되고 압력이 가해져서 몰딩 화합물을 가압함으로써 그것이 몰드의 모든 부분들로 퍼진다. 몰딩 재료가 경화될 때까지 열과 압력이 가해진다. 몰드는 다음에 개방되고 성형된 표피는 제거된다.
형상화된 표피들은 다음에 표피들 사이에 위치된 공동 안으로 발포체를 분사하기 전에 프레임의 대향하는 측면들에 고정될 수 있다. 발포체는 충전재(filler)로서의 작용을 하며, 도어에 향상된 강성(剛性) 및 절연성을 제공하는데 도움을 줄 수 있다. 도어는 다음에 적절하게 마무리될 수 있다.
그러나, 비록 이러한 방법이 효과적일 수 있을지라도, 항상 신뢰성이 있는 것은 아니다. 왜냐하면 발포체의 경화 및 공동의 충전을 정확하게 제어하는 것이 곤란하기 때문이다. 더욱이, 경화 발포체의 유동학적 특성은 와이어 메쉬 강화부에 의해서 부정적인 영향을 받을 수 있는데, 와이어 메쉬 강화부는 결과적인 제품을 강화시키기 위하여 표피들 사이에 종종 제공된다.
상기 방법을 이용한 SMC 표피들의 형성과 관련된 다른 단점들이 존재한다. 예를 들면, SMC 는 몰드 공동에서 블록을 형성하도록 접혀질 필요가 있다. 이것은 몰드 공동 안에 잡혀 있는 공기 때문이며, 경화 작용 동안에 형성된 개스는 몰딩 작업 동안에 배출될 필요가 있다.
또한, 몰딩을 이루도록 고압이 필요하다: 1000 내지 1200 톤의 압력이 알려져 있다.
이것은 몰드 자체를 위해서 이용될 수 있는 재료들에 제한을 두게 한다. 그러한 구성들에서, 스테인레스 스틸 몰드가 이용되지만, 이들은 값이 비싸고 느리게 가열되어, 필요한 몰드 온도에 도달되기 전에 장시간의 셋업(set-up) 시간이 필요하다. 예를 들면, 압축 몰딩을 위해 필요한 140 도로 스테인레스 스틸 몰드를 가열하는 것은 수시간이 걸릴 수 있다. 더욱이, 스테인레스 스틸 몰드는 무거우며, 상이한 표피 프로파일의 형성을 위해서 몰드를 교환하는 것은 냉각, 몰드 교환 및 가열 사이클을 포함하여 하루의 절반이 걸릴 수 있다. 따라서, 몰드를 제작하는 투자비 및 몰드를 교환하는데 있어서의 중단 시간 때문에, 그러한 압축 몰딩 공정은 과거에 일반적으로 큰 체적의 제품들을 제조하는데 이용되었다.
또한 이러한 방법의 다른 단점은 표피가 차후에 접착제로 코어에 접착되거나 또는 발포체로 충전되어 발포체 라미네이트 구조를 형성하는 경우에, 표피와 코어 사이 접합의 구조적 파괴가 문제될 수 있다는 것이다.
본 발명의 목적은 향상된 복합 제품 및 복합 제품의 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 복합 제품의 형성 방법이 제공되는데, 그 형성 방법은: 시트 형태 몰딩 재료를 포함하는 층을 제공하는 단계; 기판을 제공하는 단계; 시트 형태 재료의 층을 기판의 표면에 적용하는 단계; 및 시트 형태 재료를 기판에 누르는 단계;를 포함하고,
기판의 형상은 개스 및/또는 증기가 가압 영역으로부터 변위될 수 있도록 되어 있다.
바람직스럽게는 가압 영역이 기판의 표면 및 시이트 형성 재료가 함께 가압되는 영역이며, 바람직스럽게는 기판 및 재료의 계면의 영역에 있다.
그 영역에 구성될 수 있고 그리고/또는 남겨질 수 있는 증기 또는 개스를 제거함으로써, 복합 제품을 형성하는데 필요한 압력은 일부 예에서 현저하게 감소될 수 있다는 점이 밝혀졌다.
바람직스럽게는 기판의 표면 특성은 개스 또는 증기가 가압 영역으로부터 배출되도록 된다. 예를 들면, 재료 표면의 적어도 일부에 있는 영역이 바람직스럽게는 다공성이어서 개스 또는 증기가 관련 영역으로부터 변위되는 것을 허용한다.
바람직스럽게는, 시트 형태 재료가 기판으로 가압되는 가압 방향에 대하여 전체적으로 횡단하는 방향에서의 적어도 일 성분을 가지는 방향에서 개스 또는 증기가 가압 영역으로부터 배출될 수 있도록 기판이 되어 있다.
개스의 변위를 돕도록 (대안으로서 또는 추가적으로) 다른 구성이 제공될 수 있다. 예를 들면, 기판 안에 홈 또는 채널이 형성될 수 있다.
개스의 변위를 허용하는 기판의 형상은, 그것이 기판 자체의 구성으로부터 발생되거나 그리고/또는 예를 들면 기판을 기계 가공함으로써 또는 기판상의 화학적 작용에 의해서 차후의 작용에 의해 제공될 수 있다는 점에서, 고유한 것일 수 있다.
바람직스럽게는 기판의 형상이 가압 영역내의 압력을 배출할 수 있도록 되어 있다.
바람직스럽게는 기판이 셀(cell) 형상의 구조를 가지는 재료를 포함한다. 기판의 셀 구조는 일부 구성들에서 개스의 필요한 변위를 제공할 수 있다. 바람직한 예에 있어서, 기판은 실질적으로 개방 셀 구조를 포함하는 재료를 구비한다. 이러한 방식으로, 가압 영역으로부터의 우수한 개스의 이동이 일부 예에서 얻어질 수 있다. 기판은 발포체 재료를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 복합 제품의 형성 방법에 제공되는데, 그 방법은: 시이트 형성 몰딩 재료를 포함하는 층을 제공하는 단계; 실질적으로 개방 셀 구조를 포함하는 발포체 재료를 구비한 기판을 제공하는 단계; 기판의 표면상으로 시이트 형성 몰딩 재료의 층을 적용하는 단계; 및, 시트 형태 재료를 기판에 접합시키도록 압력을 가하는 단계;를 포함한다.
*바람직스럽게는 제품이 라미네이트 제품을 포함한다. 본 발명에 따른 라미네이트 제품은 예를 들면 표면에 적용된 하나의 표피를 가진 코어를 포함할 수 있거나, 또는 2 개의 표피들 사이에 샌드위치된 코어를 포함할 수 있다. 다른 배치들도 가능하다.
다음에 기판은 최종 제품의 일부를 형성할 수 있거나, 또는 표피가 형성된 이후에 예를 들면 기계 가공에 의해서 기판이 제거될 수 있는 것이 생각된다. 바람직스럽게는 기판이 복합 제품으로부터 유도된 최종 제품의 일부를 형성한다.
본 발명의 일부 구현예들에서, 시트 형태 재료는 기판에 직접적으로 적용된다. 다른 예에서, 하나 또는 그 이상의 층들이 기판과 시트 형태 재료 사이에 제공될 수 있어서, 예를 들면 2 개 부분들의 부착 또는 접합을 향상시킨다. 예를 들면 접착제는 부분들 사이에 적용될 수 있다.
바람직스럽게는 그 방법이 시트 형태 몰딩 재료의 층을 몰드에 적용하는 단계를 포함하며, 그 방법은 기판을 시트 형태 재료에 대하여 몰드로 가압하는 단계를 더 포함한다.
시트 형태의 매트릭스를 제공함으로써, 액체 수지의 이용이 회피될 수 있다. 이것은 제품의 제조에서 상당한 시간 절약을 제공할 수 있으며, 또한 매트릭스 재료의 이용의 용이성 및 매트릭스 재료 또는 프리 폴리머(pre-polymer)를 몰드에 적용하는데 필요한 인원 및 장비의 감소와 관련된 장점을 제공한다.
상기 방법은 층을 직접적으로 몰드의 표면으로 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 예에서, 하나 또는 그 이상의 다른 층들이 시트 형태 재료와 공구 표면 자체 사이에 적용될 수 있다. 일부 예에서, 재료들이 공구 표면에 적용될 수 있어서, 예를 들면 몰드로부터의 제품의 몰딩 및/또는 이탈을 돕는다. 코팅 조성물이 몰드로 도포될 수 있어서, 그것이 몰딩 이후에 제품상에 코팅을 형성한다. 조성물은 칼러로 될 수 있다. 조성물은 예를 들면 정전기 방법을 이용하여, 분말 형태로 몰드에 도포될 수 있다.
바람직스럽게는 이 방법이 시트 형태 몰딩 재료와 몰드의 표면 사이에 베일(veil)을 제공하는 단계를 더 포함한다.
바람직스럽게는 베일이 재료의 시트를 포함하는데, 이것은 몰딩하기 전에 몰드 표면과 시트 형태 몰딩 재료 사이에 제공된다. 베일의 제공이 바람직스럽게는 베일이 존재하지 않는 구성과 비교하여 몰딩된 제품의 표면 마무리에서 향상 또는 변화를 일으킨다.
예를 들면, 몰딩 화합물의 시트가 강화 성분을 포함하는 경우에, 바람직스럽게는 베일이 결과적인 몰딩 제품의 표면에서 강화 성분의 양을 감소시키거나 또는 억제하는 작용을 한다. 예를 들면, 몰딩 화합물이 짧은 유리 섬유를 구비한 SMC 를 포함하는 경우에, 어떤 상황에서는 몰딩에 있는 유리 섬유들이 몰딩된 제품의 표면으로부터 돌출하여 불리한 표면 마무리를 초래한다는 점이 밝혀졌다. 베일을 이용함으로써, 예를 들면 표면 마무리를 향상시키기 위하여 몰딩 재료의 특정 성분들에 대한 격벽을 제공할 수 있다.
일부 예에서, 베일의 이용은 몰드 평면에 있는 매트릭스 재료의 움직임을 감소시키는 효과를 가진다고 생각된다. 몰드 표면들의 평면에서의 움직임이 감소되는 것이 본 발명의 바람직한 특징이다: 일부 구성에서는 이러한 것이 몰딩된 제품들에 보다 낳은 마무리를 제공하는 것으로 생각된다.
베일은 몰딩하는 동안에 몰딩 재료의 성분에 실질적으로 투과성이 있는 것이 바람직스럽다.
이러한 방식으로, 몰딩 재료의 성분, 예를 들면 수지 성분은 몰딩하는 동안에 베일을 통과할 수 있어서 몰딩된 제품의 표면에서의 수지 마무리가 형성될 수 있다.
따라서, 베일을 위한 재료는 그것이 몰딩 화합물의 특정 성분들(특히 수지)에 충분하게 투과성이 있지만, 예를 들면 유리 섬유 또는 다른 강화재와 같은 특정의 다른 성분들에 대하여 격벽의 기능을 제공하도록 선택되는 것이 바람직스럽다.
일부 구성에서 베일은 몰드 표면에 직접적으로 근접하게 배치될 수 있고, 만족스러운 표면 마무리가 제조되는 수지 성분들에 의한 충분한 침투가 있을 것이다. 그러나, 표면 마무리를 향상시키도록 몰드 표면과 베일 사이에 추가의 층이 제공될 수 있다는 점이 상상된다. 예를 들면, 몰드의 표면에 수지 재료의 층이 제공될 수 있다. 이는 그 어떤 적절한 방법에 의해서라도 적용될 수 있다.
대안으로서, 또는 추가적으로, 베일 층은 추가적인 성분들을 포함할 수 있고, 예를 들면 표면 마무리를 향상시키도록 수지 재료를 포함할 수 있다.
*베일은 부직 재료(non-woven material)를 포함할 수 있다. 특히 베일이 몰드에 직접적으로 적용되는 경우에, 베일 재료는 특정의 조직(texture) 또는 마무리(finish)를 가지지 않도록 소망될 수 있고, 이것은 몰딩된 제품의 표면에서 지각할 수 있는(perceptible) 표면 구조를 형성할 수 있다. 그러나, 다른 구성들에서, 표면에서의 그러한 표면 구조 또는 패턴은 유리한 특징일 수 있다.
그러한 구조가 소망되지 않는 경우에, 바람직스럽게는 베일이 부직 재료를 포함한다. 예를 들면, 일부 경우에 그러한 재료가 이용될 수 있을지라도, 특히 표면 처리가 베일 재료의 표면 구조를 감소시키도록 제공되었다면, 바람직스럽게는 베일이 편직 또는 직조 표면(knitted or woven surface)을 포함하지 않는다. 예를 들면, 일부 구성들에서, 베일은 양털(fleece) 또는 브러싱된 표면(brushed surface)을 포함할 수 없다. 그러나, 대부분의 적용예들에서, 바람직스럽게는 베일 재료의 적어도 일 표면은 실질적으로 표면 구조 또는 패턴을 가지지 않는다.
베일은 펠트 천(felt cloth)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 베일은 폴리에스터 재료를 포함할 수 있다. 대안의 재료들이 이용될 수 있으며, 예를 들면, 울(wool), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 PET 를 포함할 수 있다. 베일은 양털 재료를 포함할 수 있거나, 또는 발포체 재료를 포함할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 적절한 재료가 바람직스럽게는 이용되는 수지에 투과성이고, 적절한 표면 조직을 가진다.
베일은 폴리에스터 재료를 포함할 수 있고, 약 120 내지 약 150 g/m2 의 중량을 가진다.
본 발명의 광범위한 특징은 수지 및 충전 성분(filler component)을 포함하는 시트 몰딩 화합물을 이용하는 몰딩 방법을 제공하는데, 그 방법은 시트 몰딩 화합물과 몰딩 표면 사이에 베일을 적용하는 것을 포함한다. 위에서 설명된 바와 같이, 바람직스럽게는 베일이 예를 들면 흡수에 의해서 수지 재료의 통과를 허용하면서, 충전 성분에 대한 격벽의 효과를 가진다.
개방 셀 구조를 포함하는 기판에 대하여 시트 형태 몰딩 재료를 적용함으로써, 몇가지 장점들이 본 발명의 특징의 예에서 달성될 수 있다.
특히, 개방 셀 발포체 기판을 이용함으로써, 몰드 안의 공기 및 몰딩 과정 동안에 발생된 개스들은 발포체의 개방 셀 구조를 통하여 그 안으로 통과될 수 있어서, 표피 안의 갈라진 금 및 다른 변형에 이르게 되는 공기 및 개스의 위험성이 감소된다.
더욱이, 몰딩 과정에서 시트 형태 몰딩 재료를 기판에 접합함으로써, 라미네이트 제품의 제조의 효율성이 달성될 수 있는데, 이는 일부 예에서 표피를 코어에 부착시키는 추가의 단계가 회피될 수 있기 때문이다.
일부 예에서, 기판의 표면 안으로 몰딩 재료의 소망되는 유동이 있도록 시트 형태 몰딩 재료의 조성이 이루어지도록 구성될 것이다. 일부 예에서, 이것은 다른 적용예에서 대응하는 조성들과 비교하여, 과도한 프리폴리머(prepolymer) 재료가 조성내에 포함됨으로써 달성될 것이다.
따라서, 몰딩 작용이 시트 형태 재료를 미리 결정된 두께로 압축시키고, 과잉의 수지가 기판으로 유동한다는 점에서, 형성된 표피의 두께는 자체 조절될 수 있는 것이다. 또한, 조성내의 그 어떤 과도한 프리폴리머라도 몰딩 단계에서 기판 안으로 제거될 것이기 때문에, 시트 형태 재료의 조성에서 정확성이 덜 필요하다.
바람직한 예에서, 시트 형태 몰딩 재료의 물질은 몰딩 과정 동안에 기판 재료의 다른 형성부 또는 셀 안으로 통과되고 기판과 몰딩 표피 사이에 기계적인 접합을 제공한다. 이것은 외피가 기판 코어로부터 디라미네이션(delamination)되는 위험성을 감소시킬 수 있고, 가열/냉각 사이클에 노출되었을 때 안정된 제품을 제공하고, 접착제가 도포되거나 또는 부분들의 조립에 대한 필요성 없이 단일체(monolithic) 복합 구조를 제공할 수 있다.
바람직한 예에서, 시트 형태 몰딩 재료는 기판상에 외측의 표피를 형성하는데, 이것은 기계적으로 기판상에 잠김으로써 표피와 기판 사이에 우수한 접합을 제공한다. 일부의 경우에, 표피와 기판의 인터페이스에서 달성된 접합은 사실상 기판 자체의 재료보다 강하다는 점이 밝혀졌다. 그러한 방법에 의해 만들어진 라미네이트 제품은 기판 층 안에서 붕괴될 수 있으며, 인터페이스에서 붕괴되지 않는다.
바람직스럽게는 본 발명의 방법이 기판 및 시트 형태 몰딩 재료에 열과 압력을 적용하는 것을 포함한다. 바람직스럽게는 시트 형태 몰딩 재료가 기판상으로 직접적으로 경화된다. 이러한 중요한 특징은 독립적으로 제공될 수 있다. 본 발명의 광범위한 특징은 기판의 표면으로 직접적으로 경화 가능 재료의 시트를 경화시키는 것을 제공하는데, 바람직스럽게는 그 기판이 인터페이스 영역으로부터 증기 또는 개스를 이동시키도록 구성된 것이고, 바람직스럽게는 그 기판이 개방 셀 발포체를 포함한다.
바람직스럽게는 시트-형태 재료가 열경화 재료를 포함하며, 그 방법은 재료가 경화되게 하거나 또는 경화를 허용하는 단계를 포함한다.
바람직스럽게는 그 방법이 압축 몰딩의 방법을 포함한다.
바람직스럽게는 시트 형태 몰딩 재료가 몰드 안에서 응고되도록 압력 및 온도와 사이클 시간이 선택된다.
바람직스럽게는 몰드가 소망의 표피 형상을 제조하도록 형상이 이루어진다.
복합 제품의 윤곽 표면이 얻어질 수 있다. 예를 들면, 제품의 표면은 성분들이 몰드 안으로 가압되는 가압 단계 동안에 형성된 요부를 포함할 수 있다. 따라서 몰딩된 복합 제품들이 형성될 수 있다.
본 발명의 방법들은 표면 몰딩을 가지지 않는 제품들, 예를 들면 평탄 패널들을 형성하도록 이용될 수 있다는 점이 생각된다. 이러한 경우에, 기판은 그 어떤 적절한 재료라도 포함할 수 있다. 바람직스럽게는 기판이 단단한 재료를 포함함으로써 가압 단계는 가장 성공적으로 수행될 수 있고 기판은 소망의 기계적 특성을 제품에 제공할 수 있다.
일부 예들에서, 윤곽 표면이 필요한 경우에, 필요한 윤곽 또는 몰딩들이 기판의 표면상에 형성될 수 있다. 예를 들면, 필요한 형상이 기계 가공에 의해 기판내에 형성될 수 있으며, 예를 들면 폴리우레탄 발포체를 포함하는 기판 블록내에 형성될 수 있다.
몰드의 형상은 기판의 윤곽에 맞춰짐으로써 성분들이 몰드 표면으로 가압될 때, 결과적인 패널은 형상화된 기판에 접합된 필요한 윤곽을 가진 표피를 가진다.
그러나, 바람직스럽게는 기판이 부서질 수 있는(crushable) 재료를 포함함으로써, 압력 적용 단계중에, 기판의 표면이 몰딩된다.
기판은 부서지기 쉬운 재료를 포함할 수 있다. 그러한 재료는 결과적인 제품의 통상의 사용시에 단단하고 부서지지 않을 수 있지만, 가압 과정 동안에, 기판 재료는 기판을 주조하도록 부서질 수 있다. 몰드 표면이 이용되는 경우에, 몰드를 향하는 표면이 몰드 표면의 윤곽에 일치하도록 기판 재료가 부서질 수 있다.
이러한 특징은 특히 유리하며 독립적으로 제공된다. 따라서, 본 발명의 특징은 복합 제품의 형성 방법을 제공하는데, 그 방법은: 시트 형태 몰딩 재료를 포함하는 층을 제공하는 단계, 부서질 수 있는 재료를 포함하는 기판을 제공하는 단계, 시트 형태 몰딩 재료의 층을 기판의 표면으로 적용하는 단계 및, 시트 형태 몰딩 재료를 기판에 가압하는 단계를 포함하며, 기판의 적어도 일부는 가압 단계 동안에 부서진다.
바람직스럽게는 기판의 적어도 일부가 가압 단계 동안에 몰딩된다.
바람직스럽게는 그 방법에 몰드 표면을 제공하는 단계 및 처음에 폴리머 시트를 다음에 부서질 수 있는 기판을 몰드로 적용하는 단계(선택적으로는 다른 층들 또는 성분들이 제공된다)가 포함되고, 기판은 몰드 표면의 형상에 대응하도록 몰딩된다.
바람직스럽게는 기판이 비탄성적으로 부서질 수 있는 재료를 포함한다: 바람직스럽게는 가압하는 동안에 기판 재료의 변형이 실질적으로 소성적이며, 즉, 실질적으로 영구적이고 비가역적이다. 따라서 일단 기판이 부서졌다면, 그것은 부서진 형상으로 유지된다.
이러한 방법은 특히 일부 예에서 유리하다. 특히, 이것은 표피를 적용하기 전에 필요한 윤곽을 기판의 표면 안으로 기계 가공해야 하는 필요성을 제거할 수 있다.
기판의 간단한 블록들이 형상화되거나 또는 몰딩된 제품들을 형성하도록 이 방법에서 이용될 수 있다.
몰딩은 제품의 표면 윤곽을 제공할 수 있고, 그리고/또는 제품 자체의 형상을 제공할 수 있다. 형상화된 제품들이 이 방법을 이용하여 형성될 수 있다는 점이 상상된다.
설명된 예에서, 기판은 플라스틱 재료를 포함하지만, 다른 그 어떤 적절한 재료라도 이용될 수 있다.
본 발명은 압력이 가해질 때조차도 단단한 재료를 기판이 포함하는 경우에 적용될 수 있지만, 바람직스럽게는 기판이 압력의 적용중에 제어 가능하게 부서질 수 있는 재료를 포함함으로써 기판의 표면이 몰드 부분의 윤곽을 취할 수 있다.
이러한 방식으로, 몰딩된 라미네이트 제품들은 시트 몰딩 재료 및 기판 재료의 블록으로부터 단일 단계에서 효율적으로 제조될 수 있다.
일부 바람직한 예들에서, 기판에는 단일 가압 단계에서 2 개의 표피들이 제공될 수 있으며, 바람직스럽게는 기판이 2 개의 대향하는 몰드 표면들의 형상에 따라서 몰딩된다. 2 개의 몰드 표면들은 상이한 형상(porfile)을 가지거나, 또는 같은 형상을 가진다.
일부 예에서, 코어의 일부 또는 전부가 실질적으로 제로의 두께를 가지도록 부서질 수 있다.
본 발명의 예에서 기판 재료가 바람직스럽게는 단단한 발포체를 포함할 수 있으며, 예를 들면 혼합물의 발포 작용이 경화 작용의 부산물로서 형성되거나 또는 레졸(resole) 안에 존재하는 작은 분자들의 휘발에 의해서 주로 또는 단독으로 야기되는 조건하에서, 페놀릭 레졸(phenolic resole), 산 경화제(acid hardner) 및 미세하게 분할된 미립자 덩어리의 혼합물이 경화되는 것을 허용하거나 또는 그 경화를 야기시킴으로써 얻어지는 발포체 재료이다. 그러한 발포체의 예에 대한 형성은 유럽 출원 EP 0010353 에 상세하게 설명되어 있으며, 그러한 발포체를 포함하는 발포체 동체는 Acell Holdings Limited UK 의 ACELL 발포체로서 얻어질 수 있다.
바람직스럽게는, 기판 재료가 100 내지 500 kg/m3 의 범위의 밀도를 가지고, 보다 바람직스럽게는 120 내지 400 kg/m3 의 범위의 밀도를 가지고, 가장 바람직스럽게는 120 내지 250 kg/m3 의 범위의 밀도를 가진다. 그러한 발포체는 적절한 압력의 적용에 의해 매우 미세하고 복잡한 몰드 표면의 세부 면상에서 재생될 수 있으며, 그 압력의 수준은 발포체의 밀도 및 특성에 달려 있지만, 단순한 실험에 의해서 용이하게 결정될 수 있다는 점이 밝혀졌다.
*그러한 기판은 실질적으로 개방 셀 구조를 가짐으로써, 시트 형태 몰딩 재료의 층이 재료의 셀 또는 작은 구멍에 가압될 때, 그 안의 개스 또는 증기가 용이하게 이동할 수 있다.
그 어떤 적절한 재료가 채용될 수 있을지라도, 본 발명의 특징은 실질적으로 단단한 구조적인 재료들과 이용되기에 특히 적절하며, 예를 들면 발포체, 즉, 바람직스럽게는 자체적으로 지지되는 발포체와 사용되기에 적절한데, 상기 자체 지지되는 발포체는 적절한 압력하에서는 무너지지 않고 하중을 받는 휘어짐에 대하여 저항성이 있는 것이다. 그러한 발포체의 물리적인 특성들, 특히 하중을 받을 때의 휘어짐 및 압축 강도는 (다른 인자들중에서도) 셀 벽의 두께와 관련된 것으로 믿어진다. 일부 예에서, 적절한 기판 재료의 셀 크기는 약 0.5 mm 내지 5 mm 의 범위이고, 보다 바람직스럽게는 0.5 또는 1 mm 내지 2 또는 3 mm 의 범위인 것으로 밝혀졌다.
기판은 충전 재료를 포함하는 것이 바람직스러우며, 예를 들면 미세하게 분할된 충전 재료를 포함하는 것이 바람직스럽다. 미세하게 분할된 충전재로 강화된 발포 페놀 수지는 일부 구성에서 특히 바람직스러운데, 왜냐하면 그로부터 형성된 라미네이트에 대해서 얻어질 수 있는 내화성 및 물리적 특성들의 우수한 조합 때문이다.
바람직스럽게는 시트 형태 몰딩 재료의 층이 적용되어야 하는 면의 표면에 대하여 발포 기판의 작은 구멍 또는 셀의 적어도 일부가 개방되고, 바람직스럽게는 개구 보다 큰 폭으로 표면 아래에서 개방됨으로써, 기판에 대한 층 재료의 접합을 향상시킬 수 있는 언더컷(undercut)을 제공한다.
일부 예에서, 기판상에 제공된 시트 형태 몰딩 재료의 층의 두께는 적어도 1 mm 일 것이지만, 1 mm 보다 작은 두께도 고려된다. 소망된다면, 재료의 층의 두께는 응고 이전 또는 이후에 감소될 수 있다.
일부 예에서 시트 형태 몰딩 재료의 추가의 층이 기판의 대향하는 표면에 적용되고, 압력의 적용은 기판을 시트 형태 몰딩 재료의 1 개 층들 사이에 끼워지게 한다.
이러한 방식으로, 2 개 측부들상에 있는 표피를 포함하는 라미네이트 제품이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제품이 도어를 포함한다면, 도어의 양쪽 측들은 단일 단계에서 형성될 수 있다.
시트 형태 몰딩 재료가 바람직스럽게는 열경화성 수지를 포함한다. 재료는 다른 성분들을 포함할 수 있는데, 예를 들면 재료를 시트 형태로 취급될 수 있는 성분들을 포함하다.
본 발명의 특징의 시트 형태 몰딩 재료는 그 어떤 적절한 매트릭스 조성물이라도 포함할 수 있다. 예를 들면, 매트릭스는 하나 또는 그 이상의 열경화성 폴리머를 포함할 수 있는데, 예를 들면, 에폭시 수지, 페놀 수지, 비스말레이미드(bismaleimide) 또는 폴리이미드(polyimide) 및/또는 그 어떤 다른 적절한 재료를 포함할 수 있다. 재료는 멜라민을 포함할 수 있는데, 이것은 화염 저지제(fire retardant)로서 유용하다. 매트릭스 재료는 경화제, 촉진제, 충전재, 안료 및/또는 필요한 그 어떤 다른 성분들이라도 더 포함할 수 있다. 매트릭스는 열가소성 재료를 포함할 수 있다.
시트 형태 몰딩 재료는 강화재(reinforcement)를 포함할 수 있는데, 예를 들면 강화 섬유를 포함할 수 있다. 시트 형태 몰딩 재료는 유리 섬유를 포함할 수 있다.
바람직스럽게는 시트 형태 몰딩 재료의 층이 SMC(sheet moulding compound)를 포함한다.
SMC 는 2 개의 주 성분들을 포함하며, 이것은 매트릭스 및 강화재이다.
매트릭스가 바람직스럽게는 수지를 포함하며, 수지가 바람직스럽게는 폴리에스터를 포함하지만, 비닐 에스테르, 에폭시, 페놀릭 또는 폴리이미드를 포함할 수 있다. 바람직스럽게는 매트릭스가 열경화성 수지를 포함한다.
매트릭스는 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 예를 들면 미네랄, 불활성 충전재, 안료, 안정제, 억제제, 배출 작용제, 촉매, 침전제, 수산화 첨가제(hydrating additives) 및/또는 다른 적절한 수지를 포함한다.
강화재가 바람직스럽게는 유리 섬유를 포함한다. 섬유는 예를 들면 5 cm 또는 그 미만의 길이로 절단될 수 있거나, 또는 연속적일 수 있다. 다른 강화 재료들이 이용될 수 있는데, 예를 들면 탄소 섬유들이다.
SMC 를 이용하면 장점이 있다. 예를 들면, SMC 는 낮은 밀도를 가지지만 예를 들어 열가소성 재료와 같은 다른 재료들에 비교하여 우수한 기계적 특성들을 가지고, 또한 우수한 열적 특성을 나타낸다. 일부 구현예들에 대하여 특히 중요한 것으로서, 예를 들면 빌딩의 적용예에서, 화재에 대한 저항성이 우수하다. SMC 는 또한 우수한 소음 감소 품질을 나타내는데, 이것은 빌딩 재료로서 이용되는 경우에 중요하며 또한 우수한 화학적 저항을 나타낸다.
섬유는 짧은 섬유일 수 있거나, 또는 긴 섬유일 수 있다. 섬유는 풀어진 것일 수 있으며, 예를 들어 섬유는 단일 방향의 방식으로 또는 다중 방향의 방식으로 배치될 수 있다. 섬유는 네트워크의 부분일 수 있고, 예를 들면 그 어떤 적절한 방식으로도 함께 직조되거나 편직될 수 있다. 섬유의 배치는 임의적이거나 규칙적일 수 있고, 직물, 매트(mat), 펠트 또는 직조되거나 또는 다른 구성을 포함할 수 있다. 재료는 짧은 섬유들을 포함할 수 있다. 섬유들은 연속적인 필라멘트 감김(filament winding)을 제공할 수 있다. 섬유들의 1 개 층 이상이 제공될 수 있다.
섬유는 하나 또는 그 이상의 재료들을 포함할 수 있다. 예를 들면 섬유들은 하나 또는 그 이상의 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 및/또는 폴리에틸렌 섬유를 포함할 수 있다. 케블러(RTM) 섬유가 이용될 수 있다. 그러한 섬유들을 포함하는 제품들은 보호 장치 및 빌딩용 제품들을 위해서 이용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일부 제품들은 장갑 또는 방탄 제품으로서의 적용예를 가질 수 있다. 예를 들면, 보호 패널들은 케블러(RTM) 섬유 강화재를 가지고 형성될 수 있다.
시트 형태 몰딩 재료는 함침된(impregnated) 섬유 복합 재료를 포함할 수 있다.
놀랍게도, 긴 섬유들을 포함하는 시트 형태 몰딩 재료들이 본 발명의 방법에서 이용될 수 있고, 또한 함께 직조된 섬유들을 포함하는 시트 형태 몰딩 재료들이 이용될 수 있다. 이론적으로 한정되기를 희망하지 않으면서, 상대적으로 긴 섬유 강화재를 가지고 그리고/또는 섬유 매트 또는 다른 네트워크 또는 구조를 포함하는 그러한 재료들이 이용될 수 있는데, 이는 몰드 표면을 따른 방향에서 몰드 안의 재료의 운동이 상대적으로 저조하기 때문인 것으로 생각된다.
대안으로서 또는 시트 형태 몰딩 재료의 일체화 부분으로서 강화재가 제공되는 것에 추가하여, 강화재는 분리된 층으로 제공될 수 있으며, 예를 들면, 시트 형태 몰딩 재료와 기판 사이에 배치될 수 있다.
강화재의 분리된 층이 제공되는 경우에, 그것은 기판의 전체를 가로질러 위치될 수 있거나, 또는 예를 들면 오직 부분들에만 제공될 수 있다. 예를 들면, 손상 또는 공격을 더욱 받기 쉬운 제품의 특정 부분이 있다면, 추가적인 강화재가 그 영역에 제공될 수 있다. 예를 들면, 제품이 도어에서 이용되는 경우에, 추가적인 강화재는 장식 몰딩 때문에 또는 다른 특징들 때문에 다른 영역보다 얇은 도어의 영역에 제공될 수 있고, 그리고/또는 손상을 더욱 받기 쉬운 도어의 영역들에 제공될 수 있다.
따라서 그 구성은 예를 들면 직물 또는 매트로서 배치될 수 있는 예를 들면 짧은 섬유 및/또는 긴 섬유와 같은 일체형 강화부를 가진 시트 형태 몰딩 재료를 포함할 수 있다. 추가적으로, 또는 대안으로서, 강화재는 시트 형태 몰딩 재료로부터 분리된 하나 또는 그 이상의 층들로서 제공될 수 있다. 강화재의 추가적인 층은 짧고 그리고/또는 긴 섬유들을 포함할 수 있고, 예를 들면 위에서 언급된 재료들을 포함할 수 있다.
가압 또는 몰딩하는 동안에, 바람직스럽게는 매트릭스 재료, 예를 들면 수지가 직물 또는 다른 구성부의 구조 안으로 유동하여, 접합을 형성한다.
바람직스럽게는 시트 형태 몰딩 재료의 층이 경화 가능한 조성물을 포함한다. 본 발명의 일부 예에서, 시트 형태 몰딩 재료는 경화(curing)에 의하지 않고 다르게 응고(setting)될 수 있다.
바람직스럽게는 시트 형태 몰딩 재료가 몰딩되고 다음에 몰드 안에서 응고되도록 압력 및 온도가 선택된다.
바람직스럽게는 시트 형태 몰딩 재료의 점도가 가압 단계 동안에 감소된다.
바람직스럽게는, 시트 형태 몰딩 재료는 열 및/또는 압력의 적용시에 적어도 부분적으로 액화되고 점도가 감소되는 것이다. 이러한 방식으로, 몰드 안의 재료의 어떤 흐름이 달성될 수 있다. 이것은 재료의 몰딩의 향상, 더욱 균일한 두께 및/또는 몰딩 흠결의 감소로 이어질 수 있다. 바람직스럽게는, 가압 단계 동안에 재료가 기판 재료의 셀 안으로 적어도 부분적으로 유동한다. 바람직스럽게는 몰딩 단계 동안에 재료가 단지 부분적으로 기판 안으로 유동하도록 재료 및 기판이 되어 있어서, 라미네이트의 필요한 기계적 특성 및 다른 특성들에 적절한 표피 두께를 보유하면서 표피와 기판 사이에 우수한 접합이 얻어진다.
바람직스럽게는 시트 형태 몰딩 재료가 단일의 두께로서 적용된다.
바람직스럽게는 재료, 예를 들면 SMC 가 몰드에 접혀지 않은 형태로 적용된다. 이는 제조를 용이하게 하며, 또한 몰딩 단계를 위해 필요한 압력을 감소시킬 수 있다. 여기에서 더 설명되는 바로서, 복수개의 단일 두께 층들이 제공될 수 있고, 그 층들이 바람직스럽게는 가장자리들에서 겹침으로써 표피내에 간극이 형성되는 위험성을 감소시킨다.
바람직스럽게는 시트 형태 몰딩 재료가 실질적으로 전체 몰드 표면에 적용된다.
SMC 가 실질적으로 몰드 면의 전체 영역을 가로질러 연장되는 것은 여러가지 장점을 가진다. 예를 들면, 일부 구성들에서, 몰딩 단계를 완성하는데 필요한 압력은 몰드 안에서 재료에 필요한 측방향 유동의 양을 감소시킴으로써 줄어들 수 있다. 또한, 몰드 표면을 가로지르는 재료의 유동량을 감소시킴으로써, 몰드 표면의 마모 및/또는 마멸이 감소될 수 있다. 이러한 방식으로, 몰드를 위해서 이용되는 재료는 이후에 보다 상세하게 설명되는 광범위한 후보 재료들로부터 선택될 수 있다.
시트 형태 몰딩 재료는 재료의 단일 부재로서 몰드에 적용될 수 있다.
*바람직스럽게는 시트 형태 몰딩 재료의 복수개의 시트들이 몰드 표면에 적용된다.
일부 구성에서, 예를 들면 몰드 표면이 넓거나 또는 시트 형태 몰딩 재료의 취급 용이성을 향상시키기 위하여, 시트 형태 몰딩 재료의 몇개의 부재들이 몰드 및/또는 기판에 적용될 수 있다. 바람직스럽게는 하나의 시트의 가장자리가 근접한 시트의 가장자리에 겹친다. 이러한 방식으로, 기판의 표피에 간극이 형성될 위험성이 감소된다. 겹치는 영역에서의 추가적인 재료는 마무리된 제품의 품질을 떨어뜨리지 않는 것으로 밝혀졌다: 일부 예에서, 그러한 영역의 그 어떤 과잉의 재료라도 몰드 안에서 측방향으로 그리고/또는 기판 안으로 유동할 수 있다.
따라서 일부 예에서, 특히 복잡한 형상들이 형성되어야 하는 경우에, 시트 형태 몰딩 재료의 몇개의 부재들이 제공될 수 있다.
이러한 특징은 잠재적으로 폐기되는 시트 형태 몰딩 재료의 양을 감소시키는 것으로 이를 수 있기 때문에 더욱 유리하다. 재료의 작은 부재, 예를 들면 큰 부재로부터 절단되거나 또는 (예를 들어 만약 패널이 글레이징(glazing)된 부분을 포함하려고 한다면) 컷 아웃(cut out)된 부재는 처리될 필요 없으며, 이용될 수 있다.
바람직스럽게는 적용된 압력이 200 톤보다 적은 압력이고, 바람직스럽게는 약 100 톤 보다 적은 압력이다.
위에서 설명된 바와 같이, 통상적인 SMC 제조 과정은 SMC 제품의 형성 동안에 포함된 공기를 배기시키도록 거대한 압력을 필요로 한다. 가압하기 전에 SMC 표피의 뒤에 발포체 기판을 둠으로써, 공기는 발포체의 셀 구조를 통해 이탈할 수 있어서 공구 표면의 마멸을 현저하게 감소시킨다. 또한 상당히 낮은 압력이 필요하다. 바람직스럽게는 압력이 500 톤 보다 작고, 바람직스럽게는 200 톤 보다 작으며, 바람직스럽게는 약 100 톤 보다 작다.
바람직스럽게는 시트 형태 몰딩 재료가 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 몰드 표면에 적용된다.
낮은 압력이 이용되는 경우에, 알루미늄 공구들이 이용될 수 있다. 이것은 스테인레스 스틸 몰드와 비교되는 알루미늄 몰드의 가열 또는 냉각 속도 및 알루미늄 몰드의 가벼운 중량과 관련된 공구의 교환 때문에, 저렴한 비용의 공구 작업, 융통성 있는 제조 및 짧은 중단 시간에 이를 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 공구의 체적은 대응하는 강철 공구의 체적보다 현저하게 작을 수 있고, 그것이 알루미늄의 낮은 밀도와 조합되면 알루미늄 몰드를 이용할 때 상당한 중량에서의 장점을 가져온다.
여기에서 알루미늄으로 제조되거나 또는 알루미늄을 포함하는 성분들을 참조하는 경우에, 바람직스럽게는 관련된 성분들이 알루미늄 또는 적절한 알루미늄 합금 또는 알루미늄을 포함하는 다른 재료를 포함한다.
바람직스럽게는 시트 형태 몰딩 재료가 표면 패턴을 포함하는 몰드 표면에 적용된다.
위에서 지적된 바와 같이, 몰드 표면이 바람직스럽게는 예를 들어 라미네이트의 표피에 프로파일(profile)이 형성된 표면을 제공하도록 형상화될 수 있다. 대안으로서, 또는 추가적으로, 표면 패턴이 몰드상에 제공되어 표면 패턴 또는 조직을 라미네이트의 표피의 표면상에 부여할 수 있다.
예를 들면, 나뭇결(woodgrain)과 닮은 라미네이트 표피의 표면상에 패턴을 형성하기 위하여 나뭇결의 패턴과 관련된 패턴이 몰드의 표면에 제공될 수 있다. 외피에 대안의 마무리를 부여하도록 다른 패턴들이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 중요한 특징은 복합 제품을 형성하는 방법을 제공하는데, 그 방법은: 시트 형태 몰딩 재료를 포함하는 층을 제공하는 단계; 기판을 제공하는 단계; 시트 형태 몰딩 재료의 층을 기판의 표면상에 적용하는 단계; 및, 시트 형태 몰딩 재료를 기판에 접합시키도록 압력을 가하는 단계;를 포함하며, 기판은 기판 표면의 적어도 일부에 표면 형성부를 포함함으로써, 시트 형태 몰딩 재료의 물질은 재료를 기판과 접합시키도록 형성부와 결합된다.
*기판의 표면은 복수개의 공동들을 포함할 수 있다.
형성부는 기판의 표면에 공동들을 포함할 수 있어서 기판에 대한 재료의 결합(keying)을 향상시키고 따라서 기판에 대한 재료의 접합을 향상시킨다.
공동이나 형성부는 기판에 대한 재료의 접합을 향상시키도록 하는 그 어떤 형태일 수도 있다. 예를 들면, 표면에 패인 곳, 공극 또는 구멍들이 있을 수 있고, 채널이나 홈들이 있을 수 있다. 형성부의 패턴들은 규칙적이든 또는 무작위적이든 그 어떤 형태일 수도 있고, 형성부는 기판의 표면 전체를 가로질러 연장되거나 또는 표면의 하나 또는 그 이상의 부분들에 걸쳐 연장될 수 있다.
바람직스럽게는 형성부 또는 공동들의 적어도 일부는 표면에 있는 개구에서보다 큰 폭으로 표면 아래에서 외부로 개방된다. 이러한 방식으로 결합을 향상시킬 수 있는 언더컷(undercut)이 제공될 수 있다.
형성부 또는 공동들은 기판 자체의 특징으로부터 발생될 수 있다. 예를 들면, 기판이 발포체를 포함하는 경우에, 형성부 또는 공동들은 발포체의 셀들에 의해서 제공될 수 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 형성부 또는 공동들은 기판의 표면에, 예를 들면 기계적으로 또는 화학적으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 패인 곳(pit)은 결합을 향상시키도록 기판의 표면에 기계 가공될 수 있다.
바람직스럽게는 매트릭스 재료, 예를 들면 프리폴리머 수지는 가압하는 동안에 기판의 표면 안으로 연장되도록 시트 형태 몰딩 재료가 이루어진다. 이것은 표피와 기판 사이의 접합을 향상시킬 수 있다. 바람직스럽게는 매트릭스 재료가 표면 안으로 연장되는 거리가 기판상의 표피의 두께의 10 %, 20 %, 30 % 또는 심지어는 50 % 보다 크다. 예를 들면, 시트 형태 몰딩 재료에 있는 수지의 5 % 이상, 10 % 이상 또는 20 % 이상이 기판 안으로 유동할 수 있다.
폴리머의 소망된 체적이 기판의 표면 안으로 유동하는 것을 허용하는 충분한 매트릭스 재료가 조성물내에 있도록 시트 형태 몰딩 재료의 조성이 이루어질 수 있다. 이것은 통상적인 시트 형태 몰딩 재료와 비교하여 시트 형태 몰딩 재료가 추가적인 수지를 포함하는 것을 필요로 할 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면 복합 제품의 형성 방법이 제공되는데, 그 방법은: 시트 형태의 경화 가능한 재료를 제공하는 단계; 기판을 제공하는 단계; 및 시트 형태 몰딩 재료를 기판에 가압하는 단계;를 포함한다.
바람직스럽게는 시트 형태 몰딩 재료가 열경화성 재료를 포함한다.
바람직스럽게는 가압 단계 동안에 구성부로부터 개스가 빠져나갈 수 있도록 구성이 이루어진다.
바람직스럽게는 기판의 표면이 복수개의 구멍 또는 다른 표면 형성부를 구비함으로써, 예를 들면 구멍 또는 형성부의 결과로서 기판에 기계적으로 결합되기 위하여 시트 형태 몰딩 재료가 유동할 수 있다. 이러한 방식으로, 결과적인 제품의 표피와 기판 사이에 강력한 인터페이스가 달성될 수 있다.
일부 예에서 기판은 실질적으로 개방 셀 구조(open cell structure)를 가진다. 기판은 개방 셀 발포체 재료를 포함할 수 있다.
바람직스럽게는 복합 제품의 형성에 단일의 가압 단계가 이용된다. 바람직스럽게는 오직 한번의 가압 또는 몰딩 단계가 이용되는 방법에 의해서 완전히 마무리된 제품이 형성된다.
바람직스럽게는 기판이 단단하고 부서질 수 있는 재료를 포함한다. 이러한 방식으로, 라미네이트 제품에서 오목한 영역들이 형상화된 몰드 공구를 이용하여 형성될 수 있다. 바람직스럽게는 시트 형태 몰딩 재료가 공구의 표면상에 제공되고, 기판이 시트 형태 층상에 제공되고, 공구 표면으로 가압된다.
본 발명의 일 특징에서는 복합 제품의 형성 방법이 제공되는데, 그 방법은 시트 몰딩 화합물을 개방 셀의 부서지기 쉬운 기판(frangible substrate)으로 적용하는 단계 및, SMC 를 기판에 부착시키고 기판을 단일의 단계에서 몰딩시키도록 시트 몰딩 화합물을 기판에 가압하는 단계를 포함한다.
그 방법은 시트 형태 경화 가능 재료의 제 2 층을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있고, 그 방법은 2 개의 층들 상에 기판을 제공하는 단계 및 2 개의 층들을 기판에 가압하는 단계를 포함한다.
본 발명은 라미네이트 제품의 형성 방법을 더 제공하는데, 그 방법은 시트 형태의 경화 가능 재료의 2 개 층들을 제공하는 단계; 실질적으로 개방 셀 구조를 선택적으로 가지는 기판을 2 개의 층들 사이에 제공하는 단계; 및, 시트 형태의 경화 가능한 재료의 2 개 층들을 기판에 가압하는 단계;를 포함한다.
이러한 방식으로, 2 개의 표피들 사이에 발포체의 층을 포함하는 발포체 샌드위치 패널이 단일의 가압 단계에서 만들어질 수 있다.
상기 방법은 시트 형태 경화 가능 재료의 2 개 층들 사이에 추가의 구성부들을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 구성부들이 몰딩 과정 동안에 외피들 사이에 끼워질 수 있다. 예를 들면, 제품이 도어인 경우에, 도어 프레임 구성부, 글레이징 패널(glazing panel) 및, 다른 구성부들은 그것이 단일 몰딩 단계에서 제품내로 형성될 수 있도록 몰드내에 배치될 수 있다. 실질적으로 완성된 제품, 예를 들면 도어가 본 발명을 이용하여 단일의 몰딩 작용으로 만들어질 수 있다는 점이 상상된다.
본 발명의 특징은 라미네이트 제품, 예를 들면 패널 또는 도어의 형성 방법을 제공하는데, 그 방법은 시트 형태 몰딩 재료의 제 1 층 및 제 2 층을 제공하는 단계, 제 1 층과 제 2 층 사이에 기판을 적용하는 단계, 제 1 층과 제 2 층 사이에 추가의 성분을 선택적으로 더 적용하는 단계 및, 층들을 기판에 접합시켜서 제품을 형성하도록 압력을 층들에 가하는 단계를 포함한다.
향상된 강성(rigidity;剛性)을 부여하기 위하여, 마무리된 제품(도어, 윈도우 또는 패널)에서, 전체적으로 표피는 코어에 의해서 이격될 뿐만 아니라, 문설주(stile), 레일 및/또는 세로 중간틀(mullion)과 같은 프레임 또는 프레임 부재들에 의해서도 이격될 것이다. 프레임 부재들은 나무, 금속(예를 들면, 알루미늄), 또는 플라스틱(uPVC 같은 것) 또는 이들의 조합체, 예를 들면, 금속 강화 플라스틱일 수 있다. 플라스틱 재료는 필요하다면 경도 및/또는 강성을 향상시키는 충전재를 포함할 수 있다.
바람직한 구현예에서, 코어는 실질적으로 프레임 안의 전체적인 체적 또는 체적들을 점유한다; 즉, 실질적으로 프레임의 구성 요소들 및 표피에 의해 형성된 패널 안의 전체 공간을 점유한다. 또한 표피가 하나 또는 그 이상의 가압된 영역들을 포함할 때조차도, 표피에 접촉하고 있는 기판의 실질적으로 전체 영역에 걸쳐 각각의 표피에 대해 기판이 접합되는 것이 바람직스러운데, 왜냐하면 패널의 전체적인 강도 및 구부림에 대한 저항이 향상되기 때문이다.
바람직한 일 구현예에서, 기판은 프레임내에 유지된, 예를 들어 사각형의 블록인, 하나 또는 그 이상의 블록들이고, 표피들중 적어도 하나는 하나 또는 그 이상의 눌려진 영역들을 포함하고, 상기 영역 뒤의 부위에서 기판의 선택적이고 제어된 부서짐의 결과로서 각각의 상기 영역 뒤의 블록들 또는 블록의 부분은 상기 영역의 윤곽과 일치한다.
본 발명은 또한 여기에서 설명된 방법에 의해 형성된 제품 및 여기에 설명된 바와 같은 방법에서 사용되는 장치를 제공한다.
또한 본 발명에 의해 제공되는 제품은 기판 및, 기판의 표면에 접합된 시트 형태 몰딩 재료의 표피를 포함하는데, 표피 형성 재료의 물질은 기판의 표면에 기계적으로 결합된다. 기판은 그 표면상에 형성부를 가질 수 있으며, 재료는 형성부와 결합된다. 기판은 개방 셀 기판의 셀 안으로 연장된, 실질적으로 개방 셀의 재료일 수 있다.
본 발명은 또한 실질적으로 개방 셀의 기판 및, 기판의 표면에 접합된 시트 형태 몰딩 재료의 표피를 포함하는 제품을 제공하며, 여기에 설명된 방법에서 이용되는 기판을 더 제공한다.
또한 본 발명에 의해서 시트 형태 몰딩 재료를 기판에 가압하는데 이용되는 몰딩 장치가 제공되는데, 바람직스럽게는 몰딩 장치의 표면이 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함한다.
여기에서 기판에 접합되는 층 또는 표피를 참조하는 경우에, 바람직스럽게는, 표피 또는 층의 적어도 일부가 그렇게 접합된다는 점이 이해되어야 한다. 일부 예에서, 표피 또는 층등은 기판과의 계면 전체에 걸쳐 부착될 것이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 실질적으로 여기에 설명된 방법 및/또는 장치에 확장된다.
본 발명의 일면에서의 그 어떤 특징이라도 임의의 조합으로 본 발명의 다른 면에 적용될 수 있다. 특히, 방법의 면은 장치의 면에 적용될 수 있고, 그 역으로도 될 수 있다.
본 발명에 의해서 향상된 복합 제품 및 복합 제품의 형성 방법이 제공된다.
본 발명의 바람직한 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 순수하게 하나의 예를 들어 이제 설명될 것이다.
도 1 은 공지된 방법에 따른 SMC 의 압축 몰딩을 위한 장치를 도시한다.
도 2 내지 도 7 은 본 발명의 구현예에 따른 복합 제품을 형성하는 방법의 단계들을 도시한다.
도 8 은 복합 도어의 형성을 도시한다.
도 9 내지 도 11 은 복합 제품을 형성하는 다른 예들을 도시한다.
도 12a 내지 도 12c 는 다른 예에 따른 복합 제품을 형성하는 방법을 도시한다.
도 1 은 SMC 로부터의 표피를 몰딩하는 방법을 도시한다. 몰드(1)가 제공되며, 이것은 숫컷 몰드 부분(2) 및 암컷 몰드 부분(3)을 구비한다. 몰드 부분(2,3)들은 섭씨 약 140 도의 온도로 가열된다. 시트 몰딩 화합물은 몰드 안에 배치되는 충전물(4)의 블록을 형성하도록 접혀진다. 몰드 부분(2,3)들은 함께 가압되고 SMC 는 몰드 공동 안에서 펼쳐진다. 몰드 부분들은 화합물의 경화가 완성되는 충분한 시간 동안 함께 유지되고, 몰드 부분들은 형성된 몰드 표피를 이탈시키도록 분리된다.
예를 들어, 패널을 형성하도록, 2 개의 표피들이 프레임의 반대 면들에 고정될 수 있고 발포체가 표피들 사이의 공동 안으로 분사된다.
도 2 내지 도 7 은 복합 제품을 형성하는 방법에서 주 단계들을 도시한다.
도 2 는 알루미늄 몰드(20)를 도시한다. 몰드는 도어 패널을 몰딩하기에 적절한 표면 윤곽을 포함한다. 몰드는 대략 섭씨 140 도의 온도로 가열된다.
시트 몰딩 화합물의 시트(22)는 몰드(20)의 상부 표면에 적용된다(도 3). 시트(22)는 전체 몰드 표면에 걸쳐 연장되도록 크기가 정해진다.
목재 프레임(24)은 시트(22) 상으로 위치되고 (도 4) 발포체 기판(26)의 블록은 프레임(24) 안으로 삽입된다 (도 5).
기판(26)은 예를 들면 이후에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 발포체를 포함할 수 있다.
이용되는 그러한 발포체가 유리하게는:
- 구조적이고, 현저한 하중 지탱 특성을 가진다.
- 부서지기 쉽고, 압력하에서 성형될 수 있어서 기억 특성(memory)을 가지지 않으므로 실질적으로 그것이 가압되었던 형상을 보유한다.
- 개방 셀(open cell)이고, 따라서 진정한 단일의(monolithic) 복합 구조를 만들도록 도어의 제조 동안에 클루 수지(clues resin)가 셀 안으로 이전하는 것을 허용한다.
이용되는 발포체의 예에서, 셀 크기는 0.5 내지 3 mm 범위이고, 밀도는 80 내지 800 Kg/m3 이다.
약 100 톤의 하방향 압력이 성분들에 적용된다 (도 6 에 도시된 바와 같으며, 압력의 적용은 도시되지 않음). 몰드가 기판상으로 가압됨으로써 발포체를 누르게 되고 기판의 표면을 몰드 표면의 형상으로 몰딩한다. SMC 시트(22)는 몰드 표면과 기판 사이에 가압된다. 가열된 몰드 표면(20)상에서, SMC 는 액화되어 기판(26)의 표면에 있는 셀 안으로 흐르기 시작한다. SMC 와 기판 사이에 잡혀있는 공기 및 다른 개스들은 발포체의 개방 셀 구조를 통과한다. 몰드 표면에 대응하는 외측 표면을 가지고 몰딩된 기판(26)에 대하여 경계가 이루어진 표피를 형성하도록 SMC 가 경화되기에 충분한 시간 동안의 압력의 적용과 함께 성분들이 몰드내에 유지된다.
복합 제품(28)은 몰드로부터 제거된다 (도 7). 이러한 예에서, 제품을 몰딩하기 위한 사이클 시간은 약 4 분이다.
이러한 예에서, 상부 몰드 부분이 필요하지 않다는 것을 알 수 있다. 이러한 예에서, 성분들은 단일의 가열된 압반(platen)에 대하여 가압된다.
이제 도 8 을 참조하면, 몰딩된 도어가 단일의 가압 단계에서 형성되는 방법이 설명되어 있다.
하부 몰드(30)가 제공되어 가열된 압반상에 배치됨으로써 몰드는 섭씨 약 140 도의 온도에 도달한다. 하부 몰드(30)의 하부 몰딩 표면(32)은 패널로 된 도어의 표면 형상에 따라서 윤곽이 형성된다.
경화 가능 재료의 하부 시트(34)는 하부 몰딩 표면(32)에 적용된다. 하부 시트(34)의 크기는 대략 하부 몰딩 표면(32)의 크기와 같다.
ACELL 발포체를 포함하는 하부 발포체 블록(36)은 하부 시트(34)의 상부 표면에 적용된다. 목재 프레임(38)이 하부 발포체 블록의 둘레에 배치된다. 대안으로서, 프레임(38)은 처음에 적용될 수 있고, 블록(36)은 프레임 안으로 삽입된다. 금속 격자를 포함하는 강화 시트(40)가 프레임(38) 안에서 하부 발포체 블록(36)상으로 배치된다. 강화 시트(40)상으로 프레임(38) 안에 ACELL 발포체를 포함하는 상부 발포체 블록(42)이 배치된다. 접착제의 층은 2 개의 블록(36, 40) 사이에 적용될 수 있어서 접합을 돕는다. 경화 가능 재료의 상부 시트(44)는 상부 발포체 블록상으로 배치된다.
상부 몰드(46)가 제공되는데, 이것은 패널로 된 도어의 표면 형상에 따라서 윤곽이 이루어진 상부 몰딩 표면(48)을 가진다. 상부 몰드(46)는 섭씨 약 140 도의 온도로 가열된다.
상부 몰드(46)는 다른 구성 요소들상으로 내려지고, 약 100 톤의 압력이 적용되어 상부 몰드(46)를 하부 몰드(30)를 향하여 가압한다.
상부 블록(42) 및 하부 블록(36)은 부서지기 쉬운 발포체를 포함하고, 근접한 몰드 표면(32, 48)들을 향하는 블록들의 표면은 부서져서 패널로 된 도어의 표면 형상에 몰딩된다.
상부 시트 및 하부 시트(44, 34)들의 경화 가능 재료는 근접한 발포체 블록(42, 36)들 안으로 유동하여 기계적인 접합을 형성한다. 경화 가능 재료의 경화는 가열된 몰드 안에서 발생됨으로써 상부 시트 및 하부 시트(44, 34)는 상부 블록 및 하부 블록에 접합된 표피를 형성한다.
수 분 이후에 일단 경화가 완료되면, 성형된 도어는 몰드로부터 분리된다.
따라서 도어가 어떠한 단일 공정 작용에서 제작될 수 있는지를 알 수 있다.
대안의 예에서, 하부 블록(36), 강화재(38) 및 상부 블록(40)은 단일 유닛으로서 제공된다.
일부 예에서, 몰드 표면은 표피의 외측 표면상에 표면 패턴을 형성하는 표면 패턴을 가질 수 있다. 예를 들면, 몰드가 알루미늄 재료를 포함하는 경우에, 나뭇결 표면 패턴을 가진 알루미늄 몰드는 실제 나무를 포함하는 마스터(master)상에 직접적으로 알루미늄 재료를 몰딩함으로써 형성될 수 있다. 따라서 표면 패턴은 가상의 패턴 보다는 진짜 나뭇결 패턴을 포함할 수 있다.
도 9 는 경화 가능 재료의 겹치는 시트(50, 52)들이 몰드 표면(54)상에 배치되는 구성을 도시한다. 이러한 예에서, 겹침 영역(58)에서의 제품 품질의 손실 없이 개방 셀 기판(56)은 겹침 영역(58)으로 직접적으로 가압될 수 있다. 가압 공정 동안에, 겹침 영역(58)에 있는 과잉의 재료는 기판(56) 안으로 유동한다.
도 10 은 어떻게 기판 재료가 경화 가능 조성물(60, 62)의 시트들 사이에 있는 복수개의 블록으로서 제공될 수 있는지를 도시한다. 블록(64,66,68,70)은 함께 선형으로 버틸 수 있거나, 또는 가압 단계 동안에 성공적으로 유지될 수 있는 코너(corner, 72)를 형성할 수 있다. 많은 예에서, 기판의 복수개의 블록들이 이용되는 경우에서조차도, 가압하는 동안에 기판 안으로의 재료의 흐름은 결과적인 복합체의 우수한 기계적 강도를 주기에 충분하다.
도 11 은 코너에 걸쳐 연장된 표피를 가진 코너를 포함하는 복합 제품의 형성을 더 도시한다. 경화 가능 재료의 하나 또는 그 이상의 시트(80)들이 적절하게 형상화된 몰드(82) 안으로 삽입되고, 기판의 형상화된 블록(84)은 몰드 안으로 가압되어 코너를 형성한다.
도 12a 내지 도 12c 는 복합 제품을 형성하는 방법의 다른 예를 도시한다. 여기에서, 패널이 형성되고 있다.
하부 몰드(130)가 제공되는데, 이것은 형성되어야 하는 패널을 위한 소망의 표면 형상을 형성하는 필요 윤곽을 가진다.
하부 몰드는 조립 스테이션에 위치되고, 형성되어야 하는 패널의 요소들은 몰드(130)상으로 적재된다.
몰드 표면은 처음에 그 어떤 적절한 세정 물질을 이용하여 세정될 수 있다. 몰딩되어야 하는 성분들은 다음에 몰드(130)로 적재된다.
즉각적으로 베일(131)이 몰드(130)의 몰딩 표면으로 배치된다. 이러한 예에서, 베일(131)은 겹침이 거의 없이 몰드 표면에 맞도록 크기가 정해지지만, 베일은 더 클 수 있으며, 그러한 경우에 몰딩 이후에 트리밍(trimming)이 필요할 수 있다.
베일(131) 위로 SMC(134)의 시트가 배치된다. 다시, 이러한 예에서, SMC(134)의 시트의 크기는 몰딩 표면의 크기와 유사하도록 되지만, SMC 시트는 크기가 더 클 수 있으며, 이러한 경우에 몰딩 이후에 어떤 마무리 작업이 필요할 수 있다.
다음에 프레임(138)이 SMC(134)상으로 배치되고 발포체 블록(136)이 프레임(138) 안으로 삽입된다.
조립된 구성부들의 사시도가 도 12b 에 도시되어 있다. 도 12b 에서, 다양한 구성부들의 두께는 명확함을 위하여 축척대로 도시되어 있지는 않다.
구성부들을 지지하는 몰드(130)는 프레스에 있는 가열된 하부 프레스 압반으로 배치된다. 이러한 예에서, 하부 압반(platen)의 온도는 몰딩 동안의 몰드 온도가 섭씨 약 140 도 이도록 선택된다.
상부 압반이 프레스에 있는 하부 압반을 향하여 내려지며, 압력이 가해져서 몰딩 작업이 이루어지고 몰딩된 복합 제품(140)을 형성한다.
도 12c 는 몰딩된 결과적인 복합 제품(140)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 명확성을 위해서, 다양한 구성부들의 상대적인 두께들이 축척대로 도시되어 있지는 않다. 도 12c 로부터 복합 표피(139)는 제품의 표면상에 형성되어 있지 않다는 점을 알 수 있다. 복합 표피(139)는 경화된 SMC 층 및 베일(131) 재료를 포함한다. SMC 내의 충전 재료(예를 들면 유리 섬유)가 베일 아래에 잡혀 있는 반면에 SMC 의 수지는 베일 재료를 완전히 침투하여 매끄러운 광택의 외측 표면을 제공한다는 점이 검사에서 나타난다.
경계 층(141)도 복합 표피(139)와 압축 발포체 코어(139') 사이에서 볼 수 있다. 이러한 층(141)에서, SMC 의 수지는 예를 들면 발포체 코어(136)의 개방 셀 구조 안으로 통과됨으로써 발포체에 침투하는 것으로 보인다. 이것은 복합 표피(139)와 코어(136') 사이에 우수한 접합을 제공하는 것으로 보인다.
도 12a 내지 도 12c 에 형성되는 것으로 도시된 복합 제품은 예를 들면 패널 또는 도어를 위한 선구체(precursor)이다. 마무리된 패널 또는 도어는 2 개의 유사한 선구체들을 함께 부착시킴으로써 형성되어 2 중 표피의 패널 또는 도어를 제공한다. 대안으로서 예를 들면 도 8 과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 패널 또는 도어가 단일의 몰딩 단계에서 만들어질 수 있다.
예를 들면, 층으로 이루어진 제품이 몰딩을 위하여 제공될 수 있는데, 이것은 하부 몰딩 표면에 제 1 베일, SMC 층, (임의의 프레임 또는 필요한 다른 구성부를 가진) 발포체 코어, 제 2 SMC 층 및, 제 2 베일을 하부 몰딩 표면상에 포함한다. 상부 몰드 표면은 제 2 베일상으로 가압되고 압력이 가해져서 완전한 패널 또는 도어를 하나의 부재로 몰딩한다.
그 어떤 특정의 이론에 의해 한정되기를 바라지 않으면서, 베일은 충전 재료와 제품 표면 사이에 격벽으로서 제공되어 특정의 구성에 있어서 복합 제품의 표면 마무리를 향상시킬 수 있다. 또한 베일의 존재는 몰드 평면에서 매트릭스 재료의 흐름을 감소시킬 수 있으며, 따라서 일부 구성에 있어서 몰딩된 제품의 특성 및 외관을 향상시킨다.
본 발명의 예에서, SMC 는 유리 섬유를 포함한다.
바람직한 일부의 예에서, 예를 들면 SMC 및, 필요하다면 베일과 같은, 몰딩을 위한 구성부들을 적용하기 전에 몰드의 표면이 처리될 필요는 없다는 점이 주목되어야 한다. 특히, 일부의 예에서, 몰드, 액체 수지 및/또는 다른 표면 처리에 염료(dye)를 적용할 필요가 없을 것이다. 많은 예에서, 필요로 하는 그 어떤 성분이라도 SMC 재료내에 포함될 수 있다.
다른 구성에 있어서, 몰드는 제품상에 코팅을 형성하는 분말 코팅으로 코팅될 수 있다. 이러한 특징은 본 발명의 임의의 일부와 관련하여 존재할 수 있다. 하나의 예로서, 분말 코팅은 몰드 표면에 정전기적으로 적용될 수 있다. 몰드 표면이 가열되는 경우에, 분말 코팅은 표면에 가해지자 마자 용융되거나 또는 거의 연화된다. 예를 들면 분말은 폴리에스터를 포함할 수 있다. (일체화된 강화 물질을 가지거나 또는 가지지 않는) 다른 매트릭스 물질 또는 SMC 가 용융되거나 또는 연화된 분말 코팅 위로 가해진다. 용융되거나 또는 연화된 분말 코팅은 다음에 몰드의 표면에서 "끈적해지고(sticky)", 몰딩 작업 동안에 매트릭스 재료의 움직임을 감소시키는 것으로 생각되는데, 이는 일부 경우에 향상된 표면 마무리를 제공할 수 있다. 이러한 예에서, 코팅은 제품의 표면상에 남아서, 긁힘 및/또는 충격에 저항성이 있는 표면을 제공한다. 분말 코팅은 칼러화될 수 있고, 따라서 칼러화된 코팅을 제품에 제공할 수 있다. 분말 코팅은 투명하거나 또는 반투명할 수 있고, 따라서 제품의 표면상에 광택의 외관을 가질 수 있다.
여기에 설명된 방법을 이용하여 매우 광범위의 상이한 복합 제품들이 형성될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 본 발명의 적용은 예를 들어 도어의 형성에 제한되는 것은 아니다.
SMC 제조의 예
SMC 는 경화 가능한 매트릭스 및 강화재를 포함한다.
SMC 를 제조하도록, 예를 들면 적절한 안료와 함께 칼슘 탄산염 및 티타늄 이산화물과 같은 첨가제 및 미네랄을 예를 들면 폴리에스터 수지와 혼합함으로써 매트릭스가 제조된다.
수지 페이스트의 형태인 매트릭스는 저부 필름 캐리어(film carrier)에 적용된다. 강화재로서의 유리 섬유는 필름 캐리어상에서 수지 페이스트의 상부 표면에 가해진다. 수지 페이스트의 다른 층은 매트릭스 층들 사이에 섬유들을 샌드위치시키도록 적용된다. 상부 필름은 매트릭스의 상부 층에 적용된다. 결과적으로 층으로 된 구성부는 차후에 일련의 롤러들을 이용하여 압축됨으로써 필름 캐리어들 사이에 시트 몰딩 화합물의 시트를 형성한다. 재료는 롤러들상으로 감겨서 예를 들어 섭씨 23 도 내지 27 도의 조절 온도에서 적어도 3 일간 유지된다. 결과적으로 만들어진 SMC 는 열로 압축 몰딩될 수 있다. 사용전의 SMC 의 보관 수명은 통상적으로 수 주일이다.
발포체
본 발명의 일부 예에서, 기판은 부서지기 쉬운(frangible) 셀 벽을 가진 발포체를 포함한다. 바람직스럽게는, 예를 들어 셀 벽의 완전한 분쇄를 포함하는, 셀 벽의 취성 분쇄(brittle fracture)에 의해 압축 하에서 부서지는 발포체에 대하여 이러한 용어가 적용된다. 그러한 발포체는 목적물의 부서진 영역에 명확하고 실질적으로 치수가 정확한 각인(imprint)을 유지할 수 있으며, 목적물의 그 영역을 통해서 압축력이 가해진다. 일반적으로, 이러한 경우에 셀 벽들의 분쇄를 일으키는데 필요하고 발포체가 부서지는 최소한의 힘을 의미하는 발포체의 항복 강도는 약 100 내지 140 KPa (15 내지 20 lbs/sq.in)의 범위이고, 보다 바람직스럽게는 적어도 200 KPa (30 lbs/sq.in)인 것이 바람직스러운데, 왜냐하면 이는 유용한 충격 저항성을 제공하기 때문이다. 일반적으로, 주어진 발포체 조성물에 대하여, 밀도가 클수록 항복 강도가 더 크다.
부서지기 쉬운 셀 벽들을 가진 실질적으로 단단한 플라스틱 발포체를 이용함으로써, 몰딩 세부의 눌려진 영역들을 가진 몰딩들은, 표피의 눌려진 영역들 뒤의 부위에 있는 발포체 셀 벽들의 분쇄를 일으키기에 충분한 압력으로, 발포체 코어에 층을 적용함으로써 용이하게 형성될 수 있으며, 그에 의해서 발포체는 제어된 국부적인 부서짐에 의해 그 영역들에서 표피의 윤곽들에 일치하게 된다. 따라서, 표피와 기판 사이의 공기 간극들이 회피될 수 있고, 복잡한 형상들 형태의 기판을 미리 형성할 필요는 없다. 종래 기술의 제품에서 그러한 공기 간극들의 존재는 일부 경우에 온도 변화에 저항할 수 없게 하는데 기여하기 때문에 이는 특히 유리한 것이다.
그러한 방법에 대하여, 발포체의 탄성은 압력이 제거될 때 표피의 왜곡을 일으킬 수 있기 때문에 폴리스티렌과 같은 종래의 발포체 코어 안으로 가압하는 것은 일부 경우에 성공적으로 달성되지 않으며, 따라서 부서지기 쉬운 벽들을 가진 개방 셀 발포체를 이용하는 것이 유리하다.
본 발명의 일부 예에서, 실질적으로 개방 셀이고 단단한(rigid) 플라스틱 발포체가 바람직스럽다. 그러나, 발포체는 통상적으로 이용되는 발포체 폴리스티렌에 비하여 높은 밀도가 되도록 선택되는 것이 유리하며, 예를 들면 75 kg/m3 이거나 또는 그보다 높은 밀도인데, 왜냐하면 이것이 패널에 보다 낳은 느낌을 부여하고, 종래의 목재 패널과 더 유사하게 취급되고 유사한 소리가 나기 때문이다. 그러나, 낮은 밀도를 가진 발포체도 선택될 수 있다. 높은 밀도가 소망스러운 경우에, 발포체는 충전재를 포함할 수 있으며, 보다 바람직스럽게는 미세하게 분할된 불활성이고 바람직스럽게는 무기 고형물(solid)을 포함할 수 있다. 충전재는 온도 변화에 저항하는 성능을 패널에 부여하도록 선택될 수 있다. 특정의 바람직한 구현예에서, 충전재는 수분을 흡수할 수 있고, 예를 들면 결정화된 물을 흡수할 수 있다.
특히 개방 셀의 부서지기 쉬운 발포체를 예를 들어 참조하면, 그 어떤 적절한 발포체라도 이용될 수 있다. 본 발명의 일부 예에서, 실질적으로 개방 셀인 발포체들이 바람직스럽다; 예를 들면, 폴리우레탄 발포체가 바람직스럽지만, 일부 예에서는 발포체가 개방 셀이 아닐 수 있다. 바람직스럽게는 그러한 예에서, 개스가 몰드로부터 배출될 수 있도록 기판의 구조가 이루어진다. 발포체가 개방 셀인 경우에, 제조에서 개방 셀 구성을 가지는 발포체가 특히 적절하다. 부서지기 쉬운 셀 벽을 가진 발포체는, 패널 또는 형성되어야 하는 다른 제품이 몰딩 효과를 제공하도록 눌려진 부위들을 가지는 경우에 특히 바람직스럽다. 그러나, 여기에서 설명된 바와 같이, 기판의 몰딩은 예를 들면 기계 가공과 같은 다른 방법에 의해서 제공될 수 있다.
그 어떤 발포체라도 본 발명의 일부의 국면에서 이용될 수 있다. 많은 예에서, 단단한 발포체가 바람직하다. 예를 들면 단단한 발포체는 실질적으로 평탄한(몰딩되지 않은) 표면을 가진 패널을 형성하도록 이용될 수 있는데, 상기 표면은 여기에 설명된 바와 같은 표면 패턴을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
대안으로서, 또는 추가적으로, 발포체의 표면에는 윤곽이 이루어질 수 있다. 윤곽은 예를 들면 기계 가공에 의해서 또는 그 어떤 다른 적절한 방법에 의해서 발포체 블록의 표면상에서 형성될 수 있다. 그러한 경우에, 발포체는 예를 들면 부서질 수 있는 발포체 또는 압축성 발포체일 필요가 없다.
부서지기 쉬운 셀 벽을 가진 발포체가 이용되는 경우에, 몰드의 눌려진 부위들의 적용에 의해 압력이 발포체에 가해지면 셀 벽이 부서질 것이다. 이러한 국부적인 압력 증가는 셀 내부의 압력을 증가시킬 것이며, 이는 기체가 발포체를 통해서 이동하게 할 것이고, 셀이 부서지게 하여 표피의 눌려진 부위를 수용한다.
하나의 적절한 발포체는 단단한 충전 페놀 발포체(filled phenolic foam)이다. 특히 적절한 하나의 발포체는,
(a) 적어도 1 의 반응 회수(이후에 정의됨)를 가지는 액체 페놀 레졸(phenolic resole)과,
(b) 레졸을 위한 강산성 경화제 사이에서,
(c) 액체 레졸의 중량으로 적어도 5 % 의 양으로 존재하며, 레졸 및 경화제를 포함하는 혼합물을 통해서 실질적으로 균일하게 분산된, 미세 분할의 불활성 및 불용성의 미립자 고형물의 존재시에 경화 반응을 이룸으로써 제조된다; 가해진 열에 기인하는 레졸 및 경화제를 포함하는 혼합물의 온도는 섭씨 85 도를 초과하지 않고, 상기 온도 및 산성 경화제의 농도는, 혼합물이 응고되기 전에 경화 반응의 부산물로서 발생된 화합물들이 혼합물 안에서 휘발되도록 이루어짐으로써 발포체 페놀 수지 제품이 제조된다.
페놀 레졸에 의해서 의미되는 것은, 항상 수산화나트륨과 같은 알카라인 촉매의 존재시에, 공지된 방식으로 적어도 하나의 페놀 성분을 적어도 하나의 알데하이드와 응축시킴으로써 얻어진 산성의 경화 가능한 프리폴리머(prepolymer) 조성물의 적절한 솔벤트이다. 이용될 수 있는 페놀들의 예는 페놀 자체이며, 페놀 하이드록실 그룹에 대한 페놀 벤젠 고리 o- 및 p- 의 3 개 위치들이 치환되지 않는다면, 항상 알킬로 치환된, 치환 유도체이다. 그러한 페놀들의 혼합물이 이용될 수도 있다. 정위치 또는 부위치(ortho or para position)들중 하나가 치환되었던 치환 페놀을 가지고 있는, 상기 페놀들중 하나 이상과 치환 페놀들의 혼합물도 채용될 수 있는데, 여기에서는 레졸의 유동 특성 향상이 필요하지만, 경화된 제품들은 고도로 교차 결합되지 않을 것이다. 그러나, 일반적으로, 페놀은 경제적인 이유때문에 주로 또는 전체적으로 페놀 자체를 포함할 것이다.
높은 분자 중량의 알데하이드의 이용이 배제되지 않을지라도 알데하이드는 전체적으로 포름알데하이드일 것이다.
레졸의 페놀/알데하이드 응축 생성 제품 성분은 페놀의 몰(mole) 당 포름알데하이드의 적어도 1 몰과 페놀의 반응에 의해서 적절하게 형성되고, 포름알데하이드는 예를 들면 포르말린과 같은, 물의 용액으로서 일반적으로 제공된다. 포름알데하이드 대(對) 페놀의 몰 비율은 적어도 1.25 대 1 을 이용하는 것이 바람직스럽지만, 2.5 대 1 보다 큰 비율들은 회피되는 것이 바람직스럽다. 가장 바람직한 범위는 1.4 대 2.0 내지 1 이다.
혼합물은 또한 2 개의 활성 H 원자들을 가진 화합물(디하이드릭(dihydric) 화합물)을 포함할 수 있으며, 이것은 경화 단계 동안에 레졸의 알데하이드 반응 생성물/페놀과 반응하여 교차 결합의 밀도를 감소시킨다. 바람직한 디하이드릭 화합물은 디올(diol)이고, 특히 알킬린 디올(alkylene diol)이거나, 또는 OH 그룹들 사이의 원자들의 체인이 메틸렌 및/또는 알킬-치환 메틸렌 그룹들 뿐만 아니라, 하나 또는 그 이상의 원자들, 특히 산소 원자들을 포함하는 포함하는 디올들로서, 예를 들면, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 프로판-1,3-디올, 부탄-1, 4 디올 및 네오펜틸 글리콜이다. 특히 바람직한 디올들은 폴리 디올이고, 특히 디-디올(di-diol), 즉, 알킬린 에테르 디올이고, 예를 들면 디에틸렌 글리콜 및 특히 디프로필렌 글리콜이다. 바람직스럽게는, 페놀/알데하이드 응축 생성물의 중량에 기초하여, 디하이드릭 화합물이 중량으로 0 내지 35 % 의 양으로 존재하고, 보다 바람직스럽게는 중량으로 0 내지 25 % 의 양으로 존재한다. 보다 바람직스럽게는, 이용되는 때에, 페놀/알데하이드 응축 생성물의 중량에 기초하여, 디하이드릭 화합물이 중량으로 5 내지 15 % 의 양으로 존재한다. 디하이드릭 화합물들을 포함하는 그러한 레졸들이 본 발명의 과정에 채용되었을 때, 물리적 특성들의 우수한 조합을 가지는 제품, 특히 강도(strength)의 우수한 조합을 가진 제품을 얻을 수 있다.
적절하게는, 디하이드릭 화합물은 형성된 레졸에 추가되며, 바람직스럽게는 OH 그룹 사이에 2 내지 6 개의 원자를 가진다.
레졸은 물 또는 그 어떤 다른 적절한 솔벤트 또는 솔벤트 혼합물에 페놀/알데히드 반응 생성물의 용액을 포함할 수 있으며, 솔베트 또는 솔벤트 혼합물은 물을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 물이 유일한 솔벤트로서 사용되는 경우에, 그것은 레졸 중량으로 15 내지 35 % 의 양으로 존재하는 것이 바람직스럽고, 바람직하게는 20 내지 30 % 로 존재한다. 물론 물의 함량은 그것이 공용매(cosolvent)와 함께 이용된다면 실질적으로 적을 수 있으며, 공용매는 예를 들면 알코홀이거나 또는 상기 언급된 디하이드릭 화합물들중 하나가 이용되는 경우에 그 하나이다.
위에서 설명된 바와 같이, 액체 레졸(즉, 디하이드릭 화합물을 선택적으로 포함하는 페놀/알데하이드 생성물의 용액)은 적어도 1 의 반응 회수를 가져야 한다. 반응 회수는 10/x 이고, 여기에서 x 는 섭씨 60 도에서 p-톨루엔 설폰산의 66 내지 67 % 수성 용액의 레졸 중량으로 10 % 를 이용하여 레졸을 경화시키는데 필요한 분(minutes) 단위의 시간이다. 실험은 테스트 튜브에서 약 5 ml 의 레졸을 상기 언급된 양의 p-톨루엔 설폰산 용액과 혼합시키고, 테스트 튜브를 섭씨 60 도로 가열된 물 욕조에 잠기게 하고, 혼합물이 촉감으로 경화되기에 필요한 시간을 측정하는 것을 포함한다. 레졸은 유용한 발포체 제품이 제조되는데 적어도 1 의 반응 회수를 가져야 하며, 바람직스럽게는 레졸이 적어도 5 회의 반응 회수, 가장 바람직스럽게는 적어도 10 회의 반응 회수를 가져야 한다.
공정에서의 이용을 위해 필요하다면 젖산과 같은 약한 유기산을 적절하게 첨가함으로써, 일반적으로 알칼리성인 레졸의 pH 가 바람직스럽게는 7 로 조절된다.
강산성 경화제의 예는 염산, 황산 및 인산과 같은 무기산 및, 예를 들어 톨루엔 설폰산 및 트리클로로아세틱 산(trichloroacetic acid)과 같은 방향족 설폰산과 같은 강한 유기산이다. 초산 및 프로피온산(propionic acid)과 같은 약산은 일반적으로 적절하지 않다. 본 발명의 공정을 위한 바람직한 경화제는 방향족 설폰산이고, 특히 톨루엔 설폰산이다.
산은 물과 같은 적절한 솔벤트내의 용액으로서 이용될 수 있다.
레졸, 경화제 및 고형물의 혼합물이, 슬러시 몰딩(slush moulding) 적용예에서 예를 들어 몰드 안으로 부어져야 할 때, 레졸 및 경화제에 첨가될 수 있는 불활성 고형물의 양은 고형물 결여시의 레졸 및 경화제의 혼합물 점도에 의해 결정된다. 이러한 적용예를 위해서, 경화제는 예를 들어 용액의 형태로 제공됨으로써, 필요한 양으로 레졸과 혼합되었을 때, 혼합물이 이용되어야 하는 온도에서 약 50 poises 를 초과하지 않는 뚜렷한 점도를 가진 액체를 산출하도록 하는 것이 바람직스러우며, 바람직한 범위는 5 내지 20 poises 이다. 5 poises 아래에서, 존재하는 용매의 양은 경화 반응중에 곤란성을 나타내는 경향이 있다.
경화 반응은 발열성이며 따라서 자체적으로 레졸 및 산성 경화제를 포함하는 혼합물의 온도가 상승되게 할 것이다. 혼합물의 온도는 가해진 열에 의해서 상승될 수도 있지만, 상기 혼합물이 상승될 수 있는 온도 (즉, 그 어떤 발열의 효과도 배제시킨 온도)는 섭씨 85 도를 초과하지 말아야 한다.
만약 경화제의 첨가 이전에 혼합물의 온도가 섭씨 85 도를 초과한다면, 초기의 경화 때문에 혼합물을 통하여 경화제를 적절하게 분산하는 것이 곤란하거나 또는 불가능하다. 다른 한편으로, 경화제의 첨가 이후에는 불가능하지는 않더라도 섭씨 85 도 이상으로 혼합물을 균일하게 가열하는 것이 곤란하다.
온도를 섭씨 85 도로 상승시키는 것은 발포체 조직을 균일하지 않게 하고 거칠게 하는 경향이 있지만, 그것은 경화제의 농도를 감소시킴으로써 적당한 온도에서 적어도 어느 정도 상쇄될 수 있다. 그러나 섭씨 75 도를 훨씬 넘는 온도에서는 조성물을 응고시키는데 필요한 경화제의 최소량조차도 이러한 단점을 회피하기에는 전체적으로 너무 많다. 따라서, 섭씨 75 도를 넘는 온도는 회피되는 것이 바람직스럽고, 대부분의 적용예를 위한 바람직한 온도는 주위 온도로부터 섭씨 약 75 도이다. 바람직한 온도 범위는 어느 정도 고형물(c)의 특성에 달려 있는 것 같다. 대부분의 고형물에 대하여 그것은 섭씨 25 내지 65 도이지만, 일부 고형물에 대해서는, 특히 목재 분말 및 나뭇결 분말에 대해서는, 바람직한 온도 범위가 섭씨 25 내지 75 도이다. 가장 바람직한 온도 범위는 섭씨 30 내지 50 도이다. 소망된다면 주위보다 낮은 온도, 예를 들면 섭씨 10 도까지 이용될 수 있지만, 그에 의해서 아무런 장점이 얻어지지 않는다. 일반적으로, 최대 섭씨 75 도 까지의 온도에서, 온도의 상승은 발포체의 밀도 감소로 이어지며, 또한 그 역이 이루어진다.
경화제의 비율 뿐만 아니라 경화제가 존재하는 양도 제품의 특성에 영향을 미친다. 따라서, 경화제의 양을 증가시키는 것은, 조성물을 경화시키는데 필요한 시간을 감소시키는 효과를 가질 뿐만 아니라, 레졸의 특성 및 온도에 의존하는 특정 레벨 위에서 덜 균일한 셀 구조를 발생시키는 경향이 있다. 이것은 또한 경화의 속도 증가 때문에 발포체의 밀도를 증가시키는 경향이 있다. 사실, 너무 높은 경화제의 농도가 이용되면, 경화의 속도는 너무 빨라서, 발포 작용이 전혀 발생하지 않을 수 있고 어떤 조건하에서는 수지의 경화된 쉘(shell) 내부의 개스의 축적 때문에 폭발성이 될 수 있다. 경화제의 적절한 양은, 발열 경화 반응의 시작 이전에 경화제 및 레졸의 혼합물 온도 및 레졸의 반응 회수에 주로 달려 있을 것이고, 선택된 온도 및 반응 회수와 역으로 변화될 것이다. 경화제 농도의 바람직한 범위는, 레졸이 실질적으로 중성 반응, 즉, 약 7 의 pH 를 가진다고 가정하면, 레졸내에 있는 페놀/알데하이드 반응 생성물의 중량으로 100 부당 p-톨루엔 설폰산의 중량으로 2 내지 20 부와 등가이다. p-톨루엔 설폰산과 등가라는 것에 의해서, 실질적으로 같은 응고 시간을 부여하는데 필요한 선택된 경화제의 양을 상기 설명된 p-톨루엔 설폰산의 양으로서 의미하는 것이다. 레졸 및 미세하게 분할된 고형물의 조합 및 임의 온도에 대한 가장 적절한 양은 간단한 실험에 의해서 용이하게 결정될 수 있다. 바람직한 온도 범위가 섭씨 25 내지 75 도이고 레졸이 적어도 10 의 반응 회수를 가지는 경우에, 페놀/알데하이드 반응 생성물의 중량으로 100 부당 p-톨루엔 설폰산의 3 내지 10 부에 등가인 양으로 경화제를 사용하여 최상의 결과들이 일반적으로 얻어진다. 섭씨 25 도 아래의 온도 또는 10 미만의 반응 회수를 가지는 레졸과 함께 이용되기 위해서, 더 많은 경화제를 이용할 필요가 있을 수 있다.
몰드의 특성, 특히 형상 및 크기에 따라서 경화제 조성물을 일부 조절할 필요가 있을 수 있으며, 이는 실험에 의해 확립될 수 있다.
온도 및 경화제 농도의 적절한 제어에 의해, 경화제를 레졸에 첨가하는 것과 조성물이 경화되는 것(여기에서는 응고 시간으로 지칭됨) 사이의 시간 경과는, 실질적으로 제품의 셀 구조 및 밀도에 영향을 미치지 않으면서, 수초로부터 최대 한 시간 또는 그 이상으로 뜻대로 변화될 수 있다.
필요한 경화제의 양을 제어하는 다른 인자는 불활성 고형물의 특성일 수 있다. 정확하게 중성인 것은 매우 적으며 고형물이 알칼라인 반응을 단지 매우 약하게라도 가진다면, 충전재가 그것을 중화시키는 경향 때문에 더 많은 경화제가 필요할 수 있다. 따라서 위에서 주어진 경화제 농도의 바람직한 값들은 고형물의 그러한 임의 효과를 고려하지 않은 것이라는 점이 이해되어야 한다. 고형물의 특성 때문에 그 어떤 조절이라도 이용된 고형물의 양에 달려 있게 될 것이며, 간단한 실험에 의해 결정될 수 있다.
레졸 및 경화제의 발열 경화 반응은 부산물을 형성되게 하며, 특히 알데하이드 및 물을 형성하게 되며, 이들은 적어도 부분적으로 휘발된다.
경화 반응은 레졸 및 경화제의 혼합물을 통해서 실질적으로 균일하게 퍼져 있는, 미세하게 분할된 불활성 및 불용성의 미립자 고형물의 존재시에 이루어진다. 불활성 고형물이라는 것은, 그것이 이용되는 양(quantity)으로는 경화 작용이 억제되지 않는다는 것을 의미한다.
미세하게 분할된 미립자 고형물은 개스 거품들에 대한 핵을 제공하는데, 개스 거품들은 레졸내에 존재하는, 주로 CH2O 및/또는 H2O 인 작은 분자들의 휘발에 의해서 형성되고 그리고/또는 경화 작용에 의해서 발생되며, 또한 미립자 고형물은 거품들의 형성이 증진되는 장소를 제공하는 것으로 믿어지는데, 그에 의해서 공동의 크기를 균일하게 하는데 도움을 준다. 또한 미세하게 분할된 고형물의 존재는 개별 거품들의 안정화를 증진시킬 수도 있고, 거품들이 덩어리로 모이는 경향을 감소시키고 결국 경화되기 전에 거품이 파괴될 가능성을 일으킨다. 그 현상은 야금술에서 낮은 등급의 광석들에서 채용된 거품 부양 선광(froth floataiton)의 현상과 유사할 수 있다. 그 어떤 경우에라도, 고형물의 존재는 제품의 형성에 필수적이다. 소망의 효과를 달성하도록, 고형물은 레졸의 중량에 기초하여 중량으로 5 % 보다 적은 양으로 존재하여야 한다.
반응 혼합물내에서 불용성인 그 어떤 미세 분할된 미립자 고형물이라도, 불활성이라면 적절하다. 충전재들은 유기물이거나 또는 무기물(금속성 포함)일 수 있으며, 결정질이거나 또는 비결정질일 수 있다. 바람직하지는 않더라도, 섬유성 고형물도 유효한 것으로 밝혀졌다. 그 예에는 점토, 점토 미네랄, 활석, 질석, 금속 산화물, 내화물, 고체 또는 중공형 유리 마이크로스페어(microsphere), 플라이 애쉬(fly ash), 석탄 더스트(coal dust), 목재 분말, 나뭇결 분말(grain flour), 견과 껍질 분말(nut shell flour), 규토, 미세하게 잘린 유리 섬유 및 미세하게 분할된 석면과 같은 미네랄 섬유, 분쇄된 섬유, 미세하게 잘린 인조 또는 합성 섬유, 예를 들면 재생된 폐기 플라스틱 및 수지들과 같은, 분말 형태이든 또는 섬유 형태이든 수지 및 분쇄 플라스틱, 분말화된 페인트 및 카본 블랙과 같은 염료 및, 전분이 포함된다.
약간의 알칼리 반응보다 더 많은 반응을 가지는 고형물, 예를 들면 알칼리 금속들의 규산염 및 탄산염이 회피되는 것이 바람직스러운데, 이는 산성 경화제와 반응하는 경향 때문이다. 그러나, 매우 순한 반응을 가지는 활석과 같은 고형물은 일부의 경우에 허용 가능한데, 이는 마그네사이트와 같은 더 강한 알칼리 물질로 혼합되어 있기 때문이다.
일부 물질들, 특히 목재 분말과 같은 섬유 물질들은 흡수성일 수 있으며, 따라서 가치 있는 발포체 제품을 얻기 위하여, 비 섬유성 물질보다 전체적으로 더 많은 양의 그 물질들을 이용할 필요가 있을 수 있다.
고형물이 바람직스럽게는 0.5 내지 800 마이크론 범위의 입자 크기를 가진다. 입자 크기가 너무 크면, 발포체의 셀 구조는 소망스럽지 않게 거칠게 된다. 다른 한편으로, 매우 작은 입자 크기들에서, 얻어진 발포체는 다소 밀집되는 경향이 있다. 바람직한 범위는 1 내지 100 마이크론이고, 가장 바람직스럽게는 2 내지 40 마이크론이다. 셀 구조의 균일성은 입자 크기의 균일성에 의해 촉진되는 것으로 보여진다. 소망된다면, 고형물의 혼합물이 이용될 수 있다.
소망된다면, 미세하게 분할된 금속 분말과 같은 고형물이 포함될 수 있으며, 이것은 과정중에 발생된 기체 또는 증기의 체적에 기여한다. 그러나, 단독으로 이용된다면, 화학적 반응 또는 분해에 의한 개스 이후에 남겨진 잔류물이 본 발명의 과정에 의해 요구되는 불활성 및 불용성의 미세하게 분할된 입자 고형물의 요건을 충족시킨다는 점이 이해된다.
바람직스럽게는, 미세하게 분할된 고형물이 혼합 이후에 혼합물의 저부를 향해 쌓이는 경향이 있는 가능성을 감소시키기 위하여, 미세하게 분할된 고형물은 레졸의 밀도와 크게 다르지 않은 밀도를 가진다.
고형물의 바람직한 한가지 종류는 수경성 세멘트(hydralic cement)로서, 예를 들면, 석고(gypsum) 및 플래스터(plaster) 이지만, 포트랜드 세멘트(Portland cement)는 그것의 알카리성 때문에 바람직하지 않다. 이러한 고형물들은 반응 혼합물내에 존재하는 물과 반응하는 경향이 있어서 경화된 수지 생성물내에 경화된 골격 구조를 만든다. 더욱이, 물과의 반응은 발열성이고 발포 및 경화 반응을 돕는다. 이러한 물질을 이용하여 얻어진 발포체 제품들은 특히 가치있는 물리적 특성들을 가진다. 더욱이, 오랜 시간 동안 화염에 노출되었을 때 이들은 여전히 강하고 하중을 지지할 수 있는 벽돌과 같은 경도(consistency)로 태워지는 경향이 있다. 그 제품은 또한 우수한 단열성 및 에너지 흡수 특성을 가진다. 불활성 미립자 고형물의 바람직한 양은 레졸 중량의 100 부 당, 중량으로 20 내지 200 부이다.
수경성 시멘트를 이용하여 얻어진 것들과 유사한 특성을 가지는 제품을 산출하기 때문에 바람직한 다른 종류의 고형물은 활석(talc) 및 플라이 애쉬(fly ash)이다. 이들 고형물의 바람직한 양은 레졸 중량의 100 부 당, 중량으로 20 내지 200 부이다.
상기 종류들의 고형물에 대하여, 가장 바람직한 범위는 레졸의 100 부당 50 내지 150 부이다.
에어로질(Aerosil)(미세하게 분할된 규토)과 같은 미세하게 분할된 고형물이 포함된다면 요변성 발포체 형성 혼합물(thixotropic foam-forming mixture)이 얻어질 수 있다.
미세하게 분할된 금속 분말이 포함된다면, 전기적으로 도전성의 특성이 얻어질 수 있다. 금속 분말이 바람직스럽게는 레졸 중량의 100 부 당 50 내지 250 n의 양으로 이용된다.
일반적으로, 이용될 수 있는 고형물의 최대량은 혼합물내에 그것을 포함시키고 혼합물을 취급하는 물리적인 문제에 의해서만 제어된다. 일반적으로, 혼합물을 부어넣을 수 있는 것이 소망스럽지만, 상당히 높은 고형물의 농도에서조차도, 혼합물이 반죽 또는 페이스트와 같아서 부어넣을 수 없을 경우에, 가치 있는 특성을 가진 발포체 제품이 얻어질 수 있다.
일반적으로, 비 섬유성 고형물과 관련되어서만 섬유성 고형물을 이용하는 것이 바람직스러운데, 그렇지 않으면 발포체 조직이 불량해지는 경향이 있기 때문이다.
다른 첨가제들이 포말체 형성 혼합물로 포함될 수 있다. 예를 들면, 긴 사슬 알킬 벤젠 설폰산의 나트륨 염인, 음이온 물질, 폴리(에틸렌 산화물) 또는 그것의 코폴리머에 기초한 것들과 같은 반이온(non-ionic) 물질 및, 긴 사슬(long chanin)의 제 4 급 암모늄 화합물 또는 폴리아크릴아미드에 기초한 것들과 같은 양이온 물질과 같은 계면 활성제; 알킬 셀루로스, 특히 메틸 셀루로스와 같은 점도 개질제; 및 염료 또는 안료와 같은 착색제가 포함될 수 있다. 페놀 수지와 같은 가소제는 경화 및 발포 반응이 그에 의해서 억제되지 않는다면 포함될 수도 있으며, 상기에서 참조된 디하이드릭 화합물이 아닌 다기능 화합물(polyfunctional compound)이 포함될 수 있으며, 이것은 경화에서 발생하는 교차 결합 반응에 참여하는데, 예를 들면 디아민(di-amine) 또는 폴리-아민, 디-이소시아네이트(di-isocyanate) 또는 폴리-이소시아네이트, 디-카르복실산 또는 폴리-카르복실산 및, 아미노알콜이다.
중합 가능한 불포화 화합물도 가능하게는 자유-라디칼 중합화 개시제(free-radical polymerisation initiator)와 함께 포함될 수 있는데, 개시제는 경화 작용중에 활성화되는 것으로서, 예를 들면, 아크릴 단량체(acrylic monomer), 소위 우레탄 아크릴레이트, 스티렌, 말레산(maleic acid) 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물이다.
다른 수지들이 포함될 수 있으며, 예를 들면 발포 반응 또는 경화 반응 동안에 경화되는 프리폴리머(prepolymer)로서, 또는 분말, 에멀젼 또는 분산물(dispersion)로서 포함될 수 있다. 예를 들면, 멜라민 수지, 페놀 노보락(phenolic novolaks) 등 뿐만 아니라, 폴리비닐 아세테이트 같은 폴리아세탈, 비닐 폴리머, 올레핀 폴리머, 폴리에스테르, 아크릴 폴리머 및 스티렌 폴리머, 폴리우레탄 및 그것의 프리폴리머 및, 폴리에스터 프리폴리머가 포함된다.
발포 반응을 향상시키는 통상적인 발포제(blowing agent)도 포함될 수 있는데, 예를 들면, 개스를 발생시키도록 반응하거나 분해되는 낮은 비등점의 유기 화합물 또는 화합물들이다.
발포체 성형 조성물은 소망된다면 탈수제도 포함할 수 있다.
발포체 성형 조성물을 형성하는 바람직스러운 방법은 처음에 레졸 안에서 충전재의 실질적으로 균일한 분산을 얻도록 레졸 및 불활성 충전재를 혼합하고, 다음에 경화제를 추가하는 것을 포함한다. 조성물을 통하여 충전재 및 경화제 양쪽이 균일하게 분포되는 것은 균일한 조직의 발포체 제품 제조에 필수적이며, 따라서 완전한 혼합이 필요하다.
발열성 반응이 시작되기 전에 조성물이 상승된 온도에 있는 것이 소망된다면, 그것은 레졸을 가열함으로써 달성될 수 있거나, 또는 처음에 레졸 및 고형물을 혼합시키고 다음에 혼합물을 가열함으로써 달성될 수 있다. 바람직스럽게는 고형물이 경화제의 첨가 직전에 레졸에 부가된다. 대안으로서, 레졸, 고형물 및 경화제의 혼합물이 제조될 수 있고, 전체 혼합물은 다음에 예를 들면 단파 방사(short wave irradiation)에 의해 가열되며, 바람직스럽게는 몰드에 충전된 후에 가열된다. 소망된다면, 종래의 방사 가열 오븐이 이용될 수도 있지만, 그러한 수단에 의해서 혼합물의 균일한 가열을 달성하기는 곤란한다.
바람직스럽게는, 발포체가 75 내지 500 kg/m3 범위의 밀도를 가지며, 보다 바람직스럽게는 100 내지 400 kg/m3 및, 가장 바람직스럽게는 100 내지 250 kg/m3 범위의 밀도를 가진다. 발포체 셀의 크기는 중요한데, 왜냐하면 한계점까지는 주어진 밀도에 대한 셀의 크기가 더 클수록 벽이 더 두꺼워지며, 따라서 발포체의 물리적인 강도가 커지기 때문이다. 그러나 셀 크기가 너무 크다면, 강도는 약화되기 시작한다. 바람직스럽게는, 셀 크기가 1 내지 3 mm 의 범위이다.
본 발명은 위에서 순수하게 하나의 예로서만 설명되었으며, 세부 내용의 변형이 본 발명의 범위내에서 이루어질 수 있다는 점이 이해될 것이다.
특히, 상기의 예들은 패널, 특히 도어의 제조와 관련하여 설명되었다. 그러나, 본 발명은 다른 제품들을 포함하는 매우 광범위한 적용예를 가진다는 점이 이해되어야 한다. 실제로, 본 발명의 방법에 따라서 매우 광범위한 제품들이 제조될 수 있다는 점이 상상된다. 현재, 상이한 재료들(예를 들면, 목재, 금속, 자기)을 이용하여 제품들이 제조될지라도, 본 발명의 방법을 이용하여 많은 몰딩된 제품들이 제작될 수 있다. 빌딩 제품들에 더하여, 예를 들어 본 발명은 자동차의 부품 및 피팅(fitting), 전기 장치의 케이싱 및, 많은 가정용 제품들에 적용될 수 있고, 가정용 제품들의 가구, 액자 프레임, 의자, 테이블, 램프 베이스, 용기는 몇개의 예일 뿐이다.
여기에 설명된 방법은 예를 들면 스포츠 용품 또는 다른 레저 활동을 위한 용품을 제조하는데 이용될 수 있다. 예를 들면, 여기에 설명된 방법들은 래킷, 배트 또는 다른 제품들, 예를 들면 스키를 형성하기 위해서 이용될 수 있다. 그 방법들에 의한 제품들은 예를 들면, 항공 우주 분야, 항공기 분야 또는 다른 차량 분야에서 적용될 수 있다. 예를 들면, 여기에 설명된 방법들은 항공기내의 내부 패널 및/또는 항공기 외피에서 사용되기 위한 패널들을 형성하는데 이용될 수 있다. 제품들은 예를 들면 항공기 터빈을 위한 블레이드에서 적용될 수 있다.
발명의 상세한 설명 및, (적절하다면) 청구항들 및 도면들에 개시된 각각의 특징들은 독립적으로 제공될 수 있거나 또는 그 어떤 적절한 조합으로도 제공될 수 있다.
1. 몰드 2. 3. 몰드 부분
20. 몰드 22. 시트 몰딩 화합물의 시트
24. 목재 프레임 26. 기판

Claims (20)

  1. 장갑(armoured) 또는 방탄용(bullet proof) 복합체를 제공하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    개방 셀 페놀 수지 발포체(open-cell phenolic resin foam)를 가진 기판을 시트 형태 몰딩 재료에 적용하는 단계;
    탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유(aramid fibers) 및/또는 폴리에틸렌(polyethylene) 섬유로부터 선택된 하나 이상의 강화 섬유를 제공하는 단계로서, 상기 강화 섬유들이 시트 형태 몰딩 재료의 일체화된 부분 및/또는 분리된 층으로서 제공되는, 강화 섬유 제공 단계; 및,
    장갑 또는 방탄용 복합체를 형성하도록 시트 형태 몰딩 재료를 기판에 가압함으로써, 기판과 시트 형태 몰딩 재료 사이의 기체 및/또는 증기가 가압 영역으로부터 기판의 일부를 통하여 이동될 수 있고, 시트 형태 몰딩 재료의 일부가 기판의 표면내로 흐르는, 가압 단계;를 포함하고,
    상기 기판은 비탄성적으로 부숴질 수 있는 재료를 포함하는, 장갑 또는 방탄용 복합체의 제공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    강화 섬유는 하나 이상의 층들(layers)로서 제공되는, 장갑 또는 방탄용 복합체의 제공 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    강화 섬유는 시트 형태 몰딩 재료와 기판 사이에 배치되는, 장갑 또는 방탄용 복합체의 제공 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    섬유는 단(短) 섬유인, 장갑 또는 방탄용 복합체의 제공 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    섬유는 장(長) 섬유인, 장갑 또는 방탄용 복합체의 제공 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    섬유는 단일 방향(uni-direction)으로 배치되거나 또는 다중 방향(multi-direction)으로 배치되는, 장갑 또는 방탄용 복합체의 제공 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    섬유는 직물, 매트, 펠트(felt) 또는 짜여진(woven) 구성으로 구성되는, 장갑 또는 방탄용 복합체의 제공 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    섬유는 케블러(Kebler)(RTM) 섬유인, 장갑 또는 방탄용 복합체의 제공 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    섬유는 기판 전체를 가로질러 위치되는, 장갑 또는 방탄용 복합체의 제공 방법.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    기판은 유기 입자들, 무기 입자들 또는 금속 입자들로부터 선택된 충전 재료(filler material)을 포함하는, 장갑 또는 방탄용 복합체의 제공 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    기판은 부숴질 수 있는 재료(frangible material)인, 장갑 또는 방탄용 복합체의 제공 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    시트 형태 몰딩 재료는 전체 몰드 표면에 적용되는, 장갑 또는 방탄용 복합체의 제공 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    장갑 또는 방탄용 복합체의 제공 방법은, 시트 형태 재료를 포함하는 제 2 층을 제공하는 단계, 상기 제 2 층을 시트 형태 재료의 제 1 층과 제 2 층 사이에 개재된 기판의 표면에 적용하는 단계 및, 제 2 층 및 기판을 함께 가압하는 단계를 포함하는, 장갑 또는 방탄용 복합체의 제공 방법.
  15. 개방 셀 페놀 수지 발포체(open-cell phenolic resin foam)를 가지는 기판 및, 시트 형태 몰딩 재료가 기판의 표면내로 연장되도록 기판의 표면에 접합된 시트 형태 몰딩 재료의 외피를 포함하는 장갑 또는 방탄용 복합체로서, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 및/또는 폴리에틸렌 섬유로부터 선택된 하나 이상의 강화 섬유들을 더 포함하고, 상기 강화 섬유들이 시트 형태 몰딩 재료의 일체화된 부분 및/또는 분리된 층으로서 제공되고, 상기 기판은 비탄성적으로 부숴질 수 있는 재료를 포함하는, 장갑 또는 방탄용 복합체.
  16. 제 15 항에 있어서,
    강화 섬유는 시트 형태 몰딩 재료와 기판 사이에 배치되는, 장갑 또는 방탄용 복합체.

  17. 삭제
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