KR102114261B1

KR102114261B1 - 산업용 롤의 제조방법

Info

Publication number: KR102114261B1
Application number: KR1020190173909A
Authority: KR
Inventors: 황수일
Original assignee: 주식회사 광성텍; 주식회사 용진
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2020-06-05

Abstract

본 발명은 산업용 롤의 제조방법에 관한 것으로서, 액상의 세라믹 코팅제를 도포함에 있어, 하도 도장작업 없이 바로 세라믹 코팅층을 형성할 수 있고, 롤 표면에 이상적인 마찰계수를 부여하여 롤과 필름 간의 슬립현상을 방지하는데 그 목적이 있다.
이를 위하여 본 발명은, 얇은 시트상의 물품을 이송시키는데 사용되는 산업용 롤의 제조방법에 있어서, a) 주제와 경화제를 혼합하여 액상의 세라믹 코팅제를 제조하는 단계(S10), b) 상기 S10 단계에서 제조된 액상의 세라믹 코팅제를 교반하는 단계(S20), c) 액상의 세라믹 코팅제를 필터링하는 단계(S30), d) 원통형의 롤 몸체를 제조하는 단계(S40), e) 롤 몸체의 표면을 세정 및 탈지하는 단계(S50), f) 롤 몸체를 샌드블라스트 처리하는 단계(S60), g) 스프레이 건으로 액상의 세라믹 코팅제를 분사하여 롤 표면에 코팅층을 형성하는 단계(S70), h) 세라믹 코팅층이 형성된 롤을 경화시키는 단계(S80), i) 롤을 연마 및 폴리싱 가공하는 단계(S90)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

산업용 롤의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF ROLL FOR INDUSTRIAL USE}

본 발명은 각종 산업기계에 장착되어 시트상의 물품을 제조하거나 이송하는데 사용되는 산업용 롤의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 롤 표면을 샌드블라스트 처리한 후 액상의 세라믹 코팅제를 분사함으로써 하도 도장공정 없이 바로 세라믹 코팅층을 형성할 수 있고, 특히 얇은 필름과 롤 간의 슬립현상을 방지하여 필름의 표면에 스크래치가 발생하지 않도록 하며, 내화학성과 내마모성을 향상시켜 롤의 사용수명을 연장할 수 있도록 한 산업용 롤의 제조방법에 관한 것이다.

산업용 기계인 필름기계, 제지기계, 섬유기계 등은, 필름, 스트립(Strip), 시트(Sheet) 형태의 제품을 제조하거나 이송하기 위한 다수의 원통형 롤(Roll)을 구비하고 있다.

도 1은 얇은 필름의 제조 및 이송에 사용되는 산업용 롤을 도시한 것이다.

상기한 산업용 롤은, 원통형의 롤 몸체(1)와, 상기 롤 몸체(1)의 표면에 형성되는 합성수지층(2)과, 롤 몸체(1)의 양단에 구비되는 샤프트(3)로 구성된다.

상기 롤 몸체(1) 및 샤프트(3)는, 알루미늄과 같은 가벼운 금속, CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱) 등 다양한 재질로 제조된다.

상기 합성수지층(2)은, 고무재질, 우레탄 재질, 실리콘 재질 등으로 형성되며, 필름과 직접 마찰접촉하면서 필름을 이송시킨다.

그런데 상기한 종래의 롤은 상기 합성수지층(2)이 쉽게 마모되고, 화학용제에 취약하다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 수명이 짧다는 문제점이 있다.

또한 종래의 롤은, 합성수지층(2)의 마찰력이 너무 크다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 필름의 이송시에 표면을 손상시킨다는 문제점이 있다. 특히, 필름의 표면에 미세한 스크래치(Scrach)를 발생시켜 필름의 품질을 저하시킨다는 문제점이 있다.

한편, 이를 감안하여 내마모성과 내화학성이 우수하고, 물품과의 마찰 접촉시에 물품의 표면을 손상시키지 않도록 하는 롤이 개발되고 있다.

그 일례로서, 한국 특허 제992493호의 "물품 이송용 롤의 제조방법"이 있다.

이 기술은, 롤의 합성수지층 표면에 내마모성과 내화학성이 우수하고 표면 마찰계수가 낮은 UV(Ultraviolet) 코팅층을 형성한 것으로, 표면의 UV 코팅층을 통해, 롤의 내마모성과 내화학성 및 표면 평활성을 높인다.

따라서, 롤의 수명을 연장시키고 물품과의 마찰 접촉시에 물품의 표면 손상을 방지할 수 있게 한다.

그런데 상기한 종래의 롤은, 내마모성과 내화학성과 표면 평활성이 향상되어 수명이 늘어나고 물품의 손상을 방지하는 장점은 있지만, 열에 취약하다는 단점이 있다.

특히, UV 코팅층은, 내마모성과 내화학성 및 표면 평활성이 우수하기는 하지만, 약 250℃ 이상의 열에 매우 취약하다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 250℃ 이상의 고온 물품을 이송시키는 과정에서 쉽게 손상되거나 변형된다는 문제점이 있다.

그리고 이러한 문제점 때문에 롤의 수명이 현저하게 단축된다는 결점이 지적되고 있다.

또한 롤의 표면에 세라믹 코팅층을 형성한 롤도 제안된 바 있지만, 이는 분말상태의 세라믹 재료를 용해시켜 코팅하는 방식이므로 작업이 번거롭다는 단점이 있다.

또한 종래의 세라믹 코팅제는 롤 몸체와의 부착력이 좋지 않기 때문에, 세라믹 코팅제를 도포하기 전에 하도 코팅을 실시하여야 한다는 문제점이 있다.

KR 10-0998149 B1 KR 10-1461179 B1

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하도 코팅공정 없이 바로 세라믹 코팅층을 형성할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 하도 코팅공정을 생략할 수 있도록 하여 코팅작업을 단순화하고 원가를 절감하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 롤 표면에 이상적인 마찰계수를 부여하여 롤과 필름 간의 슬립현상을 방지하여 필름의 표면에 스크래치가 발생하지 않도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 내약품성, 내마모성, 내수성을 향상시켜 롤의 품질을 향상시키고, 사용 수명을 연장시키는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 얇은 시트상의 물품을 이송시키는데 사용되는 산업용 롤의 제조방법에 있어서, a) 주제와 경화제를 혼합하여 액상의 세라믹 코팅제를 제조하는 단계(S10), b) 상기 S10 단계에서 제조된 액상의 세라믹 코팅제를 교반하는 단계(S20), c) 액상의 세라믹 코팅제를 필터링하는 단계(S30), d) 원통형의 롤 몸체를 제조하는 단계(S40), e) 롤 몸체의 표면을 세정 및 탈지하는 단계(S50), f) 롤 몸체를 샌드블라스트 처리하는 단계(S60), g) 스프레이 건으로 액상의 세라믹 코팅제를 분사하여 롤 표면에 코팅층을 형성하는 단계(S70), h) 세라믹 코팅층이 형성된 롤을 경화시키는 단계(S80), i) 롤을 연마 및 폴리싱 가공하는 단계(S90)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 주제는, 전체 조성물을 기준으로 비결정 이산화규소가 30 ~ 40 중량%, 수분이 30 ~ 40 중량%, 이산화티탄 안료가 15 ~ 25 중량%, 메틸알코올이 2 ~ 5 중량%, 에틸알코올이 2 ~ 5 중량%, 이소프로필알코올이 2 ~ 5 중량% 함유되고, 상기 경화제는, 전체 조성물을 기준으로 메틸트리메톡시실란이 85 ~ 90 중량%, 메틸알코올이 2 ~ 5 중량%, 에틸알코올이 2 ~ 5 중량%, 이소프로필알코올이 2 ~ 5 중량% 함유되며, 상기 주제와 경화제를 65: 35의 비율로 혼합하여 액상의 세라믹 코팅제를 제조하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 S20 단계에서, 평행하게 배치된 2개의 롤 상부에 코팅제가 담긴 용기를 안착시킨 후 2개의 롤을 동일한 방향으로 회전시켜가면서 세라믹 코팅제를 교반한 후, 주위온도를 35 ~ 45℃로 유지하면서 2 내지 3시간 숙성시키는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 S60 단계에서, 롤 몸체를 가열하여 온도가 35 ~ 45℃가 되도록 하고, 롤 몸체를 100 ~ 120rpm의 속도로 회전시켜가면서 스프레이 건으로 액상의 코팅제를 롤 표면에 분사하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 S70 단계에서의 경화작업은, 2 내지 3시간 동안 50 ~ 80℃에서 시작하여 250 ~ 350℃에서 마무리하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 액상의 세라믹 코팅제를 도포하기 전에 샌드블라스트 처리를 하여 롤 표면에 미세한 요철을 형성하게 된다.

이에 따라 하도 도장공정을 생략하고 바로 롤 표면에 액상의 세라믹 코팅층을 형성할 수 있는 효과가 있다.

또한 롤의 표면에 이상적인 마찰계수를 부여하게 되므로, 롤과 필름 간의 슬립현상을 방지하여 필름에 스크래치가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이에 따라 LCD용 필름과 같이 고정밀도의 제품을 생산하기에 적합한 롤을 제조할 수가 있다.

또한 내화학성, 내마모성, 내수성, 내열성을 향상시켜 롤의 품질을 향상시킬 수 있고, 롤의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 일반적인 롤을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 산업용 롤의 제조과정을 나타낸 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 산업용 롤의 제조방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 얇은 시트상의 물품을 이송시키는데 사용되는 산업용 롤의 제조방법에 있어서, a) 주제와 경화제를 혼합하여 액상의 세라믹 코팅제를 제조하는 단계(S10), b) 상기 S10 단계에서 제조된 액상의 세라믹 코팅제를 교반 및 숙성시키는 단계(S20), c) 액상의 세라믹 코팅제를 필터링하는 단계(S30), d) 원통형의 롤 몸체를 제조하는 단계(S40), e) 롤 몸체의 표면을 세정 및 탈지하는 단계(S50), f) 롤 몸체를 샌드블라스트 처리하는 단계(S60), g) 스프레이 건으로 액상의 세라믹 코팅제를 분사하여 롤 표면에 코팅층을 형성하는 단계(S70), h) 세라믹 코팅층이 형성된 롤을 경화시키는 단계(S80), i) 롤을 연마 및 폴리싱 가공하는 단계(S90)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 주제는, 전체 조성물을 기준으로 비결정 이산화규소(Amorphous silicon dioxide)가 30 ~ 40 중량%, 수분이 30 ~ 40 중량%, 이산화티탄 안료(Titanium dioxide pigment)가 15 ~ 25 중량%, 메틸알코올(Methyl alcohol)이 2 ~ 5 중량%, 에틸알코올(Ethyl alcohol)이 2 ~ 5 중량%, 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol)이 2 ~ 5 중량% 함유된다.

그리고 상기 경화제는, 전체 조성물을 기준으로 메틸트리메톡시실란(Methyltrimethoxysilane)이 85 ~ 90 중량%, 메틸알코올(Methyl alcohol)이 2 ~ 5 중량%, 에틸알코올(Ethyl alcohol)이 2 ~ 5 중량%, 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol)이 2 ~ 5 중량% 함유된다.

또한 본 발명에 따른 액상의 세라믹 코팅제는, 상기 주제와 경화제를 65: 35의 비율로 혼합시켜 제조한다.

상기 경화제의 비율이 35미만이 되면 균일한 두께로 코팅층을 형성하기가 어렵게 되고, 35를 초과하게 되면 경화가 너무 빨리 진행되어 도막의 품질이 저하될 우려가 있다.

위와 같이 제조된 액상의 세라믹 코팅제는 원통형의 용기에 담아 보관한다.

그리고 용기에 담긴 세라믹 코팅제를 사용할 때에는, 침전물이 발생할 수 있으므로 반드시 교반한 후에 사용한다.

이때 평행하게 배치된 2개의 롤로 구성된 교반기 상부에 코팅제 용기를 안착시키고, 2개의 롤을 동일한 방향으로 회전시켜가면서 용기에 담긴 세라믹 코팅제를 교반시킨다.

교반 시간은 약 30분 정도가 바람직하며, 1kg 용기의 경우에는 40 ~ 180rpm, 5kg 용기의 경우에는 80 ~ 100rpm으로 교반기 롤을 회전시키는 것이 좋다.

또한 코팅제의 교반이 완료된 후에는, 주위 온도를 35 ~ 45℃로 유지하면서 2 ~ 3시간 숙성시키고, 코팅제가 충분히 숙성되었는지를 확인하는 숙성검사를 실시한다.

숙성검사는 투명 유리시편에 코팅제를 분사하거나 용기에 담근 후 꺼낸 다음, 크레이터(Crater)나 크랙(Crack)이 발생하였는지의 여부를 확인한다.

도막에 크레이터나 크랙이 발견되면 코팅제가 충분히 숙성되지 않은 것이므로 더 숙성시킨다.

한편 강재, 알루미늄, CFRP 등의 재질로 원통형의 롤 몸체를 제조한 후, 롤의 표면을 세정하고 탈지한다.

이어서 롤의 표면에 샌드블라스트(Sandblast) 처리를 한다.

상기 샌드블라스트는, 압축 공기에 의해 모래를 물체 표면에 고속으로 분사시켜 물체 표면의 고착물을 제거하는 처리방식이다.

샌드블라스트는 원래 주물 제품의 스케일 제거에 사용되어 왔으나, 근래에는 각종 소재의 표면처리에도 이용되고 있다.

상기 샌드블라스트 처리방식 자체는 공지의 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이어서 롤 몸체를 청소하고 숙성이 완료된 세라믹 코팅제를 롤 표면에 도포한다.

이때 숙성이 완료된 액상의 코팅제를 350 ~ 450 메시의 그물로 여과하여 불순물을 제거한 후 코팅작업을 실시하는 것이 좋다.

액상 세라믹의 코팅작업은, 선반에 롤 몸체를 고정한 후 100 ~ 120rpm의 속도로 회전시켜가면서 스프레이 건으로 액상의 세라믹 코팅제를 분사한다.

그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 선반이 아닌 코팅 전용기에서 코팅작업을 실시할 수도 있다.

한편 코팅 작업시에는 롤 몸체를 가열하여 온도가 35 ~ 45℃가 되도록 하고, 코팅 작업시 주변의 온도는 20 ~ 30℃, 습도는 40 ~ 70%로 유지하는 것이 바람직하다.

또한 세라믹 코팅층의 건조도막 두께는 30±5㎛인 것이 바람직하다.

세라믹 코팅층의 건조도막 두께가 25㎛ 미만이 되면, 충분한 내화학성과 내마모성을 확보하기가 어렵게 된다.

반면에 건조도막 두께가 35㎛를 초과하면, 롤의 탄성을 저하시키게 되어 얇은 필름의 이송에 적합하지 않다.

롤의 표면에 세라믹 코팅층의 형성이 완료되면, 2 내지 3시간 동안 경화기에서 롤을 경화(Curing)시킨다.

이때 처음 온도는 50 ~ 80℃로 하여 점차 상승시킨 후 250 ~ 350℃에서 마무리하는 것이 바람직하다.

이어서 롤 표면을 연마하고 폴리싱 가공을 하면 롤의 제조가 완료된다. 상기 폴리싱 가공은 다이아몬드 사포를 사용하는 것이 바람직하다.

얇은 필름의 이송에 사용되는 산업용 롤의 표면에 세라믹 코팅층을 형성하는 것은 공지의 기술로 알려져 있다.

그런데 종래에는 분말 상태의 세라믹 재료를 용해시킨 후 롤의 표면에 도포하므로 도장작업이 번거로운 문제가 있다.

또한 종래의 세라믹 코팅제에 의하면, 세라믹 코팅을 하기 전에 먼저 하도 코팅작업을 실시하여야 한다. 이는 종래의 세라믹 코팅제는 금속의 표면에 견고하게 부착되기 어렵기 때문이다.

그러나 본 발명에 의하면, 세라믹 코팅을 하기 전에 롤의 표면에 샌드블라스트 처리를 하므로, 롤의 표면에 미세한 요철이 형성된다.

이에 따라 하도 도장작업을 생략하고 바로 액상의 세라믹 코팅층을 형성할 수 있으므로 도장공정을 단순화시킬 수가 있다.

또한 본 발명에 따른 액상 세라믹 코팅제에 의하면, 비결정 이산화규소를 주성분으로 하는 세라믹 주제와, 메틸트리메톡시실란을 주성분으로 하는 경화제가 적절한 비율로 배합되어 제조되어, 롤의 표면에 얇은 필름에 이송에 적합한 마찰계수를 부여할 수 있다.

이에 따라 롤의 필름 간의 슬립 현상을 방지하여 필름의 표면에 스크래치가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이로써 LCD 필름 등과 같이 고정밀도를 요하는 필름의 제조 및 이송에 최적화된 롤을 제조할 수가 있다.

또한 세라믹 코팅층이 갖는 장점인 내화학성, 내마모성, 내수성을 향상시킬 수가 있고, 롤 표면이 손상된 경우에는 다시 세라믹 코팅을 하여 재사용할 수 있으므로 비용을 절감할 수가 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명의 범위는 상기한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

1: 롤 몸체
2: 합성수지층
3: 샤프트(Shaft)

Claims

얇은 시트상의 물품을 이송시키는데 사용되는 산업용 롤의 제조방법에 있어서,
a) 주제와 경화제를 혼합하여 액상의 세라믹 코팅제를 제조하는 단계(S10),
b) 상기 S10 단계에서 제조된 액상의 세라믹 코팅제를 교반하는 단계(S20),
c) 액상의 세라믹 코팅제를 필터링하는 단계(S30),
d) 원통형의 롤 몸체를 제조하는 단계(S40),
e) 롤 몸체의 표면을 세정 및 탈지하는 단계(S50),
f) 롤 몸체를 샌드블라스트 처리하여 롤의 표면에 미세한 요철을 형성하는 단계(S60),
g) 스프레이 건으로 액상의 세라믹 코팅제를 분사하여 롤 표면에 코팅층을 형성하는 단계(S70),
h) 세라믹 코팅층이 형성된 롤을 경화시키는 단계(S80),
i) 롤을 연마 및 폴리싱 가공하는 단계(S90)를 포함하고,
상기 주제는,
전체 조성물을 기준으로 비결정 이산화규소가 30 ~ 40 중량%, 수분이 30 ~ 40 중량%, 이산화티탄 안료가 15 ~ 25 중량%, 메틸알코올이 2 ~ 5 중량%, 에틸알코올이 2 ~ 5 중량%, 이소프로필알코올이 2 ~ 5 중량% 함유되고,
상기 경화제는,
전체 조성물을 기준으로 메틸트리메톡시실란이 85 ~ 90 중량%, 메틸알코올이 2 ~ 5 중량%, 에틸알코올이 2 ~ 5 중량%, 이소프로필알코올이 2 ~ 5 중량% 함유되며,
상기 주제와 경화제를 65: 35의 중량 비율로 혼합하여 액상의 세라믹 코팅제를 제조하며,
상기 S20 단계에서,
평행하게 배치된 2개의 롤 상부에 코팅제가 담긴 용기를 안착시킨 후 2개의 롤을 동일한 방향으로 회전시켜가면서 세라믹 코팅제를 교반한 후, 주위온도를 35 ~ 45℃로 유지하면서 2 내지 3시간 숙성시키고,
상기 S70 단계에서, 롤 몸체를 가열하여 온도가 35 ~ 45℃가 되도록 하고, 선반에 롤 몸체를 고정한 후 100 ~ 120rpm의 속도로 회전시켜가면서 스프레이 건으로 액상의 코팅제를 롤 표면에 분사하여, 세라믹 코팅층의 건조도막 두께가 30±5㎛가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 산업용 롤의 제조방법.
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제 1항에 있어서,
상기 S80 단계에서의 경화작업은, 2 내지 3시간 동안 50 ~ 80℃에서 시작하여 250 ~ 350℃에서 마무리 하는 것을 특징으로 산업용 롤의 제조방법.
제 1항 또는 제 5항에 기재된 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 산업용 롤.