KR102117941B1

KR102117941B1 - 복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치 및 방법

Info

Publication number: KR102117941B1
Application number: KR1020190149561A
Authority: KR
Inventors: 신성철
Original assignee: (주)이에스알산업
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2020-06-02

Abstract

복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치 및 방법이 개시되어 있다.
이 개시된 복합성형재를 이용한 성형품 제조장치는, 외부에서 투입되는 복합 성형재를 용융 시키면서 일 방향으로 이송하는 압출기와; 압출기에서 이송되는 용융 상태의 복합 성형재를 소정의 부피 단위로 수용하며, 이송된 복합 성형재에 제1압력을 인가하여, 복합 성형재 내에 포함된 기체를 제거 후 배출하는 유압사출기와; 이송경로를 통하여 유압사출기와 연통되게 설치되는 것으로, 성형품에 대응되는 소정 형상의 형틀을 가지며, 유압사출기를 통하여 형틀 내에 주입된 복합 성형재에 소정의 제2압력을 인가하여 성형품 형상으로 성형하는 성형기와; 압출기, 유압사출기 및 이송경로에 각각 설치되어, 복합 성형재를 가열하는 히터부와; 압출기, 유압사출기, 성형기 및 히터부의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치 및 방법{Apparatus and method for manufacturing molded product using mixed molding materials}

본 발명은 복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 복합 성형재를 이용하면서도 고밀도 및 고품질의 성형품을 제조할 수 있도록 공정이 개선된 복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치 및 방법에 관한 것이다.

산업 발전에 따라 합성수지는 생활 및 산업분야에서 광범위하게 사용되고 있으며, 그 사용량은 매년 급증하고 있다. 또한 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리에스터(PET) 등이 혼합된 복합 합성수지의 사용량이 증가하고 있다.

이 복합 합성수지는 사용 후 재활용 폐기물인 복합 폐합성수지로 분류된다. 이 복합 폐합성수지의 경우 성형품으로의 재활용이 어려워, 국내에서 발생된 복합 폐합성수지의 대부분을 중국 등 해외로 수출하거나 매립 또는 소각하여 왔다. 한편, 2018년 이후 중국 정부의 폐합성수지 등 24종 폐기물 수입 중단조치에 따라 대중 수출이 금지되었다. 또한 2018년 1월 자원순환기본법이 시행됨에 따라 '폐기물처분(소각·매립)부담금'이 부과되고 있다. 이와 같은 요인으로 복합 폐합성수지 등의 재활용 폐기물 처리 대란이 발생된 바 있다.

또한, 폐합성수지는 상당부분 고형연료제품(SRF, Solid Refuse Fuel)으로 재활용되고 있으나, 최근 국내 신재생에너지 정책이 폐기물 SRF 에너지를 지양하는 방향으로 전개되고 있는 바, 앞으로 재활용 수요처의 불확실성이 증대되고 있다.

따라서 폐합성수지의 경우, 성형 공정을 거쳐 성형품으로 재탄생하는 물질 재활용 필요성이 대두되고 있다.

한편, 국내 폐플라스틱 발생량을 살펴보면, 약 40%가 생활계 복합 폐합성수지로서, 이물질 및 다른 재질이 혼합되어 있다. 따라서 용융 공정을 통하여 재활용하고자 하는 경우, 각 재질 별 용융 온도가 상이하므로, 원료의 균질성 확보가 어려워 물질 재활용이 어려운 실정이다.

즉, 복합 폐합성수지를 프레스 방법으로 성형하고자 하는 경우, 복합재료의 서로 다른 용융점으로 인하여 성형하고자 할 때 배합성이 낮고, 가스 발생으로 인한 부피 팽창, 냉각 수축, 가스 발생에 따른 기포 형성 등의 문제가 발생하게 된다. 따라서 이 복합 폐합성수지를 이용한 재활용 성형 제품은 배합 불균형에 따라 성형제품의 균질성 확보가 어렵고, 기포 발생의 영향으로 밀도가 낮으므로 전체적인 강도가 약하고, 제품이 변형되는 등의 문제가 발생될 수 있다.

또한 복합 폐합성수지에 대하여 단순히 프레스 성형 또는 사출 성형을 하는 경우는 다음과 같은 문제점이 있다.

프레스 성형은 형틀에 용융된 폐합성수지를 넣고 단순하게 압축하는 방식으로 성형품을 제조한다. 이 프레스 성형은 복합 폐합성수지와 같이 낮은 배합성을 가진 원료를 성형품(제품)으로 생산하기가 어렵다. 또한 크기가 크고 중량물의 성형품을 생산하기 어렵다. 사출 성형은 스크류 방식으로 용융된 원료를 밀어내어 형틀에 주입하는 방식으로 성형품을 제조한다. 이 사출 성형 방식으로는 용융점이 다양한 복합 폐합성수지 원료를 밀어서 넣는 공정이 불가능하다. 따라서, 복합 폐합성수지의 새로운 물질 재활용 공정 개발이 시급한 실정이다.

등록특허공보 10-0749880 (2007. 08. 16.) 등록특허공보 10-1434159 (2014. 09. 23.)

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안된 것으로서, 복합 폐합성수지 등의 복합 성형재를 원료로 하여, 고밀도 및 고품질의 성형품을 대량으로 제조할 수 있도록 된 구조의 복합 성형재를 성형품 제조장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 복합 폐합성수지를 이용한 성형품 제조장치는 외부에서 투입되는 복합 성형재를 용융 시키면서 일 방향으로 이송하는 압출기와; 상기 압출기에서 이송되는 용융 상태의 상기 복합 성형재를 소정의 부피 단위로 수용하며, 이송된 상기 복합 성형재에 제1압력을 인가하여, 상기 복합 성형재 내에 포함된 기체를 제거 후 배출하는 유압사출기와; 이송경로를 통하여 상기 유압사출기와 연통되게 설치되는 것으로, 성형품에 대응되는 소정 형상의 형틀을 가지며, 상기 유압사출기를 통하여 상기 형틀 내에 주입된 상기 복합 성형재에 소정의 제2압력을 인가하여 성형품 형상으로 성형하는 성형기와; 상기 압출기, 상기 유압사출기 및 상기 이송경로에 각각 설치되어, 상기 복합 성형재를 가열하는 히터부와; 상기 압출기, 상기 유압사출기, 상기 성형기 및 상기 히터부의 구동을 제어하는 제어부를 포할 수 있다.

상기 성형기는 하부틀과, 상기 하부틀 상에 승강 가능하게 설치되는 상부틀을 포함하며, 상기 이송경로는 상기 유압사출기와 상기 성형기의 하부틀 사이에 지하를 통하여 연통 설치되어, 용융된 상기 복합 성형재를 상기 성형기 내부로 외부 시설물 및 작업자와의 간섭없이 이송할 수 있다.

상기 히터부는 상기 압출기에 설치되는 제1히터와; 상기 유압사출기에 설치되는 제2히터와; 상기 이송경로에 설치되는 제3히터를 포함하며, 상기 제1 내지 제3히터 각각은 상기 제어부에 의해 독립적으로 제어되는 것으로, 상기 제1히터에 의한 가열온도가 상기 제2 및 제3히터 각각에 의한 가열온도 보다 상대적으로 높을 수 있다.

또한 본 발명에 따른 성형품 제조장치는 상기 압출기의 투입구에 설치되어, 상기 압출기 내부로 투입되는 상기 복합 성형재의 투입량을 측정하는 제1센서와; 상기 유압사출기에 설치되어, 상기 유압사출기 내에 수용되는 용융된 상기 복합 성형재의 양을 측정하는 제2센서를 더 포함하여, 일 회에 상기 성형기에 투입되는 상기 복합 성형재의 용량을 제어할 수 있다.

상기 유압사출기는, 내부에 상기 복합 성형재를 수용하는 것으로, 상기 압출기 및 상기 이송경로와 연통되게 설치되는 유압 하우징과; 상기 유압 하우징에 왕복 운동 가능하게 설치되는 것으로, 상기 유압 하우징에 일 회에 상기 성형기에 투입되는 상기 복합 성형재의 용량이 채워지면 상기 제1압력으로 상기 유압 하우징에 충진 된 상기 복합 성형재를 가압하는 유압 실린더를 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 제2센서를 통하여 측정된 상기 유압 하우징 내에 수용되는 상기 복합 성형재의 용량에 기초하여, 상기 압출기에서 토출되는 단위 시간당 복합 성형재의 양이 가변되도록 상기 압출기를 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 제2센서를 통하여 측정된 상기 유압 하우징 내에 수용되는 상기 복합 성형재의 용량에 기초하여, 상기 유압사출기와 상기 성형기 각각에 인가되는 제1 및 제2압력의 가압 시퀀스를 제어할 수 있다.

여기서, 상기 제1압력(P1)과 상기 제2압력(P2) 각각은 500 내지 1500 [tsi]의 조건 범위를 만족할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 복합 폐합성수지를 이용한 성형품 제조방법은 순차적으로 배치 된 압출기, 유압사출기 및 이송경로 상에 각각 설치된 히터부를 통하여, 상기 압출기, 상기 유압사출기 및 상기 이송경로의 내부를 독립적으로 가열하는 단계와; 상기 압출기를 통하여, 외부에서 투입되는 복합 성형재를 용융하여 이송하는 단계와; 상기 복합 성형재를 소정의 부피 또는 질량 단위로 상기 유압사출기 내에 수용하는 단계와; 상기 유압사출기 내에 수용된 상기 복합 성형재에 대해 상기 유압사출기를 통하여 제1압력을 인가하여, 그 내부에 포함된 기체를 제거하는 단계와; 상기 유압사출기에서 사출되고, 상기 성형기에 수용된 복합 성형재에 대해 소정의 제2압력을 인가하여 성형품 형상으로 성형하는 단계를 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 성형품 제조방법은, 상기 압출기, 상기 유압사출기 및 상기 이송경로 각각의 가열온도를 독립적으로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 성형품 제조방법은, 상기 압출기의 투입구에 설치된 제1센서에 의하여, 상기 압출기 내부로 투입되는 상기 복합 성형재의 투입량을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 성형품 제조방법은, 상기 유압사출기에 설치된 제2센서에 의하여, 상기 유압사출기 내에 수용되는 용융된 상기 복합 성형재의 양을 측정하고, 상기 제2센서를 통하여 측정된 상기 유압사출기 내에 수용되는 상기 복합 성형재의 용량을 기초로, 상기 제어부에 의하여 상기 압출기에서 토출되는 단위 시간당 복합 성형재의 양이 가변되도록 상기 압출기를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 성형품 제조방법은, 상기 제2센서를 통하여 측정된 상기 유압사출기 내에 수용되는 상기 복합 성형재의 용량에 기초하여, 상기 제어부에 의하여 상기 유압사출기와 상기 성형기 각각에 인가되는 제1 및 제2압력의 가압 시퀀스를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치 및 방법은 유압사출기를 통하여 복합 성형재에 포함된 기포를 제거함과 아울러 고밀도화 함으로써, 고밀도 및 고품질의 성형품을 제조할 수 있다. 즉, 생활계 복합 폐합성수지를 원료로 하더라도, 고밀도 및 고품질을 가지는 고부가가치의 성형품 예를 들어, 농업용 지주대, 거푸집, 우수받이, 주차장 경계석 기와 등 건설용 자재, 차량용 범퍼, 운동화 등 생활 제품과 같은 다양한 종류의 제품을 대량으로 생산할 수 있다.

또한 본 발명은 제1 및 제2센서를 적용하여 성형기에 투입되는 1회 용량을 정확하게 결정함으로써, 성형 과정에서 용융된 성형재가 성형틀 밖으로 오버 플로우 되는 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.

본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명되지만, 이러한 도면은 본 발명의 실시예들을 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치를 개략적으로 보인 도면으로서, 도 1은 복합 성형재가 유압사출기에 주입되기 전 모습을 나타낸 도면이고, 도 2는 복합 성형재가 성형기에 주입된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치의 압출기를 개략적으로 보인 부분단면 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복합 성형재를 이용한 성형품 제조공정을 보인 순서도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하기로 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치를 개략적으로 보인 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치의 압출기를 개략적으로 보인 부분단면 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치는 고형의 복합 성형재를 용융, 압출, 사출 및 성형을 통하여 소정 형상의 성형품을 제조하는 장치로서 압출기(10), 유압사출기(20), 이송경로(30), 성형기(40), 히터부(50) 및 제어부(70)를 포함한다. 여기서, 복합 성형재는 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리에스터(PET) 등이 혼합된 복합 폐합성수지로 이루어질 수 있다.

상기 히터부(50)는 압출기(10), 유압사출기(20) 및 이송경로(30)에 각각 설치되어, 복합 성형재를 가열한다. 이에 따라 투입되고, 압출기(10)에서 용융된 복합 성형재가 겔 상태를 유지하면서 성형기(40)에 도달하도록 한다. 또한 제어부는 압출기(10), 유압사출기(20), 성형기(40) 및 히터부(50)의 구동을 제어한다.

상기 압출기(10)는 외부에서　투입되는　복합　성형재를 일차적으로　용융 시키면서　일　방향 즉, 유압사출기(20) 방향으로　이송한다. 이를 위하여 상기 압출기(10)는 복합 성형재가 투입되는 투입구(13)를 가지는 압출기 하우징(11)과, 압출기 하우징(11)에 마련되어 복합재 성형품을 이송하는 이송부(15)를 포함한다. 상기 이송부(15)는 압출기 하우징(11) 외부에 설치되는 구동원(17)과, 압출기 하우징(11) 내부에 회전 가능하게 설치되며 상기 구동원(17)의 회전축에 연결된 오우거 스크류(16)를 포함 할 수 있다.

오우거 스크류(16)는 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 이웃되게 설치되며, 상호 반대 방향으로 회전 구동되도록 설치된 제1 및 제2오우거 스크류(16)를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 투입구(13)를 통하여 압출기 하우징(11) 내부에 투입된 성형재가 제1 및 제2오우거 스크류(16A)(16B)의 회전에 의해 압축되면서 상기 유압사출기(20) 방향으로 이송된다.

상기 히터부(50)의 일부인 제1히터(51)는 상기 압출기 하우징(11) 전체를 감싸도록 설치되어, 상기 압출기 하우징(11) 내에 투입된 성형재에 대해 열을 가하여 용융시킨다. 이를 위하여 히터부(50)는 전기 히터로 구성될 수 있다. 이 제1히터(51)는 제어부(70)에 의해 제어되면서 투입된 성형재를 소정의 온도로 가열한다. 따라서 상기 성형재 투입구(13)를 통하여 투입된 고형의 복합 성형재(A)는 상기 오우거 스크류(16)에 의해 이동되는 과정에서 용용되면서 상기 유압사출기(20) 방향으로 이동된다.

여기서 상기 압출기 하우징(11) 내에 투입된 성형재가 잔류한 상태에서 성형품 제조장치가 멈춘 경우는 성형재는 압출기 하우징(11) 내에서 고체 상태로 굳게 된다. 한편, 성형품 제조장치가 재가동되는 경우는 먼저 상기 제1히터(51)에 의해 상기 압출기 하우징(11)이 가열되면서 고체 상태의 성형재가 다시 용용되면서 겔 상태로 바뀐 후, 후 공정이 수행된다.

또한 본 발명에 따른 성형품 제조장치는 압출기(10)의 투입구(13)에 설치되어, 상기 압출기(10) 내부로 투입되는 복합 성형재의 투입량을 측정하는 제1센서(61)를 더 포함할 수 있다. 이 제1센서(61)에 의해 측정된 복합 성형재의 투입량을 기초로, 단위 시간당 복합 성형재의 투입량을 파악할 수 있으며, 이를 기초로 유압사출기(20) 및 성형기(40)를 제어함으로써, 단위 성형품 제작에 필요한 성형재 투입량을 조절할 수 있다. 여기서 제1센서(61)는 투입되는 성형재의 질량을 측정하는 질량 센서로 구성될 수 있다.

상기 유압사출기(20)는 압출기(10)를 통하여 이송되고, 압출기(10)의 토출구(19)를 통하여 토출되는 용융 상태의 복합 성형재를 소정의 부피 단위로 수용하며, 복합 성형재 내에 포함된 기포 등의 기체를 제거한 후 성형기(40)로 배출한다.

이를 위하여, 유압사출기(20)는 유압 하우징(21) 및 유압 실린더(25)를 포함한다. 유압 하우징(21)은 상기 압출기(10) 및 이송경로(30)와 연통되게 설치되는 것으로, 그 내부에 상기 압출기(10)로부터 제공받은 용융된 복합 성형재(A)를 수용한다. 도 1을 참조하면, 상기 유압 하우징(21)의 상부는 후술하는 제1압력(P1)이 인가되기 전에는 소정 시간 동안 개방된 상태를 유지한다. 따라서 유압 하우징(21)에 수용된 복합 성형재(A)에 포함된 기포의 일부는 유압 하우징(21)의 개방 공간을 통하여 외부로 배기된다. 유압 실린더(25)는 유압 하우징(21)에 왕복 운동 가능하게 설치된다.

따라서 상기 유압 하우징(21)에 일 회에 상기 성형기에 투입되는 상기 복합 성형재의 용량이 모두 채워지면, 소정 시간 동안 상기 유압 하우징(21)의 상부가 개방된 상태를 유지한다. 이에 따라 복합 성형재 내에 포함된 기체가 복합 성형재 외부로 배출된다. 이후, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 유압 실린더(25)가 제1압력으로 유압 하우징(21)에 충진 된 복합 성형재를 가압한다. 이에 따라 유압사출기(20)의 내부 부피가 축소되면서 겔(gel) 상태의 성형재(A)의 밀도가 상승하게 된다.

또한 본 발명에 따른 성형품 제조장치는 상기 유압사출기(20)에 설치되어, 상기 유압사출기(20) 내에 수용되는 용융된 복합 성형재(A)의 양을 측정하는 제2센서를 더 포함할 수 있다. 즉, 제2센서(65)에 의해 유압 하우징(21) 내에 수용되는 성형재(A)의 용량을 측정함으로써, 단위 성형품 제작에 필요한 성형재 투입량을 조절할 수 있다. 제2센서(65)는 투입되는 성형재의 높이를 측정하는 레벨 센서로 구성 될 수 있다. 여기서, 제2센서(65)에 의해 측정된 결과를 기초로 상기 압출기(10)의 오우거 스크류(16)의 회전 속도 및/또는 투입구를 통하여 투입되는 성형재의 량을 제어함으로써, 상기 유압 하우징(21)에 단위 시간 당 수용되는 성형재(A)의 용량을 정확하게 계량할 수 있다.

상기 히터부(50)의 다른 일부인 제2히터(53)는 상기 유압 하우징(21)의 전체를 감싸도록 설치되어, 상기 압출기 하우징(11) 내에 투입된 성형재에 대해 열을 가하여 용융 된 성형재가 고화되는 것을 방지한다. 이 제2히터(53)는 제어부(70)에 의해 제어되면서 압출기 하우징(11) 내에 투입된 성형재가 용융 상태를 유지하도록 한다.

상기 이송경로(30)는 상기 유압사출기(20)에서 기체 제거 후 압축된 성형재를 성형기(40)로 이송하기 위한 경로이다. 이 이송경로(30)는 지하(G)에 매설된 상태로 유압사출기(20)와 성형기(40)의 하부틀(41) 사이에 연통 설치될 수 있다. 이에 따라, 용융된 상기 복합 성형재를 상기 성형기(40) 내부로 자동으로 이송함과 아울러, 이송경로(30)가 외부 시설물이나 작업자의 이동 동선과 간섭되는 것을 근본적으로 배제할 수 있다. 상기 이송경로(30)가 매설된 지하(G)에는 이송경로(30)와 제2히터(53)를 유지 보수할 수 있도록, 여유 공간이 형성될 수 있다.

또한 상기 히터부(50)의 또 다른 부분인 제3히터(55)는 상기 이송경로(30)의 전체를 감싸도록 설치되어, 이송경로(30)에 투입된 성형재에 대해 열을 가하여 용융 된 성형재가 겔 상태를 유지하면서 성형기(40) 내로 주입되도록 안내한다.

상기 성형기(40)는 이송경로(30)를 통하여 상기 유압사출기(20)와 연통되게 설치된다. 이 성형기(40)는 성형품에 대응되는 소정 형상의 형틀을 가지며, 유압사출기(20)를 통하여 상기 형틀 내에 주입된 상기 복합 성형재(A)에 대해 소정의 제2압력(P2)을 인가하여 성형품 형상으로 성형되도록 한다. 이 성형기(40)는 하부틀(41)과 하부틀(41) 상에 승강 가능하게 설치되는 상부틀(45)을 포함할 수 있다.

상기 성형기(40)의 상부틀(45)은 제2압력(P2)이 인가되기 전후에는 압력이 해제된 상태 또는 개방된 상태를 유지한다(도 1 참조). 한편 성형 과정에서는 상기 유압사출기(20)에 제1압력(P1)이 인가됨과 함께 성형기(40)에 제2압력(P2)이 인가되어, 고온 고압 상태에서 성형이 이루어지도록 한다. 여기서, 성형기(40)는 냉각장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라 하나의 성형품이 제작된 후 고온의 성형품을 급냉함으로써, 후처리가 용이하도록 할 수 있다.

상기 히터부(50)는 상기한 바와 같이, 압출기(10), 유압사출기(20) 및 이송경로(30)에 각각 설치되는 제1 내지 제3히터(51)(53)(55) 포함한다. 상기 제1 내지 제3히터(51)(53)(55) 각각은 제어부(70)에 의해 독립적으로 제어된다. 여기서, 상기 제어부(70)는 상기 제1히터(51)에 의한 가열온도가 상기 제2 및 제3히터(53)(55) 각각에 의한 가열온도 보다 상대적으로 높도록 제어할 수 있다. 이는 제1히터(51)는 고형의 복합 성형재를 일차적으로 가열 용융하는 것으로 상대적으로 고온으로 가열한다. 한편 제2 및 제3히터(53)(55)는 겔 상태로 이송되는 복합 성형재를 가열하여 그 상태를 유지하도록 하는 것으로, 제1히터(51)에 비하여 상대적으로 낮은 온도로 가열하더라도 복합 성형재가 겔 상태를 유지하도록 할 수 있다.

제어부(70)는 제2센서(65)를 통하여 측정된 유압 하우징(21) 내에 수용되는 복합 성형재의 용량의 정도에 따라 압출기(10)에서 토출되는 단위 시간당 복합 성형재의 양이 가변되도록 오우거 스크류(16)를 제어할 수 있다. 따라서 성형재가 용량을 초과하여 성형기(40)에 투입되는 것을 1차적으로 방지할 수 있다.

또한 상기 제어부(70)는 제1센서(61)를 통하여 측정된 성형재의 투입 용량 및/또는 제2센서를 통하여 측정된 유압 하우징(21) 내에 수용되는 복합 성형재의 용량을 기초하여, 유압사출기(20)에 인가되는 제1압력(P1)과 성형기(40)에 인가되는 제1압력(P1)의 가압 시퀀스를 제어할 수 있다. 즉, 유압 하우징(21) 내에 단일 성형품 제작에 필요한 용량의 복합 성형재가 충진 된 것으로 제2센서(65)에 의하여 측정된 경우, 성형기(40)이 상부틀(45)을 제2압력(65)으로 가압한 상태에서 유압 하우징(21) 내의 성형재를 제1압력(P1)으로 가압한다. 이에 따라 상기 유압 하우징(21) 내의 성형재는 그 내부에 포함된 기포가 제거됨과 아울러 고밀도로 압력을 받은 상태로 상기 이송경로(30)를 따라 사출되어 상기 성형기(40) 내에 주입된다. 따라서 기포 등이 제거된 상태의 고품질의 성형품을 제조할 수 있다.

제1압력(P1)과 제2압력(P2)각각은 500 내지 1500 [tsi] 범위의 값을 만족하는 범위로 설정될 수 있다. [tsi]는 평방 인치당 톤(ton per square inch)을 의미한다. 이 값은 제조되는 성형품의 스펙 등을 감안한 것으로, 500 [tsi] 미만의 값을 가지는 경우는 성형품의 강도가 약하여 외부 충격에 의하여 성형품이 쉽게 부서질 수 있다. 반면 1500 [tsi]를 초과하는 경우 유압사출기(20)와 성형기(40) 각각에 압력을 인가하는데 사용되는 에너지 소모가 과도하게 증가하여 설비 운영비가 크게 증가할 수 있다.

이하 도 1 내지 도 4를 참조하면서, 본 발명의 실시예에 따른 복합 성형재를 이용한 성형품 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복합 성형재를 이용한 성형품 제조공정을 보인 순서도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 복합 성형재를 이용한 성형품 제조방법은 상기한 성형품 제조장치를 통하여 구현되는 것으로, 크게 5단계로 구성될 수 있다.

우선, 순차적으로 배치된 압출기(10), 유압사출기(20) 및 이송경로(30) 상에 각각 설치된 히터부(50)를 통하여, 상기 압출기(10), 상기 유압사출기(20) 및 상기 이송경로(30)의 내부를 독립적으로 가열한다(S10). 이를 위하여 히터부(50)는 제 1 내지 제3히터(51)(53)(55)를 포함하며, 이들 각각은 제어부(70)에 의해 독립적으로 제어된다. 따라서 압출기(10)에 새롭게 투입되는 고형의 복합 성형재 뿐만 아니라, 압출기(10), 유압사출기(20) 및 이송경로(30) 상에 고형 상태로 잔류하는 성형재는 가열 용융됨으로써, 겔 상태을 유지한다.

이어서, 압출기(10)를 통하여 외부에서 투입되는 복합 성형재를 용융하여 이송한다. 즉, 제1센서(61)에 의해 외부로부터 투입되는 성형재의 투입량을 측정하면서, 복합 성형재를 압출기(10) 내에 투입할 수 있다(S20). 그리고, 히터부(50)에 의해 용융된 복합 성형재를 압출기(10)에서 유압사출기(20) 내로 이송한다(S30).

이후, 유압사출기(20) 내에 용융된 복합 성형재를 소정의 부피 또는 질량 단위로 수용한다(S40).

이어서 유압사출기(20)에 설치된 제2센서(65)에 의해 측정된 유압 하우징(21) 내에 수용된 복합 성형재(A)의 용량이 1회 성형용 용량을 충족하면, 후술하는 제1압력(P1)이 인가되기 전까지 소정 시간 동안 개방된 상태를 유지함으로써, 유압사출기(20)의 내부에 포함된 기체를 제거한다(S50). 이후, 상기 유압사출기(20) 내에 수용된 복합 성형재에 대해 유압사출기(20)를 통하여 제1압력(P1)을 인가한다.

여기서, 제2센서(65)에 의하여, 상기 유압사출기(20) 내에 수용되는 용융된 상기 복합 성형재의 양을 측정하고, 상기 제2센서(65)를 통하여 측정된 상기 유압사출기(20) 내에 수용되는 상기 복합 성형재의 용량을 기초로 상기 제어부(70)에 의하여 상기 압출기(10)에서 토출되는 단위 시간당 복합 성형재의 양이 가변되도록 상기 압출기(10)를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이후, 유압사출기(20)에서 사출된 복합 성형재를 이송경로(30)를 통하여 성형기(40)로 이송하고(S60), 상기 성형기(40)에 수용된 복합 성형재에 대해 소정의 제2압력(P2)을 인가하여 성형품 형상으로 성형한다(S70).

여기서, 상기 제2센서(65)를 통하여 측정된 상기 유압사출기(20) 내에 수용되는 상기 복합 성형재의 용량에 기초하여, 상기 제어부(70)에 의하여 상기 유압사출기(20)와 상기 성형기(40) 각각에 인가되는 제1 및 제2압력(P1)(P2)의 가압 시퀀스를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

10: 압출기 11: 압출기 하우징
15: 이송부 20: 유압사출기
21: 유압 하우징 25: 유압 실린더
30: 이송경로 40: 성형기
41: 하부틀 45: 상부틀
50: 히터부 51: 제1히터
53: 제2히터 55: 제3히터
61: 제1센서 65: 제2센서
70: 제어부

Claims

외부에서 투입되는 복합 성형재를 용융 시키면서 일 방향으로 이송하는 압출기와;
상기 압출기에서 이송되는 용융 상태의 상기 복합 성형재를 소정의 부피 단위로 수용하며, 이송된 상기 복합 성형재에 제1압력을 인가하여, 상기 복합 성형재 내에 포함된 기체를 제거 후 상기 복합 성형재를 배출하는 유압사출기와;
이송경로를 통하여 상기 유압사출기와 연통되게 설치되는 것으로, 성형품에 대응되는 소정 형상의 형틀을 가지며, 상기 유압사출기를 통하여 상기 형틀 내에 주입된 상기 복합 성형재에 소정의 제2압력을 인가하여 성형품 형상으로 성형하는 것으로, 하부틀과, 상기 하부틀 상에 승강 가능하게 설치되는 상부틀을 구비한 성형기와;
상기 압출기, 상기 유압사출기 및 상기 이송경로에 각각 설치되어, 상기 복합 성형재를 가열하는 히터부와;
상기 압출기, 상기 유압사출기, 상기 성형기 및 상기 히터부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 유압사출기는,
내부에 상기 복합 성형재를 수용하는 것으로, 상기 압출기 및 상기 이송경로와 연통되게 설치되는 유압 하우징과; 상기 유압 하우징에 왕복 운동 가능하게 설치되는 것으로, 상기 유압 하우징에 일 회에 상기 성형기에 투입되는 상기 복합 성형재의 용량이 채워진 후, 소정 시간이 경과하면 상기 제1압력으로 상기 유압 하우징에 충진 된 상기 복합 성형재를 가압하는 유압 실린더를 포함하며,
상기 이송경로는,
상기 유압사출기와 상기 성형기의 하부틀 사이에 지하를 통하여 연통 설치되어, 용융된 상기 복합 성형재를 상기 성형기 내부로 외부 시설물 및 작업자와의 간섭없이 이송할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 히터부는,
상기 압출기에 설치되는 제1히터와; 상기 유압사출기에 설치되는 제2히터와; 상기 이송경로에 설치되는 제3히터를 포함하며,
상기 제1 내지 제3히터 각각은 상기 제어부에 의해 독립적으로 제어되는 것으로, 상기 제1히터에 의한 가열온도가 상기 제2 및 제3히터 각각에 의한 가열온도 보다 상대적으로 높은 것을 특징으로 하는 복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 압출기의 투입구에 설치되어, 상기 압출기 내부로 투입되는 상기 복합 성형재의 투입량을 측정하는 제1센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치.
제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유압사출기에 설치되어, 상기 유압사출기 내에 수용되는 용융된 상기 복합 성형재의 양을 측정하는 제2센서를 더 포함하여, 일 회에 상기 성형기에 투입되는 상기 복합 성형재의 용량을 제어할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치.
삭제
제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2센서를 통하여 측정된 상기 유압 하우징 내에 수용되는 상기 복합 성형재의 용량에 기초하여, 상기 압출기에서 토출되는 단위 시간당 복합 성형재의 양이 가변되도록 상기 압출기를 제어할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치.
제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2센서를 통하여 측정된 상기 유압 하우징 내에 수용되는 상기 복합 성형재의 용량에 기초하여, 상기 유압사출기와 상기 성형기 각각에 인가되는 제1 및 제2압력의 가압 시퀀스를 제어할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 복합 성형재를 이용한 성형품 제조장치.
제8항에 있어서,
상기 제1압력(P1)과 상기 제2압력(P2) 각각은 하기의 조건식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 복합 폐합성수지를 이용한 성형품 제조장치.
<조건식 1>
500 ≤ P1 ≤ 1500 [tsi],
500 ≤ P2 ≤ 1500 [tsi]
여기서, 단위 tsi는 평방 인치당 톤(ton per square inch)을 의미한다.
복합 성형재를 이용한 성형품 제조방법에 있어서,
순차적으로 배치된 압출기, 유압사출기 및 이송경로 상에 각각 설치된 히터부를 통하여, 상기 압출기, 상기 유압사출기 및 상기 이송경로의 내부를 독립적으로 가열하는 단계와;
상기 압출기를 통하여, 외부에서 투입되는 복합 성형재를 용융하여 이송하는 단계와;
상기 복합 성형재를 소정의 부피 또는 질량 단위로 상기 유압사출기 내에 수용하는 단계와;
상기 유압사출기 내에 수용된 상기 복합 성형재 내에 포함된 기체를 제거하는 단계와;
상기 이송경로는 상기 유압사출기와 성형기 사이의 지하를 통하여 연통되며, 상기 유압사출기 내에 수용된 상기 복합 성형재에 대해 제1압력을 인가함으로써 상기 이송경로를 통하여 상기 복합 성형재를 상기 성형기 내에 수용하는 단계와;
상기 성형기에 수용된 복합 성형재에 대해 소정의 제2압력을 인가하여 성형품 형상으로 성형하는 단계를 포함하며,
상기 유압사출기는,
내부에 상기 복합 성형재를 수용하는 것으로, 상기 압출기 및 상기 이송경로와 연통되게 설치되는 유압 하우징과; 상기 유압 하우징에 왕복 운동 가능하게 설치되는 유압 실린더를 포함하며,
상기 기체를 제거하는 단계는,
상기 유압 하우징에 일 회에 상기 성형기에 투입되는 상기 복합 성형재의 용량이 채워지면, 소정 시간 동안 상기 유압 하우징의 상부를 개방하여 상기 복합 성형재에 포함된 기체를 제거할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 복합 성형재를 이용한 성형품 제조방법.
제10항에 있어서,
제어부에 의하여,
상기 압출기, 상기 유압사출기 및 상기 이송경로 각각의 가열온도를 독립적으로 제어하는 단계를 더 포함하는 복합 성형재를 이용한 성형품 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 압출기의 투입구에 설치된 제1센서에 의하여, 상기 압출기 내부로 투입되는 상기 복합 성형재의 투입량을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 성형재를 이용한 성형품 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 유압사출기에 설치된 제2센서에 의하여, 상기 유압사출기 내에 수용되는 용융된 상기 복합 성형재의 양을 측정하고,
상기 제2센서를 통하여 측정된 상기 유압사출기 내에 수용되는 상기 복합 성형재의 용량을 기초로, 제어부에 의하여 상기 압출기에서 토출되는 단위 시간당 복합 성형재의 양이 가변되도록 상기 압출기를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 성형재를 이용한 성형품 제조방법.
제13항에　있어서,
상기 제2센서를 통하여 측정된 상기 유압사출기 내에 수용되는 상기 복합 성형재의 용량에 기초하여, 상기 제어부에 의하여 상기 유압사출기와 상기 성형기 각각에 인가되는 제1 및 제2압력의 가압 시퀀스를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 성형재를 이용한 성형품 제조방법.