KR102137771B1 - 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 컨베이어 롤러 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내마모성, 내충격성, 난연성이 우수하여 화재시 확산을 방지할 수 있는 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물 제조방법은, 나일론수지 100중량부를 기준으로 열가소성우레탄수지 15~22중량부를 혼합하는 제1 단계; 나일론수지 100중량부를 기준으로 메탈실리콘 난연제 10~15중량부와 적인 난연제 10~15중량부를 혼합하는 제2 단계; 디프로필렌글리콜 5~8중량부를 제1 단계 혼합물, 제2 단계 혼합물과 같이 혼합하는 제3 단계; 및 제3 단계의 혼합물을 사출성형기의 실린더에서 가열하여 액상인 상태에서 금형에 분사하여 성형하는 제4 단계; 를 포함한다.
본 발명에 따른 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물은 플라스틱으로 이루어짐에도 내마모성이 우수하여 수명이 길고, 내충격성이 우수하여 낙하하는 무연탄의 충격에도 충분히 견딜 수 있으며, 특히 난연성이 우수하여 화재시 확산을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물 및 그 제조방법{Plastic conveyor roller component material}
본 발명은 컨베이어 롤러 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내마모성, 내충격성, 난연성이 우수하여 화재시 확산을 방지할 수 있는 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 화력발전소나 제철소에는 선박으로부터 무연탄이나 석탄을 하역하기 위해 컨베이어 설비를 이용한다. 컨베이어 설비는 프레임; 프레임 상부에 일정한 간격으로 회전하도록 연속 설치되는 다수의 롤러; 롤러를 감싸는 벨트; 로 구성된다. 이러한 컨베이어 설비는 정해진 장소까지 설치되는데, 무연탄이 다른 컨베이어로 옮겨질 때마다 낙하하며 옮겨진다. 이때, 낙하하는 무연탄에 의해 벨트 및 롤러에는 충격이 가해질 수밖에 없고, 무연탄의 충격과 자체 중량에 의해 벨트와 롤러 사이에는 큰 마찰이 발생하여 마모가 심하게 진행된다.
종래의 컨베이어 롤러는 내마모성만 제공할 뿐 내충격성과 난연성을 함께 갖추지 못해 내마모성과 내충격성 그리고 난연성까지 갖춘 컨베이어 롤러를 필요로하고 있는 실정이다.
KR 등록특허 제10-1176473호(2012.08.17)
본 발명은 종래와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 플라스틱 소재를 이용하여 사출성형을 통해 제조할 수 있도록 하면서 내마모성과 내충격성 그리고 난연성까지 갖출 수 있는 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물은,
나일론수지 100중량부와, 열가소성우레탄수지 15~22중량부와, 메탈실리콘 난연제 10~15중량부와, 적인 난연제 10~15중량부와, 디프로필렌글리콜 5~8중량부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물 제조방법은,
나일론수지 100중량부를 기준으로 열가소성우레탄수지 15~22중량부를 혼합하는 제1 단계;
나일론수지 100중량부를 기준으로 메탈실리콘 난연제 10~15중량부와 적인 난연제 10~15중량부를 혼합하는 제2 단계;
디프로필렌글리콜 5~8중량부를 제1 단계 혼합물, 제2 단계 혼합물과 같이 혼합하는 제3 단계; 및
제3 단계의 혼합물을 사출성형기의 실린더에서 가열하여 액상인 상태에서 금형에 분사하여 성형하는 제4 단계; 를 포함함을 특징으로 한다.
또한, 상기 제4 단계에 있어서, 사출 실린더의 온도는 220~230℃, 몰드 금형의 온도는 60~70℃임을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 단계는 상온에서 1시간 동안 혼합되고, 제2 단계는 상온에서 2시간동안 혼합되며, 제3 단계는 60℃에서 2시간 동안 혼합됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 제3 단계에 있어서, 3개의 블레이드를 이용하여 교반함을 특징으로 한다.
또한, 상기 제4 단계에 있어서, 사출성형기의 호퍼에 투입된 혼합물은 80℃에서 2시간 이상 건조하여 수분이 제거되도록 함을 특징으로 한다.
또한, 상기 제4 단계에 있어서, 사출 실린더에서 용융되는 시간은 3분 이내임을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물은 플라스틱으로 이루어짐에도 내마모성이 우수하여 수명이 길고, 내충격성이 우수하여 낙하하는 무연탄의 충격에도 충분히 견딜 수 있으며, 난연성이 우수하여 화재시 확산을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물 제조방법은 점성이 부여된 디프로필렌글리콜을 첨가함으로써 수지와 난연제의 혼합이 가능토록 함으로써 난연성을 가지는 조성물을 성형할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물 제조과정을 도시한 공정도.
이하, 본 발명에 따른 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물은 나일론수지 100중량부와, 열가소성우레탄수지 15~22중량부와, 메탈실리콘 난연제 10~15중량부와, 적인 난연제 10~15중량부와, 디프로필렌글리콜 5~8중량부로 이루어진다.
상기 나일론수지는 내마모성이 매우 우수한 성질을 가진다. 하지만, 나일론수지는 내충격성이 부족하고 경도가 높으므로 열가소성우레탄수지 15~22중량부 첨가하여 내충격성과 내마모성을 증가하고 경도를 낮춘다. 그리고 난연성을 가지기 위해 난연제 10~15중량부를 배합하여 롤러 조성물을 제조한다. 여기서 수지와 난연제의 물성 차이로 혼합되지 않는 점을 해결하기 위해 점성이 부여된 디프로필렌글리콜 5~8중량부를 혼합하여 원할한 혼합이 이루어지도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물 제조과정을 도시한 공정도이다.
본 발명에 따른 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물 제조방법은 나일론수지와 열가소성우레탄수지를 혼합하는 제1 단계; 이종의 난연제를 혼합하는 제2 단계; 디프로필렌글리콜을 혼합하는 단계; 및 롤러를 사출성형하는 단계; 를 포함한다.
<제1 단계 : 나일론수지와 열가소성우레탄수지를 혼합하는 단계>
나일론수지 100중량부를 기준으로 하여 열가소성우레탄수지 15~22중량부를 혼합한다. 이때, 나일론수지와 열가소성우레탄수지는 상온의 교반기에서 1시간 동안 혼합한다.
나일론수지는 널리 알려진 바와 같이 내마모성은 좋지만 내충격성이 약하므로 열가소성우레탄수지를혼합하여 내충격성을 향상시킨다.
여기서 열가소성우레탄수지의 함량이 15중량부 이하일 경우에는 내충격성이 약해지며, 22중량부 이상일 경우에는 내충격성은 증가하나 경도가 너무 낮아져 가공성이 떨어지는 단점이 있다.
<제2 단계 : 이종의 난연제를 혼합하는 단계>
나일론수지 100중량부를 기준으로 메탈실리콘 난연제 10~15중량부와 적인 난연제 10~15중량부를 혼합한다. 이때, 메탈실리콘 난연재와 적인 난연제는 상온의 교반기에서 2시간 동안 혼합한다.
메탈실리콘 난연제와 적인 난연제는 일반적으로 사용되고 있는 독성이 많은 브롬계 난연제와는 달리 난연성이 뛰어나면서 독성과 가스 발생이 적어 제품의 열분해시 독성 기체의 발생이 없는 장점이 있다. 이러한 메탈실리콘 난연제와 적인 난연제는 1:1 비율로 첨가될 때 가장 좋은 난연성능을 가진다.
여기서 각각의 난연제가 10중량부 이하일 경우에는 내마모성과 내충격성이 강해지나 난연성이 부족하며, 15중량부 이상일 경우에는 난연성을 증가하나 내마모성과 내충격성은 상당히 약해진다.
<제3 단계 : 디프로필렌글리콜을 혼합하는 단계>
디프로필렌글리콜 5~8중량부를 제1 단계의 혼합물과 제2 단계의 혼합물을 모두 혼합한다. 이때, 수지 알갱이와 난연제 분말 그리고 분산용액체인 디프로필렌글리콜의 혼합물에 의해 생성되는 점성체(페이스트)를 교반하기 위해서 3개의 블레이드로 구성된 혼합교반기를 사용하되, 60℃에서 2시간 이상 혼합해야 분산혼합이 잘 이루어진다.
여기서 교반기의 온도가 60℃ 이하일 경우 낮은 온도에서는 디프로필렌글리콜의 액상 점도가 높아 분산액으로서의 기능을 제대로 발휘하지 못한다. 따라서 60℃를 유지하여 분산혼합이 잘 이루어지도록 한다.
그리고 디프로필렌글리콜이 5중량부 미만일 경우에는 응집력이 강한 난연제를 분산하기 어렵고, 8중량부 이상일 경우에는 오히려 성형된 제품 표면에 배어 나올 수 있는 단점이 있다.
점성이 없어 혼합되기 어려운 고상의 물질들을 점성이 부여된 디프로필렌글리콜을 사용함으로써 혼합을 용이하게 하고, 디프로필렌글리콜은 분해온도가 232℃ 이상 이므로 사출성형기의 실린더 안에서 분해되지 않는 장점을 가지고 있다.
그리고 일정 온도 이상에서 점도 감소 기능이 뛰어나 실린더 내에서 급격한 점도 하강으로 인해 용융되는 나일론, 열가소성우레탄수지, 난연제 들에 침투하여 과혼합하며 급격한 점도 하강과 점성으로 이들을 효과적으로 일체 혼합을 이루면서 낮은 점도를 이루어 노즐을 통해 금형으로 쉽게 액을 뿜어낼 수 있다는 큰 장점이 있다.
또한, 여기에 사용되는 입도 사이즈가 작은 난연제 들은 응집력이 강해 서로 뭉치기 쉬운데 적은 양의 디프로필렌그리콜이 이들 난연제와의 상용성이 우수하다.
<제4 단계 : 롤러를 사출 성형하는 단계>
제3 단계의 혼합물을 사출성형기의 호퍼에 투입하고, 실린더에서 가열하여 액상인 상태에서 금형에 분사하여 성형한다. 이때, 사출 실린더 온도는 220~230℃, 몰드 금형 온도는 60~70℃를 유지한다.
여기서 사출성형기의 호퍼에 투입된 혼합물은 80℃에서 2시간 이상 건조함으로써 수분이 제거되도록 하고, 사출 실린더에서 용융되는 시간은 3분 이내로 한다. 이때, 용융되는 시간이 3분 이상일 경우에는 난연제 들의 분해가 진행되므로 주의한다.
재료를 액상으로 용해시키는 실린더의 온도가 220℃ 이하가 되면 온도가 낮아 나일론수지가 용해되지 않으므로 노즐을 통해 용융액을 분사시킬 수 없게 된다. 따라서, 고온에서도 성분 분해가 되지 않고 분해가스가 발생되지 않는 메탈실리콘 난연제와 적인 난연제를 사용함으로써 우수한 난연성능을 가질수 있게 된다.
[실시 예 1]
나일론수지 100중량부와 열가소성우레탄수지 15중량부를 1시간 동안 혼합하여 1차 혼합물을 생성한다.
메탈실리콘 난연제 10중량부와 적인 난연제 10중량부를 2시간 동안 혼합하여 2차 혼합물을 생성한다.
1차 혼합물, 2차 혼합물, 디프로필렌글리콜 5중량부를 60℃의 교반기에서 2시간 이상 혼합하여 3차 혼합물을 생성한다.
생성된 3차 혼합물을 사출 성형기의 호퍼에 투입하고 80℃에서 2시간 이상 건조한 후 사출 실린더 온도는 220~230℃, 몰드 금형 온도는 60~70℃의 조건으로 실린더에서 가열 후 액상인 상태에서 금형에 분사하여 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물을 성형한다.
[실시 예 2]
나일론수지 100중량부와 열가소성우레탄수지 19중량부를 1시간 동안 혼합하여 1차 혼합물을 생성한다.
메탈실리콘 난연제 13중량부와 적인 난연제 13중량부를 2시간 동안 혼합하여 2차 혼합물을 생성한다.
1차 혼합물, 2차 혼합물, 디프로필렌글리콜 7중량부를 60℃의 교반기에서 2시간 이상 혼합하여 3차 혼합물을 생성한다.
생성된 3차 혼합물을 사출 성형기의 호퍼에 투입하고 80℃에서 2시간 이상 건조한 후 사출 실린더 온도는 220~230℃, 몰드 금형 온도는 60~70℃의 조건으로 실린더에서 가열 후 액상인 상태에서 금형에 분사하여 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물을 성형한다.
[실시 예 3]
나일론수지 100중량부와 열가소성우레탄수지 22중량부를 1시간 동안 혼합하여 1차 혼합물을 생성한다.
메탈실리콘 난연제 15중량부와 적인 난연제 15중량부를 2시간 동안 혼합하여 2차 혼합물을 생성한다.
1차 혼합물, 2차 혼합물, 디프로필렌글리콜 8중량부를 60℃의 교반기에서 2시간 이상 혼합하여 3차 혼합물을 생성한다.
생성된 3차 혼합물을 사출 성형기의 호퍼에 투입하고 80℃에서 2시간 이상 건조한 후 사출 실린더 온도는 220~230℃, 몰드 금형 온도는 60~70℃의 조건으로 실린더에서 가열 후 액상인 상태에서 금형에 분사하여 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물을 성형한다.
[비교 예 1]
나일론수지 100중량부와 열가소성우레탄수지 14중량부를 1시간 동안 혼합하여 1차 혼합물을 생성한다.
메탈실리콘 난연제 9중량부와 적인 난연제 9중량부를 2시간 동안 혼합하여 2차 혼합물을 생성한다.
1차 혼합물, 2차 혼합물, 디프로필렌글리콜 4중량부를 60℃의 교반기에서 2시간 이상 혼합하여 3차 혼합물을 생성한다.
생성된 3차 혼합물을 사출 성형기의 호퍼에 투입하고 80℃에서 2시간 이상 건조한 후 사출 실린더 온도는 220~230℃, 몰드 금형 온도는 60~70℃의 조건으로 실린더에서 가열 후 액상인 상태에서 금형에 분사하여 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물을 성형한다.
[비교 예 2]
나일론수지 100중량부와 열가소성우레탄수지 23중량부를 1시간 동안 혼합하여 1차 혼합물을 생성한다.
메탈실리콘 난연제 16중량부와 적인 난연제 16중량부를 2시간 동안 혼합하여 2차 혼합물을 생성한다.
1차 혼합물, 2차 혼합물, 디프로필렌글리콜 9중량부를 60℃의 교반기에서 2시간 이상 혼합하여 3차 혼합물을 생성한다.
생성된 3차 혼합물을 사출 성형기의 호퍼에 투입하고 80℃에서 2시간 이상 건조한 후 사출 실린더 온도는 220~230℃, 몰드 금형 온도는 60~70℃의 조건으로 실린더에서 가열 후 액상인 상태에서 금형에 분사하여 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물을 성형한다.
상기 실시 예 1 내지 3과 비교 예 1 내지 2로 제조된 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물의 난연성, 내충격성, 내마모성 결과는 하기 표 1과 같다.
구분 실시 예1 실시 예2 실시 예3 비교 예1 비교 예2


성분 및 함량		 나일론수지 100 100 100 100 100
열가소성우레탄수지 15 19 22 14 23
메탈실리콘 난연제 10 13 15 9 16
적인 난연제 10 13 15 9 16
디프로필렌글리콜 5 7 8 4 9
난연성 적합 적합 적합 부적합 적합
내충격성 적합 적합 적합 부적합 적합
내마모성 적합 적합 적합 적합 부적합
난연성 적합 여부는 난연성 시험 UL-94 기준 V0등급 충족 시이며, 내충격성과 내마모성 적합 여부는 KS M ISO 시험방법을 통해 적합여부를 확인하였다.
[시험 결과]
상기 표의 실시 예 1 내지 3에 나타난 바와 같이 나일론수지 100중량부를 기준으로 열가소성우레탄수지 15~22중량부와, 메탈실리콘 난연제 10~15중량부와, 적인 난연제 10~15중량부와, 디프로필렌글리콜 5~8중량부로 이루어진 경우 난연성, 내충격성, 내마모성을 모두 만족하는 것을 알 수 있다.
반면, 상기 표의 비교 예 1에 나타난 바와 같이 열가소성우레탄수지가 15중량부 이하이고, 난연제가 10중량부 이하이며, 디프로필렌글리콜이 5중량부 이하일 경우 내마모성은 만족할 수 있으나, 난연성과 내충격성은 충족하지 못하여 부적합한 것으로 확인됐다.
또한, 상기 표의 비교 예 2에 나타난 바와 같이 열가소성우레탄수지가 22중량부 이상이고, 난연제가 15중량부 이상이며, 디프로필렌글리콜이 8중량부 이상일 경우 난연성과 내충격성은 만족할 수 있으나, 내마모성은 충족하지 못하여 부적합한 것으로 확인됐다.

Claims (5)

  1. 나일론수지 100중량부와, 열가소성우레탄수지 15~22중량부와, 메탈실리콘 난연제 10~15중량부와, 적인 난연제 10~15중량부와, 디프로필렌글리콜 5~8중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물.
  2. 나일론수지 100중량부를 기준으로 열가소성우레탄수지 15~22중량부를 혼합하는 제1 단계;
    나일론수지 100중량부를 기준으로 메탈실리콘 난연제 10~15중량부와 적인 난연제 10~15중량부를 혼합하는 제2 단계;
    디프로필렌글리콜 5~8중량부를 제1 단계 혼합물, 제2 단계 혼합물과 같이 혼합하는 제3 단계; 및
    제3 단계의 혼합물을 사출성형기의 실린더에서 가열하여 액상인 상태에서 금형에 분사하여 성형하는 제4 단계; 를 포함함을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물 제조방법.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 제4 단계에 있어서, 사출 실린더의 온도는 220~230℃, 몰드 금형의 온도는 60~70℃임을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물 제조방법.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 제4 단계에 있어서, 사출성형기의 호퍼에 투입된 혼합물은 80℃에서 2시간 이상 건조하여 수분이 제거되도록 함을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물 제조방법.
  5. 제2 항에 있어서, 상기 제4 단계에 있어서, 사출 실린더에서 용융되는 시간은 3분 이내임을 특징으로 하는 난연성 플라스틱 컨베이어 롤러 조성물 제조방법.
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