KR102142640B1

KR102142640B1 - 폴리페닐설폰을 이용한 시트제조방법

Info

Publication number: KR102142640B1
Application number: KR1020190090567A
Authority: KR
Inventors: 박종원; 임형균; 김동학
Original assignee: 주식회사 에스폴리텍
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2020-08-07

Abstract

개시된 내용은, 폴리페닐설폰원재료를 호퍼로 공급하는 제1단계, 상기 호퍼로 공급된 폴리페닐설폰원재료를 스크류형피더를 통해 압출기로 이동시키고 상기 스크류형피더의 외부에 형성된 히터의 가열에 의해 용융시키는 제2단계, 상기 스크류형피더를 통해 압출기로 이동된 용융상태의 폴리페닐설폰을 캘린더롤부로 압출시키는 제3단계, 상기 압출된 폴리페닐설폰을 캘린더롤부의 롤링과 상기 캘린더롤부의 상측에 구비되는 가열부의 가열을 통해 시트를 성형하는 제4단계를 포함하는 폴리페닐설폰을 이용한 시트제조방법에 관한 것이다.

Description

폴리페닐설폰을 이용한 시트제조방법 {Method for producing sheet using polyphenyl sulfone}

개시된 내용은, 폴리페닐설폰(PPSU)원재료를 압출한 후 시트로 성형하는 폴리페닐설폰을 이용한 시트제조방법에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

방향족 설폰 중합체, 예를 들어 폴리페닐설폰(PPSU), 폴리에테르설폰(PESU) 및 비스페놀 A 폴리설폰(PSU)와 같은 방향족 설폰 중합체는 이들의 뛰어난 물성이 요구되는 여러 응용에서 널리 사용되어 왔다. 이러한 물성들로는 치수안정성, 낮은 열팽창계수, 고온에서의 탄성률 유지, 내방사성, 가수분해 안정성 및 고강도 기계적 물성이 포함된다.

상기 응용으로는 배관, 상업용 항공기 내부, 요리 기구, 전선절연체 및 식품 서비스 물품 등 다양한 물품이 포함된다.

예를 들어, 폴리페닐설폰(PPSU)은 배관, 의료 및 항공우주 분야에서 흔히 사용되는 중합체이다.

한편, 폴리아릴에테르케톤(PAEK)은, 특히 내화학성, 월등한 강도 및 우수한 내피로성을 특징으로 하는, 현재 사용되는 것 중 최고 성능의 반-결정성 열가소재 중 하나이다.

특정 PAEK-폴리페닐설폰 블렌드는 독특하면서도 우수한 물성 조합을 제공하며, 특정 최종 용도, 구체적으로는 부속품, 튜브, 매니폴드 등과 같은 배관 최종 용도 분야에서 수년간 중요시되어 왔다.

그러나, 이들 블렌드의 전반적 물성이 이례적으로 우수하지만, 이들 블렌드로 만들어진 부속품 및 튜브를 조립할 때 몇몇 결점이 발견되었으며 극한 응력 조건 하에 놓이면 이들 부속품 및 튜브는 때때로 부러지기도 한다.

이러한 PPSU는 200℃의 고온에도 견디어 내열성과 내구성이 뛰어나고 내화학성과 내충격성이 강해 무공해 젖병, 인공신장 투석기용 필터, 해수담수화 필터, 자동차 및 전기·전자 부품 소재등에 사용 되고 있는 현실이다.

소재	내열온도	BPA	Phthalate	특징
PPSU 폴리페닐설폰	~200℃	FREE	FREE	내열성, 내구성 가장 우수, 경량, 내화학성
PES 폴리에테르설폰	~200℃	FREE	FREE	내열성/내구성 우수
PP 폴리프로필렌	110~120℃	FREE	FREE	스크래치에 상대적으로 약함

위의 표 1은 PPSU의 내열성과 내화학성을 나타내는 것으로 폴리에테르설폰(PES)이나 폴리프로필렌(PP)에 비해 내열성등이 뛰어남을 알 수 있다.

그러나 현재의 PPSU 압출성형방법은 배럴에 PPSU의 원재료를 히팅하는 단계의 가열온도가 260℃여서 내열성이 200℃에 한정되는 문제점과 압출된 수지를 성형하는 단계에서 수지의 내부면까지 가열이 안되어 쿨링단계를 거쳐 생산되는 시트의 표면이 휘어지는 문제점이 있다.의 표면이 휘어지는 문제점이 있다.

본 명세서에 기재된 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해서, 제2단계에서 스크류형피더의 외부에 형성된 히터의 가열온도를 250~380℃로 하고 제4단계에서 가열부의 가열을 통해 시트를 성형함으로써 내열성이 증대되고 휨현상이 제거된 수지를 제공하고자 한다.

개시된 내용의 바람직한 특징에 따르면, 상기 제4단계를 거쳐 성형된 시트를 냉각시키는 제5단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

개시된 내용의 바람직한 특징에 따르면, 상기 냉각시킨 시트의 양면에 보호필름을 부착하는 제6단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

개시된 내용의 바람직한 특징에 따르면,상기 보호필름이 부착된 시트의 일정한 폭을 커팅하는 제7단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

개시된 내용의 바람직한 특징에 따르면, 상기 일정한 폭이 커팅된 시트를 일정한 길이로 커팅하는 제8단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

개시된 내용의 바람직한 특징에 따르면, 상기 제3단계의 상기 스크류형피더에 가해지는 열온도는 250~380℃인 것을 특징으로 한다.

개시된 내용의 바람직한 특징에 따르면, 상기 제2단계에는 상기 스크류형피더에 연결된 진공압축기를 통해 상기 스크류형피더의 내부에 생성되는 기포를 제거하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

개시된 내용의 바람직한 특징에 따르면, 상기 가열부는 적외선의 열을 발산하는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같은, 폴리페닐설폰을 이용한 시트제조방법은 시트의 표면 뿐만 아니라 내면에도 열을 가해주어 휨 현상을 제거함으로써 평면상태의 시트를 제공하는 장점이 있다.

도 1은 개시된 내용의 일 실시예에 따른 제조공정을 나타내는 흐름도.
도 2는 개시된 내용의 일 실시예에 따른 제조공정의 대략적 모식도.
도 3은 개시된 내용의 일 실시예에 따른 가열부가 구비된 캘린더롤부의 사시도.
도 4는 개시된 내용의 일 실시예에 따른 가열부를 나타내는 사시도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

개시된 내용은 폴리페닐설폰 일명 PPSU(polyphenylsulfone)를 이용하여 다양한 크기의 시트를 압출성형하는 제조방법에 관한 것이다.

압출공정의 경우 원재료를 건조 플라스틱 칩이나 알약형태로 제조하여 사용하는 것이 일반적이다.

건조 플라스틱을 사용하는 경우 별도의 건조기(10)가 필요 없으나, 알약형태를 사용하는 경우 도 2에 도시된 바와 같이, 알약형태의 PPSU를 호퍼(100)로 투입 시키기 전에 건조기(10)를 사용하여 수분을 제거하는 단계가 필요하다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1단계(S1)는 폴리페닐설폰원재료를 호퍼(100)로 공급하는 단계이다.

폴리페닐설폰원재료를 호퍼(100)로 공급하는 방법은 다양한 방법이 사용될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 건조기(10)를 사용하는 경우 건조기(10)의 일측과 호퍼(100)의 상부입구는 이송관(13)의 양단이 결합되어 상호 연결되고 이송관(13)을 통해 건조된 폴리페닐설폰원재료는 호퍼(100)의 내부로 투입된다.

호퍼(100)의 형상과 재질 및 이송관(13)의 종류, 이송방식 등은 공지의 기술인바 상세한 설명은 생략한다.

제2단계(S2)는 호퍼(100)로 공급된 폴리페닐설폰원재료를 스크류형피더(200)룰 통해 압출기(300)로 이동시키고 스크류형피더(200)의 외부에 형성된 히터의 가열에 의해 용융시키는 단계이며, 더 나아가 상기 스크류형피더(200)에 연결된 진공압축기(240)를 통해 상기 스크류형피더(200)의 내부에 생성되는 기포를 제거하는 단계가 포함될 수 있다.

이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 스크류형피더(200)의 일단에는 압출기(300)가 구비되고, 내부에는 제어부와 전기적으로 연결되어 사용자가 가열온도를 조절할 수 있는 히터(250)가 다수개 구비된다.

스크류형피더(200)는 일반적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 공간이 형성되고 장방향으로 연장형성되는 원통형의 배럴(210)로 형성되고, 내부에는 스크류(230)가 회전가능하게 결합하여 배럴(210)의 외부에 형성되는 히터(250)의 열에 의해 폴리페닐설폰원재료가 용융되며 스크류(230)에 의해 압출기(300)로 이송된다.

이러한 배럴(210)의 형상과 내부에 형성되는 스크류(230)의 형상과 결합관계는 공지의 기술인바 상세한 설명은 생략한다.

또한 도 2에 도시된 바와 같이, 배럴(210)의 일측은 진공압축기(240)와 결합된다.

이를 위해 배럴(210)의 일측에는 홀이 관통되어 형성되고 진공압축기(240)의 공기흡입구와 연결된 호스 등의 연결부재의 일단이 홀에 결합된다.

연결부재의 일단과 홀의 결합방법은 다양한 방법이 사용될 수 있지만, 결합고정력을 고려할 때 배관결합에 사용되는 플랜지결합으로 결합되는 것이 바람직하다.

이러한 진공압축기(240)의 공기 흡입에 의해 스크류형피더(200) 내부에서 폴리페닐설폰원재료가 용융되는 과정에서 생성되는 기포가 제거될 수 있다.

또한 도 2에 도시된 바와 같이, 스크류형피더(200)의 하부에는 다수개의 냉각기(510)가 구비된다.

이는 배럴의 온도를 낮춰 주어 폴리페닐설폰원재료가 타는 것을 방지한다.

제2단계(S2)를 통해 원재료는 융융되는 동시에 용융과정에서 생성되는 기포가 제거되며, 용융된 원재료는 스크류형피더(200) 내부에 형성되는 스크류(230)에 의해 압출기(300)로 이송이 된다.

또한 제3단계(S3)의 다수개의 히터(250)에 의해 스크류형피더(200)에 가해지는 열온도는 250~380℃이다.

일반적으로 가해지는 온도가 200~250℃여서 성형되는 시트의 내열성이 200~250℃이 한계인데 비해 더 높은 온도의 열을 가해 용융시킴으로써 시트의 내열성이 향상되는 장점을 제공한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제3단계(S3)는 스크류형피더(200)를 통해 압출기(300)로 이동된 용융상태의 폴리페닐설폰원재료가 캘린더롤부(410)로 압출되는 단계이다.

압출기(300)는 장방향으로 연장형성되는 스크류형피더(200)의 말단에 결합되고, 압출기(300)의 하부에는 출구가 관통형성되어 압출기(300)로 이송된 용융상태의 폴리페닐설폰원재료는 아래방향으로 압출이 된다.

알출기의 종류는 다양하게 사용될 수 있지만, 투명도가 좋은 필름을 고능률로 얻을 수 있는 T-다이를 사용하는 것이 바람직하다.

압출기(300)의 형상 및 스크류형피더(200)의 결합관계는 공지의 기술인 바 상세한 설명은 생략한다.

제4단계(S4)는 제3단계를 통해 압출된 폴리페닐설폰이 캘린더롤부(410)의 롤링과 가열부(420)의 가열을 통해 시트를 성형하는 단계이다.

이런 제4단계(S4)를 PVC, ABS 등의 수지를 열롤에서 일정한 두께로 연속 압연(壓延)하여 필름, 시트, 레자, 벽지, 바닥재 등을 생산하는 일명 카렌다 성형이라 한다.

캘린더롤부(410)에는 압출된 폴리페닐설폰원재료의 온도를 유지하기 위해 가열이 되는데 이를 열롤이라고 한다.

카렌다 성형에 사용되는 열롤의 갯수 및 배열은 일반적으로 일반적으로 2~4개의 열롤을 조합한 것으로 롤을 배열하는 형식에 따라 여러 종류가 있다. 형식에는 역L형과 Z형이 가장 많이 사용되고 있다.

다만, 캘린더롤부(410)의 상부에 형성되는 가열부(420)에서 발생하는 열이 시트의 최대한 많은 면적에 골고루 가해지기 위해 Z형으로 사용되는 것이 바람직하다.

가열부(420)의 형상은 다양하게 형성될 수 있지만 캘린더롤부(410)로 감기는 시트에 최대한 많은 열을 가해주기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 캘린더롤부(410)의 길이방향보다 장축이 큰 값을 갖고 다수개의 열롤이 구비되는 경우 서로 이격되게 위치하는 열롤의 수평방향의 양말단 사이의 길이보다 단축이 큰 값을 갖는 직사각형으로 형성되는 것이 바람직하다.

가열부(420)에는 적외선을 이용하여 열을 발산하는 적외선가열부재(421)가 구비되는데, 적외선가열부재(421)의 열을 발산하는 방법은 공지의 기술인바 상세한 설명은 생략한다.

이러한 적외선가열부재(421)가 구비된 가열부(420)의 가열에 의해, 제4단계(S4)를 통해 생산되는 시트의 표면 뿐만 아니라 내면에 까지 열이 침투하게 되고 이에 의해, 표면과 내면의 온도차가 줄어들게 되어 기존의 시트 성형과정에서 발생하던 휨현상을 제거할 수 있는 장점을 제공한다.

제5단계(S5)는 제4단계(S4)를 거쳐 성형된 시트를 냉각시키는 단계이다.

이를 통해 제4단계(S4)에서 캘린더롤부(410)와 가열부(420)에 의해 시트의 온도가 낮춰지면서 종국에는 고체화가 된다.

이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 가이드라인(500)와 같은 이송장치로 성형된 시트가 이동하게 되고 가이드라인의 상부 또는 하부에 다수개의 냉각기(510)가 설치되어 시트의 열을 냉각시킨다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각된 시트의 양면에 보호필름을 부착하는 제6단계(S6)가 더 포함될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 가이드라인의 상하부에 필름부착기(520)가 구비되어 시트의 양면에 보호필름이 부착된다.

보호필름을 부착하는 방법은 공지의 기술인 바 상세한 설명은 생략한다.

보호필름이 부착된 시트의 일정한 폭을 커팅하는 제7단계(S7)를 더 포함할 수 있다.

이는 보호필름이 부착된 시트를 사용자가 원하는 크기에 맞게 절단하여 필요없는 부분을 제거하기 위한 것으로 이를 위해 이송되는 시트를 기준으로 양측에 절단날(613) 등의 절단부(610)를 갖는 커팅기(600)가 설치된다.

이렇게 일정한 폭이 커팅된 시트가 일정한 길이로 커팅되는 제8단계(S8)를 더 포함할 수 있다.

이를 위해 하나의 절단부(610)를 갖는 커팅기(600)가 이송되는 성형시트를 기준으로 상부에 구비되고, 절단부(610)의 절단날에 의해 사용자가 원하는 길이로 이송되는 시트를 자를 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

S1 : 제1단계
S2 : 제2단계
S3 : 제3단계
S4 : 제4단계
S5 : 제5단계
S6 : 제6단계
S7 : 제7단계
S8 : 제8단계
10 : 건조기
13 : 이송관
100 : 호퍼
200 : 스크류형피더
210 : 배럴
230 : 스크류
240 : 진공압축기
250 : 히터
300 : 압출기
400 : 가열부가 구비된 캘린더롤부
410 : 캘린더롤부
420 : 가열부
421 : 적외선가열부재
500 : 가이드라인
510 : 냉각기
520 : 필름부착기
600 : 커팅기
610 : 절단부

Claims

폴리페닐설폰원재료를 호퍼로 공급하는 제1단계;
상기 호퍼로 공급된 폴리페닐설폰원재료를 스크류형피더를 통해 압출기로 이동시키고 상기 스크류형피더의 외부에 형성된 히터의 가열에 의해 용융시키며 상기 스크류형피더에 연결된 진공압축기를 통해 상기 스크류형피더의 내부에 생성되는 기포를 제거하는 제2단계;
상기 스크류형피더를 통해 압출기로 이동된 용융상태의 폴리페닐설폰을 캘린더롤부로 압출시키는 제3단계;
상기 압출된 폴리페닐설폰을 캘린더롤부의 롤링과 상기 캘린더롤부의 상측 및 하측에 구비되어 적외선을 발하는 가열부의 가열을 통해 시트를 성형하는 제4단계;
상기 제4단계를 거쳐 성형된 시트를 냉각시키는 제5단계; 및
상기 제5단계를 거쳐 냉각시킨 시트의 양면에 보호필름을 부착하는 제6단계;를 포함하고,
상기 제3단계의 상기 스크류형피더에 가해지는 열온도는 250~380℃이고,
상기 제4단계의 가열부의 형상은 상기 캘린더롤부의 길이방향보다 장축이 큰 값을 갖고 다수개의 열롤이 구비되는 경우 서로 이격되게 위치하는 열롤의 수평방향의 양말단 사이의 길이보다 단축이 큰 값을 갖는 직사각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 폴리페닐설폰을 이용한 시트제조방법.
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제 1항에 있어서,
상기 보호필름이 부착된 시트의 일정한 폭을 커팅하는 제7단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리페닐설폰을 이용한 시트제조방법.
제 4항에 있어서,
상기 일정한 폭이 커팅된 시트를 일정한 길이로 커팅하는 제8단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리페닐설폰을 이용한 시트제조방법.
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