KR102159081B1 - A method for manufacturing an article using an additive manufacturing - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은, 열가소성 수지 및 팽창성 쉘의 내부에 탄화수소계 물리 발포제를 담지한 마이크로캡슐을 포함하는 조성물을 적층 가공하는 성형품의 제조방법을 제공한다.One aspect of the present invention provides a method for manufacturing a molded article for laminating a composition comprising a thermoplastic resin and a microcapsule carrying a hydrocarbon-based physical foaming agent inside an expandable shell.

Description

적층 가공을 이용한 성형품의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING AN ARTICLE USING AN ADDITIVE MANUFACTURING}Manufacturing method of molded products using additive manufacturing {A METHOD FOR MANUFACTURING AN ARTICLE USING AN ADDITIVE MANUFACTURING}

본 발명은 적층 가공을 이용한 성형품의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a molded article using lamination processing.

발포성형은 사출성형 또는 압출성형 공정 중에 기포를 생성시키고 이를 고분자 수지 내에 균일하게 분산시켜 제품을 제조하는 방법이다. 발포성형물은 부피의 많은 부분을 기포가 차지하므로, 재료비를 대폭 절감할 수 있고, 무게를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 기포로 인한 단열성이나 탄성력을 얻을 수 있는 장점이 있다.Foam molding is a method of producing a product by creating bubbles during an injection molding or extrusion molding process and dispersing them uniformly in a polymer resin. Since the foamed molded product occupies a large part of the volume, the material cost can be significantly reduced, the weight can be reduced, and there is an advantage of obtaining thermal insulation or elasticity due to the foam.

발포성형에는 물리 발포제나 화학 발포제가 사용된다. 화학 발포제로는 임계온도에서 분해되고, 질소, 이산화탄소, 일산화탄소와 같은 기체를 방출하는 저분자량의 유기화합물이 사용된다. 물리 발포제로는 이산화탄소, 질소와 같은 기체를 사용한다.In foam molding, a physical foaming agent or a chemical foaming agent is used. As the chemical blowing agent, low molecular weight organic compounds that decompose at critical temperatures and emit gases such as nitrogen, carbon dioxide, and carbon monoxide are used. As a physical blowing agent, gases such as carbon dioxide and nitrogen are used.

일반적으로 발포 사출성형은 수지와 발포제, 기타 첨가제를 미리 배합하여 사출하거나, 수지를 용융하는 배럴(BARREL)의 적당한 위치에 발포제를 주입하고 고압 하에서 고분자 수지 내에 균일하게 분산시킨 후 사출한다.In general, in the foam injection molding, a resin, a foaming agent, and other additives are premixed for injection, or a foaming agent is injected into a suitable position of a barrel that melts the resin and uniformly dispersed in a polymer resin under high pressure before injection.

이렇게 사출되는 고분자 수지와 발포제의 혼합물은 금형 내의 성형 공간인 캐비티로 주입된 후 생성된 가스가 팽창하면서 발포가 이루어진다.The mixture of the polymer resin and the foaming agent injected in this way is injected into the cavity, which is the molding space in the mold, and the generated gas expands and foams.

그런데 이러한 종래의 발포 사출 또는 발포 압출방식을 이용하여 다공체를 제조하는 방식은 단순한 형태의 다공체를 대량으로 제조하는 데에는 적합하지만, 복잡하고 다양한 3차원 형태를 갖는 다공체를 제조하거나, 소량의 다공체를 제조하는 데에는 적합하지 않다.However, the method of manufacturing a porous body using such a conventional foam injection or foam extrusion method is suitable for manufacturing a simple porous body in large quantities, but manufacturing a porous body having a complex and various three-dimensional shape or a small amount of porous body. Not suitable for doing.

이에 대해, 한국등록특허 제10-1823103호는 복잡하고 다양한 3D 형태를 가지는 다공체를 제조하거나, 소량의 다공체를 3D 프린팅 방식으로 제조할 수 있는 장치 및 이를 이용한 3D 다공체 프린팅 방법을 제공한다. 다만, 여기서 3D 프린팅 소재로 사용된 필라멘트는 화학 발포제를 포함하므로 발포 수준을 제어하기 어렵고, 이에 따라 미세하고 정교한 제품을 성형하는데 한계가 있다.On the other hand, Korean Patent Registration No. 10-1823103 provides an apparatus capable of manufacturing a porous body having a complex and various 3D shapes or a small amount of porous bodies by 3D printing, and a 3D porous body printing method using the same. However, since the filament used as the 3D printing material contains a chemical foaming agent, it is difficult to control the foaming level, and accordingly, there is a limit to molding fine and sophisticated products.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 발포 수준을 제어하기 쉽고 발포 후 미세한 기포를 균일하게 형성할 수 있는 성형품의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a molded article that is easy to control the foaming level and can uniformly form fine bubbles after foaming.

본 발명의 일 측면은, 열가소성 수지 및 팽창성 쉘의 내부에 탄화수소계 물리 발포제를 담지한 마이크로캡슐을 포함하는 조성물을 적층 가공하는 성형품의 제조방법을 제공한다.One aspect of the present invention provides a method for manufacturing a molded article for laminating a composition comprising a thermoplastic resin and a microcapsule carrying a hydrocarbon-based physical foaming agent inside an expandable shell.

일 실시예에 있어서, 상기 마이크로캡슐의 함량은 상기 열가소성 수지 100중량부에 대해 0.01~50중량부일 수 있다.In one embodiment, the content of the microcapsules may be 0.01 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermoplastic resin.

일 실시예에 있어서, 상기 적층 가공은, (a) 상기 조성물을 필라멘트로 성형하여 노즐에 상기 필라멘트를 공급하는 단계; (b) 상기 노즐을 상기 열가소성 수지의 융점 및 상기 마이크로캡슐의 팽창 개시온도보다 높은 온도로 가열하는 단계; 및 (c) 상기 노즐과 스테이지를 수평 및 상하 방향으로 이동시키면서 상기 노즐을 통해 상기 필라멘트를 토출하는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment, the lamination process comprises the steps of: (a) molding the composition into filaments and supplying the filaments to a nozzle; (b) heating the nozzle to a temperature higher than the melting point of the thermoplastic resin and the expansion start temperature of the microcapsules; And (c) discharging the filament through the nozzle while moving the nozzle and the stage horizontally and vertically.

일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서, 상기 성형 시 상기 필라멘트를 상기 마이크로캡슐의 팽창 개시온도보다 높은 온도로 가열하여 상기 마이크로캡슐을 팽창시킬 수 있다.In one embodiment, in the step (a), the filament may be heated to a temperature higher than the expansion start temperature of the microcapsules during the molding to expand the microcapsules.

일 실시예에 있어서, 상기 열가소성 수지는 연질 또는 경질의 폴리올레핀 엘라스토머, 에틸렌계 공중합체, 스티렌계 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 나일론, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리락트산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리옥시메틸렌 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나이고, 상기 탄화수소계 물리 발포제는 C1~C8의 탄화수소 중 하나 이상일 수 있다.In one embodiment, the thermoplastic resin is a soft or hard polyolefin elastomer, an ethylene copolymer, a styrenic copolymer, polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyester, nylon, polybutylene terephthalate, polycarbonate, poly It is one selected from the group consisting of lactic acid, polymethyl methacrylate, polyoxymethylene, and combinations of two or more of them, and the hydrocarbon-based physical blowing agent may be one or more of C1 to C8 hydrocarbons.

본 발명의 일 측면에 따른 성형품의 제조방법은 일정 량의 열팽창성 마이크로캡슐을 발포제로 포함하는 조성물을 적층 가공함으로써 발포 수준을 제어하기 쉽고, 상기 방법에 의해 제조된 성형품은 균일하게 분산된 미세한 독립 기포를 포함하므로 종래 화학 발포제를 사용하여 제조된 것에 비해 인장강도와 같은 기계적 물성이 현저히 개선될 수 있다.The manufacturing method of a molded article according to an aspect of the present invention is easy to control the foaming level by laminating a composition containing a certain amount of thermally expandable microcapsules as a foaming agent, and the molded article manufactured by the above method is uniformly dispersed fine independent Since the air bubbles are included, mechanical properties such as tensile strength can be significantly improved compared to those manufactured using a conventional chemical foaming agent.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로캡슐의 온도에 따른 팽창거동을 도식화한 것이고;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 성형품의 성형방법을 도식화한 것이고;
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 FDM용 필라멘트 및 이로부터 제조된 발포체의 사진이다.
1 and 2 are diagrams illustrating the expansion behavior of microcapsules according to temperature according to an embodiment of the present invention;
3 is a schematic diagram of a molding method of a molded article according to an embodiment of the present invention;
4 and 5 are photographs of a filament for FDM and a foam manufactured therefrom according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and therefore is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member interposed therebetween. . In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further provided, rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

본 발명의 일 측면은, 열가소성 수지 및 팽창성 쉘의 내부에 탄화수소계 물리 발포제를 담지한 마이크로캡슐을 포함하는 조성물을 적층 가공하는 성형품의 제조방법을 제공한다.One aspect of the present invention provides a method for manufacturing a molded article for laminating a composition comprising a thermoplastic resin and a microcapsule carrying a hydrocarbon-based physical foaming agent inside an expandable shell.

상기 열가소성 수지는 연질 또는 경질의 폴리올레핀 엘라스토머, 에틸렌계 공중합체, 스티렌계 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 나일론, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리락트산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리옥시메틸렌 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.The thermoplastic resin is a soft or hard polyolefin elastomer, an ethylene copolymer, a styrene copolymer, polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyester, nylon, polybutylene terephthalate, polycarbonate, polylactic acid, polymethylmethacrylic It may be one selected from the group consisting of rate, polyoxymethylene, and a combination of two or more of them.

특히, 상기 열가소성 수지는 열가소성 엘라스토머, 바람직하게는, 에틸렌계 공중합체일 수 있다. 예를 들어, 상기 에틸렌계 공중합체는 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌부틸아크릴레이트, 에틸렌에틸아크릴레이트 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 에틸렌비닐아세테이트일 수 있으며, 더 바람직하게는, 비닐아세테이트의 함량이 10~20중량%인 에틸렌비닐아세테이트일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In particular, the thermoplastic resin may be a thermoplastic elastomer, preferably, an ethylene-based copolymer. For example, the ethylene-based copolymer may be one selected from the group consisting of ethylene vinyl acetate, ethylene butyl acrylate, ethylene ethyl acrylate, and combinations of two or more of them, and preferably, may be ethylene vinyl acetate, More preferably, the content of the vinyl acetate may be 10 to 20% by weight of ethylene vinyl acetate, but is not limited thereto.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로캡슐의 온도에 따른 팽창거동을 도식화한 것이다.1 and 2 are diagrams showing the expansion behavior of the microcapsules according to the temperature according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 마이크로캡슐(100)은 팽창성 쉘(110)의 내부에 탄화수소계 물리 발포제(120)를 담지한 것일 수 있다. 상기 마이크로캡슐은 고분자 소재의 쉘(shell, 110)과 탄화수소계 물리 발포제(120)가 내포되어 있고, 상기 마이크로캡슐을 가열하면, 먼저 쉘이 연화되기 시작한다. 이와 동시에 내포된 탄화수소계 물리 발포제가 기화되기 시작하여 내압이 높아지면서 마이크로캡슐이 팽창하게 된다. 팽창 시 내압과 쉘의 장력, 즉, 외압이 균형을 이루어 팽창 상태가 지속되는 balloon 상태가 되고, 가열 상태가 지속되면 얇아진 쉘의 장력이 커지기 때문에 수축이 일어나게 된다.Referring to FIGS. 1 and 2, the microcapsule 100 may have a hydrocarbon-based physical foaming agent 120 supported inside the expandable shell 110. The microcapsule contains a polymeric material shell 110 and a hydrocarbon-based physical foaming agent 120, and when the microcapsules are heated, the shell begins to soften first. At the same time, the enclosed hydrocarbon-based physical foaming agent begins to vaporize and the internal pressure increases, causing the microcapsules to expand. During expansion, the internal pressure and the tension of the shell, that is, the external pressure, are balanced to become a balloon state that maintains the expansion state, and when the heating state continues, the tension of the thinned shell increases, resulting in contraction.

상기 3D 프린팅 소재는 상기 마이크로캡슐을 포함하는 수지로 이루어진 것으로서, 이를 FDM 및/또는 SLS 방식의 3D 프린터를 이용하여 성형품으로 제조할 때 공급된 열로 인해 상기 소재 중의 상기 마이크로캡슐이 팽창할 수 있고, 이에 따라 상기 쉘에 의해 구분된 미세한 독립 기포가 균일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 마이크로캡슐은 가열에 의한 발포 및 팽창 후에도 분해되지 않고, 일정한 크기로 팽창되어 자기형상을 유지하며, 일정한 크기의 규칙적이고 미세한 독립 기포(close cell)가 형성될 수 있다. 상기 독립 기포는 성형품의 형상을 다변화함과 동시에 그 자체로 탄성이 우수하여 성형품의 안정성 및 기계적 물성에 기여할 수 있다.The 3D printing material is made of a resin containing the microcapsules, and the microcapsules in the material may expand due to the heat supplied when it is manufactured into a molded article using an FDM and/or SLS type 3D printer, Accordingly, fine closed cells separated by the shell may be uniformly formed. That is, the microcapsules are not decomposed even after foaming and expansion by heating, but are expanded to a certain size to maintain their shape, and regular and fine closed cells of a certain size may be formed. The closed cells diversify the shape of the molded product and at the same time have excellent elasticity by itself, thereby contributing to the stability and mechanical properties of the molded product.

상기 마이크로캡슐은 라디칼 중합성 단량체를 포함하는 단량체 혼합물을 중합하여 얻어지는 열가소성 수지로 이루어질 수 있고, 상기 단량체 혼합물에 개시제를 적절히 배합하는 것에 의해 상기 팽창성 쉘(110)을 형성할 수 있다.The microcapsules may be made of a thermoplastic resin obtained by polymerizing a monomer mixture containing a radical polymerizable monomer, and the expandable shell 110 may be formed by appropriately mixing an initiator in the monomer mixture.

상기 라디칼 중합성 단량체로는, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, α-클로르아크릴로니트릴, α-에톡시아크릴로니트릴, 푸마로니트릴(fumaronitrile) 등의 니트릴계 단량체; 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 말레인산, 푸마르산, 시트라콘산 등의 카르복실기 함유 단량체; 염화비닐리덴; 아세트산비닐; 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, t-부틸(메타)아크릴레이트, 이소보르닐(메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, β카르복시에틸아크릴레이트 등의 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체; 스티렌, α-메틸스티렌, 클로로스티렌 등의 스티렌계 단량체; 아크릴아미드, 치환아크릴아미드, 메타크릴아미드, 치환메타크릴아미드 등의 아크릴아미드계 단량체; N-페닐말레이미드, N-(2-클로로페닐)말레이미드, N-시클로헥실말레이미드, N-라우릴말레이미드 등의 말레이미드계 단량체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 병용할 수도 있다. 예를 들어, 상기 팽창성 쉘(110)은 니트릴계 단량체 20~80중량% 및 카르복실기 함유 단량체 20~80중량%를 포함하는 공중합체로 이루어질 수 있다.Examples of the radical polymerizable monomer include nitrile-based monomers such as acrylonitrile, methacrylonitrile, α-chloracrylonitrile, α-ethoxyacrylonitrile, and fumaronitrile; Carboxyl group-containing monomers such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, fumaric acid, and citraconic acid; Vinylidene chloride; Vinyl acetate; Methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, cyclo (Meth)acrylic acid ester monomers such as hexyl (meth)acrylate, benzyl (meth)acrylate, and β-carboxyethyl acrylate; Styrene-based monomers such as styrene, α-methylstyrene, and chlorostyrene; Acrylamide monomers such as acrylamide, substituted acrylamide, methacrylamide, and substituted methacrylamide; And maleimide-based monomers such as N-phenylmaleimide, N-(2-chlorophenyl)maleimide, N-cyclohexylmaleimide, and N-laurylmaleimide, but are not limited thereto. One type or two or more types can also be used together. For example, the expandable shell 110 may be made of a copolymer including 20 to 80% by weight of a nitrile-based monomer and 20 to 80% by weight of a carboxyl group-containing monomer.

상기 마이크로캡슐의 팽창 개시온도는 150℃ 이하, 바람직하게는, 140℃ 이하일 수 있다. 상기 마이크로캡슐의 팽창 개시온도가 150℃ 초과이면 고온에서의 발포 또는 팽창, 즉, 고온 팽창율을 제어하기 어려우므로 독립 기포를 균일하게 생성할 수 없고, 이에 따라 제조된 성형품의 탄성 및 기계적 물성이 저하될 수 있다.The expansion initiation temperature of the microcapsules may be 150°C or less, preferably 140°C or less. When the expansion start temperature of the microcapsules exceeds 150°C, it is difficult to control the expansion or expansion rate at high temperature, that is, the expansion rate at high temperature cannot be uniformly generated, and thus the elasticity and mechanical properties of the manufactured molded article decrease. Can be.

또한, 상기 마이크로캡슐의 평균 입경은 5~30㎛일 수 있다. 상기 마이크로캡슐의 평균 입경이 5㎛ 미만이면 독립 기포가 충분히 형성되지 않아 필요한 수준의 발포 또는 팽창을 구현할 수 없고, 30㎛ 초과이면 독립 기포의 크기가 과도하게 커져 최종 제품의 기계적 물성 및 표면 질감이 저하될 수 있다.In addition, the average particle diameter of the microcapsules may be 5 ~ 30㎛. If the average particle diameter of the microcapsules is less than 5 μm, the closed cells are not sufficiently formed to achieve the required level of foaming or expansion, and if the average particle diameter of the microcapsules is more than 30 μm, the size of the closed cells becomes excessively large, resulting in mechanical properties and surface texture of the final product. It can be degraded.

상기 조성물, 즉, 3D 프린팅 소재 중 상기 마이크로캡슐의 함량은 상기 열가소성 수지 100중량부에 대해 0.01~50중량부일 수 있다. 상기 마이크로캡슐의 함량이 0.01중량부 미만이면 필요한 수준의 발포 또는 팽창을 구현할 수 없고, 50중량부 초과이면 작업성이 저하되며 원가가 상승하여 상용화하기 어렵다.The composition, that is, the content of the microcapsules in the 3D printing material may be 0.01 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermoplastic resin. If the content of the microcapsules is less than 0.01 parts by weight, the necessary level of foaming or expansion cannot be achieved, and if the content of the microcapsules is more than 50 parts by weight, workability is deteriorated and the cost increases, making it difficult to commercialize.

상기 탄화수소계 물리 발포제는 C1~C8의 탄화수소 중 하나 이상, 바람직하게는, C1~C6의 탄화수소 중 하나 이상 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The hydrocarbon-based physical blowing agent may be one or more of C1 to C8 hydrocarbons, preferably, one or more of C1 to C6 hydrocarbons, but is not limited thereto.

상기 적층 가공은 3차원 물체를 제조하기 위해 원료를 여러 층으로 쌓거나 결합시키는 3D 프린팅이 작동하는 방식으로, 즉, 전자 신호에 따라 원료를 층(layer)으로 겹쳐 쌓아서 3차원의 물체를 제조하는 방식을 의미한다. 제품화 단계에서 금형을 제작하는 등 중간 과정이 전혀 필요없고, 즉각적인 수정이 가능해 제품의 개발 주기 및 비용의 효율성을 높여준다.The additive manufacturing is a method of 3D printing that stacks or combines raw materials in several layers to manufacture a three-dimensional object, that is, to manufacture a three-dimensional object by stacking raw materials in layers according to an electronic signal. Means the way. There is no need for an intermediate process such as making a mold at the stage of productization, and immediate correction is possible, increasing the efficiency of the product development cycle and cost.

상기 적층 가공은 FDM(fused deposition modeling), SLS(selective laser sintering)과 같은 공지의 방식으로 이루어질 수 있다. 상기 방식에 따라 상기 조성물을 적절한 형태로 사전 가공할 필요가 있다. 예를 들어, FDM 방식을 채택하는 경우 상기 조성물을 필라멘트 형태로 가공할 수 있고, SLS 방식을 채택하는 경우 상기 조성물을 파우더 또는 입자 형태로 가공할 수 있다.The lamination process may be performed in a known manner such as fused deposition modeling (FDM) and selective laser sintering (SLS). It is necessary to pre-process the composition into an appropriate shape according to the above manner. For example, when the FDM method is adopted, the composition can be processed in the form of filaments, and when the SLS method is adopted, the composition can be processed in the form of powder or particles.

예를 들어, 상기 적층 가공은, (a) 상기 조성물을 필라멘트로 성형하여 노즐에 상기 필라멘트를 공급하는 단계; (b) 상기 노즐을 상기 열가소성 수지의 융점 및 상기 마이크로캡슐의 팽창 개시온도보다 높은 온도로 가열하는 단계; 및 (c) 상기 노즐과 스테이지를 수평 및 상하 방향으로 이동시키면서 상기 노즐을 통해 상기 필라멘트를 토출하는 단계;를 포함하는 FDM 방식으로 이루어질 수 있다.For example, the lamination process may include: (a) molding the composition into a filament and supplying the filament to a nozzle; (b) heating the nozzle to a temperature higher than the melting point of the thermoplastic resin and the expansion start temperature of the microcapsules; And (c) discharging the filament through the nozzle while moving the nozzle and the stage horizontally and vertically.

상기 (a) 단계에서, 상기 성형 시 상기 필라멘트를 상기 마이크로캡슐의 팽창 개시온도보다 높은 온도로 가열하여 상기 마이크로캡슐을 팽창시킬 수 있다.In the step (a), the microcapsules may be expanded by heating the filament to a temperature higher than the expansion start temperature of the microcapsules during the molding.

도 3을 참고하면, 상기 3D 프린팅 소재가 FDM 방식의 3D 프린터에 적용하기 위한 필라멘트인 경우, 상기 필라멘트 중 상기 마이크로캡슐은 발포 또는 팽창되지 않은 상태(미발포 필라멘트)로 존재할 수 있고, 필요에 따라, 발포 또는 팽창된 상태(발포 필라멘트)로 존재할 수 있다.Referring to FIG. 3, when the 3D printing material is a filament for application to an FDM type 3D printer, the microcapsules among the filaments may exist in a state that is not foamed or expanded (non-foamed filament), as necessary. , It may exist in a foamed or expanded state (foam filament).

상기 미발포 필라멘트의 경우, 열가소성 수지의 융점 및 마이크로캡슐의 팽창 개시온도 이상의 온도로 예열된 노즐을 통과하면서 상기 마이크로캡슐이 팽창하므로 발포체의 비중이 상기 미발포 필라멘트에 비해 낮아지므로 성형품의 경량화 및 기계적 물성 측면에서 유리하다.In the case of the unfoamed filament, the microcapsule expands while passing through a nozzle preheated to a temperature equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin and the expansion initiation temperature of the microcapsule, so that the specific gravity of the foam is lower than that of the unfoamed filament. It is advantageous in terms of physical properties.

상기 발포 필라멘트의 경우, 마이크로캡슐이 발포 또는 팽창이 필요한 수준으로 사전 제어된 상태에서 노즐을 통과하므로 성형 과정에서 비중이 실질적으로 변화하지 않는다. 이 때, 발포 또는 팽창이 사전 제어될 수 있으므로 성형품의 경량화 및 기계적 물성에 미치는 영향을 직접적으로 평가하기 어려우나, 3D 프린팅 소재의 비중을 성형품에서 그대로 구현할 수 있으므로 생산성, 신뢰성, 재현성 측면에서 유리한 효과를 가질 수 있다.In the case of the foamed filament, since the microcapsules pass through the nozzle in a state controlled in advance to a level required for foaming or expansion, the specific gravity does not substantially change during the molding process. At this time, since foaming or expansion can be controlled in advance, it is difficult to directly evaluate the impact on the weight reduction and mechanical properties of the molded article, but the specific gravity of the 3D printing material can be realized in the molded article as it is, resulting in advantageous effects in terms of productivity, reliability, and reproducibility. Can have.

도 4 및 도 5는 각각 미발포 필라멘트, 발포 필라멘트, 및 이로부터 제조된 발포체의 사진이다. 도 4 및 도 5를 참고하면, 미발포 필라멘트로부터 제조된 발포체에서 독립 기포의 수와 밀도는 각각 발포 필라멘트로부터 제조된 것에 비해 많고 크므로, 미발포 및 발포 필라멘트를 사용함에 따른 전술한 효과를 가변적, 상호보완적으로 적절히 도모할 수 있을 것으로 예상된다.4 and 5 are photographs of an unfoamed filament, a foamed filament, and a foam produced therefrom, respectively. Referring to Figures 4 and 5, the number and density of closed cells in the foam produced from the non-foamed filaments are larger and larger than those produced from the foamed filaments, respectively, so that the above-described effects by using the non-foamed and foamed filaments are variable. In addition, it is expected that it can be appropriately promoted in complementary ways.

상기 제조방법을 통해 신발 또는 그 부품, 의류, 생활용품 등을 포함하는 다양한 제품을 성형할 수 있고, 특히, 경량성, 기계적 물성, 성형성 등이 동시에 요구되는 신발 또는 그 부품을 효율적으로 제조할 수 있다.Through the above manufacturing method, it is possible to mold a variety of products including shoes or parts thereof, clothing, household goods, etc., and in particular, shoes or parts thereof that require light weight, mechanical properties, and moldability at the same time can be efficiently manufactured. I can.

이하, 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

실시예 1Example 1

비닐아세테이트 10~20중량%를 포함하는 에틸렌비닐아세테이트 100중량부에 대해, 평균 입경이 10㎛이고 팽창 개시온도가 약 130℃이고 최대 팽창율이 약 3.0인(@160℃) 제1 마이크로캡슐 2중량부를 혼련하고, 120℃에서 압출한 다음 연신하여 FDM 3D 프린팅 필라멘트를 제조하였다.For 100 parts by weight of ethylene vinyl acetate containing 10 to 20% by weight of vinyl acetate, 2 weight of the first microcapsules having an average particle diameter of 10 μm, an expansion initiation temperature of about 130° C., and a maximum expansion rate of about 3.0 (@160° C.) The parts were kneaded, extruded at 120° C., and then stretched to prepare an FDM 3D printing filament.

제조된 필라멘트를 FDM 3D 프린터의 카트리지에 장착하고, 에틸렌비닐아세테이트의 융점 및 마이크로캡슐의 팽창 개시온도 이상의 온도로 예열된 노즐에 송급하여 중창 시편을 제조하였다.The prepared filament was mounted on a cartridge of an FDM 3D printer, and fed to a nozzle preheated at a temperature equal to or higher than the melting point of ethylene vinyl acetate and the expansion start temperature of the microcapsules to prepare a midsole specimen.

실시예 2Example 2

비닐아세테이트 10~20중량%를 포함하는 에틸렌비닐아세테이트 100중량부에 대해, 평균 입경이 30㎛이고 팽창 개시온도가 약 120℃이고 최대 팽창율이 약 7.0인(@180℃) 제2 마이크로캡슐 2중량부를 혼련하고, 120℃에서 압출한 다음 연신하여 FDM 3D 프린팅 필라멘트를 제조하였다.For 100 parts by weight of ethylene vinyl acetate containing 10 to 20% by weight of vinyl acetate, 2 weight of second microcapsules having an average particle diameter of 30 μm, an expansion initiation temperature of about 120° C., and a maximum expansion rate of about 7.0 (@180° C.) The parts were kneaded, extruded at 120° C., and then stretched to prepare an FDM 3D printing filament.

제조된 필라멘트를 FDM 3D 프린터의 카트리지에 장착하고, 에틸렌비닐아세테이트의 융점 및 마이크로캡슐의 팽창 개시온도 이상의 온도로 예열된 노즐에 송급하여 중창 시편을 제조하였다.The prepared filament was mounted on a cartridge of an FDM 3D printer, and fed to a nozzle preheated at a temperature equal to or higher than the melting point of ethylene vinyl acetate and the expansion start temperature of the microcapsules to prepare a midsole specimen.

실시예 3Example 3

비닐아세테이트 10~20중량%를 포함하는 에틸렌비닐아세테이트 100중량부에 대해, 상기 제1 마이크로캡슐 2.5중량부 및 상기 제2 마이크로캡슐 2.5중량부를 혼련하고, 120℃에서 압출한 다음 연신하여 FDM 3D 프린팅 필라멘트를 제조하였다.With respect to 100 parts by weight of ethylene vinyl acetate containing 10 to 20% by weight of vinyl acetate, 2.5 parts by weight of the first microcapsule and 2.5 parts by weight of the second microcapsule are kneaded, extruded at 120°C, and then stretched for FDM 3D printing The filaments were prepared.

제조된 필라멘트를 FDM 3D 프린터의 카트리지에 장착하고, 에틸렌비닐아세테이트의 융점 및 마이크로캡슐의 팽창 개시온도 이상의 온도로 예열된 노즐에 송급하여 중창 시편을 제조하였다.The prepared filament was mounted on a cartridge of an FDM 3D printer, and fed to a nozzle preheated at a temperature equal to or higher than the melting point of ethylene vinyl acetate and the expansion start temperature of the microcapsules to prepare a midsole specimen.

실시예 4Example 4

비닐아세테이트 10~20중량%를 포함하는 에틸렌비닐아세테이트 100중량부에 대해, 평균 입경이 30㎛이고 팽창 개시온도가 약 120℃이고 최대 팽창율이 약 7.0인(@180℃) 제2 마이크로캡슐 2중량부를 혼련하고, 190℃에서 압출한 다음 연신하여 FDM 3D 프린팅 필라멘트를 제조하였다. 제조된 필라멘트에서 상기 제2 마이크로캡슐은 발포 또는 팽창된 상태로 존재한다.For 100 parts by weight of ethylene vinyl acetate containing 10 to 20% by weight of vinyl acetate, 2 weight of second microcapsules having an average particle diameter of 30 μm, an expansion initiation temperature of about 120° C., and a maximum expansion rate of about 7.0 (@180° C.) The part was kneaded, extruded at 190° C., and then stretched to prepare an FDM 3D printing filament. In the prepared filament, the second microcapsule is present in a foamed or expanded state.

제조된 필라멘트를 FDM 3D 프린터의 카트리지에 장착하고, 에틸렌비닐아세테이트의 융점 이상의 온도로 예열된 노즐에 송급하여 중창 시편을 제조하였다.The prepared filament was mounted on a cartridge of an FDM 3D printer, and fed to a nozzle preheated to a temperature equal to or higher than the melting point of ethylene vinyl acetate to prepare a midsole specimen.

비교예 1Comparative Example 1

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 비닐아세테이트 10~20중량%를 포함하는 에틸렌비닐아세테이트만으로 이루어진 FDM 3D 프린팅 필라멘트를 제조하였다.In the same manner as in Example 1, an FDM 3D printing filament composed of only ethylene vinyl acetate containing 10 to 20% by weight of vinyl acetate was prepared.

제조된 필라멘트를 FDM 3D 프린터의 카트리지에 장착하고, 에틸렌비닐아세테이트의 융점 및 마이크로캡슐의 팽창 개시온도 이상의 온도로 예열된 노즐에 송급하여 중창 시편을 제조하였다.The prepared filament was mounted on a cartridge of an FDM 3D printer, and fed to a nozzle preheated at a temperature equal to or higher than the melting point of ethylene vinyl acetate and the expansion start temperature of the microcapsules to prepare a midsole specimen.

비교예 2Comparative Example 2

비닐아세테이트 10~20중량%를 포함하는 에틸렌비닐아세테이트 100중량부에 대해, 평균 입경이 30㎛이고 팽창 개시온도가 약 150℃이고 최대 팽창율이 약 8.0인(@190℃) 제3 마이크로캡슐 2중량부를 혼련하고, 120℃에서 압출한 다음 연신하여 FDM 3D 프린팅 필라멘트를 제조하였다.For 100 parts by weight of ethylene vinyl acetate containing 10 to 20% by weight of vinyl acetate, 2 weight of the third microcapsule having an average particle diameter of 30 μm, an expansion initiation temperature of about 150°C, and a maximum expansion rate of about 8.0 (@190°C) The parts were kneaded, extruded at 120° C., and then stretched to prepare an FDM 3D printing filament.

제조된 필라멘트를 FDM 3D 프린터의 카트리지에 장착하고, 에틸렌비닐아세테이트의 융점 및 마이크로캡슐의 팽창 개시온도 이상의 온도로 예열된 노즐에 송급하여 중창 시편을 제조하였다.The prepared filament was mounted on a cartridge of an FDM 3D printer, and fed to a nozzle preheated at a temperature equal to or higher than the melting point of ethylene vinyl acetate and the expansion start temperature of the microcapsules to prepare a midsole specimen.

비교예 3Comparative Example 3

비닐아세테이트 10~20중량%를 포함하는 에틸렌비닐아세테이트 100중량부에 대해, 산화아연 3중량부, 스테아르산 1중량부, 디쿠밀퍼옥사이드 2중량부, 트리알릴시아누레이트 0.5중량부, 아조디카본아마이드 3중량부를 니더기에 투입하고 80℃에서 10분간 혼련하여 펠렛을 제조하였다.Based on 100 parts by weight of ethylene vinyl acetate containing 10 to 20% by weight of vinyl acetate, 3 parts by weight of zinc oxide, 1 part by weight of stearic acid, 2 parts by weight of dicumyl peroxide, 0.5 parts by weight of triallyl cyanurate, azodicarbon 3 parts by weight of amide was put into a kneader and kneaded at 80° C. for 10 minutes to prepare a pellet.

상기 펠렛을 푸어링(pouring) 발포성형법을 이용해 90℃, 140kgf/cm2, 8분 간 1차 프레스하여 시트 형태로 프리폼을 만든 후 이를 금형에 넣고 160℃, 150kgf/cm2, 15분 간 2차 프레스 작업 후 냉각 프레스에서 10분 간 냉각하여 중창 시편을 제조하였다.The pellets were first pressed at 90°C, 140kgf/cm 2 for 8 minutes using a pouring foam molding method to form a sheet form, and then put them in a mold at 160°C, 150kgf/cm 2 , for 15 minutes 2 After the primary press operation, a midsole specimen was prepared by cooling for 10 minutes in a cooling press.

실험예: 중창 시편의 물성 평가Experimental Example: Evaluation of properties of midsole specimens

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 중창 시편의 물성을 평가하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 각 물성의 평가방법은 다음과 같다.The physical properties of the midsole specimens prepared according to the Examples and Comparative Examples were evaluated, and the results are shown in Table 1 below. The evaluation method of each property is as follows.

-비중: KS M 6660에 의하여 우에시마 사의 자동비중 측정 장치를 이용하여 5회 측정하여 평균치로 나타냄-Specific gravity: Measured 5 times using an automatic specific gravity measuring device of Ueshima by KS M 6660 and expressed as an average value.

-인장강도: KS M ISO 1798에 의하여 쯔윅 사의 만능시험기를 사용하여 측정함-Tensile strength: Measured using Zwick's universal testing machine according to KS M ISO 1798

-반발탄성: KS M ISO 8307에 의하여 대성과학의 반발탄성시험기를 사용하여 측정함-Resilience elasticity: Measured by using Daesung Science's resilient elasticity tester according to KS M ISO 8307

구분division 단위unit 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 필라멘트/펠렛비중Filament/pellet specific gravity g/ccg/cc 0.900.90 0.900.90 0.900.90 0.400.40 0.900.90 0.900.90 0.920.92 시편비중Specimen weight g/ccg/cc 0.710.71 0.650.65 0.520.52 0.400.40 0.900.90 0.480.48 0.20.2 시편반발탄성Specimen rebound elasticity %% 5252 5555 5656 6060 4343 4848 6161 시편인장강도Specimen tensile strength MPaMPa 3333 2121 1717 1414 4343 1515 1515

상기 표를 참고하면, 실시예 1~3에서 제조된 중창 시편의 비중은 0.50g/cc 이상이고, 반발탄성은 50% 이상이며, 인장강도는 17MPa 이상이다.Referring to the above table, the specific gravity of the midsole specimens prepared in Examples 1 to 3 is 0.50 g/cc or more, resilience is 50% or more, and tensile strength is 17 MPa or more.

구체적으로, 실시예 1~3에서 제조된 중창 시편의 인장강도는 약 17MPa 이상으로 비교예에 비해 최대 약 18MPa 이상 높게 측정되었다. 발포를 거치지 않은 비교예 1의 중창 시편은 실시예에 비해 인장강도가 높게 측정되었으나, 반발탄성이 50% 이하로 최대 13% 낮아졌다. 또한, 실시예 1~3에서 제조된 중창 시편의 반발탄성은 50~60% 수준으로 측정되어 종래 화학 발포제를 적용한 비교예 3의 중창 시편과 유사한 것으로 나타났다.Specifically, the tensile strength of the midsole specimens prepared in Examples 1 to 3 was about 17 MPa or more, and was measured to be about 18 MPa or more higher than the comparative example. The midsole specimen of Comparative Example 1, which did not undergo foaming, was measured to have a higher tensile strength than the Example, but the rebound elasticity was reduced by up to 13% to 50% or less. In addition, the rebound elasticity of the midsole specimens prepared in Examples 1 to 3 was measured at a level of 50 to 60%, and was found to be similar to the midsole specimen of Comparative Example 3 to which a conventional chemical blowing agent was applied.

한편, 발포 필라멘트를 사용하여 제조된 실시예 4의 중창 시편은 시편 제조 전후의 비중이 동일하고, 반발탄성이 상대적으로 우수한 반면에, 인장강도는 다소 저하되었다.On the other hand, the midsole specimen of Example 4 prepared using the foamed filament had the same specific gravity before and after the specimen was prepared, and relatively excellent resilience, while the tensile strength was slightly lowered.

상기와 같이, 탄화수소계 물리 발포제를 담지한 마이크로캡슐을 발포제로 적용하게 되면 성형품에 존재하는 독립 기포의 수, 크기, 밀도, 및 그에 따른 성형품의 외관, 비중, 기계적 물성 등을 정밀하고 용이하게 제어할 수 있으므로, 최근 다변화되고 있는 수요에 대응하여 다양한 제품을 간편하고 효율적으로 제조할 수 있다.As described above, when microcapsules carrying a hydrocarbon-based physical foaming agent are applied as a foaming agent, the number, size, density, and appearance, specific gravity, and mechanical properties of the molded product can be precisely and easily controlled. Therefore, it is possible to conveniently and efficiently manufacture a variety of products in response to the recent diversifying demand.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and the concept of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

100: 마이크로캡슐
110: 팽창성 쉘
120: 물리 발포제
100: microcapsules
110: expandable shell
120: physical blowing agent

Claims (5)

(a) 열가소성 수지 및 팽창성 쉘의 내부에 탄화수소계 물리 발포제를 담지한 마이크로캡슐을 포함하는 조성물을 필라멘트로 성형하여 노즐에 상기 필라멘트를 공급하는 단계;
(b) 상기 노즐을 상기 열가소성 수지의 융점 및 상기 마이크로캡슐의 팽창 개시온도보다 높은 온도로 가열하는 단계; 및
(c) 상기 노즐과 스테이지를 수평 및 상하 방향으로 이동시키면서 상기 노즐을 통해 상기 필라멘트를 토출하는 단계;를 포함하는 신발 부품의 제조방법에 있어서,
상기 마이크로캡슐의 최대 팽창율이 3.0~7.0이고,
상기 (c) 단계에서 상기 필라멘트가 상기 노즐을 통과하면서 상기 마이크로캡슐이 팽창하고,
상기 신발 부품의 비중은 0.50g/cc 이상이고, 반발탄성은 50% 이상이며, 인장강도는 17MPa 이상인 신발 부품의 제조방법.
(a) molding a composition comprising microcapsules carrying a hydrocarbon-based physical foaming agent inside a thermoplastic resin and an expandable shell into a filament and supplying the filament to a nozzle;
(b) heating the nozzle to a temperature higher than the melting point of the thermoplastic resin and the expansion start temperature of the microcapsules; And
(C) discharging the filament through the nozzle while moving the nozzle and the stage horizontally and vertically,
The maximum expansion rate of the microcapsules is 3.0-7.0,
In the step (c), as the filament passes through the nozzle, the microcapsules expand,
The specific gravity of the shoe parts is 0.50g/cc or more, the repulsion elasticity is 50% or more, and the tensile strength is 17 MPa or more.
제1항에 있어서,
상기 마이크로캡슐의 함량은 상기 열가소성 수지 100중량부에 대해 0.01~50중량부인 신발 부품의 제조방법.
The method of claim 1,
The amount of the microcapsule is 0.01 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermoplastic resin.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 열가소성 수지는 연질 또는 경질의 폴리올레핀 엘라스토머, 에틸렌계 공중합체, 스티렌계 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 나일론, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리락트산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리옥시메틸렌 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나이고,
상기 탄화수소계 물리 발포제는 C1~C8의 탄화수소 중 하나 이상인 신발 부품의 제조방법.
The method of claim 1,
The thermoplastic resin is a soft or hard polyolefin elastomer, ethylene-based copolymer, styrene-based copolymer, polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyester, nylon, polybutylene terephthalate, polycarbonate, polylactic acid, polymethylmethacrylic It is one selected from the group consisting of rate, polyoxymethylene, and combinations of two or more of them,
The hydrocarbon-based physical foaming agent is a method of manufacturing a shoe part in which one or more of C1 to C8 hydrocarbons.
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