KR102180096B1 - 금형을 이용한 다용도 경량구조체와 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가벼우면서 강도가 높아 건축자재나 부표 등의 다양한 용도로 활용될 수 있는 다용도 경량구조체와 이의 제조방법에 관한 것으로서, 금형을 이용하여 다양한 형태와 크기로 자유롭게 제작이 가능한 다용도 경량구조체와 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 금형을 이용한 다용도 경량구조체는 에어셀들과 바인더가 혼합된 혼합물을 금형에 주입하여 성형시킨 바디와, 혼합물을 압밀시키기 위해 상기 혼합물에 매몰된 상태로 유체의 주입에 의해 팽창되어 상기 바디의 내부에 밀폐된 중공부를 형성하는 팽창팩을 구비한다.

Description

금형을 이용한 다용도 경량구조체와 이의 제조방법{multi purpose structure of light weight and manufacturing method thereof}

본 발명은 가벼우면서 강도가 높아 건축자재나 부표 등의 다양한 용도로 활용될 수 있는 다용도 경량구조체와 이의 제조방법에 관한 것으로서, 금형을 이용하여 다양한 형태와 크기로 자유롭게 제작이 가능한 다용도 경량구조체와 이의 제조방법에 관한 것이다.

가볍고 강도가 높은 소재로 형성된 경량 구조체가 다양한 분야에서 이용되고 있다.

가령, 발포 금속이나 발포 수지, 발포 콘크리트 등을 이용하여 단열재, 내부 및 외부 마감재와 같은 건축자재로 이용하거나, 부표나 부구 등과 같은 부력체로 이용하기도 한다.

대한민국 공개특허 제10-2017-0000436호에는 에어셀을 활용한 하이브리드 패널이 개시되어 있다.

상기 에어셀을 활용한 하이브리드 패널은 내부에 공기가 주입되어 원형 단면 형상을 갖는 에어셀과, 상기 에어셀의 표면에 접착제를 통해 부착되는 프레임과, 상기 에어셀과 프레임을 감싸 사각 단면 형상을 가지며 알루미늄과 같은 금속과 세라믹도료로 방염처리된 목재로 성형되는 커버로 이루어진다.

상기 하이브리드 패널은 내부에 공기가 주입된 에어셀이 형성되어 있어서 가벼운 특징을 가진다. 하지만, 커버가 금속으로 성형되어 무게를 줄이는데 한계가 있으며, 다양한 형태와 모양으로 가공하기가 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 하이브리드 패널의 내부에 수용된 에어셀이 동일한 크기와 모양으로 규칙적으로 배치되어 있으므로 가공을 위한 절단시 또는 사용 중 파손시에 에어셀 모두에 물이 스며들 수 있어서 부표나 부구와 같은 부력체로 사용할 수 없다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 기술로서 대한민국 공개특허 제10-2018-0117950호에 다용도 경량구조체와 이의 제조방법이 개시되어 있다.

상기 다용도 경량구조체는 함체의 내부에 공기팩이 무질서하게 형성되어 있으므로 파손시에도 일부의 공기팩들만 손상되므로 경량 구조체 본연의 기능을 유지할 수 있는 장점을 갖는다.

하지만, 상기 다용도 경량구조체는 함체의 내부에 공기팩을 채워넣는 방법으로 제조하기 때문에 함체의 형태로 제한되는 문제점이 있다. 또한, 함체가 구비되어야 하므로 제조원가가 상승되고 그만큼 무게가 증가하는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2018-0117950호: 다용도 경량구조체와 이의 제조방법

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 금형을 이용하여 성형함으로써 함체 없이 제작이 가능한 다용도 경량구조체와 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이에 따라 형태와 크기를 자유롭게 설계할 수 있으며 함체가 생략되어 무게를 더욱 경량화시킬 수 있는 다용도 경량구조체와 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금형을 이용한 다용도 경량구조체는 에어셀들과 바인더가 혼합된 혼합물을 금형에 주입하여 성형시킨 바디와; 상기 혼합물을 압밀시키기 위해 상기 혼합물에 매몰된 상태로 유체의 주입에 의해 팽창되어 상기 바디의 내부에 밀폐된 중공부를 형성하는 팽창팩;을 구비한다.

상기 중공부는 상기 각 에어셀들의 체적보다 더 크게 형성된다.

그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금형을 이용한 다용도 경량구조체의 제조방법은 유체에 의해 팽창이 가능한 팽창팩을 금형의 캐비티에 장착하는 팽창팩장착단계와; 에어셀들과 바인더가 혼합된 혼합물을 상기 캐비티로 주입하는 주입단계와; 상기 팽창팩에 유체를 주입하여 상기 팽창팩을 부풀려서 상기 캐비티로 주입된 상기 혼합물을 가압하는 가압단계와; 상기 혼합물이 경화되면 상기 금형으로부터 분리하는 탈형단계;를 포함한다.

상기 에어셀은 내부에 공기가 채워진 비닐 소재의 내피와, 상기 바인더와 접착력을 강화시키 위해 상기 내피의 바깥면에 부착되는 부직포 소재의 외피를 구비한다.

팽창팩장착단계는 고정수단에 의해 상기 팽창팩을 상기 캐비티의 일 지점에 고정시켜 장착한다.

상기 고정수단은 상기 금형의 외부에서 상기 캐비티로 연장되어 단부가 상기 팽창팩의 내부로 삽입된 대롱과, 상기 팽창팩의 내부에 수용되어 상기 대롱의 단부에 결합되며 모양이 고정된 고정볼과, 상기 고정볼과 상기 팽창팩 사이로 공기를 주입할 수 있도록 상기 대롱에 형성된 공기토출구를 구비한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 공기가 채워진 에어셀과 바인더가 혼합된 혼합물을 금형에 주입하여 성형함으로써 함체 없이 제작이 가능하여 무게를 경량화시킬 수 있으며 형태와 크기를 자유롭게 설계할 수 있다.

또한, 금형에서 성형시 팽창팩을 이용하여 혼합물을 압밀시키므로 강도가 우수한 다용도 경량구조체를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 다용도 경량구조체의 단면을 보여주는 절개 사시도이고,
도 2는 도 1에 적용된 에어셀의 일 모습을 나타낸 절개 사시도이고,
도 3은 에어셀의 다른 모습을 나타낸 절개 사시도이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 예에 따른 다용도 경량구조체를 제조하기 위한 과정을 보여주는 단면도이고,
도 6은 본 발명의 다른 예에 따른 다용도 경량구조체를 제조하기 위한 고정수단의 분리 사시도이고,
도 7은 도 6의 작동을 보여주는 모식도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금형을 이용한 다용도 경량구조체와 이의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 금형을 이용한 다용도 경량구조체(10)는 에어셀들(15)과 바인더(13)가 혼합된 혼합물을 금형에 주입하여 성형시킨 바디(11)와, 바디(11)의 내부에 밀폐된 중공부(23)를 형성하는 팽창팩(21)을 구비한다.

바디(11)는 에어셀들(15)과 바인더(13)가 혼합된 혼합물을 경화시켜 형성한다. 바디(11)는 다양한 모양과 크기로 형성될 수 있다. 즉, 바디는 원통형, 구형, 사면체형, 판자형, 봉형, 각형 등 다양한 모양으로 이루어질 수 있다.

에어셀들(15)은 바디(11)에 무질서하게 분포된다. 에어셀들(15)은 동일한 모양과 크기로 형성되거나, 서로 다른 모양과 크기로 형성될 수 있다.

에어셀(15)은 내부에 공기가 채워진 구조를 갖는다. 도시된 에어셀(15)은 구형을 이용한다. 구형의 에어셀(15)은 후술할 바디(11)의 성형과정에서 팽창팩(21)에 의해 가압되어 불규칙한 형태로 변형된다.

도 2에 도시된 구형의 에어셀(15) 외에도 도 3과 같은 튜브 모양의 에어셀(60)을 이용할 수 있다. 또한 타원형이나 파우치형 등 다양한 모양과 크기의 에어셀을 이용할 수 있음은 물론이다.

에어셀(15)은 주입구를 통해 내부로 공기를 주입한 후 주입구를 막아 내부를 밀폐시켜 만들 수 있다. 에어셀(15)은 공기의 주입량이나 외부에서 가해지는 압력에 의해 모양이 변형될 수 있도록 유연한 소재로 형성된다. 가령, 에어셀(15)은 비닐 소재로 형성될 수 있다.

바람직하게 에어셀(15)은 내피(16)와 외피(17)로 이루어지는 이중구조로 형성될 수 있다. 예를 들어 에어셀(15)은 내부에 공기가 채워진 비닐 소재의 내피(16)와, 내피(16)의 바깥면에 부착되는 부직포 소재의 외피(17)로 이루어질 수 있다.

부직포 소재의 외피(17)는 유연성을 가지면서 비닐 소재의 내피(16)를 보호할 뿐만 아니라 에어셀(15)의 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 에어셀들(15)이 바인더(13)에 의해 서로 결합될 때 부직포 외피(17)에 의해 접착력이 크게 강화된다.

부직포 소재로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 아크릴, 나일론, 폴리에스테르 등을 사용할 수 있다.

바인더(13)는 다수의 에어셀들(15)을 하나의 덩어리로 만드는 역할을 한다. 바인더(13)로 에폭시 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 에스테르 수지, 고무 수지중의 어느 하나를 이용할 수 있다. 이 외에도 다양한 종류의 바인더를 이용할 수 있다.

에어셀들(15)과 바인더(13)를 혼합한 혼합물을 금형에 주입하여 일정한 모양으로 성형하여 경화시키면 바디(11)가 만들어진다. 이렇게 성형된 바디에는 에어셀들(15)이 질서정연하게 분포된 것이 아니라 불규칙한 패턴으로 무질서하게 분포된다. 따라서 바디(11)의 일부가 절단되거나 파손되더라도 일부의 에어셀들(15)만 손상되고 나머지의 에어셀들(15)은 모두 공기가 채워진 상태로 있으므로 경량 구조체 기능을 유지할 수 있다.

팽창팩(21)은 바디(11)의 내부에 매몰되어 형성된다. 팽창팩(21)은 내부가 비어있으므로 밀폐된 중공부(23)를 형성한다. 중공부(23)는 각 에어셀들(15)의 체적보다 더 크게 형성된다. 이러한 중공부(23)에 의해 바디(11)의 무게를 감소시킴과 동시에 부력을 더욱 증대시킬 수 있다.

팽창팩(21)은 신축이 가능하도록 탄성소재로 형성된다. 가령, 팽창팩(21)은 고무로 형성될 수 있다. 이러한 팽창팩(21)은 유체의 주입에 의해 팽창된다. 유체로 공기 또는 불활성 가스와 같은 기체를 예로 들 수 있다.

바디(11)를 성형하기 위해 금형 내에 혼합물을 주입할 경우 팽창팩(21)은 혼합물을 압밀시키는 역할을 한다. 팽창팩(21)은 바디(11)를 구성하는 바인더(13)에 접착된다.

상술한 본 발명의 다용도 경량구조체(10)는 바디(11)의 내부 중앙에 커다란 중공부(23)가 형성되고, 중공부(23)의 주위에 작은 에어셀들(15)이 무질서하게 분포된 구조를 갖는다.

본 발명의 다용도 경량구조체(10)는 단열재, 내부 마감재 및 외부 마감재, 바닥재, 경량패널 등과 같은 건축자재로 이용될 수 있다. 또한, 물보다 비중이 낮아 양식용 부표나 부구, 해상구조물 지지용 부구나 푼툰 등과 같은 부력체로 이용될 수 있다. 또한, 각종 경량구조물의 판재나 각재, 봉 등으로 이용될 수 있다.

한편, 도 1의 미설명 부호 30은 대롱이고, 35는 대롱을 밀폐시키기 위해 대롱의 내부에 충진시킨 충진물이다.

그리고 바디를 외부로부터 보호하기 위해 바디의 바깥 표면에는 보호층이 형성될 수 있다. 보호층은 바디의 표면에 폴리우레탄 또는 폴리우레아, 변성에폭시 등을 도포하여 형성할 수 있다. 이러한 보호층은 경화 후 높은 강도를 가지므로 바디의 강도를 크게 향상시킬 수 있다.

이하, 도 1 및 도 4, 도 5를 참조하면서 상술한 본 발명의 다용도 경량구조체의 제조방법에 대하여 설명한다.

일 예에 따른 다용도 경량구조체의 제조방법은 유체에 의해 팽창이 가능한 팽창팩(21)을 금형(1)의 캐비티(7)에 장착하는 팽창팩장착단계와, 에어셀들(15)과 바인더(13)가 혼합된 혼합물을 캐비티(7)로 주입하는 주입단계와, 팽창팩(21)에 유체를 주입하여 팽창팩(21)을 부풀려서 캐비티(7)로 주입된 혼합물을 압밀하는 가압단계와, 혼합물이 경화되면 금형(1)으로부터 분리하는 탈형단계를 포함한다.

먼저, 팽창팩(21)을 금형(1)의 캐비티(7)에 장착한다.

금형(1)은 상부금형(3)과 하부금형(5)으로 이루어진다. 상부금형(3)과 하부금형(5)은 상호 형합되어 성형을 위한 공간인 캐비티(7)가 내측에 마련된다. 상부금형(5)에 혼합물을 캐비티(7)로 주입하기 위한 스프루가 형성된다.

팽창팩(21)은 주둥이가 마련된 풍선 형태로 이루어질 수 있다. 팽창팩(21)은 유체의 주입에 의해 팽창이 가능하도록 고무 소재로 만들어질 수 있다.

팽창팩(21)은 대롱(30)에 결합되어 캐비티(7)에 장착된다. 대롱(30)은 내부가 비어있는 관형 구조로 이루어진다. 대롱(30)은 금형의 외부에서 내부로 연장된어 단부가 캐비티(7)로 돌출된다. 캐비티(7)로 돌출된 대롱(30)의 단부에 팽창팩(21)이 결합된다. 가령, 대롱(30)의 단부가 팽창팩(21)의 주둥이를 통해 팽창팩(21)의 내부로 삽입된다. 팽창팩(21)의 주둥이는 접착제의 의해 대롱(30)에 접착될 수 있다.

팽창팩(21)은 대롱(30)에 의해 캐비티(7)에 위치한다. 도시된 예에서는 대롱(30)이 팽창팩(21)을 고정시키는 고정수단의 역할을 한다. 팽창팩(21)은 캐비티(7)의 중앙에 위치하거나 중앙에서 어느 한 방향으로 치우쳐 위치할 수 있다.

다음으로, 상부금형(3)과 하부금형(5)이 형합된 상태에서 에어셀들(15)과 액상의 바인더(13)가 혼합된 혼합물을 캐비티(7)로 주입한다.

다음으로, 캐비티(7)에 혼합물이 채워지면 대롱(30)을 통해 팽창팩(21)에 유체를 주입하여 팽창팩(21)을 부풀린다. 이를 위해 공기압축기를 대롱(30)에 연결하여 대롱(30)을 통해 고압의 압축공기를 팽창팩(21)에 주입할 수 있다.

혼합물에 매몰된 팽창팩(21)으로 고압의 압축공기가 주입되면 팽창팩(21)은 도 5와 같이 부풀어 오르면서 주변의 혼합물을 압밀시킨다. 이와 같이 팽창팩(21)이 팽창하면서 캐비티(7) 내에서 일정한 공간을 차지하므로 혼합물은 그만큼 압축되고, 압축된 상태로 혼합물은 경화되므로 강도가 크게 향상된다.

팽창팩(21)이 원하는 크기만큼 팽창되면 대롱(30)의 입구에 캡을 결합시켜 압축공기가 외부로 배출되는 것을 막는다.

다음으로, 혼합물이 경화되면 상부금형(3)과 하부금형(5)을 형개하여 금형(1)으로부터 바디(11)를 분리하여 탈형시킨다. 탈형 후 바디(11)의 측면 밖으로 돌출되어 있는 대롱(30)을 절단한다. 돌출된 대롱(30)을 절단하면 대롱(30)의 일부는 바디(11)에 매몰된 상태로 존재한다. 이때 바디(11)에 남아있는 대롱(30)의 내부에는 충진물(35)을 주입하여 대롱(30)의 내부를 막는다. 충진물(35)로 접착제나 발포제를 이용할 수 있다.

한편, 팽창팩장착단계는 고정수단에 의해 팽창팩을 캐비티의 일 지점에 고정시켜 장착할 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 고정수단은 금형(1)의 외부에서 캐비티(7)로 연장되어 단부가 팽창팩(21)의 내부로 삽입된 대롱(30)과, 팽창팩(21)의 내부에 수용되어 대롱(30)의 단부에 결합되며 모양이 고정된 고정볼(50)과, 고정볼(50)과 팽창팩(21) 사이로 공기를 주입할 수 있도록 대롱(30)에 형성된 공기토출구(31)를 구비한다.

대롱(30)은 상술한 도 4의 실시 예에 설명한 것과 동일하다. 다만, 공기토출구(31)가 형성되어 있다는 점에서 차이가 있다.

고정볼(50)은 내부가 비어있는 구형으로 형성된다. 고정볼(50)은 모양이 고정되어 있다. 고정볼(50)은 대롱(30)의 단부에 결합된다.

팽창팩(21)은 고정볼(50)의 바깥에 씌워진다. 도 6과 같이 팽창팩(21)의 주둥이를 강제로 벌린 후 대롱(30)의 단부에 결합된 고정볼(50)을 팽창팩(21)의 내부로 삽입할 수 있다. 이때 대롱(30)에 형성된 공기토출구(31)는 팽창팩(21)과 고정볼(50) 사이에 위치한다. 공기토출구(31)는 대롱(300의 외측에 일정 간격으로 다수가 형성된다.

팽창팩(21)은 내부에 유체가 주입되지 않더라도 모양이 고정된 고정볼(50)에 의해 항상 구형을 유지할 수 있다. 따라서 팽창팩(21)은 고정볼(50)을 중심으로 하여 고정볼(50)의 바깥으로 균일하게 팽창될 수 있다.

도 7과 같이 대롱(30)을 통해 고압의 압축공기를 주입하면 공기토출구(31)를 통해 공기가 팽창팩(21)의 내부로 유입되면서 팽창팩(21)을 팽창시켜 혼합물을 효과적으로 압밀시킬 수 있다.

이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 등록청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

11: 바디 13: 바인더
15: 에어셀 16: 내피
17: 외피 21: 팽창팩
23: 중공부

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 유체에 의해 팽창이 가능한 팽창팩을 금형의 캐비티에 장착하는 팽창팩장착단계와;
   에어셀들과 바인더가 혼합된 혼합물을 상기 캐비티로 주입하는 주입단계와;
   상기 캐비티로 주입된 상기 혼합물에 매몰된 상기 팽창팩에 유체를 주입하여 상기 팽창팩을 부풀려서 상기 혼합물을 압밀하는 가압단계와;
   상기 혼합물이 경화되면 상기 금형으로부터 분리하여 내부에 밀폐된 중공부가 형성된 바디를 수득하는 탈형단계;를 포함하고,
   팽창팩장착단계는 상기 팽창팩을 상기 캐비티의 중앙에 위치시키거나 중앙에서 어느 한 방향으로 치우쳐 위치시키며, 상기 팽창팩을 고정수단에 의해 상기 캐비티의 일 지점에 고정시켜 장착하고,
   상기 주입단계에서 상기 에어셀은 내부에 공기가 채워지며 외부에서 가해지는 압력에 의해 모양이 변형될 수 있도록 유연한 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 금형을 이용한 다용도 경량구조체의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 에어셀은 내부에 공기가 채워진 비닐 소재의 내피와, 상기 바인더와 접착력을 강화시키기 위해 상기 내피의 바깥면에 부착되는 부직포 소재의 외피를 구비하는 것을 특징으로 하는 금형을 이용한 다용도 경량구조체의 제조방법.
5. 삭제
6. 제 3항에 있어서, 상기 고정수단은 상기 금형의 외부에서 상기 캐비티로 연장되어 단부가 상기 팽창팩의 내부로 삽입된 대롱과, 상기 팽창팩의 내부에 수용되어 상기 대롱의 단부에 결합되며 모양이 고정된 고정볼과, 상기 고정볼과 상기 팽창팩 사이로 공기를 주입할 수 있도록 상기 대롱에 형성된 공기토출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 금형을 이용한 다용도 경량구조체의 제조방법.
   
   
   

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