KR102233399B1 - 작업 효율이 향상된 연마 디스크 및 이의 제조방법 - Google Patents

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    • B24D11/001—Manufacture of flexible abrasive materials

Abstract

융점이 조절된 폴리에스터를 이용한 섬유층이 삽입된 연마 디스크는 연마 중에 탄성이 유지되어 향상된 작업 효율을 제공할 수 있고, 섬유층에 서로 융점이 다른 폴리에스터 등의 성분을 배합함으로써 회전 파괴 특성, 충격 강도와 내구성 및 연마 성능을 극대화시킬 수 있다.

Description

작업 효율이 향상된 연마 디스크 및 이의 제조방법{ABRASIVE DISK WITH IMPROVED WORK EFFICIENCY AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 작업 효율이 향상된 연마 디스크 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
연마 디스크는 금속의 용접 부위 연삭, 자동차의 오래된 도막 제거, 조선소의 배 철판의 녹 제거 등에 사용되는 물품으로, 그 외에도 금속, 유리, 플라스틱, 가죽, 고무, 섬유, 목재 등 다양한 가공물의 표면을 연마하고 마무리하는데 사용될 수 있다.
한국 특허등록 제469222호는 부직포와 직물층(카본섬유층, 유리섬유층, 복합섬유층 또는 이들의 적층체)으로 이루어진 백패드 위에 접착제를 도포한 후 연마포의 기재면을 결합시키고 가열 압착하는 기술을 개시하고 있다.
또한 한국 특허등록 제794297호는 일반적인 연마포류 제품의 기재 후면에 지석(bonded abrasives)류 제품과 수지 처리 연마재 또는 2차 연마포류 제품 중 어느 하나 이상을 열가소성 접착제로 결합함으로써 연마력 및 지속성을 증가시키는 것을 개시하고 있다.
또한 한국 특허등록 제937857호는 방습지; 열경화성 수지에 함침된 하나 이상의 카본 섬유 직물층; 및 열경화성 수지에 함침되고 연마재가 분산 코팅된 하나 이상의 화학 섬유 직물층을 포함하는 연마 디스크를 개시하고 있다.
또한 한국 실용신안등록 제427462호는 기재의 후면에 내구성 강화 결합제를 도포한 뒤 망사형 마 섬유를 결합하여 내구성과 연마성 및 지속성을 도모한 환경 친화성 연마 제품을 개시하고 있다.
한국 특허등록 제469222호 한국 특허등록 제794297호 한국 특허등록 제937857호 한국 실용신안등록 제427462호
연마 디스크는 일반적으로 지지 패드에 적층된 카본 섬유층, 유리 섬유층, 마 섬유층 등을 포함하는데, 이러한 망상 구조의 섬유층만을 포함할 경우 연마 중에 탄성이 계속 저하되어 사용 시간이 길어짐에 따라 작업 피로도가 증가하고, 충격 강도 및 회전 파괴 강도가 저하되어 안전사고를 일으킬 가능성이 높다.
이에 본 발명자들이 연구한 결과, 연마 디스크에 융점이 조절된 폴리에스터 등의 성분으로 구성된 섬유층을 삽입함으로써 탄성 및 제반 특성을 현저히 개선할 수 있음을 발견하였다.
따라서 본 발명의 과제는 연마 중에 탄성이 유지되어 작업 효율이 향상될 수 있는 연마 디스크, 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제에 따라, 본 발명은 기재층, 제 1 섬유층 및 연마포를 적층된 형태로 포함하는 연마 디스크로서, 상기 제 1 섬유층이 100℃ 내지 200℃의 융점을 갖는 폴리에스터를 포함하는 성분 A, 230℃ 이상의 융점을 갖는 폴리에스터와 나일론 중 적어도 하나를 포함하는 성분 B, 또는 이들의 조합을 포함하는, 연마 디스크를 제공한다.
또한 본 발명은 기재층, 제 1 섬유층 및 연마포를 순차적으로 포함하는 적층체를 열가압하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 섬유층이 100℃ 내지 200℃의 융점을 갖는 폴리에스터를 포함하는 성분 A, 230℃ 이상의 융점을 갖는 폴리에스터와 나일론 중 적어도 하나를 포함하는 성분 B, 또는 이들의 조합을 포함하는, 연마 디스크의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 연마 디스크는 융점이 조절된 폴리에스터를 이용한 섬유층을 포함함으로써 탄성 및 제반 특성을 현저히 개선할 수 있고, 특히 연마 중에 탄성을 유지하여 작업 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 섬유층에 성분 A 및 성분 B를 배합함으로써 회전 파괴 특성, 충격 강도와 내구성 및 연마 성능을 극대화시킬 수 있다.
이에 따라 본 발명에 따른 연마 디스크는 금속, 유리, 플라스틱, 가죽, 고무, 섬유, 목재 등 다양한 가공물의 표면을 연마하고 마무리하는데 사용될 수 있다.
도 1 및 2는 본 발명의 일례에 따른 연마 디스크의 사시도 및 분해사시도를 각각 나타낸다.
도 3은 연마 디스크의 회전 파괴 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 연마 디스크의 충격 강도 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 연마 디스크의 충격 내구성 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 연마 디스크의 연마 성능 시험 결과를 나타낸 것이다.
이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
연마 디스크
도 1 및 2는 본 발명의 일례에 따른 연마 디스크의 사시도 및 분해사시도를 각각 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 연마 디스크(10)는 기재층(100), 제 1 섬유층(210) 및 연마포(400)를 적층된 형태로 포함하고, 상기 제 1 섬유층은 1종 또는 2종 이상의 폴리에스터 등의 성분을 포함하는 섬유로 구성된다.
상기 연마 디스크는 상기 제 1 섬유층(210) 외에 제 2 섬유층(220)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 연마 디스크는 상기 기재층과 상기 제 1 섬유층 사이에 제 2 섬유층을 더 포함할 수 있다.
상기 연마 디스크는 그 외에도 제 3 섬유층(230)을 더 포함할 수 있다. 일례로서, 상기 연마 디스크는 상기 기재층과 상기 제 2 섬유층 사이에 제 3 섬유층을 더 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 연마 디스크는 상기 제 1 섬유층과 상기 연마포 사이에 제 3 섬유층을 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 섬유층 및 상기 제 3 섬유층은 유리 섬유, 마 섬유, 가황 섬유 등을 포함할 수 있다.
또한 상기 연마 디스크는 상기 연마포(400)와 상기 제 1 섬유층(210) 사이에 접착층(300)을 추가로 포함할 수 있다. 다르게는, 제 1 섬유층 자체가 열용융 시에 접착 성능을 발휘할 수 있어, 별도의 접착층 없이도 상기 연마포와 상기 제 1 섬유층은 충분한 수준으로 접착될 수 있다.
이하 상기 연마 디스크의 각 구성층별로 구체적으로 설명한다.
제 1 섬유층
상기 제 1 섬유층은 상기 연마포와 인접하여 적층되어 연마 시의 탄성 및 유연성을 향상시키는 역할은 한다.
상기 제 1 섬유층은 직물 또는 부직포로 구성될 수 있으나, 완충 특성을 고려할 때 부직포로 구성될 수 있다.
상기 제 1 섬유층은 1종 또는 2종 이상의 폴리에스터 등의 성분을 포함하는 섬유로 구성된다. 본 발명에 따르면, 상기 제 1 섬유층은 100℃ 내지 200℃의 융점을 갖는 폴리에스터를 포함하는 성분 A, 230℃ 이상의 융점을 갖는 폴리에스터와 나일론 중 적어도 하나를 포함하는 성분 B, 또는 이들의 조합을 포함한다.
상기 제 1 섬유층은 상기 성분 A 및 상기 성분 B를 다양한 비율로 포함할 수 있다. 일례로서, 상기 제 1 섬유층은 상기 성분 A 및 상기 성분 B를 15 : 85 내지 65 : 35의 중량비로 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 제 1 섬유층은 상기 성분 A 및 상기 성분 B를 25 : 75 내지 55 : 45의 중량비로 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 제 1 섬유층은 상기 성분 A 및 상기 성분 B를 35 : 65 내지 45 : 55의 중량비로 포함할 수 있다. 상기 중량비의 범위 내일 때, 연마 디스크의 탄성과 유연성이 보다 향상될 수 있다.
상기 제 1 섬유층을 구성하는 섬유는 상기 성분 A와 상기 성분 B를 각각 또는 동시에 가질 수 있다.
일례로서, 상기 제 1 섬유층은 상기 성분 A를 포함하는 단일 섬유와 상기 성분 B를 포함하는 단일 섬유를 혼합하여 포함할 수 있다.
다른 예로서, 상기 제 1 섬유층은 상기 성분 A 및 상기 성분 B가 블렌딩된 고분자로부터 얻은 단일 섬유를 포함할 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 제 1 섬유층은 상기 성분 A 및 상기 성분 B로 구성된 복합 섬유를 포함할 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 제 1 섬유층은 상기 성분 A로 구성된 코팅제 및 상기 성분 B로 구성된 섬유를 포함할 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 제 1 섬유층은 코어 형태의 성분 B; 및 상기 성분 B를 둘러싸는 쉘 형태의 성분 A로 이루어진 코어-쉘 구조의 섬유를 포함할 수 있다.
이와 같은 코어-쉘 구조의 섬유는 성분 B를 이용하여 섬유를 제조하고, 이를 성분 A로 코팅 하거나 또는 성분 A에 함침하여 제조될 수 있다. 또는 상기 성분 A와 상기 성분 B의 공압출 또는 복합 방사에 의해 상기 코어-쉘 구조의 섬유를 제조할 수 있다. 이와 같이 제조된 섬유는 다른 소재층과 접합 시에 성분 A가 용융되도록 열 가압을 수행하면, 쉘 부분만 용융되고 코어부는 용융되지 않아서 섬유의 형태를 유지하면서 다른 소재층과 접합될 수 있다.
상기 성분 A는 저융점 폴리에스터를 포함하며 저융점 섬유(LMF)를 구성할 수 있다.
상기 성분 A의 융점은 100℃ 내지 200℃이고, 구체적으로 110℃ 내지 170℃, 또는 110℃ 내지 150℃일 수 있다.
상기 성분 A의 낮은 융점으로 인해 고온 가압 시에 상기 제 1 섬유층이 압축 용융되면서 연마포의 배면에서 완충 역할을 할 수 있다. 또한 상기 제 1 섬유층은 접착층으로서도 기능하여 연마 디스크의 층간 결합력을 향상시킬 수 있다.
상기 성분 A는 일반적인 폴리에스터가 낮은 융점을 갖도록 개질된 것일 수 있다. 예를 들어 상기 성분 A는 공중합 폴리에스터를 포함할 수 있다.
일반적인 폴리에스터는 단량체로서 산 성분과 알콜 성분이 중합된 것이며, 예를 들어 테레프탈산과 에틸렌글리콜이 중합된 폴리에틸렌테레프탈레이트를 들 수 있다. 공중합 폴리에스터는 공단량체로서 추가적인 산 성분 또는 알콜 성분을 도입하여 중합된 것이며, 공단량체의 종류 및 함량에 따라 융점, 분자량, 점도 등의 물성을 변화시킬 수 있다.
예를 들어 상기 성분 A는 폴리에스터의 산 성분을 구성하는 공단량체로서 테레프탈산 및 그 외의 디카르복실산을 더 포함할 수 있다. 일례로서 상기 성분 A는 공단량체로서 테레프탈산 및 이소프탈산을 포함할 수 있다. 또한 상기 성분 A의 중합에 사용되는 테레프탈산은 고순도 테레프탈산(purified terephthalic acid, PTA)일 수 있다. 고순도 테레프탈산은 원유로부터 나온 파라자일렌을 산화 공정과 정제 공정을 거쳐 제조되는 물질이다. 예를 들어 상기 성분 A는 순도 98% 이상의 테레프탈산을 포함하는 모노머로부터 중합된 것일 수 있다.
상기 성분 B는 일반적인 폴리에스터 및 나일론 중에서 적어도 하나를 포함한다. 상기 성분 B의 융점은 230℃ 이상이고, 예를 들어 250℃ 이상, 또는 260℃ 이상일 수 있으며, 구체적으로 230℃ 내지 300℃일 수 있다.
예를 들어, 상기 성분 B에 포함되는 일반적인 폴리에스터는 폴리에틸렌테레프탈레이트일 수 있다.
또한, 상기 성분 B에 포함되는 나일론은 나일론 6, 나일론 66, 나일론 6/66 등일 수 있다.
상기 제 1 섬유층은 0.4 내지 1.2 mm의 두께를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 섬유층은 0.4 내지 0.8 mm, 또는 0.8 내지 1.2 mm의 두께를 가질 수 있다.
제 2 섬유층 및 제 3 섬유층
상기 제 2 섬유층 및/또는 상기 제 3 섬유층은 유리 섬유 직물을 포함할 수 있다.
상기 유리 섬유 직물은 평직(plain fabric), 주자직(satin fabric), 능직(twill fabric), 레노직(leno fabric) 또는 모크 레노직(mock leno fabric)의 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제 2 섬유층은 레노직 또는 평직의 유리 섬유 직물을 포함할 수 있다. 또한 상기 제 3 섬유층은 주자직 또는 모크 레노직의 유리 섬유 직물을 포함할 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 제 2 섬유층이 레노직의 유리 섬유 직물을 포함하고, 상기 제 3 섬유층이 주자직의 유리 섬유 직물을 포함할 수 있다. 또한 이와 같은 2종의 유리 섬유 직물로 구성된 섬유층들이 서로 인접하여 위치하는 것이 연마 디스크의 탄성을 보다 향상시킬 수 있다.
상기 유리 섬유 직물은 열경화성 수지 또는 열가소성 수지로 함침처리된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 유리 섬유 직물은 열경화성 수지 또는 열가소성 수지에 100 내지 1,200 g/㎡, 100 내지 600 g/㎡, 또는 600 내지 1,200 g/㎡의 양으로 함침시킨 후 90 내지 165 ℃에서 건조된 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 유리 섬유 직물은 열경화성 수지 또는 열가소성 수지에 함침되고, 90 내지 165 ℃에서 5 내지 30 분 동안 건조되어 제조될 수 있다. 상기 건조는 90 내지 98 ℃에서 1 내지 5 분 동안 1차 건조하는 단계; 100 내지 110 ℃에서 5 내지 10 분 동안 2차 건조하는 단계; 115 내지 125 ℃에서 5 내지 10 분 동안 3차 건조하는 단계; 및 140 내지 165 ℃에서 5 내지 10 분 동안 4차 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 1차 내지 4차 건조가 연속 공정으로 이루어질 수 있다
상기 유리 섬유 직물은 경사 및 위사의 조직이 각각 3 내지 50 count/inch일 수 있다. 또한 상기 유리 섬유 직물은 경사의 섬유 굵기가 G75 1/4 내지 H50 2/3 tex/yarn이고, 위사의 섬유 굵기가 G75 1/4 내지 H50 2/4 tex/yarn일 수 있다. 여기서 G는 8.89 내지 10.15 ㎛를, H는 10.16 내지 11.42 ㎛를 의미한다.
상기 유리 섬유 직물은 E-GLASS, C-GLASS, AR-GLASS, S-GLASS 및 D-GLASS로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 유리 섬유 직물은 모듈러스가 60 내지 90 GPa이고, 25 ℃에서의 인장강도가 2,500 내지 4,000 MPa이고, 섬유밀도가 15 내지 60 g/㎤일 수 있다. 구체적으로, 상기 유리 섬유 직물은 모듈러스가 65 내지 80 GPa, 또는 65 내지 75 GPa이고, 25 ℃에서의 인장강도가 3,000 내지 4,000 MPa, 또는 3,000 내지 3,500 MPa이고, 섬유밀도가 20 내지 50 g/㎤, 25 내지 45 g/㎤, 또는 25 내지 40 g/㎤일 수 있다.
상기 유리 섬유 직물은 단위면적당 무게가 10 내지 500 g/㎡일 수 있다. 구체적으로, 상기 유리 섬유 직물은 단위면적당 무게가 15 내지 460 g/㎡일 수 있다.
상기 열경화성 수지는 페놀 수지, 폴리에스터 수지, 에폭시 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 다이알릴 프탈레이트 프리폴리머 수지, 푸란 수지, 알키드 수지, 불포화 폴리에스터 수지, 규소 수지 및 폴리우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 열경화성 수지는 페놀 수지, 에폭시 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지 또는 폴리우레탄 수지일 수 있다.
상기 열가소성 수지는 염화비닐 수지, 염화비닐리덴 수지, 초산비닐 수지, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세탈, 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로나이트릴 수지(AS 수지), 아크릴로나이트릴 부타디엔 스티렌 수지(ABS 수지), 메타크릴 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 불소수지, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리비닐렌옥사이드, 폴리술폰, 셀룰로이드, 초산섬유소 수지(cellulose acetate resin), 초산비닐렌 수지 및 포화폴리에스터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 열가소성 수지는 초산비닐 수지, 초산비닐 수지와 폴리비닐알콜이 혼합된 수지, 염화비닐 수지, 초산비닐렌 수지 또는 폴리스티렌을 포함할 수 있다.
상기 열경화성 수지 또는 열가소성 수지는 25 ℃에서의 점도(IV)가 800 내지 1,500 cps일 수 있다. 구체적으로, 상기 열경화성 수지 또는 열가소성 수지는 25 ℃에서의 점도(IV)가 900 내지 1,200 cps일 수 있다.
상기 열경화성 수지의 중량평균분자량은 10,000 내지 20,000 g/mol일 수 있다. 구체적으로, 상기 열경화성 수지의 중량평균분자량은 12,000 내지 15,000 g/mol일 수 있다. 또한 상기 열가소성 수지의 중량평균분자량은 900 내지 50,000 g/mol일 수 있다. 구체적으로, 상기 열가소성 수지의 중량평균분자량은 900 내지 20,000 g/mol, 또는 900 내지 12,000 g/mol일 수 있다.
또한 상기 제 2 섬유층 및/또는 상기 제 3 섬유층은 마 섬유 직물을 포함할 수 있다. 상기 마 섬유 직물은 아마, 저마(모시), 대마(베), 황마, 마닐라삼, 시살삼, 뉴질랜드삼, 알로에섬유, 야자섬유 및 과일섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 마 섬유 직물은 섬유 굵기가 4 내지 16 수이고, 5×5 내지 13×13 (경사×위사) tex/yarn이고, 단위면적당 무게가 105 내지 485 g/㎡이며, 5×6 내지 13×14 (경사×위사) count/inch의 조직을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 마 섬유 직물은 섬유 굵기가 4 내지 13 수, 6 내지 10 수, 또는 6 내지 8 수이고, 5×5, 6×6, 8×8, 또는 10×10 내지 10×12 (경사×위사) tex/yarn이고, 5×6, 8×8, 10×10, 또는 13×14 (경사×위사) count/inch의 조직을 가질 수 있다.
또한, 상기 제 2 섬유층 및/또는 상기 제 3 섬유층은 가황 섬유 직물을 포함할 수 있다. 상기 가황 섬유(vulcanized fiber)는 목재 섬유나 목면 섬유에서 유래한 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 가황 섬유는 목재 섬유나 목면 섬유를 염화아연 용액, 구리암모니아 용액 또는 황산 용액으로 처리한 섬유를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 가황 섬유는 목재 섬유나 목면 섬유를 염화아연 용액, 구리암모니아 용액 또는 황산 용액으로 처리하고, 표면처리된 목재 섬유나 목면 섬유를 복수개 겹치고 압착 및 건조하여 제조된 섬유를 포함할 수 있다. 상기 가황 섬유는 섬유 밀도가 0.5 내지 1.25 g/㎤이고, 25 ℃에서의 인장강도가 2,000 내지 5,000 N/㎠일 수 있다.
상기 제 2 섬유층의 두께는 0.01 내지 0.06 mm, 구체적으로 0.02 내지 0.04 mm일 수 있다. 또한 상기 제 3 섬유층의 두께는 0.1 내지 0.2 mm, 구체적으로 0.12 내지 0.18 mm일 수 있다. 구체적으로, 상기 제 2 섬유층이 0.01 내지 0.06 mm의 두께를 가지고, 상기 제 3 섬유층이 0.1 내지 0.2 mm의 두께를 가질 수 있다.
연마포
상기 연마포는 연마포 기재; 및 연마재를 포함하는 연마층을 포함할 수 있다.
상기 연마포 기재는 면 직물, 폴리에스터 직물, 레이온 직물, 면/폴리에스터 혼방사 직물, 폴리에스터 필름(예: PET 필름) 또는 종이일 수 있다.
상기 연마재는 알루미나(Al2O3), 탄화규소(SiC), 알루미나와 지르코니아의 혼합물, 세라믹(졸겔법으로 제조) 및 다이아몬드로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 연마재의 평균 입경은 15 내지 3,000 ㎛, 15 내지 1,250 ㎛, 또는 90 내지 1,250 ㎛일 수 있다.
상기 연마포의 평균 두께는 0.03 내지 0.8 mm일 수 있고, 구체적으로 0.2 내지 0.7 mm, 0.58 내지 0.7 mm, 0.4 내지 0.5 mm, 0.3 내지 0.4 mm, 또는 0.2 내지 0.3 mm일 수 있다.
접착층
상기 접착층은 중량평균분자량 900 내지 50,000 g/mol의 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
상기 열경화성 수지는 페놀 수지, 에폭시 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 알키드 수지 및 폴리우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 열가소성 수지는 염화비닐리덴 수지, 폴리비닐알콜, 스티렌-아크릴로나이트릴 수지(AS 수지), 아크릴로나이트릴 부타디엔 스티렌 수지(ABS 수지), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리아미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 접착층은 중량평균분자량이 900 내지 20,000 g/mol, 또는 900 내지 12,000 g/mol인 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 900 내지 50,000 g/mol의 열경화성 수지를 포함하는 접착층을 가짐으로써 연마 디스크의 물성이 더욱 향상될 수 있다.
연마 디스크의 형태
상기 연마 디스크는 전체적으로 평면 형태 또는 곡면 형태를 가질 수 있다.
상기 연마 디스크가 전체적으로 곡면 형태를 가질 경우, 상기 연마 디스크를 바닥에 엎었을 때 연마 디스크의 가장자리와 내측 오목면 중심의 연결선이 바닥면과 5 내지 9 °의 각도를 이룰 수 있다.
상기 연마 디스크의 평면 형태는 통상적으로 연마 디스크의 크기 및 형태라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 원형 또는 도넛형 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 연마 디스크의 크기는 외경이 100 mm 내지 200 mm일 수 있고, 내경이 1 cm 내지 5 cm일 수 있다.
또한 상기 연마 디스크의 두께는 0.75 내지 3.00 mm일 수 있고, 구체적으로 0.8 내지 2 mm, 0.9 내지 1.5 mm, 또는 0.95 내지 1.25 mm일 수 있다.
연마 디스크의 제조방법
본 발명에 따른 연마 디스크의 제조방법은 기재층, 제 1 섬유층 및 연마포를 순차적으로 포함하는 적층체를 열가압하는 단계를 포함한다.
상기 적층체는 상기 기재층 및 상기 연마포 사이에 추가적인 섬유층, 예를 들어 제 2 섬유층 및 제 3 섬유층을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 기재층과 상기 제 1 섬유층 사이에 제 2 섬유층을 더 포함할 수 있고, 상기 기재층과 상기 제 2 섬유층 사이에 제 3 섬유층을 더 포함할 수 있다.
상기 열가압 이전의 제 1 섬유층은 2 내지 6 mm의 두께를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 열가압 이전의 제 1 섬유층은 2 내지 4 mm, 또는 4 내지 6 mm의 두께를 가질 수 있다.
상기 열가압 이전의 연마포의 평균 두께는 0.15 내지 4.00 mm일 수 있고, 구체적으로 1.0 내지 3.5 mm, 2.9 내지 3.5 mm, 2.0 내지 2.5 mm, 1.5 내지 2.0 mm, 또는 1.0 내지 1.5 mm일 수 있다.
상기 열가압 이전의 제 2 섬유층의 두께는 0.05 내지 0.3 mm, 구체적으로 0.1 내지 0.2 mm일 수 있다. 또한 상기 열가압 이전의 제 3 섬유층의 두께는 0.5 내지 1.0 mm, 구체적으로 0.6 내지 0.9 mm일 수 있다. 구체적으로, 상기 열가압 이전의 제 2 섬유층이 0.05 내지 0.3 mm의 두께를 가지고, 상기 열가압 이전의 제 3 섬유층이 0.5 내지 1.0 mm의 두께를 가질 수 있다.
또한 상기 열가압은 상기 구성층들(기재층, 제 1 섬유층, 제 2 섬유층, 제 3 섬유층 등)을 적층한 후에 한 번에 수행될 수도 있다. 또는 상기 연마포를 제외한 구성층들을 적층하고 1차 열가압한 뒤 이후, 상기 연마포와 함께 2차 열가압할 수도 있다.
상기 열가압은 상기 성분 A가 용융되는 온도 및 압력 조건에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 열가압이 85 내지 150 ℃의 온도 및 3 내지 8 bar의 압력에서 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 열가압이 130 내지 150 ℃의 온도 및 4 내지 6 bar의 압력에서 수행될 수 있다. 상기 열가압은 1 내지 6 시간 동안 수행될 수 있다.
상기 열가압 이후에는 건조 단계를 거칠 수 있다. 상기 건조는 120 내지 150 ℃의 온도, 구체적으로 125 내지 145 ℃의 온도에서 15 내지 460 분 동안 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 건조는 120 내지 135 ℃, 또는 125 내지 135 ℃에서 5 내지 20 분 동안 1차적으로 수행하는 단계; 및 140 내지 150 ℃, 또는 142 내지 147 ℃에서 10 내지 440 분 동안 2차적으로 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 상기 연마포 상에 접착제를 도포한 뒤 열가압을 수행할 수 있다. 상기 접착제의 도포 두께는 0.5 내지 3.0 mm 일 수 있고, 구체적으로 0.5 내지 1.5 mm, 0.7 내지 1.5 mm, 또는 0.85 내지 1.00 mm일 수 있다.
상기 적층체의 열가압 단계 이후에는, 연마 디스크의 형태에 맞게 절단하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 상기 절단은 대면적의 롤 형태의 적층체를 연마 디스크 형태로 절단할 수 있는 방법이라면 특별히 제한하지 않으나, 예를 들어, 레이저 컷팅기를 사용할 수 있다.
또한 상기 절단된 연마 디스크는 일반적으로 평면 형상을 가지므로, 이를 곡면 형상으로 성형하는 단계를 더 수행할 수 있다. 상기 성형은 평면 형태의 연마 디스크를 곡면 형태로 만드는데 사용되는 통상적인 방법이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 압축 공정 후 압축 경화 공정을 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 성형은 50 내지 70 ℃에서 40 내지 80 bar로 압축하는 단계; 및 130 내지 160 ℃에서 5 내지 20 bar로 압축하면서 5 내지 8 시간 동안 경화하는 단계를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 성형은 55 내지 65 ℃에서 45 내지 70 bar, 또는 45 내지 60 bar로 압축하는 단계; 및 140 내지 160 ℃, 또는 140 내지 150 ℃에서 5 내지 15 bar, 또는 8 내지 12 bar로 압축하면서 5 내지 7 시간, 또는 5.5 내지 6.5 시간 동안 경화하는 단계를 포함할 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 예시하지만, 이들 실시예의 범위로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
재료의 준비
(1) 흑지 - 제조사: GMBH Co., Ltd. (독일), 제품명: Label-Paper for Grinding Discs, 단위면적당 무게: 54 g/m2
(2) 유리 섬유 주자직(satin fabric) - 제조사: Hyundai Fiber Co., Ltd. (한국), 제품명: PH 213M BK, 4H satin, 섬유 굵기: 0.13±0.02 mm
(3) 유리 섬유 레노직(leno fabric) - 제조사: Nantong Gubang Fiberglass Product Co., Ltd. (중국), 제품명: T280-8, 수지 함량: 30.5%
(4) 마 섬유 직물 - 제조사: Anji Qingyun Jute Textile Mill (중국), 황마 100%, 단위면적당 무게: 260 g/m2, 경사 x 위사: 50 x 50 count/inch
(5) 연마포 - 제조사: 태양연마 (한국), 제품명: F359D, 성분: Al2O3, 100% PE Backing
(6) 에폭시 수지(접착제) - 분자량 340 내지 4,000, 점도: 12,000 내지 20,000 cps
부직포의 제조예
하기 표 1과 같은 다양한 조성을 갖는 섬유로 구성된 두께 5 mm의 부직포 3.5 g(밀도 약 218 g/m2)를 준비하였다. 구체적으로 상기 부직포는 코어-쉘 구조의 섬유로 제작되었고, 여기서 쉘은 성분 A, 코어는 성분 B로 구성되었다.
성분 A - 융점: 105~135℃, co-PET, 제조사: Huvis Co., Ltd., 제품명: LMF
성분 B - (1) 융점: 240~270℃, PET, 제조사: 광성화섬, 제품명: PET 20D White, (2) 융점: 250~265℃, Nylon 66, 제조사: Ten Pow Chemical Industry Co., Ltd., 제품명: Polyamide (Nylon) 66 Staple Fiber
연마 디스크의 제조예
연마포를 제외한 재료들을 아래 표 1과 같은 순서대로 적층한 뒤, 120℃에서 6 bar로 6 시간 동안 1차 열가압하고 120℃에서 360분간 건조하여 지지 패드를 제조하였다. 지지 패드의 표면에 접착제를 도포하고 연마포를 합지한 뒤 120℃에서 6 bar로 6 시간 동안 2차 열가압하고 120℃에서 360분간 건조하여 적층체를 얻었다.
상기 적층체를 레이저 컷팅기로 외경 178 mm및 내경 22 mm의 크기로 절단하여 평면 연마 디스크를 제조하였다. 평면 연마 디스크를 몰드 스탠드를 이용하여 60 ℃에서 50 bar로 가압한 후, 압축 소성기를 이용하여 145 ℃에서 10 bar로 가압하면서 8 시간 동안 경화시켜 곡면 형태를 갖는 연마 디스크를 제조하였다. 상기 몰드 스탠드는 연마 디스크를 바닥에 엎었을 때 디스크 가장자리와 내측 오목면 중심의 연결선이 바닥면과 이루는 각도로서 6°의 각도를 가지는 것을 사용하였다.
구 분 기재층 유리 섬유
직물*		 부직포 (중량비) 유리 섬유
직물		 연마포
성분 A 성분 B**
A-1 흑지 주자직 - - 레노직 알루미나
A-2 흑지 주자직 - (1) 100 레노직 알루미나
A-3 흑지 주자직 40 (1) 60 레노직 알루미나
A-4 흑지 주자직 100 - 레노직 알루미나
A-5 흑지 (마직물/마직물) 40 (1) 60 - 알루미나
A-6 흑지 주자직/레노직 40 (2) 60 - 알루미나
B-1 흑지 주자직/레노직 - (1) 100 - 알루미나
B-2 흑지 주자직/레노직 10 (1) 90 - 알루미나
B-3 흑지 주자직/레노직 20 (1) 80 - 알루미나
B-4 흑지 주자직/레노직 30 (1) 70 - 알루미나
B-5 흑지 주자직/레노직 40 (1) 60 - 알루미나
B-6 흑지 주자직/레노직 50 (1) 50 - 알루미나
B-7 흑지 주자직/레노직 60 (1) 40 - 알루미나
B-8 흑지 주자직/레노직 70 (1) 30 - 알루미나
B-9 흑지 주자직/레노직 80 (1) 20 - 알루미나
B-10 흑지 주자직/레노직 90 (1) 10 - 알루미나
B-11 흑지 주자직/레노직 100 - - 알루미나
* A-5에서만 유리 섬유 직물 대신 마직물을 사용하였음.
** A-6에서만 성분 B로서 PET 대신 나일론을 사용하였음
연마 디스크의 시험예
앞서 제조된 다양한 구성의 연마 디스크에 대해 아래 시험을 수행하여 그 결과를 하기 표 2 및 3 및 도 3 내지 도 6에 나타내었다.
(1) 회전 파괴 시험: 회전 시험 장치에 연마 디스크를 체결한 후 회전 중에 파괴되는 속도(rpm)를 측정하였다.
(2) 충격 강도 측정: 연마 디스크의 수직 방향으로 물리적인 힘을 가하여 꺾이는 시점에 가한 힘(kJ/m2)을 측정하였다.
(3) 충격 내구성 시험: 앞서 측정한 충격 강도 힘의 1/2 수준으로 연마 디스크를 반복 타격 시에 파괴되는 타격 횟수를 측정하였다.
(4) 연마량: 연마 디스크를 연마기(핸드 그라인더, 8,500 rpm, 보쉬사)에 체결하고, 연삭물(S45C 강철, 가로x세로x두께=20x30x10mm)을 연마 시에 연마된 무게(g)를 측정하였다. 연마는 총 10회 수행하였고, 1회당 3분간 연마하였으며, 각 연마 간에 5분 휴식하였다.
구분 파괴 회전 속도
(rpm)		 충격 강도
(kJ/m2)		 파괴 타격 횟수
(회)		 10회 연마량
(g)
A-1 19000 9.0 75 170
A-2 20000 9.5 75 180
A-3 21000 10.1 81 178
A-4 20500 10.4 80 182
A-5 23000 12.6 160 240
A-6 26500 13.0 271 275
B-1 21000 10.3 85 185
B-2 21500 10.5 84 200
B-3 23000 11.7 142 212
B-4 24700 12.1 198 229
B-5 28200 13.3 281 282
B-6 28000 13.7 290 291
B-7 28200 13.8 289 289
B-8 28500 13.8 294 287
B-9 28500 13.7 287 266
B-10 28300 13.8 293 286
B-11 28500 13.8 295 288
구분 연마량 (g)
1차 2차 3차 4차 5차 6차 7차 8차 9차 10차 Total
A-1 16 19 20 19 19 18 15 15 15 14 170
A-2 15 18 18 19 20 20 19 17 17 17 180
A-3 16 19 19 18 19 18 18 17 17 17 178
A-4 19 20 18 19 19 20 18 17 17 15 182
A-5 21 22 22 25 25 27 25 24 25 24 240
A-6 24 28 29 28 29 28 27 28 27 27 275
B-1 15 17 19 18 19 19 20 19 18 18 182
B-2 17 20 20 19 20 21 21 21 21 20 200
B-3 18 21 23 20 21 22 21 22 22 22 212
B-4 20 21 28 23 23 23 22 23 23 23 229
B-5 26 27 29 28 29 29 28 30 28 28 282
B-6 27 27 29 29 30 30 30 29 30 30 291
B-7 27 27 27 29 28 29 30 30 31 31 289
B-8 27 27 29 27 29 28 29 30 31 30 287
B-9 28 28 29 29 30 30 30 30 30 29 286
B-10 27 28 29 29 28 30 28 29 29 29 286
B-11 29 28 29 29 30 28 28 28 29 30 288
상기 표 및 도 3 내지 6에서 보듯이, 연마 디스크의 섬유층에 성분 A 및 성분 B를 모두 포함하지 않는 샘플(A-1)의 경우에 회전 파괴, 충격 강도, 충격 내구성 및 연마 성능의 모든 면에서 가장 저조하게 평가되었다. 이에 대비하여 연마 디스크의 섬유층에 성분 A 수지 및/또는 성분 B 수지를 포함하는 샘플들은 이들 시험 항목에서 보다 우수하게 평가되었다.
또한, 동일한 층 구성을 갖는 그룹별(A-2 내지 A-4의 그룹 / B-1 내지 B-11의 그룹)로 살펴보았을 때, 섬유층에 성분 A가 특정 수준 이상 사용된 경우에 보다 우수하게 평가되었다. 한편 성분 A의 비율이 특정 수준 이상 계속 증가하더라도 성능이 계속 향상하지는 않았으므로, 성분 A와 성분 B가 특정 비율로 혼합 사용된 경우(A-3 및 B-5)가 가장 바람직함을 알 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 연마 디스크는 섬유층에 융점이 서로 다른 2종의 폴리에스터 등의 성분을 특정 비율로 포함함으로써 회전 파괴 특성, 충격 강도와 내구성 및 연마 성능을 향상시킬 수 있다.
추가로, 2종의 유리 섬유 직물층이 이격하여 배치된 그룹(A-2 내지 A-4)에 비해, 인접하여 배치된 그룹(B-1 내지 B-11)의 경우가 전반적으로 우수하게 평가되었다. 또한 섬유층에 포함되는 성분 A/성분 B 비율이 동일한 샘플들(A-5, B-5)을 비교해보았을 때, 마 섬유 직물을 포함하는 샘플(A-5)에 비해 유리 섬유 직물을 포함하는 샘플(B-5)이 더 우수하게 평가되었다.
10: 연마 디스크,
100: 기재층,
210: 제 1 섬유층,
220: 제 2 섬유층,
230: 제 3 섬유층,
300: 접착층,
400: 연마포.

Claims (14)

  1. 기재층, 제 1 섬유층 및 연마포를 적층된 형태로 포함하는 연마 디스크로서,
    상기 제 1 섬유층이
    100℃ 내지 200℃의 융점을 갖는 폴리에스터를 포함하는 성분 A, 또는
    230℃ 이상의 융점을 갖는 폴리에스터와 나일론 중 적어도 하나를 포함하는 성분 B와 상기 성분 A의 조합을 포함하고,
    상기 성분 A가 순도 98% 이상의 테레프탈산을 포함하는 모노머로부터 중합된 것인, 연마 디스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 섬유층이 부직포로 구성되는, 연마 디스크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 섬유층이 0.4 내지 1.2 mm의 두께를 가지는, 연마 디스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 섬유층이 상기 성분 A 및 상기 성분 B를 25 : 75 내지 55 : 45의 중량비로 포함하는, 연마 디스크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 섬유층이 상기 성분 A 및 상기 성분 B를 35 : 65 내지 45 : 55의 중량비로 포함하는, 연마 디스크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 섬유층이
    코어 형태의 성분 B; 및
    상기 성분 B를 둘러싸는 쉘 형태의 성분 A로 이루어진
    코어-쉘 구조의 섬유를 포함하는, 연마 디스크.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마 디스크가 상기 기재층과 상기 제 1 섬유층 사이에 제 2 섬유층을 더 포함하고,
    상기 제 2 섬유층이 유리 섬유 직물, 마 섬유 직물, 또는 가황 섬유 직물을 포함하고,
    상기 유리 섬유 직물이 평직(plain fabric), 주자직(satin fabric), 능직(twill fabric), 레노직(leno fabric) 또는 모크 레노직(mock leno fabric)의 구조를 가지고,
    상기 마 섬유 직물이 아마, 저마, 대마, 황마, 마닐라삼, 시살삼, 뉴질랜드삼, 알로에섬유, 야자섬유 및 과일섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 연마 디스크.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 연마 디스크가 상기 기재층과 상기 제 2 섬유층 사이에 제 3 섬유층을 더 포함하고,
    상기 제 2 섬유층이 레노직 또는 평직의 유리 섬유 직물, 또는 마 섬유 직물을 포함하고,
    상기 제 3 섬유층이 주자직 또는 모크 레노직의 유리 섬유 직물, 또는 마 섬유 직물을 포함하는, 연마 디스크.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 섬유층이 레노직의 유리 섬유 직물을 포함하고,
    상기 제 3 섬유층이 주자직의 유리 섬유 직물을 포함하는, 연마 디스크.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 섬유층이 0.01 내지 0.06 mm의 두께를 가지고,
    상기 제 3 섬유층이 0.1 내지 0.2 mm의 두께를 가지는, 연마 디스크.
  12. 기재층, 제 1 섬유층 및 연마포를 순차적으로 포함하는 적층체를 열가압하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 섬유층이
    100℃ 내지 200℃의 융점을 갖는 폴리에스터를 포함하는 성분 A, 또는
    230℃ 이상의 융점을 갖는 폴리에스터와 나일론 중 적어도 하나를 포함하는 성분 B와 상기 성분 A의 조합을 포함하고,
    상기 열가압이 상기 성분 A가 용융되는 온도 및 압력 조건에서 수행되는, 연마 디스크의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 열가압이 85 내지 150 ℃의 온도 및 3 내지 8 bar의 압력에서 수행되는, 연마 디스크의 제조방법.
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