KR102238260B1 - 이중벽 하수관용 pvc 파이프 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각 원료들의 균일한 배합이 이루어지고 열안정제의 사용량을 최소화할 수 있으며 기계적 물성을 저하시키는 가소제를 사용하지 않고도 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지를 이용하여 낙추충격, 원강성 및 원연성이 우수한 특성을 갖는 파이프 성형이 가능할 뿐 아니라 열융착시 우수한 융착강도를 갖는 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법에 관한 것으로, PVC 수지와 첨가제들을 배합하되, 상기 PVC 수지를 액상 열안정제와 미리 혼합하여 1차 혼합물을 형성하는 단계를 포함하는 배합공정; 호퍼로부터 투입된 배합물을 압출기에서 용융시켜 압출하는 압출공정; 압출된 용융물을 다이를 통과시키면서 파이프로 성형하고, 공기냉각방식을 도입하여 다이를 냉각시키는 성형공정; 파이프로 성형된 성형물을 냉각시켜 형상을 그대로 유지시키는 냉각공정; 성형된 파이프의 당김 정도를 조절하여 파이프를 원하는 두께로 얻는 인취공정; 및 성형된 파이프를 원하는 길이로 절단하는 절단공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법 및 그로부터 제조되는 이중벽 하수관용 PVC 파이프{Manufacturing method of double wall corrugated PVC pipe for drainage and double wall corrugated PVC pipe manufactured therefrom}
본 발명은 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강성과 원연성이 우수하며 열융착이 가능할 뿐 아니라 열융착강도도 우수한 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법에 관한 것이다.
합성수지관은 유해물질의 용출이 없고, 성형이 비교적 용이하며, 가격이 저렴하고, 중량이 가벼워 취급 및 운반이 용이하며, 보수가 간편하다는 장점이 있다.
이러한 합성수지관 중에서 PVC 파이프는 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride) 수지를 압출하여 생산하는 파이프로서, 가볍고 기계적 강도가 우수하며 내화학성, 내식성, 내약품성, 단열성, 내구성 등이 우수하고 수명이 길며 가격이 저렴하여 널리 사용되고 있다.
일반적으로, PVC 파이프는 PVC 수지와 여러 첨가제를 혼합하여 배합하는 배합공정과, 배합된 원료를 압출기에서 용융시켜 압출하는 압출공정과, 압출된 압출물을 파이프로 성형하는 성형공정과, 파이프로 성형된 성형물을 냉각시키는 냉각공정과, 성형된 파이프를 원하는 두께로 당기는 인취공정과, 성형된 관을 원하는 길이로 절단하는 절단공정을 포함하여 이루어진다.
그러나 겨울철과 같은 때에는 상기 PVC 수지와 여러 첨가제를 혼합하여 배합하는 과정에서 일부 재료들의 혼합이 균일하게 이루어지지 않는다는 문제가 있다.
또한, 상기의 PVC 파이프는 중합도가 1000 정도인 PVC 수지를 사용하여 파이프를 생산하고 있는바, 이는 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지는 우수한 기계적 물성에도 불구하고 수지의 분자량이 높아 압출이 어렵기 때문이다.
그리고 압출공정에서의 용이한 압출을 위해 배합된 원료에 가소제가 혼합될 수 있는데, 이와 같이 가소제를 혼합하면 여러가지 기계적인 물성이 저하되어 파이프로 사용하기 곤란해지며, PVC 파이프 간의 열융착이 어렵고 융착강도도 떨어진다는 문제점이 있다.
이러한 이유로 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지를 이용하여 이중벽 하수관용 PVC 파이프를 제조하는 것은 현실적으로 쉽지 않은 상황이다.
등록특허공보 제10-1751279호(2017. 06. 27. 공고)
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 각 원료들의 균일한 배합이 이루어지고 열안정제의 사용량을 최소화할 수 있으며 기계적 물성을 저하시키는 가소제를 사용하지 않고도 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지를 이용하여 낙추충격, 원강성 및 원연성이 우수한 특성을 갖는 파이프 성형이 가능할 뿐 아니라 열융착시 우수한 융착강도를 갖는 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법은, PVC 수지와 첨가제들을 배합하되, 상기 PVC 수지를 액상 열안정제와 미리 혼합하여 1차 혼합물을 형성하는 단계를 포함하는 배합공정; 호퍼로부터 투입된 배합물을 압출기에서 용융시켜 압출하는 압출공정; 압출된 용융물을 다이를 통과시키면서 이중벽을 갖는 파이프로 성형하고, 공기냉각방식을 도입하여 다이를 냉각시키는 성형공정; 파이프로 성형된 성형물을 냉각시켜 형상을 그대로 유지시키는 냉각공정; 성형된 파이프의 당김 정도를 조절하여 파이프를 원하는 두께로 얻는 인취공정; 및 성형된 파이프를 원하는 길이로 절단하는 절단공정;을 포함한다.
또한 본 발명의 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법은, 상기 배합공정은 상기 1차 혼합물을 혼합기에서 나머지 첨가제와 혼합하여 2차 혼합물을 형성하고, 상기 2차 혼합물을 블렌더에서 대략 120℃로 블렌딩하여 배합물을 형성한다.
또한 본 발명의 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법은, 상기 배합공정에는 상기 배합물을 싸일로로 이송시켜 저장하는 공정이 포함되고, 상기 싸일로에서 배합물이 냉각됨과 동시에 건조되며, 상기 싸일로에 저장되어 있는 배합물이 소정 온도에 도달하면 압출기의 호퍼로 자동 공급되도록 제어된다.
또한 본 발명의 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법은, 상기 PVC 수지가 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지이고, 상기 첨가제는 액상 열안정제, 충격보강제, 가공조제, 활제, 충진제 및 지당을 포함하며, 상기 액상 열안정제는 주석계 열안정제이다.
또한 본 발명의 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법은, 상기 첨가제가 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여; 주석계 열안정제 0.3 ~ 1.5 중량부와; 메틸메타크릴레이트 부타디엔 스타이렌, 아크릴릭 공중합체, 염화 폴리에틸렌 중에서 적어도 어느 하나를 사용하는 충격보강제 1 ~ 8 중량부와; 메타아크릴 에스테르, 아크릴릭 에스테르, 아크릴로니트릴 및 스타이렌 중에서 적어도 어느 하나를 사용하는 가공조제 0.5 ~ 5 중량부와; 카복실산의 2가 금속염 및 왁스계의 활제 0.05 ~ 5 중량부와; 무기물의 충진제 0.05 ~ 5 중량부와; 지당 0.05 ~ 3 중량부;가 포함되어 구성된다.
또한 본 발명의 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법은, 상기 카복실산의 2가 금속염은 금속염 스테아레이트가 사용되고, 상기 활제는 카복실산의 2가 금속염과 왁스가 1 : 3의 중량비로 혼합된다.
또한 본 발명의 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법은, 상기 주석계 열안정제가 액상 메틸틴 메르캅티드이다.
또한 본 발명의 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법은, 상기 PVC 수지가 겔 투과 크로마토그래피로 측정된 수평균분자량(Mn)이 적어도 75,000이고 중량평균분자량(Mw)이 적어도 160,000정도이다.
또한 본 발명의 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법은, 상기 공기냉각방식이 다이몸체의 내부에 구비된 토피도와 맨드릴 사이에 구비되는 스파이더의 내부 공간에 나선형의 공기유로체를 구비하는 것으로 이루어진다.
또한 본 발명의 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법은, 상기 공기유로체가 외주면에 나선형의 홈이 형성된 중공 원통형의 바디와, 상기 바디의 일측에 구비된 공기유입구와, 상기 바디의 타측에 구비된 공기유출구와, 상기 홈에 형성된 다수의 통공으로 이루어진다.
본 발명의 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법에 의하면, PVC 수지를 액상 열안정제와 미리 혼합한 후 나머지 첨가제들을 혼합함으로써 PVC 수지와 각종 첨가제들의 균일한 배합이 가능해진다.
또한 본 발명의 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법에 의하면, 공기유로체를 통한 다이의 균일한 냉각으로 파이프 압출시 잔류응력이 최소화됨으로써 파이프의 물성을 향상시킬 수 있게 되고, 냉각효율 향상으로 용융된 PVC 수지의 열안정성이 우수해지는바 열안정제의 사용량을 최소화할 수 있게 된다.
또한 본 발명의 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법에 의하면, 가소제를 사용하지 않고 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지를 압출성형함으로써 파이프의 낙추충격, 원강성 및 원연성과 같은 특성이 우수한 이중벽 하수관용 PVC 파이프를 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법에 의하면, 이중벽 하수관용 PVC 파이프간의 열융착이 가능하며 융착강도가 우수한 이중벽 하수관용 PVC 파이프를 얻을 수 있으므로 이중벽 하수관용 PVC 파이프의 사용성 및 효용성이 크게 증대된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상하수도관용 PVC 파이프 제조방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상하수도관용 PVC 파이프 제조방법에 사용되는 다이의 단면 구조이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상하수도관용 PVC 파이프 제조방법에 사용되는 공기유로체의 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법은 배합공정(S10), 압출공정(S20), 성형공정(S30), 냉각공정(S40), 인취공정(S50) 및 절단공정(S60)을 포함하여 이루어진다.
상기 배합공정(S10)은 PVC 수지와 첨가제를 혼합 및 배합하여 배합물을 제조하기 위한 구성이다.
먼저, 본 발명에서는 상기 PVC 수지와 첨가제를 혼합기에서 혼합하기 전에 PVC 수지를 액상 열안정제와 미리 혼합하여 1차 혼합물을 제조(이하 "1차 혼합물 제조단계(S11)"라 한다)한다.
이는 PVC 수지와 액상 열안정제를 포함한 다수의 첨가제를 배합하는 경우 소량의 액상 열안정제가 PVC 수지에 잘 스며들지 않는 점을 고려한 것으로서, 미리 액상 열안정제와 PVC 수지만을 혼합한 1차 혼합물을 제조함으로써 후단계에서 나머지 첨가제들이 혼합되는 경우 혼합 및 배합이 균일하게 이루어지도록 하기 위함이다.
그 후, 상기 1차 혼합물을 혼합기에서 나머지 첨가제와 혼합하여 2차 혼합물을 제조(이하, "2차 혼합물 제조단계(S13)"라 한다)하고, 상기 2차 혼합물을 블렌더에서 대략 120℃로 블렌딩하여 배합물을 제조(이하, "배합물 제조단계(S15)"라 한다)한다.
그리고 상기 배합공정(S10)에는 상기 배합물을 싸일로로 이송시켜 저장하는 공정이 포함되고, 상기 싸일로에서 배합물은 대략 60℃로 냉각됨과 동시에 건조된다.
또한, 본 발명은 상기 싸일로에 저장되어 있는 배합물이 소정 온도(60℃)에 도달하면 압출기의 호퍼로 자동 공급되도록 제어한다.
이는 압출과정시 압출기로 유입되는 배합물의 온도가 중요하므로 배합물을 일정 온도로 공급하도록 하기 위함이다.
본 발명에서 상기 PVC 수지는 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지를 사용하고, 보다 바람직하게 상기 PVC 수지는 겔 투과 크로마토그래피로 측정된 수평균분자량(Mn)이 적어도 75,000이고 중량평균분자량(Mw)이 적어도 160,000 정도의 것이다.
상기 중량평균분자량(Mw)이 커질수록 인장강도, 충격강도 및 열간내압크리프와 같은 물성값도 높아지는 경향이 있으나, 중량평균분자량(Mw)이 160,000을 초과하면 중량평균분자량(Mw)이 높아지더라도 물성값의 변화에 큰 차이가 없으므로 용융시간 및 용융부하를 고려하여 중량평균분자량(Mw)이 적어도 160,000 정도의 것을 사용한다.
또한, 본 발명은 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지를 사용하기 위하여 본 발명 특유의 첨가제 및 혼합비를 구성하는바, 첨가제로는 액상 열안정제, 충격보강제, 가공조제, 활제, 충진제, 지당 및 안료가 사용되고, 구체적으로 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여, 액상 열안정제 0.3 ~ 1.5 중량부, 충격보강제 1 ~ 8 중량부, 가공조제 0.5 ~ 5 중량부, 활제 0.05 ~ 5 중량부, 충진제 0.05 ~ 5 중량부, 지당 0.05 ~ 3 중량부 그리고 안료 0.1 중량부가 혼합된다.
이와 같이 본 발명에서는 1차 혼합물 제조단계(S11)를 포함하고 상기와 같은 첨가제를 포함하여 배합공정(S10)을 구성함으로써 기계적 물성을 저하시키는 가소제를 사용하지 않고도 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지를 사용하여 이중벽 하수관용 PVC 파이프를 제조할 수 있게 된다.
상기 액상 열안정제는 열가소성 플라스틱 가공공정에서 요구되는 상승된 온도에서 PVC 수지의 분해를 지연시키고 방지하는 역할을 한다.
또한, 상기 액상 열안정제는 탈염화 수소화 작용(Dehydro-chlorination), 자기산화(Auto-oxidation), 기계-화학 사슬 분리(Mechano-chemical chain scission), 교차결합(cross-linking), 응축(condensation) 반응을 억제한다.
바람직하게 상기 액상 열안정제는 주석계 열안정제를 사용하는데, 이는 가공과정 중에 열에 의한 PVC 수지의 물리적, 화학적 특성이 유지될 수 있도록 하기 위한 것이다.
상기 주석계 열안정제는 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여 그 함량이 0.3 중량부 미만으로 혼합되면 열안정성이 떨어지고 1.5 중량부를 초과하여 혼합되면 작업성이 떨어지고 생산비용이 증가되므로 적절한 성능향상과 작업성을 고려할때 주석계 열안정제는 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여 0.3 ~ 1.5 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 주석계 열안정제는 액상 메틸틴 메르캅티드(methyltin mercaptide)가 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에서 사용되는 열안정제는 파이프 융착에 방해되지 않는 정도로 사용되어진다.
상기 충격보강제는 PVC 수지에 혼합되어 수지의 내구성과 질김성을 향상시킴으로써 인장강도, 압축강도, 휨 및 충격강도를 향상시키는 역할을 한다.
상기 충격보강제는 메틸메타크릴레이트 부타디엔 스타이렌(Methyl Methacrylate Butadien Stylene), 아크릴릭 공중합체(Acrylic copolymer), 염화 폴리에틸렌(Chloride polyethylene) 중에서 적어도 어느 하나를 사용한다.
본 발명에서 상기 충격보강제는 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여 1 ~ 8 중량부를 혼합한다.
상기 충격보강제는 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만으로 혼합되면 강도의 향상이 없고 8 중량부를 초과하면 혼합량 증가에 비해 강도향상의 효과는 떨어지므로 충격보강제는 중합도 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여 1 ~ 8 중량부를 혼합한다.
상기 가공조제는 가공과정에서 PVC 수지의 성형성을 향상시키기 위해 혼합되며 PVC 수지의 용융 유동성 및 겔화를 개선시키며 가공설비에 융융수지가 달라붙지 않도록 하는 윤활제의 역할을 하기도 한다.
본 발명에서 상기 가공조제는 메타아크릴 에스테르, 아크릴릭 에스테르, 아크릴로니트릴 그리고 스타이렌을 포함하는 공중합체 중에서 적어도 어느 하나를 선택적으로 사용한다.
상기 가공조제는 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 미만으로 혼합되면 가공조제의 효과가 나타나지 않는 문제점이 있고, 반대로 5 중량부를 초과하여 혼합되는 경우 압출부하가 높아지고 생산원가가 상승하는 문제점이 있으므로 가공조제는 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 5 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 활제는 압출성형 중에 가공성을 향상시키기 위하여 사용되고, 파이프 성형시 압출기 배럴의 금속벽에 달라붙는 것을 방지하며 PVC 수지의 과열을 방지하고 용융점도를 낮추는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 활제는 카복실산의 2가 금속염(Divalent metal salts of carboxylic acid)과 왁스를 혼합하고 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여 0.05 ~ 5 중량부를 혼합한다.
중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여 카복실산의 2가 금속염 및 왁스의 혼합물을 0.05 중량부 미만으로 혼합시에는 수지용융이 빨라지고 가공성이 저하되며 수지의 열적 안정성이 떨어져 압출기의 베럴 또는 다이 내부에서 탄화되는 문제점을 초래할수 있다.
또한, 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여 5 중량부를 초과하여 혼합되었을 경우 수지의 용융이 늦어지고 용융온도가 높아져 작업성이 저하되며 전력 소모량이 증가될 뿐만 아니라 파이프 기계적 물성이 떨어져 내구성이 저하되는 문제점을 초래하므로 상기 활제는 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여 0.05 ~ 5 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.
구체적으로 상기 활제로 사용하는 카복실산의 2가 금속염은 금속염 스테아레이트, 스테아린산 및 글리세롤 모노 스테아레이트 중에서 적어도 어느 하나를 사용한다.
또한, 활제의 열안정성과 PVC 수지의 용융특성을 개선하여 파이프의 물성 향상 및 열융착강도 향상을 위하여 카복실산의 2가 금속염과 왁스는 1 : 3의 중량비로 혼합하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 활제는 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지에 혼합되어 수지의 용융점도를 개선하여 파이프 압출성형을 용이하게 하고 파이프 물성을 향상시켜 내구성이 우수하고 열융착시 융착강도를 향상시키는 특성을 가진다.
상기 충진제는 융착이나 팽창물성에 영향을 주지 않는 범위 내에서 경도, 내마모성, 비점착성이 우수한 특성을 가지고 있으며 PVC의 비용을 낮추는 효과가 있다.
본 발명에 적용된 충진제는 무기물로서 탄산칼슘, 실리카, 점토 등이 있다.
상기 충진제는 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여 0.05 ~ 5 중량부를 혼합한다.
상기 지당은 최종제품에 색상 발현뿐만 아니라 야외에 노출시 자외선에 의한 분해 및 산화에 대한 저항성을 높이는 효과를 가지고 있다.
상기 지당은 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여 0.05 ~ 3 중량부를 혼합한다.
상기 안료는 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여 0.1 중량부가 혼합된다.
상기 안료는 다양한 색상의 이중벽 하수관용 PVC 파이프를 제조하기 위하여 선택적으로 첨가되는 것이다.
상기 압출공정(S20)은 싸일로에서 냉각 건조된 배합물이 호퍼로 공급되고 상기 호퍼로부터 투입된 배합물을 압출기에서 용융시켜 압출하는 공정이다.
상기 성형공정(S30)은 압출된 용융물을 도 2에 도시된 다이를 통과시키면서 이중벽을 갖는 파이프로 성형하는 공정이다.
본 발명은 상기 성형공정(S30)에서 공기냉각방식을 도입하여 다이를 냉각한다.
즉 도 2에 도시된 바와 같이, 다이몸체(10) 내부의 토피도(torpedo, 20), 맨드릴(mandrel, 30) 및 스파이더(spider, 40)의 내부에 형성되는 공간에 나선형의 공기유로체(100)를 구비함으로써 외부로부터 유입된 공기가 나선형의 공기통로를 지나가면서 와류를 형성하여 냉각의 효율성을 극대화시킬 수 있게 된다.
구체적으로, 상기 공기유로체(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 외주면에 나선형의 홈(105)이 형성된 중공 원통형의 바디(110)와, 상기 바디(110)의 일측에 구비된 공기유입구(130)와, 상기 바디(110)의 타측에 구비된 공기유출구(150)와, 상기 홈(105)에 형성된 다수의 통공(107)으로 이루어진다.
압출기를 통과하는 압출물은 잠열(潛熱)이 발생하여 다이가 과열될 수 있는데, 상기 공기유로체(100)는 공기유입구(130)를 통해 외부로부터 공기가 유입되고 유입된 공기 중 일부가 나선형의 통로를 따라 통과하되 나머지는 통공(107)을 통과하며 그 후 공기유출구(150)를 통해 외부로 공기가 유출되도록 함으로써 다이 내부를 균일하게 냉각시켜 주면서 다이가 과열되는 것을 방지하게 된다.
또한, 다이의 균일한 냉각으로 파이프 압출시 잔류응력이 최소화됨으로써 파이프의 물성을 향상시킬 수 있게 되고, 냉각효율 향상으로 용융된 PVC 수지의 열안정성이 우수해지는바 열안정제의 사용량을 최소화할 수 있게 된다.
상기 냉각공정(S40)은 파이프로 성형된 성형물을 냉각시켜 형상을 그대로 유지시키는 공정이다.
구체적으로, 진공탱크와 냉각수조를 구비하여 성형된 파이프를 냉각시키면서 통과시켜 그 형상을 그대로 유지할 수 있게 된다.
상기 인취공정(S50)은 성형된 파이프의 당김 정도를 조절하여 파이프를 원하는 두께로 얻는 공정이다.
여기서, 성형된 파이프의 외면에 각종 정보를 인쇄하는 인쇄공정이 추가될 수 있다.
상기 절단공정(S60)은 성형된 파이프를 여러 규격의 원하는 길이로 절단하는 공정이다.
그 후 필요에 따라 파이프의 일부를 확관시키는 확관공정이 추가될 수 있고, 완성된 PVC 파이프를 테스트하는 시험공정을 거쳐 소정 장소에 저장하게 된다.
한편, 본 발명의 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법에 의해 제조되는 이중벽 하수관용 PVC 파이프는 서로 간의 연결을 위한 열융착이 가능해진다.
열융착 동안에는 적어도 125 ~ 190℃의 범위 내에서 가열되어야 하나 경우에 따라서는 200 ~ 300℃까지도 가열될 수 있다.
이때 상기 가열온도는 수지가 분해되거나 과도한 흐름이 발생되지 않도록 높지 않아야 하며 융착에 대하여 충분한 흐름를 유지할 수 있도록 한다.
또한, 열융착 동안에 융착면의 압력은 적어도 3.5 ~ 14bar 정도로 유지되어야 하고, 융착면에 가해지는 압력은 융착면이 구겨지거나 과도하게 두꺼운 접합이 형성되지 않도록 융착에 대해 충분한 흐름을 허용해야 한다.
열융착 공정에서 온도와 압력은 적어도 5초 ~ 2분까지 적용될 수 있으며 경우에 따라서는 10 ~ 30분까지 적용할 수도 있다.
융착된 PVC 파이프 부분은 기존에 지하 매설된 관로에서 사용될 때 당겨지게 되는데 이때 열융착된 부분은 이런 힘이 적용됐을 때 충분히 견딜 수 있도록 강해야 한다.
본 발명에 적용된 융착된 부분의 강도는 SPS KPPS M 306에 규정된 인장강도로 측정하였을때 적어도 압출된 파이프 부분에 인장강도에 85% 이상 되어야 하며 융착된 부분은 압출부분보다 훨씬 강해야 한다.
본 발명에 따라 제조되는 적용 가능한 파이프의 직경은 100 ~ 900mm이며 최소 관벽두께는 0.6 ~ 5.5mm이다.
이와 같이 본 발명의 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법에 의해 제조된 이중벽 하수관용 PVC 파이프는 낙추충격, 원강성 및 원연성의 기계적 물성이 획기적으로 개선되고, 열융착이 가능할 뿐만 아니라 그 융착강도도 우수해진다.
이는 아래의 다양한 실시예들과 비교예를 통해 확인할 수 있다.
<실시예 1>
PVC 파이프의 혼합물은, 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여, 열안정제 0.5 중량부, 충격보강제 4.0 중량부, 가공조제 2.4 중량부, 충진제 3.0 중량부, 활제 1.9 중량부, 지당 1.2 중량부, 안료 0.1 중량부를 혼합하였다.
<실시예 2>
PVC 파이프의 혼합물은, 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여, 열안정제 0.7 중량부, 충격보강제 4.0 중량부, 가공조제 2.4 중량부, 충진제 3.0 중량부, 활제 2.5 중량부, 지당 1.2 중량부, 안료 0.1 중량부를 혼합하였다.
<실시예 3>
PVC 파이프의 혼합물은, 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여, 열안정제 0.8 중량부, 충격보강제 4.0 중량부, 가공조제 2.4 중량부, 충진제 3.0 중량부, 활제 3.0 중량부, 지당 1.2 중량부, 안료 0.1 중량부를 혼합하였다.
<비교예>
PVC 파이프의 혼합물은, 중합도가 1000인 PVC 수지 100 중량부에 대하여, 열안정제(Ca/Zn계) 3.4 중량부, 충격보강제: 4.2 중량부, 가공조제 2.4 중량부, 충진제 3.0 중량부, 활제 1.6 중량부, 지당 1.2 중량부, 안료 0.1 중량부를 혼합하였다.
실시예들에 대한 실험은 본 발명에 의한 이중벽 하수관용 PVC 파이프의 배합물로 압출 성형한 후 파이프의 내구성 및 열융착 강도를 측정할 수 있는 항목들에 대하여 이루어졌다.
실시예 1 내지 실시예 3과 비교예에 사용된 파이프는 호칭 300으로 하고, 6m 이중벽 하수관과, 100mm 일반하수관을 사용하였다.
물성시험용은 이중벽관을 사용하고, 융착시험용은 일반하수관을 사용하여 측정하였다.
이때, 파이프 물성시험은 KS M 3600에 규정된 시험방법으로 시험하였다.
구체적으로는,
- a: KS 표준기준, b: KS 표준기준대비 10% 이상 상향
- 낙추충격시험: KS M ISO 3127 9.6
- 원강성: KS M ISO 9969 9.4
- 원연성: KS M ISO 13968 9.5에 의하여 실시하였다.
또한, 융착전후의 파이프 물성시험은 WIDOS사의 융착기를 사용하여 융착하였고, 시료는 중간부분이 융착된 파이프에서 시료를 채취하여 SPS KPPS M 306에 규정된 시험방법으로 시험하였다.
구체적으로는,
- a: KS 표준기준, b: KS 표준기준대비 10% 이상 상향
- 낙추충격시험: SPS KPPS M 306 10.8
- 인장강도: SPS KPPS M 306 10.5
- 편평성: SPS KPPS M 306 10.6에 의하여 시험하였고, 융착조건은 융착온도 200℃, 융착압력 5 ~ 7bar, 융착시간 180sec로 설정하였다.
아래의 [표 1]은 파이프의 낙추충격, 원강성 및 원연성에 대한 시험결과이다.
항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
낙추충격 이상없음b 이상없음b 이상없음b 이상없음a
원강성(kN/m2) 20 19 18 16
원연성 이상없음b 이상없음b 이상없음b 이상없음a
상기 시험결과에 의하면, 실시예 1 내지 실시예 3은 KS 표준기준대비 10% 이상 상향된 기준으로 시험하였는데도 낙추충격 및 원연성에 아무런 이상이 없는 것으로 나타났고, 원강성의 경우 비교예보다 우수한 것으로 나타났다.
또한, 실시예 1 내지 실시예 3에서는 실시예 1이 가장 우수한 것으로 나타났다.
아래의 [표 2]는 파이프 융착전후의 낙추충격, 인장강도 및 편평성에 대한 시험결과이다.
항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
낙추충격 융착 전 이상없음b 이상없음b 이상없음b 이상없음a
융착 후 이상없음b 이상없음b 이상없음b 이상없음a
인장강도
(MPa)		 융착 전 48 47 46 45
융착 후 49 48 47 43
편평성
(kN/m)		 융착 전 2.0 1.9 1.8 1.7
융착 후 2.0 1.9 1.8 1.6
상기 시험결과에 의하면, 낙추충격의 경우 KS 표준기준대비 10% 이상 상향된 기준으로 시험하였는데도 아무런 이상이 없는 것으로 나타났다.
또한, 인장강도의 경우 비교예는 융착 후 강도가 저하하였으나, 실시예 1 내지 실시예 3에서는 융착 전 강도보다 향상된 것으로 나타났다.
또한, 편평성의 경우 비교예는 융착 후 편평성이 저하하였으나, 실시예 1 내지 실시예 3에서는 융착 전후에 있어 편평성이 유지된 것으로 나타났다.
또한, 실시예 1 내지 실시예 3에서는 실시예 1이 가장 우수한 것으로 나타났다.
이와 같이 본 발명의 제조방법으로 제조되는 이중벽 하수관용 PVC 파이프는가소제를 사용하지 않고 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지를 사용할 수 있으며, 파이프의 낙추충격, 원강성 및 원연성과 같은 특성이 우수할 뿐 아니라 파이프 간의 열융착이 가능하며 융착강도가 우수한 이중벽 하수관용 PVC 파이프를 얻을 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.

Claims (12)

  1. PVC 수지와 첨가제들을 배합하되, 상기 PVC 수지를 액상 열안정제와 미리 혼합하여 1차 혼합물을 형성하는 단계를 포함하는 배합공정(S10);
    호퍼로부터 투입된 배합물을 압출기에서 용융시켜 압출하는 압출공정(S20);
    압출된 용융물을 다이를 통과시키면서 이중벽을 갖는 파이프로 성형하고, 공기냉각방식을 도입하여 다이를 냉각시키는 성형공정(S30);
    파이프로 성형된 성형물을 냉각시켜 형상을 그대로 유지시키는 냉각공정(S40);
    성형된 파이프의 당김 정도를 조절하여 파이프를 원하는 두께로 얻는 인취공정(S50); 및
    성형된 파이프를 원하는 길이로 절단하는 절단공정(S60);
    을 포함하여 이루어지며,
    상기 PVC 수지는 중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지이고,
    상기 첨가제는 액상 열안정제, 충격보강제, 가공조제, 활제, 충진제 및 지당을 포함하며, 상기 액상 열안정제는 주석계 열안정제이고,
    상기 첨가제는
    중합도가 1200 ~ 1300인 PVC 수지 100 중량부에 대하여;
    주석계 열안정제 0.3 ~ 1.5 중량부와;
    메틸메타크릴레이트 부타디엔 스타이렌, 아크릴릭 공중합체, 염화 폴리에틸렌 중에서 적어도 어느 하나를 사용하는 충격보강제 1 ~ 8 중량부와;
    메타아크릴 에스테르, 아크릴릭 에스테르, 아크릴로니트릴 및 스타이렌 중에서 적어도 어느 하나를 사용하는 가공조제 0.5 ~ 5 중량부와;
    카복실산의 2가 금속염 및 왁스계의 활제 0.05 ~ 5 중량부와;
    무기물의 충진제 0.05 ~ 5 중량부와;
    지당 0.05 ~ 3 중량부;가 포함되어 구성되며,
    상기 카복실산의 2가 금속염은 금속염 스테아레이트가 사용되고,
    상기 활제는 카복실산의 2가 금속염과 왁스가 1 : 3의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법.
  2. 삭제
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  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주석계 열안정제는 액상 메틸틴 메르캅티드인 것을 특징으로 하는 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 PVC 수지는 겔 투과 크로마토그래피로 측정된 수평균분자량(Mn)이 적어도 75,000이고 중량평균분자량(Mw)이 적어도 160,000인 것을 특징으로 하는 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 공기냉각방식은 다이몸체(10) 내부의 토피도(20), 맨드릴(30) 및 스파이더(40)의 내부에 형성되는 공간에 나선형의 공기유로체(100)를 구비하는 것을 특징으로 하는 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공기유로체(100)는 외주면에 나선형의 홈(105)이 형성된 중공 원통형의 바디(110)와, 상기 바디(110)의 일측에 구비된 공기유입구(130)와, 상기 바디(110)의 타측에 구비된 공기유출구(150)와, 상기 홈(105)에 형성된 다수의 통공(107)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중벽 하수관용 PVC 파이프 제조방법.
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