KR102323916B1 - 투수블럭 제조방법 및 이에 따라 제조된 투수블럭 - Google Patents

투수블럭 제조방법 및 이에 따라 제조된 투수블럭 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열가소성 수지와 탄소섬유로부터 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 먼저 제조한 후, 제조된 탄소섬유 강화 복합재 펠렛으로부터 사출성형을 통해 투수블럭을 제조한다. 이와 같이 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 먼저 제조함으로써, 열가소성 수지와 탄소섬유를 균일하게 혼합시키거나 탄소섬유에 열가소성 수지를 충분히 함침시킬 수 있다. 또한, 사출성형단계에서 추가적으로 열가소성 수지를 첨가하여 탄소섬유와의 비율 조절을 통해 투수블럭의 강도를 조절할 수 있고, 다른 종류의 열가소성 수지를 첨가하여 내열성과 같은 다른 기능을 향상시킬 수 있다.

Description

투수블럭 제조방법 및 이에 따라 제조된 투수블럭{Method for manufacturing permeable block and permeable block manufactured thereby}
본 발명은 투수블럭 제조방법 및 이에 따라 제조된 투수블럭에 관한 것이다.
보도블록은 보행자가 통행하는 보도에 일정 크기와 형상으로 배치된 블록으로, 콘크리트, 탄성고무, 점토 등으로 제조된다. 이러한 보도블록은 우천시 배수가 원활치 않다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 최근에는 우천시 빗물이 투과되어 땅속으로 흡수될 수 있는 투수블럭이 많이 사용되고 있다.
그러나, 종래 투수블럭은 시간이 지날수록, 마모, 부식, 파손이 심해져, 교체 주기가 짧다는 문제가 있다.
한국등록특허(10-1038458)
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 투수블럭 제조방법 및 이에 따라 제조된 투수블럭을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 투수블럭 제조방법은,
열가소성 수지 펠렛과 절단 탄소섬유(chopped carbon fiber)를 압출기에서 가열 및 교반하여, 용융된 열가소성 수지와 상기 절단 탄소섬유의 혼합물을 스트랜드 형태로 압출하는 제1단계;
압출된 상기 혼합물을 냉각 후 절단하여 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 제조하는 제2단계;
상기 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 사출기에서 가열 및 교반하여 투수블럭 형상으로 가압 성형하는 제3단계; 및
성형된 투수블럭을 상기 사출기로부터 탈형하여 경화시키는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적은,
열가소성 수지 펠렛을 가열하여 용융시킨 후, 연속 탄소섬유(continuous carbon fiber)에 용융된 열가소성 수지를 함침시키는 제1단계;
상기 열가소성 수지가 함침된 탄소섬유를 냉각 후 절단하여 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 제조하는 제2단계;
상기 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 사출기에서 가열 및 교반하여 투수블럭 형상으로 가압 성형하는 제3단계; 및
성형된 투수블럭을 상기 사출기로부터 탈형하여 경화시키는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투수블럭 제조방법에 의해 달성된다.
또한, 상기 목적은,
상기 투수블럭 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 투수블럭에 의해 달성된다.
본 발명인 투수블럭은 열가소성 수지와 탄소섬유로 제조되어 강도나 내구성이 좋다. 따라서, 시간이 지나도, 마모, 부식, 파손이 작아, 교체 주기가 길어 경제적이다.
본 발명은 열가소성 수지와 탄소섬유로부터 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 먼저 제조한 후, 제조된 탄소섬유 강화 복합재 펠렛으로부터 사출성형을 통해 투수블럭을 제조한다.
이와 같이 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 먼저 제조함으로써, 열가소성 수지와 탄소섬유를 균일하게 혼합시키거나 탄소섬유에 열가소성 수지를 충분히 함침시킬 수 있다.
또한, 사출성형단계에서 추가적으로 열가소성 수지를 첨가하여 탄소섬유와의 비율 조절을 통해 투수블럭의 강도를 조절할 수 있고, 다른 종류의 열가소성 수지를 첨가하여 내열성과 같은 다른 기능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 투수블럭 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1단계 및 제2단계를 수행하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 투수블럭 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제1단계 및 제2단계를 수행하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1 또는 도 3에 도시된 제3단계를 수행하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 투수블럭 제조방법으로 제조된 투수블럭을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 투수블럭 제조방법을 자세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 투수블럭 제조방법은,
열가소성 수지 펠렛과 절단 탄소섬유(chopped carbon fiber)를 압출기에서 가열 및 교반하여, 용융된 열가소성 수지와 상기 절단 탄소섬유의 혼합물을 스트랜드 형태로 압출하는 제1단계(S11);
압출된 상기 혼합물을 냉각 후 절단하여 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 제조하는 제2단계(S12);
상기 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 사출기에서 가열 및 교반하여 투수블럭 형상으로 가압 성형하는 제3단계(S13); 및
성형된 투수블럭을 상기 사출기로부터 탈형하여 경화시키는 제4단계(S14)로 구성된다.
이하, 제1단계(S11)를 설명한다.
열가소성 수지는 펠렛(pellet) 형태로 준비된다. 열가소성 수지로는 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리카보네이트 및 폴리아미드 등이 사용될 수 있다.
탄소섬유는 절단된(chopped) 형태로 준비된다. 탄소섬유로 PAN계(폴리아크릴로니트릴계), 피치계, 레이온계 탄소섬유가 사용될 수 있다. 절단 탄소섬유(CF1)는 탄소섬유를 적당한 길이로 자른 것이다. 탄소섬유를 절단하여 사용하는 것이 탄소섬유를 용융된 열가소성 수지에 균일하게 혼합시키는데 유리하기 때문이다.
절단 탄소섬유(CF1)는 3mm, 6mm, 9mm로 절단된 탄소섬유 중 어느 하나일 수 있다.
탄소섬유의 섬유 길이가 너무 길어지면 용융된 열가소성 수지와의 혼합 시 탄소섬유의 분산성이 떨어질 수 있다. 반면, 섬유 길이가 너무 짧으면 탄소섬유를 사용함으로써 기대할 수 있는 강도 등과 같은 물성이 떨어질 수 있다.
본 단계는 압출기(10)에 의해 이루어진다. 압출기(10)는 일반적으로 사용되는 압출기(10)로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 재료가 투입되는 호퍼(11), 투입된 재료가 수용되는 실린더(12), 실린더(12)에 수용된 재료를 교반하는 스크루(13), 실린더(12)를 가열하는 히터(14), 용융된 재료가 압출되는 노즐(15) 등으로 구성된다.
열가소성 수지 펠렛(TR)과 절단 탄소섬유(CF1)는 도 2에 도시된 바와 같이 압출기(10)의 호퍼(11)에 투입된다. 호퍼(11)에 투입된 열가소성 수지 펠렛(TR)과 절단 탄소섬유(CF1)는 실린더(12) 내부로 이동된다. 실린더(12)가 히터(14)에 의해 가열됨으로써 열가소성 수지 펠렛(TR)이 용융된다. 용융된 열가소성 수지와 절단 탄소섬유(CF1)의 혼합물이 스크루(13)에 의해 교반되면서 전진 이동된다. 용융된 열가소성 수지와 절단 탄소섬유(CF1)의 혼합물은 노즐(15)을 통해 끈 모양의 스트랜드(strand) 형태로 압출된다.
이하, 제2단계(S12)를 설명한다.
압출된 혼합물은 냉각기(20)를 통과하며 냉각된다. 냉각과정을 통해 고화된 혼합물을 절단기(30)를 통해 펠렛 형상으로 절단하여 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)을 제조한다. 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)은, 절단 탄소섬유(CF1)의 길이에 따라, 3mm 탄소섬유로 제조된 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC), 6mm 탄소섬유로 제조된 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC), 9mm 탄소섬유로 제조된 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC) 중 어느 하나로 제조된다.
이하, 제3단계(S13)를 설명한다.
제2단계(S12)에서 제조된 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)을, 도 5에 도시된 사출기(50)에서 가열 및 교반하여 투수블럭(100) 형상으로 가압 성형한다.
사출기(50)는 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)이 투입되는 호퍼(51), 투입된 재료가 수용되는 실린더(52), 실린더(52)에 수용된 재료를 교반하는 스크루(53), 실린더(52)를 가열하는 히터(54), 용융된 재료가 압출되는 노즐(55), 투수블럭(100) 형상이 제조될 수 있는 몰드(56)로 구성된다.
호퍼(51)에 투입되는 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)은 3mm 탄소섬유로 제조된 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC), 6mm 탄소섬유로 제조된 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC), 9mm 탄소섬유로 제조된 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC) 중 어느 하나 일 수 있다. 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 이들이 혼합비에 따라 탄소섬유의 분산도나 기계적 물성이 조절될 수 있다.
한편, 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)을 사출기(50)에 투입할 때, 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)을 제조할 때 사용하였던 열가소성 수지 펠렛(TR)을 추가적으로 투입할 수 있다. 이로 인해, 필요에 따라 탄소섬유와 열가소성 수지의 비율을 조절하여 투수블럭(100)의 강도를 조절할 수 있다.
한편, 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)을 사출기(50)에 투입할 때, 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)을 제조할 때 사용하였던 열가소성 수지 펠렛(TR)과 다른 종류의 열가소성 수지 펠렛(TR)을 추가적으로 투입할 수 있다. 예컨대, 내열성을 보강할 수 있는 열가소성 수지를 추가함으로써, 내열기능을 향상시킬 수 있다.
호퍼(51)에 투입된 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)은 실린더(52)로 이동된다. 실린더(52)는 히터(54)에 의해 가열되어 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)이 용융된다. 용융된 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)이 스크루(53)에 의해 교반되면서 전진 이동된다. 용융된 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)은 노즐(55)을 통해 몰드(56)로 압입되어, 투수블럭(100)으로 가압 성형된다.
투수블럭(100)의 구성에 따라 몰드(56)는 도 6에 도시된 투수블럭(100)의 상부케이스(110)를 만들기 위한 상부 몰드와, 투수블럭(100)의 하부케이스(120)를 만들기 위한 하부 몰드로 구성된다. 상부케이스(110) 또는 하부케이스(120)를 만들기 위해, 상부 몰드는 하부 몰드로 번갈아 가며 교체된다.
이하, 제4단계(S14)를 설명한다.
사출기(50)에서 성형된 투수블럭(100)은 사출기(50)의 몰드(56)로부터 탈형되어 경화된다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 투수블럭 제조방법을 자세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 투수블럭 제조방법은,
열가소성 수지 펠렛을 가열하여 용융시킨 후, 연속 탄소섬유(continuous carbon fiber)에 용융된 열가소성 수지를 함침시키는 제1단계(S21);
상기 열가소성 수지가 함침된 탄소섬유를 냉각 후 절단하여 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 제조하는 제2단계(S22);
상기 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 사출기에서 가열 및 교반하여 투수블럭 형상으로 가압 성형하는 제3단계(S23); 및
성형된 투수블럭을 상기 사출기로부터 탈형하여 경화시키는 제4단계(S24)로 구성된다.
이하, 제1단계(S21)를 설명한다.
열가소성 수지는 펠렛(pellet) 형태로 준비된다. 열가소성 수지 펠렛(TR)은 압출기(10)에서 용융된다.
열가소성 수지 펠렛(TR)은 도 4에 도시된 바와 같이 압출기(10)의 호퍼(11)에 투입된다. 호퍼(11)에 투입된 열가소성 수지 펠렛(TR)은 실린더(12) 내부로 이동된다. 실린더(12)는 히터(14)에 의해 가열되어 열가소성 수지 펠렛(TR)이 용융된다. 용융된 열가소성 수지 펠렛(TR)은 스크루(13)에 의해 교반되면서 전진 이동된다. 용융된 열가소성 수지 펠렛(TR)은 노즐(15)을 통해 수지함침기(40)로 이동된다. 노즐(15)과 수지함침기(40)의 연결부위에는 개폐밸브(16)가 설치된다.
연속 탄소섬유(continuous carbon fiber, CF2)는, 탄소섬유 공급기(41)에 의해 끊어지지 않고 연속적으로 수지함침기(40)에 공급되는 탄소섬유다.
연속 탄소섬유(CF2)는 압출기(10)로부터 공급된 용융된 열가소성 수지가 채워진 수지함침기(40)로 이동된다. 연속 탄소섬유(CF2)가 수지함침기(40)를 통과할 때 열가소성 수지가 함침된다. 수지함침기(40)의 내부공간에는 연속 탄소섬유(CF2)는 안내하는 다수 개의 롤러(R)가 구비된다. 용융된 열가소성 수지가 연속 탄소섬유(CF2)에 함침되어 줄어들면, 압출기(10)는 개폐밸브(16)를 열어 수지함침기(40)에 용융된 열가소성 수지를 공급한다.
이하, 제2단계(S22)를 설명한다.
수지함침기(40)를 통해 열가소성 수지가 함침된 연속 탄소섬유(CF2)는 냉각기(20)를 통과하며 냉각된다. 냉각과정을 통해 고화된, 열가소성 수지가 함침된 연속 탄소섬유(CF2)를 절단기(30)를 통해 펠렛 형상으로 절단하여 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)을 제조한다.
이와 같은 방식으로 만들어진 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)은 제1실시예에 의해 만들어진 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)보다 탄소섬유의 손상이 적다. 왜냐하면, 제1실시예의 경우, 절단 탄소섬유(CF1)가 열가소성 수지 펠렛(TR)과 함께 압출기(10)에 투입되고 스크루(13)에 의해 교반되기 때문에 탄소섬유가 스크루(13)에 의해 손상될 우려가 있다. 그러나, 제2실시예의 경우 연속 탄소섬유(CF2)를 용융된 열가소성 수지 속에 통과시키면서 연속 탄소섬유(CF2)에 열가소성 수지를 함침시키므로 스크루(13)에 의한 손상을 피할 수 있다.
이하, 제3단계(S23)를 설명한다.
제2단계(S22)에서 제조된 탄소섬유 강화 복합재 펠렛(TC)을, 도 5에 도시된 사출기(50)에서 가열 및 교반하여 투수블럭(100) 형상으로 가압 성형한다. 사출기(50)의 구성 및 작동은 전술하였으므로 그 설명을 생략한다.
또한, 추가적으로 열가소성 수지를 첨가하여 탄소섬유와의 비율 조절을 통해 투수블럭의 강도를 조절하고, 다른 종류의 열가소성 수지를 첨가하여 내열성과 같은 다른 기능을 향상시킬 수 있다는 점도 전술하였으므로 그 설명을 생략한다.
이하, 제4단계(S24)를 설명한다.
사출기(50)에서 성형된 투수블럭(100)은 사출기(50)의 몰드(56)로부터 탈형되어 경화된다.
이하, 본 발명에 따른 투수블럭 제조방법에 의해 제조된 투수블럭을 자세히 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 투수블럭(100)은 상부케이스(110)와 하부케이스(120)로 구성된다.
상부케이스(110)는 빗물이 유입되기 위한 다수의 미세한 상부투수공(111)이 형성되어 있다.
하부케이스(120)는 상부케이스(110)에 결합된다. 하부케이스(120)는 구획된 내부공간이 구비된다. 하부케이스(120)의 각 내부공간의 하면에는 하부투수공(121)이 형성되어 있다.
상부케이스(110)의 상부투수공(111)을 통해 유입된 빗물은, 내부구획에 일시적으로 저장된 후, 하부투수공(121)을 통해 유출된다.
10: 압출기 50: 사출기
11, 51: 호퍼 12, 52: 실린더
13, 53: 스크루 14, 54: 히터
15, 55: 노즐 56: 몰드
20: 냉각기 30: 절단기
40: 수지함침기 41: 탄소섬유 공급기
100: 투수블럭 110: 상부케이스
111: 상부투수공 120: 하부케이스
TR: 열가소성 수지 펠렛 TC: 탄소섬유 강화 복합재 펠렛
CF1: 절단 탄소섬유 CF2: 연속 탄소섬유

Claims (5)

  1. 열가소성 수지 펠렛과 절단된 탄소섬유(chopped carbon fiber)를 압출기에서 가열 및 교반하여, 용융된 열가소성 수지에 절단된 상기 탄소섬유가 균일하게 혼합된 혼합물을 스트랜드 형태로 압출하는 제1단계;
    압출된 상기 혼합물을 냉각 후 절단하여 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 제조하는 제2단계;
    상기 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 사출기에서 가열 및 교반하여 투수블럭 형상으로 가압 성형하는 제3단계; 및
    성형된 투수블럭을 상기 사출기로부터 탈형하여 경화시키는 제4단계를 포함하며,
    상기 제1단계에서,
    절단된 상기 탄소섬유는 PAN계 탄소섬유, 피치계 탄소섬유, 레이온계 탄소섬유 중 어느 하나이고,
    상기 탄소섬유는 3mm, 6mm, 9mm 중 어느 하나로 절단되며,
    상기 제3단계에서, 상기 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 상기 사출기에 투입할 때, 상기 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 제조할 때 사용하였던 상기 열가소성 수지 펠렛을 추가적으로 투입하거나,
    상기 제3단계에서, 상기 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 상기 사출기에 투입할 때, 상기 탄소섬유 강화 복합재 펠렛을 제조할 때 사용하였던 상기 열가소성 수지 펠렛과 다른 종류의 열가소성 수지 펠렛을 추가적으로 투입하는 것을 특징으로 하는 투수블럭 제조방법.
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