KR102654588B1 - 두꺼운 금속 제품에 대한 분체 도장 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 두꺼운 금속 제품에도 분체 도료를 균일하게 도포하여 부착력이 우수하고 균일한 도막을 형성할 수 있는 분체 도장 방법에 관한 것이다. 본 발명은 금속 제품에 대하여 분체 도장하는 방법에 있어서, 금속 제품의 표면에 분체 도료를 분사하여 금속 제품의 표면에 분체 도료 입자를 전착시키는 분체 도포 공정을 포함하되, 분체 도포 공정은 분사되는 분체 도료를 가열하여 연화시키는 연화 공정을 포함하고, 연화된 분체 도료는 금속 제품의 표면에 전착되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 두꺼운 금속 제품에 대한 분체 도장 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 두꺼운 금속 제품의 경우에도 분체 도료를 균일하게 도포하여 부착력을 향상시킬 수 있는 분체 도장 방법에 관한 것이다.
금속 제품의 표면에 도막을 형성하는 방법에는 여러 가지가 있지만, 정전 분체 도장(electrostatic powder coating)이 가장 많이 사용되고 있으며, 분체가 정전 인력에 의해 피도장물에 흡인되어 가열용해 됨으로써 도막을 형성한다. 정전기를 이용하기 때문에 모양이 복잡한 것이나 넓은 면적에 고르게 도료를 칠할 수 있다. 피도장물엔 양극 또는 접지를, 도료의 분무 장치에는 음극을 걸어 분사되는 도료 입자에 음 정전기를 띠게 하여 피도장물에 정전력을 이용하여 전착시킨 후 열처리를 거쳐 도막을 형성한다. 분체 도료는 용제를 사용하지 않고 분말 상태에서 도장하고 가열하여 용융시켜 도막을 형성하는데, 이러한 분체 도료에는 에폭시 아크릴폴리에스테르 등의 열경화성 타입이 사용된다.
유기 용제를 전혀 사용하지 않기 때문에 휘발성 유기 화합물(VOC)이 적고, 환경 보호에 적합하다. 또한 유기용제로 인한 중독이나 인화의 위험도 없고 도막은 수십 마이크로미터에서 수백 마이크로미터 정도로, 용제계와 같은 돌출이나 패임이 적고, 내구성도 우수하다. 도막 형성 시에는 주름이 생기거나 잘 흘러내리지 않으며, 점도 조절이 필요하지 않아 도장 작업성도 우수하다. 또한 분체 도료는 스프레이로 가루를 흩뿌리듯 도장하는데, 피도장물에 달라붙으면 100% 그대로 도막이 되므로 여러 번 칠할 필요 없이 단 한 번에 두꺼운 도장이 가능하다. 공정에서 도착되지 않은 도료는 회수하여 재이용이 가능하다. 분체 도료는 일반적으로 입자의 직경이 작은 것이 미관상 좋은 반면, 평균 입자 크기보다 작은 미세한 분말이 많이 포함되어 있는 경우에는 도장의 효율이 거꾸로 낮아지고, 외관도 좋지 않다. 분체 도료는 다양한 무늬 구현이 가능할 뿐만 아니라 부식을 방지하고 전기 절연 등의 특수 기능까지 부여할 수 있어 적용되는 분야도 다양하다. 각종 산업기기를 비롯해 자동차 부품, 건축자재, 전기전자 제품, 철제 가구, 공구류, 농기구 등에 광범위하게 적용될 수 있다.
하지만, 두께가 10mm 이상인 금속 제품에 대하여 분체 도장을 하는 경우, 분체 도료 입자가 금속 제품의 표면에 균일하게 전착(부착)하지 못하고 일부가 이탈되고 이로 인하여 균일한 도막을 형성할 수 없다는 문제가 지속적으로 발생하고 있다.
상기 문제를 해결하기 위하여 연구를 거듭한 끝에, 분체 도료를 10mm 이상의 금속 피도장물의 표면에 도포할 때 동시에 함께 분사되는 분체 도료에 열을 가하여 연화(softening)시킴으로써 금속 제품의 표면에 분사된 분체 도료가 균일하게 안착할 수 있고, 이로 인하여 균일한 도막을 형성할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 두꺼운 금속 제품의 경우에도 분체 도료를 균일하게 도포하여 부착력을 향상시킬 수 있는 분체 도장 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 일 측면은, 금속 제품에 대하여 분체 도장하는 방법에 있어서, 금속 제품의 표면에 분체 도료를 분사하여 금속 제품의 표면에 분체 도료 입자를 전착시키는 분체 도포 공정을 포함하되, 분체 도포 공정은 분사되는 분체 도료를 가열하여 연화시키는 연화 공정을 포함하고, 연화된 분체 도료는 금속 제품의 표면에 전착되는 금속 제품의 분체 도장 방법일 수 있다.
금속 제품의 두께는 10mm 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로 10mm 내지 100mm일 수 있다.
분사된 분체 도료의 가열 온도는 분체 도료의 경화 온도보다 낮을 수 있으며, 구체적으로 110℃ 내지 130℃일 수 있다.
분체 도포 공정은 스프레이 건을 사용하여 이루어지되, 스프레이 건은, 압축 공기에 의하여 분체 도료를 분사하는 토출관 및 토출관의 말단부에 배치되어 분사되는 분체 도료를 가열하여 연화시키는 가열 유닛을 포함할 수 있다.
가열 유닛은 토출관의 외주면에 탈부착 가능하도록 결합될 수 있다.
본 발명에 의하면 두꺼운 금속 제품에도 분체 도료를 균일하게 도포하여 부착력을 향상시킬 수 있는 분체 도장 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 정전 분체 도장의 개념을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프레이 건의 토출구의 구조를 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프레이 건의 토출구의 구조를 개략적으로 도시한 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 본 발명에서, 제1 또는 제2 라는 표현은 순서, 중요도를 의미하는 것이 아니라 단순히 구성요소를 구분하기 위한 것이다.
본 발명은 두꺼운 금속 제품에도 분체 도료를 균일하게 도포하여 부착력이 우수하고 균일한 도막을 형성할 수 있는 분체 도장 방법에 관한 것이다.
도 1에는 정전 분체 도장의 개념을 개략적으로 도시하였다. 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프레이 건의 토출 구조를 개략적으로 도시하였다.
본 발명의 일 측면은, 금속 제품에 대하여 분체 도장하는 방법에 있어서, 금속 제품의 표면에 분체 도료를 분사하여 금속 제품의 표면에 분체 도료 입자를 전착시키는 분체 도포 공정을 포함하되, 분체 도포 공정은 분사되는 분체 도료를 가열하여 연화시키는 연화 공정을 포함하고, 연화된 분체 도료는 금속 제품의 표면에 전착되는 금속 제품의 분체 도장 방법일 수 있다. 이하에서는 본 발명에 대하여 순서대로 설명한다.
먼저, 탈지 공정에서는 금속 제품의 표면에 존재하는 이물질 등을 제거할 수있다. 이물질의 존재로 인하여 발생하는 불량을 현저하게 줄일 수 있으며 표면이 매끄럽고 균일한 도막을 얻을 수 있다.
다음으로, 분체 도포 공정에서는 금속 제품의 표면에 분체 도료를 분사하여 금속 제품의 표면에 분체 도료 입자를 전착(부착)시킬 수 있다. 정전기를 이용한 정전 분체 도장 방법을 이용할 수 있다. 금속 제품에 접지 또는 양극을 인가하고, 도료를 분사하는 분무기에는 음극을 인가할 수 있다. 분무기로 스프레이 건을 이용할 수 있고, 이를 통하여 공기와 혼합하여 분체 도료를 분사할 수 있다.
하지만, 피도장물이 스테인레스, 철강 등 금속 제품의 경우 두께가 10mm 이상이면 분체 도료 입자가 금속 제품의 표면에 균일하게 전착(부착)되지 않아 추후 열처리 공정을 거쳐도 금속 제품의 표면에 균일한 도막이 형성되고 부착력이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 구체적으로 금속 제품의 두께는 10mm 내지 100mm 이하일 수 있다. 두께의 상한은 충분히 두께가 두껍다는 점을 나타내기 위하여 임의로 정한 값이다. 이는 금속 제품의 두께가 두꺼워 제품 내부와 표면의 온도 차이로 인하여 분체 도료 입자가 균일하게 전착(부착)되지 않는 것으로 파악된다. 즉 금속 제품의 표면 온도는 쉽게 상승되지만 그 내부의 온도는 상승이 더디기 때문에 내부와 외부의 온도 편차가 발생하기 때문이다. 다만 알루미늄의 경우에는 열전도도가 높기 때문에 내부와 외부의 온도 편차가 크지 않아 이러한 문제가 발생하지 않을 수 있다.
이를 해결하기 위하여, 분체 도료를 분사하는 과정에서 분사와 동시에 분사되는 분체 도료에 열을 가함으로써 분사되는 분체 도료를 연화(softening)시킬 수 있다. 분사되는 분체 도료를 연화시킴으로써 연화된 분체 도료가 금속 제품의 표면에 더 잘 부착(전착)될 수 있다. 연화된 분체 도료가 금속 제품 표면과의 부착력이 더 우수하기 때문이다. 결국에는 열처리 후 형성되는 최종 도막의 부착력 및 밀착성 향상으로 이어질 수 있다.
분사된 분체 도료의 가열 온도는 분체 도료의 경화 온도보다 낮을 수 있다. 분사되는 분체 도료를 연화시키기 위하여 필요한 온도는 110℃ 내지 130℃일 수 있으며, 특히 120℃가 바람직하다.
분사되는 분체 도료에 열을 가하기 위한 스프레이 건의 개략적인 구조를 도 1에 도시하였다. 스프레이 건의 토출관(30)의 말단부에 가열 유닛(10)이 형성될 수 있다. 분체 도료 입자가 토출구(40)에서 토출되기 직전에 열을 받아 연화(softening)될 수 있다. 분체 도료 입자는 연화된 상태로 분무되어 피도장물의 표면에 효과적으로 전착될 수 있다. 가열 유닛(10)은 토출관(30) 말단부의 외주면을 둘러싸면서 형성될 수 있다.
토출관(30) 외주면과 가열 유닛(10)은 슬라이딩 결합할 수 있다. 슬라이딩 결합을 통하여 가열 유닛(10)의 적정한 위치를 조절하여 가열되는 토출관(30) 말단부의 길이를 조절할 수 있다. 또한 토출관(30) 외주면과 가열 유닛(10)의 결합부에는 나사산이 형성되어 서로 나사 결합을 할 수도 있다. 마찬가지로 나사 결합의 길이를 조절하여 가열부(11)에 의하여 가열되는 토출관(30) 말단부의 길이를 조절할 수도 있다.
가열 유닛(10)의 탈부착이 가능하기 하기 때문에 가열할 필요가 없는 경우, 즉 10mm 미만의 금속 제품을 도장하거나 알루미늄 재질의 제품을 도장하는 경우에는 가열부(11)를 떼어 놓고 사용할 수도 있다.
가열 유닛(10)은 가열부(11)와 지지결합부(12)로 이루어질 수 있다. 가열부(11)는 전기를 흘려주면 열이 발생하며, 니크롬선 등 직접 열을 발생시키는 엘리먼트를 포함할 수 있다. 지지결합부(12)는 가열 유닛(10)이 토출관(30)에 결합되는 부위로서, 가열부(11)를 지지할 수 있다.
가열부(11)와 토출관(30) 외주면 사이에는 일정한 빈 공간(20)이 형성될 수 있다. 토출관(30) 내부에서도 열이 발생할 수 있기 때문에 이를 공간적으로 서로 분리하기 위한 것이다.
다음으로, 열처리 공정에서는 분체 도료가 표면에 도포된 금속 제품을 열처리 부스 등에서 열처리할 수 있다. 열처리는 180℃ 내지 200℃에서 10분 내지 20분 동안 이루어질 수 있다. 열처리는 분체 도료가 녹아 금속 제품의 표면에 균일한 막을 형성하고 이후 경화 반응이 진행되는 온도에서 이루어질 수 있다. 열처리 공정을 거치면서 금속 제품의 표면에 도포된 분체 도료 입자가 녹아 막을 형성하고 이후 경화 반응이 진행되어 부착력이 강하고 내식성 및 강도가 강한 도막을 형성할 수 있다.
다음으로, 건조 공정에서 열처리한 금속 제품을 상온에서 자연 건조하여 분체 도장 공정을 완료할 수 있다. 이를 통하여 균일한 도막이 형성된 금속 제품을 얻을 수 있다.
이하에서는 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 자세하게 설명한다. 하지만 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
두께가 13mm인 스테인레스 강 금속 판을 준비하였다. 분체 도포 공정에서 스프레이 건을 사용하여 분체 도료를 금속 판에 도포하였으며, 이때 스프레이 건의 말단을 120℃로 가열하여 분체 도포 공정을 진행하였다. 이후 180℃에서 15분 동안 열처리한 후 상온에서 20분 동안 자연 건조하여 분체 도장이 완료된 제품을 얻었다. 분체 도장은 1회만 실시하였다.
<비교예>
분체 도포 공정에서 스프레이 건의 말단을 가열하지 않았다는 점을 제외하고는 실시예와 동일하게 진행하였다.
<평가>
실시예의 제품이 비교예의 제품보다 도막의 밀착성 및 부착성이 현저히 우수함을 확인할 수 있었다.
본 발명에서 사용하는 용어는 특정한 실시형태를 설명하기 위한 것으로 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하지 않는 한, 복수의 의미를 포함한다고 보아야 할 것이다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재한다는 것을 의미하는 것이지, 이를 배제하기 위한 것이 아니다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부한 도면에 의하여 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 보아야 할 것이다.
10: 가열 유닛
11: 가열부
12: 지지결합부
20: 빈 공간부
30: 토출관
40: 토출구
11: 가열부
12: 지지결합부
20: 빈 공간부
30: 토출관
40: 토출구
Claims (7)
- 내부와 표면이 온도 차이로 인하여 분체 도료 입자가 표면에 균일하게 전착하지 아니하는 두께가 10mm 내지 100mm 인 두꺼운 스테인레스 강 및 철강 재질의 금속 제품에 대하여 분체 도장하는 방법에 있어서,
상기 금속 제품의 표면에 분체 도료를 분사하여 상기 금속 제품의 표면에 분체 도료 입자를 전착시키되, 상기 분체 도료를 상기 분체 도료의 경화 온도보다 낮은 온도인 110℃ 내지 130℃로 가열하여 연화시키고 연화된 분체 도료를 상기 금속 제품의 표면에 전착시키는 분체 도포 공정; 및
상기 연화된 분체 도료가 표면에 도포된 상기 금속 제품을 180℃ 내지 200℃에서 10분 내지 20분 동안 열처리하여, 상기 금속 제품의 표면에 도포된 분체 도료 입자를 녹여 막을 형성하고 경화시켜 부착력이 강하고 내식성 및 강도가 강한 도막을 형성시키는 열처리 공정;
을 더 포함하는, 금속 제품의 분체 도장 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 분체 도포 공정은 스프레이 건을 사용하여 이루어지되,
상기 스프레이 건은,
압축 공기에 의하여 분체 도료를 분사하는 토출관; 및
상기 토출관의 말단부에 배치되어 분사되는 분체 도료를 가열하여 연화시키는 가열 유닛;을 포함하는, 금속 제품의 분체 도장 방법.
- 제6항에 있어서,
상기 가열 유닛은 상기 토출관의 외주면에 탈부착 가능하도록 결합되는, 금속 제품의 분체 도장 방법.
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