KR19990007935A - 열가소성 조형재의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

발명에 의한 방법에 있어서 열가소성 결합재를 기초로 하는 조형재들은 결합재는 결합재가 용융체로서 충전- 및 첨가재와 혼합되어 제조된다. 선경화(先硬 化혼)는 합과정중에 혼합오도가 경화반응(硬化反應)의 개시온도(開始溫度) 이상으로 상승하여 소요경도(所要硬度)에 이르면 갑자기 하강함으로서 이루어진다.

Description

열가소성 조형재의 제조방법
이에관한 페놀수지-조형재에 대하여 현재에는 3가지의 원칙상 상이한 제조방법이 있다 (합성수지-편람 권 10열가소성수지, 2판, Hanser 출판 1988, P211-213을 참조) : 액상수지 방법에 있어서 충전재는 수지액이-침투되며 이렇게 얻어진 습한재료가 건조되고 소요 응축온도로 계속 응축된다. 해 습한재료에 의한 가공은 그의 정결한 취급이 곤란하고 건조는 추가로 에너지 소비 일의 과정을 요함으로 기업에의 실용에는 바람직하지 않다.
터보혼합방법에서 조형재성분들은 단시간의 고속 배합으로 균질화 된다. 이때 믹서(mixer)에 의하여 고도의 에너지 손실이 발생되어 제어불량으로 불균일하게만 분포된다. 이에따라서 재생에서 문제가 생긴다. 특히 선응축된 질량의 응축도는 균일하지가 않다. 이런 문제들은 소위 융해 방법의 경우에는 보다 작아진다. 여기에서 분쇄된 고형수지, 경화재 및 충전재와 첨가재로부터 선 혼합물이 제조된 다음 롤러나 또는 분쇄기에서 재처리된다. 이때 수지는 마찰에 의하여 발생되는 에너지소모에 의하여 융해되어 충전재를 침투시키며 더 나아가 소요치수로 응결된다. 이렇게 형성되는 제품은 냉각되고 얻어진 취성물질이 분쇄된다. 이때 다량의 분진과 경화성 조행재는 추가로 여과 분리되어야 한다.
본 발명은 조형재의 제조방법에 관한 것으로서 결합 H로서는 수지(樹脂) 또는 수지경화-혼합물을 포함하며 그의 융점위에 있는 개시온도에서 경화한다. 가장 주요한 이러한 유형의 접합재는 노보락헥사민(Novolok-Hexamethylentetramin) 혼합물이다.
따라서 본 발명의 과제는 이러한 단점을 배제하기 위하여 즉 열가소성 조형재의 제조를 위한 경제적인 방법을 정립하는데 있는바 여기에서 가급적 소량의 에너지를 소모하여 가급적 작은 공정으로 균일하게 응결이 되면서 재생성이 양호한 제품이 생성되는데 이는 소요입자크기로 분쇄되거나 작은 입상으로 되는데 동시에 다량의 분진이 발생하지 않는다.
본 과제의 해결은 청구범위 제 1항에서 10항에 따르는 방법에 의하여 행하여진다. 최소한 일부 융해된 수지는 충전재 및/또는 섬유조직, 첨가재의 선 혼합물과 필요에 따라 경화재를 추가로 첨가하여 그와함께 격렬히 교반된다. 이때 충전재와 섬유조직의 양호한 전착(展着)과 침투 및 균일한 교반이 이루어진다. 발생된 마찰에너지는 교반의 온도상승이 일반적으로 수지용융체의 냉각에서 발생함으로 아주 근소하다. 이것은 직접 수지생산에서 발생하는 용융체가 투입될때에 특히 유리하다.
그러나 의외로 이런 방법에 있어서는 늘러붙음과 취성편들이 전혀 발생하지 않고 이렇다할 분진없이 소요입도크기로 잘게되는 유동성의 소립자 제품이 형성된다. 이와더불어 이러한 간단한 방법에 의하여 보다 많은 작업공정들이 단축된다. 이러한 혼합방법은 전술한 방법보다는 보다 이해가 됨으로 특히 긴섬유소가 적게 파손되는바 즉 발명에 의하여 제조된 조형재들로부터 충격 및 노치강도가 개선된 조형체가 제조된다.
본 발명의 간단한 실행예에서 혼합과정은 혼합금형 내 온도 즉 이에따라서 제조된 조형재의 온도도 경화반응 개시온도하에 머물러 있도록 제어되어 있다.
선행기술에 따라서 조형재의 제조시 특히 페놀수지에 의한 경우 재료의 유동성을 해당가공기계에 맞추기 위하여 수지를 소요의 보다 높은 경화로 설정하는 것이 보통이다. 이또한 발명에 의한 방법에 있어서 동 방법이 혼합금형내 온도 및 이에따라 제조된 조형재 온도가 경화의 개시온도를 상회하고 소요경도에 도달할때까지 혼합과정이 이루어지도록 행하여지면 간단한 방법으로 가능하다는 것이 판명되었다. 이때 혼합과정이 정지되고 유지된 조형재는 가급적 속히 개시온도 이하로 냉각된다. 이에 또한 균일한 입도크기와 재생성이 양호한 경도를 가진 액상의 입상조직이 얻어진다.
발명에 따라 제조된 조형재의 성분은 열가소성 결합재에 의한 종전의 조형재에 해당되는데 즉 이들은 가열상태에서 경화되는 결합재, 일반적인 충전재(예컨대 석회, 점토, 티탄이산화물, 리소폰(백색안료), 실리콘 이산화물 또는 중정석 및/ 또는 섬유조직(섬유소, 목재-, 유리-합성수지 섬유소 및 경우에 따라서는 예컨대 색소, 경화촉진제, 안정제 및 섭동 및 분리제등과 같을것)로 되어 있다. 그와 동시에 결합재의 경화개시온도는 그의 융점위에 있는 것이 중요하다.
페놀수지, 요소수지 및 메라민수지 또는 당해 혼합축합 또한 불포화 폴리에스테르 등이 이러한 수지유형에 속하며 불포화 폴리에스테르, 폴리아미드후타리이드나 에폭시수지도 그러하다. 우수한 결합재들은 노보락(novolak) 수지와 헥싸민(Hexa)이 경화재로서 적용되는 바 특히 우선적인 경우에 적용된 노보락-수지는 상이한 화학구조의 노보락 혼합물(페놀 및/또는 비스페놀기의 노보락) 및/또는 상이한 축합계열이다.
수지들은 최소한 일부가 융해된 상태에서 고속교반기로 충진 및 첨가재로된 소정의 혼합물에 가해져서 격렬히 혼성된다. 융해된 수지와 40 중량%까지 비융해 분말형 수지로 구성된 수지혼합물을 사용할 수도 있다.
수지가 한가지 경화재를 필요로 한다면 동시에 보다 많은 가능성들이 있다 : 경화재는 충전재 및/또는 섬유조직과 첨가재로 우선 혼합이 된다음 선혼합물의 성분으로서 액상수지와 선혼힙되거나 또는 경화재가 수지와 동시 융해되거나 또는 수지용액에서 융해되며 이러한 결합재용액은 충전재 및/또는 섬유재와 첨가재로된 선혼합물과 혼합이 된다. 우선적으로 물론 최초로 충전재 및/또는 섬유 및 첨가재가 상호혼합이되고 이 혼합물에 수지용해가 첨가 혼합되며 이렇게 제조된 혼합물에서 경화재는 액상 또는 고상으로 혼합된다.
발명에 의한 방법에 있어서 경우에 따라 행해지는 수지의 선혼합을 예외로하고 단일 혼합금형으로 행하여 지는데 이때 혼합물의 온도를 조절할 수 있게되어 있다. 예들은 원주속도가 Vu5m/초인 고속출력의 믹서, 다축분해가, 터보 또는 고출력 가속믹서들이다.
고체 충전재 및/또는 섬유조직 및 첨가재와 경우에 따라 경화재의 혼합은 0.5-30분이내에 이루어진다. 이는 선혼합온도가 요구되는 범위내에 유지되도록 제어되어야 한다. 경우에 따라서 혼합금형은 냉각되어야 한다.
선혼입의 온도범위들은 요구되는 방법의 이행에 좌우된다 : 조형재는 성분들이 수지의 경화없이 서로간에 혼합되어서 선혼합온도가 수지첨가전에 70℃ 이하 특히 50℃ 이하로 유지되도록 제조되어야 한다. 이에반하여 조형재 내의 수지가 믹서에서 원하는 경도로 일부경화되어야 하면 선 혼입온도는 수지의 첨가전엔 100℃ 이하 특히 70℃ 이하로 유지되어야 한다.
혼합 과정을 중단함이 없이 선혼힙에 수지 또는 수지-경화(재)-용재가 첨가된다. 이에따르는 혼합물의 온도는 일반적으로 융해의 열에너지로 나타난다. 수지의 일부경화를 전혀 원치않을 때에는 혼합금형의 온도는 경화반응 개시온도 이하에서 유지된다.
조형재 내 수지가 이에반하여 유입된 수지보다 큰 경도를 가져야 한다면 혼합금형 내의 온도는 경도반응 개시온도를 상회하여야 한다. 이것은 다음과 같은 조치에 의하여 이루어져서 제어가능하다 : 선혼합온도 및/또는 수지융액온도 제고금형내 혼합장치의 회전속도, 혼합시간의 연장, 혼합마찰의 제고, 후자는 간단한 방법으로 벤토나이트, 고분산 규불화수소산 또는 카본블랙(끄을음)과 같은 요번성 작용재의 첨가에 의하여 이루어질 수 있다. 이러한 혼합마찰을 제고시켜주기 위한 단순한 방법은 동 혼합물에다 4% 중량%에 이르도록 물을 첨가하는 것이다.
믹서내의 개시온도가 상회되면 경화반응이 된다. 이 온도는 믹서를 통하는 현저한 전류감소에서 직접 측정가능하다. 수지의 요구되는 경도에 해당되는 전류감소에 이르면 혼합과정은 정지되고 존재하는 조형재는 가급적 속히 개시온도 이하로 냉각된다. 이것은 조형재가 신속하게 저장소로 비워짐으로서 가장 간단한 방법으로 행해진다.
예 1
일정회전수 155rpm(Vu=5.26m/초)의 가속혼합기를 가진 혼합금형(용적 300ℓ)에서
알루미늄 산화 수화물 32.0㎏
유리섬유 11.0㎏
석회 17.0㎏
과산화물 0.6㎏
티타산화물 1.0㎏
칼슘스테아린산 2.0㎏
색상반죽 0.1㎏
윤활제 0.3㎏
계량이되고 30초 동안 격렬하게 혼합된다. 선혼합은 균일하며 온도는 약 30℃이다. 혼합온도의 유지하에서 5분이내에 폴리에스테르 수지융해 16㎏가 130℃의 온도에서 (150℃의 점도 : 3000cp)첨가된다. 감소된 혼합속도에서 5분간 교반된다. 유지된 재료는 50℃ 온도를 가지고 있으며 믹서의 개폐구를 통하여 저장소로 빠진다.
믹서내벽은 정결하며 모든 혼합금형들은 비어있다. 유지된 조행재는 균일하며 살수로 먼지를 줄인다. 개별 입자크기는 평균크기가 1-2㎜ 정도이다.
실행예 2
변속이 가능한 가속혼합기와 일정회전수 3000rpm의 전나무 원심 분리기를 가진 금형에서 조형재는 다음 여러 가지 방법으로 제조된다 :
다음의 원소재 :
목재분말 15.5㎏
석회석 10.5㎏
고령토 10.5㎏
산화마그네슘 2.0㎏
카본블랙 0.5㎏
핵산 4.0㎏
밀랍(왁스) 0.1㎏
물 2.0㎏
들이 믹서에 들어 있으며 200rpm의 일정회전속도로 25분간에 걸쳐서 혼합된다. 선 혼입의 온도는 이때 약 60℃가 된다.
25㎏의 페놀수지융해(160℃)는 2분 이내에 교반하에서 첨가된다. 온도는 100℃ 이상 올라가며 경화반응이 개시된다. 약 5분후에 전류가 상승 약 11A에서 35A로 된다. 원하는 선경화처리가 이루어진다.
냉각후 부유제품은 균일한 입자 크기로 되거나 분쇄되어 여과된다.
괄목할 정도의 먼지발생은 일어나지 아니한다. 또한 활용할 수 없는 미세한 입자는 무시할 정도로 작다.
이렇게 제조된 조형재로서 광학적 판정에 의하여 이상이 없는 다이캐스팅 및 압출부품들이 공지의 방법으로 제조되어 각종 정밀기계부품에 사용된다.

Claims (10)

  1. 결합재는 수지 또는 수지-경화재-혼합재로 개시온도이상, 수지의 융점이상에서 경화되며 결합재, 충전재 및/또는 섬유조직 및 경우에 따라 첨가재로된 조형재의 제조방법에 있어서,
    고속혼합 금형에서 충전- 및 첨가재 또는 경우에 따라서 경화재가 혼합되며 이러한 혼합에서 수지 또는 결합재 혼합은 최소한 일부는 융해 상태로 존재유입되어 격렬하게 혼합되며 이때 금형내의 온도는 경화반응 개시온도하에서 일정한 것을 특징으로 하는 조형재의 제조방법.
  2. 결합재는 수지 또는 수지-경화재-혼합재로서 개시온도 이상, 수지의 융점이상에서 경화하며 결합재, 충전재 및/또는 섬유조직 및 경우에 따라서는 첨가재로된 조형재의 제조방법에 있어서,
    고속혼합금형 내에서 충전- 및 첨가재 또는 경우에 따라서 경화재가 우선 혼합이되고 이러한 선혼합물에 수지 또는 결합재가 최소한 일부 융해상태로 존재하여 유입되고 격렬하게 혼합이되는바 이때 혼합금형내 온도는 경화반응의 개시온도를 상회함으로 소요경도에서 중단되는 결합재의 경화가 이루어지는 한편 혼합과정이 중지되어 얻어진 조형재는 가급적 속히 개시온도 이하로 냉각되는 것을 특징으로 하는 조형재의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    우선 충전재 및/또는 섬유조직 및 첨가재가 상호 혼합이 된다음 경화재가 첨가되어 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    수지용액 첨가전에 선혼합온도는 70℃ 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    수지용액 첨가전의 선혼합온도는 100℃ 이하인 것을 특징으로 하는 방법
  6. 제 2항 내지 제 5항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    결합재로서 노브락(NOVOLAK) 수지와 헥싸민이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    적용된 노보락-수지는 상이한 화학구조 및/또는 상이한 축합물의 노보락 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 2항에 있어서,
    혼합물 온도의 제고(提高)는 마찰열에 의하여 개시온도가 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    마찰을 올리기 위한 혼합에는 물이 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    조형재의 냉각은 저장소로 신속히 비움으로서 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.
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