KR20000020140A

KR20000020140A - 폴리우레탄 고무판의 정밀절단 방법

Info

Publication number: KR20000020140A
Application number: KR1019980038589A
Authority: KR
Inventors: 최낙삼
Original assignee: 전정수; 최낙삼
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2000-04-15
Also published as: KR100325776B1

Abstract

본 발명은 폴리우레탄 고무판을 공업용 칼로 정밀절단하여 고무날(rubber blade)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 종래의 절단법으로는 절단표면부에 미세손상이나 영구 소성변형, 만곡형태가 생성되어 제조된 고무날의 선단부가 무디고 거칠었다. 이 문제를 해결하기 위해 우레탄 고무판의 폭방향으로 균일한 인장 변위를 준 상태에서 대표도에 나타낸 것처럼 우레탄 고무의 열변형온도(heat distortion temperature)보다 큰 온도(125-130℃)와 적정 절단속도(0.5-15mm/s)로 고무판을 길이방향으로 절단한다. 절단 칼날의 선단부는 12°-14°의 예각으로 하고 직경 1㎛이하의 미소한 연마제로 정밀 연마하여 절단에 이용한다. 본 발명에 의해서 절단표면에 미세 손상, 영구소성변형, 만곡이 없어지며 고무판의 상하표면과 절단표면이 직각 혹은 특정각을 갖는 우레탄 고무날을 제조할 수 있다.

Description

폴리우레탄 고무판의 정밀절단방법

본 발명은 플라스틱이나 고무의 정밀절단기술 또는 슬라이싱(slicing)방법에 관한 것이며, 특히 고체 표면의 이물질과 먼지의 제거용으로 사용하는 우레탄 고무날(urethane rubber blade)이나 범용 고무날(general rubber blade)의 제조방법에 관한 것이다.

고무는 섬유상, 필름상, 시트상, 판상, 봉상의 여러 가지 형태로 기계구조물에 적용되고 있으며 이들의 절단작업은 중요한 가공기술에 해당한다. 종래에는 원형 회전칼날(rotational blade)이나 면도칼형 병진칼날(translational blade)을 이용하여 상온 혹은 재료의 열변형온도(heat distortion temperature)이하의 예열온도나 상온에서 고체상태의 고무를 절단하므로, 절단표면부에 미세손상이나 만곡, 영구 소성변형이 생성되고 절단으로 제조된 고무날의 선단각도가 정밀하지 못하여 무디며 고무날의 수명이 짧은 문제점이 발생하고 있다.

본 발명은 상기의 종래절단기술로 발생하는 문제점을 해소하기 위해서 고안된 것으로 폴리우레탄(PU)고무판의 정밀절단방법에 관한것이며, 절단표면부에 미세손상이나 만곡, 영구소성변형이 거의 생성되지 않고 고무날이 직각 혹은 예각으로 정밀하게 형성되도록 하는 절단방법과 조건을 제공하고자 한다.

도1은 본 발명원리를 나타내는 정밀절단 기계부의 개략적인 평면도.

도2는 도1의 점선5 영역의 확대 평면도.

도3은 도1의 선 a-a를 따라 도시된 고무판(1)과 절단용칼날(4)의 x-z 단면도.

도4는 본 발명원리에 의한 정밀절단작업 전후의 열처리 공정도.

도5는 폴리우레탄(PU) 고무판의 단위 두께당 절단하중(F)에 미치는 시험온도(T)의 효과를 나타내는 실험결과도.

도6은 PU 고무판의 절단으로 생성된 절단 표면의 사진(6a, 6b) 및 절단표면 모서리부의 거칠기와 각도를 나타내는 도식도(6a', 6b')

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 폴리우레탄(PU)고무판 2 : PU고무판의 1차 고정판

3 : PU고무판의 2차 고정판 4 : 절단용 칼날(razor blade)

5 : 절단중의 칼날 및 측면부위 6 : 칼날의 고정구

7 : 칼날의 선단부(blade tip) 8 : PU고무판의 예열 작업실

9 : PU고무판의 정밀절단 작업실 10 : PU고무판의 절단직후의 급랭작업실

11 : 절단기계의 제어부, 구동부, 로드셀용 상온실

x방향 : 절단방향 및 고무판의 길이방향,

y방향 : 고무판의 폭방향 z방향 : 고무판의 두께 방향

W : 1차 고정판과 2차 고정판의 간격

v : 칼날의 이송속도 혹은 고정판의 이송속도

F : 절단시 칼날에 걸리는 하중으로 고무판의 단위두께당 절단하중

T : PU고무판과 그 주변의 온도

P : 고무판의 길이방향 단면적에 걸리는 폭(y)방향 인장응력

δ : 고무판의 폭방향 변위

θ : 칼날 선단선(先端線)과 고무판의 표면이 이루는 각도

α : 칼날 선단부의 예각 A.C : 절단으로 생성된 절단표면부

B.D : 절단전의 고무판의 표면

도1은 본 발명원리를 나타내는 정밀절단기의 주요 기계부에 대한 평면도이며, 도2는 도1의 칼날선단주변의 상세도, 도3은 도1의 선a-a에 따른 x-z단면도이다. 우레탄 고무판(1)이 직사각형의 평판으로 일정온도T를 유지하고 있다고 전제하고, 평판의 한쪽 모서리선을 기준선으로 정하여 기준 모서리부위를 1차고정판(2)으로 압착한다. 이후, 평판의 다른 한쪽을 균일하게 잡아당겨 평판의 폭방향(W방향)으로 인장형 변위(δ)를 약 0.5-1.0mm정도 가한 상태에서 2차 고정판(3)으로 고무판을 고정한다. 이는 고무절단표면과 절단칼사이의 측면 마찰을 최소화하여 절단중의 고무의 밀림현상과 만곡된 절단표면생성을 방지하기 위함이다. 여기서 각 고정판(1),(2)는 고무판(1)과 동일한 온도로 유지되어 있으며 고정판간의 간격(W)은 최저5mm이며 고무판 두께(t)의 5배를 넘지 않도록한다. 또한, 고정판(1),(2)에 의한 고무판의 고정은 고정판 전 길이에 걸쳐 균일한 압력이 되도록 압착고정한다.

절단칼날(4)은 날의 선단부의 양측면이 1㎛크기 이하의 미소한 연마제로 잘 연마된 표면상태를 가지고 칼날의 손상이 전혀 없으며, 고무판(1)과 동일한 온도T로 유지되어 있도록 한다. 칼날의 재질로는 스테인레스계나 주철계의 칼이 녹슬지 않고, 시중의 공업용 면도칼은 스테인레스계가 더 미소하게 연마되어 있어 바람직하다. 절단칼(4)의 하단부를 고정구(6)로 완전고정하며, 이때 칼날의 선단선(7)은 고무판의 상하표면과 수직(θ=90°)하게 닿고 고무판의 두께보다 더 크도록 유지시킨다. 또한 절단칼의 고정부위는 고무판의 밑면에 가능한 근접해 있도록 하여 절단시에 칼날의 휨현상을 방지하도록 한다. 절단표면의 만곡을 해소하기 위해서는 절단칼(4)의 위치가 1차고정판(2)와 2차고정판(3)의 중앙(W/2)에 있도록 절단해야한다. 만일 고정판의 간격(W)이 크면, 절단칼의 위치가 중앙에서 다소 벗어나도 좋으나, 이 경우엔 절단중에 칼날의 진행속도(혹은 고무판의 이송속도)에 따라 고무판의 밀림진동이 생기지 않도록 적절한 절단속도와 조건을 구해야한다. 절단칼의 선단각도(α)는 12°-14°, 칼의 두께는 0.25-0.40mm가 좋다. 칼의 두께가 커질수록 고무판(1)의 폭방향 인장변위δ를 크게해야 하나 δ가 클수록 고무판의 폭방향 영구변형을 초래할수 있고, 칼의 두께가 얇으면 칼날의 강성저하로 절단시에 칼이 휠 수 있어 좋지않다.

도4는 우레탄 고무판을 일정온도 T까지 예열하는 작업실(8), 예열된 고무판을 도1와 같이 정밀절단하는 작업실(9), 절단직후 급랭(혹은 수랭)하는 작업실(10), 정밀절단작업실의 열로부터 차단되어 있는 절단기계 제어부, 구동부, 로드셀부가 위치한 상온실(11)을 나타낸다. 예열 작업실(8)에서 일정온도T를 유지하고 있는 알루미늄 상판과 하판사이에 고무판(1)을 끼워 넣어 상판의 자중으로 압착시키고 고무판의 두께 1mm기준으로 5분정도 유지하여 고무판 전체가 온도T가 되도록 한 다음, 절단작업실(9)로 이송한다. 절단작업실(9)도 일정온도 T를 유지하여 고무판(1), 고정판(2),(3), 절단칼(4)이 동일한 온도 T의 상태에 있게 한다. 우레탄 고무판은 100℃이상의 온도에서 열화가 일어날수 있으므로, 절단작업공정이 끝나 완성된 고무날은 즉시 급랭작업실로 이송되어 상온 상태로 회복되어야 한다.

도5는 절단칼의 고정구에 연결보를 걸어 장착한 로드셀로 측정된 절단하중 F을 각 시험온도T에 대해 도시한 것이다. 여기서 F는 고무판의 단위두께당 절단하중을 가리킨다. 절단속도v를 4.5mm/s로 한 결과, F값은 100℃ 근처에서 급격히 낮아져 120℃이상에서 120g/mm정도로 매우 낮아졌다. 참고로, 이 우레탄고무의 열변형온도(heat distortion temperature)는 약 100℃였다. 우레탄 고무판은 120℃이상에서 고무유동상태(rubbery-flow state)가 되지만 고온 열화가 진행하게 된다. 이를 고려하여 우수한 절단표면을 얻을 수 있는 절단온도T와 절단속도v를 구한 결과 온도는 125·130℃, 속도는 0.5-15mm/s로 판명되었다.

도4와 도5에서 언급된 로드셀은 절단하중의 실측평가시에 이용하며, 우레탄고무날의 실제 제조시에는 장착할 필요가 없으나 절단하중의 미소한 변동을 검출하여 절단품질을 실시간으로 검사하고자 할 경우에는 항시 사용될 수 있다.

지금까지 언급한 내용은 우레탄고무의 평판에 대한 정밀절단에 관한것이나, 사출 혹은 압축성형으로 제작되는 우레탄 고무 성형품에도 위의 정밀절단 방법과 원리를 적용할수 있다. 즉, 성형직후의 성형품온도가 아직 120℃이상의 고온으로 유지되고 있을 때, 적절한 고정구를 신속히 이용하여 성형품을 폭방향으로 약간 인장변형시켜 고정하고 0.5-15mm/s의 절단속도로 길이방향 정밀절단을 하면 우수한 날(blade tip)이 갖추어진 고무성형품을 정밀하게 제조할수 있다.

도6은 우레탄 고무판을 절단시험한 결과로서 생성된 절단표면의 형태를 나타낸다. T=20℃, v=1.5mm/s의 조건으로 생성된 절단표면의 사진(6a)를 보면 영구소성변형과 미세 손상의 흔적이 절단표면(A)의 모서리부 근처에 까맣고 울퉁불퉁하게 나타나 있으며, 모서리 선이 상당히 만곡되어 있음을 알수 있다. 즉, 사진(6a)의 횡단면을 그림(6a')에 도식적으로 표현한 바와 같이 절단표면부위 A는 거칠며 고무판의 한쪽면B에 근접한 모서리각부위가 미세손상과 영구소성변형의 생성으로 복잡한 형상으로 되었다.

한편 본 발명에서 제시하는 T=130℃, v=4.5mm/s의 절단조건으로 생성된 절단표면의 사진(6b)을 관찰하면 영구소성변형과 미세손상의 발생흔적이 절단표면(C)에 전혀 나타나지 않았으며, 모서리선이 매우 직선적이었다. 사진(6b)의 횡단면을 그림 6b'에 도식적으로 표시하여 설명하면 절단표면부위 C가 평탄하며 고무판의 한쪽면D와 이루는 모서리각(角)이 단순 직각으로 형성되어 우수한 고무날(rubber blade)이 제조되었다.

따라서, 본 발명에서 제시한 절단조건과 방법으로 절단표면에 미세손상, 영구소성변형, 만곡이 없는 우수한 우레탄 고무날을 제조할 수 있다.

Claims

폴리우레탄 고무판을 공업용 칼로 절단하여 고무날(rubber blade)을 제조함에 있어서, 도5와 같이 열변형 온도(heat distortion temperture)이상의 고무유동상태(rubber flow state)에서 절단하중은 극히 낮아지고 이 온도영역에서 절단함으로써 절단 표면에 미세 손상, 영구소성변형, 만곡이 없으며 고무판의 원래표면과 절단표면이 직각 혹은 특정각을 갖는 고무날을 제조하는 방법과 이를 이용한 절단장치.
제1항에 있어서, 도1과 같은 우레탄 고무판의 폭방향 인장변위를 균일하게 주고, 1차 고정판과 2차 고정판의 중앙에 절단 칼날을 위치시켜 고무판을 길이 방향으로 절단한다. 정밀절단을 위한 조건은 절단온도 125-130℃, 절단속도 0.5-15mm/s이며 절단정밀도가 다소 떨어져도 좋을 경우 절단온도 110-140℃, 절단 속도 15-30mm/s인 우레탄 고무절단방법 및 절단 장치.
제2항에 있어서, 공업용 칼의 칼날 선단부의 예각은 12°-14°이하이고 1㎛크기 이하의 연마제로 칼날 선단부의 양측면을 연마하며 절단칼날은 고무판의 상하면에 수직하도록 세워 고정하고 적정 절단온도에서 고무판 및 이에 관련된 고정구, 절단용 칼을 적정시간 예열유지하여 절단하고 절단 직후 고무날을 급랭시키는 절단방법 및 장치.