KR200182035Y1 - 폴리우레탄 스폰지폼의 외관필름 코팅장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 우레탄 스폰지폼의 외관필름 코팅장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우레탄의 발포에 따라 발생되는 내부가스를 외부로 배출하여 스폰지와 필름사이의 공극 발생을 저지하여 접착불량을 감소하고 제조시간을 단축함으로서 필름코팅의 생산성증대가 이루어지는 폴리우레탄폼의 외관필름 코팅장치에 관한 것이다. 본 고안은 상부금형(32)과 하부금형(34)으로 이루어지고, 원하는 형상이 조각된 스폰지형상이 내측에 형성되는 금형(30)과; 상기 상부금형(32)의 외측면에 형성되어 상부금형(32)상에 위치되는 필름(52)의 이탈을 방지하는 필름고리(32a)와; 상기 상부금형(32)의 일부 개폐작동을 수회 반복되도록 하여 우레탄 발포시 발생되는 가스를 상부금형(32)과 하부금형(34) 틈새로 배출시키는 가스배출기(20)로 이루어지도록 하는 폴리우레탄 스폰지폼의 외관에 필름을 코팅하는 코팅장치를 제공한다. 따라서 우레탄의 발포에 따라 발생되는 내부가스를 외부로 배출하여 스폰지와 필름사이의 공극 발생을 저지하여 접착불량을 감소하고 제조시간을 단축함으로서 필름코팅의 생산성증대가 이루어지는 효과가 있다.

Description

폴리우레탄 스폰지폼의 외관필름 코팅장치{film coating apparatus for polyurethane spongeform }

본 고안은 우레탄 스폰지폼의 외관필름 코팅장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우레탄의 발포에 따라 발생되는 내부가스를 외부로 배출하여 스폰지와 필름사이의 공극 발생을 저지하여 접착불량을 감소하고 제조시간을 단축함으로서 필름코팅의 생산성증대가 이루어지는 폴리우레탄폼의 외관필름 코팅장치에 관한 것이다.

일반적으로 폴리우레탄은 이소시아네이트와 폴리올의 화학합성에 의해 이루어지는 열경화성수지로서 상기 이소시아네이트와 폴리올의 합성비율에 따라 물성조절이 용이하고 그 취급의 편리성으로 인하여 다양한 재료들을 제작하기 위하여 널리 사용되고 있는 범용적인 합성수지재이다. 이러한 폴리우레탄은 비교적 무른 물성으로는 내부에 발포재가 함유된 스폰지폼의 형태로 사용되기도 하며, 그 이외에 경도가 가벼운 신발밑창 그리고 자동차 내부재 등 그 용도는 이루 말할 수 없이 다양하게 사용되고 있다.

상기와 같은 폴리우레탄은, 폴리올과 이소시아네이트의 원료가 각각 별도의 탱크에 저장된 채, 상기 원료의 혼합과 동시에 소정의 열을 가함으로서 각 원료의 혼합반응에 의해 폴리우레탄 수지가 형성되게 된다. 이러한 폴리우레탄의 제조를 위해서는 기본적으로 폴리올과 이소시아네이트가 저장되는 원료탱크와, 상기탱크에서 공급되는 폴리올과 이소시아네이트를 혼합과 동시에 혼합액을 분출하는 원액주입기 그리고 상기 분사된 액에 의해 원하는 형상이 이루어지도록 일정한 열에 의해 반응하는 발포금형부로 이루어진 장치가 필요하게 된다. 그리고, 다양한 형상의 물성을 가지는 폴리우레탄을 형성하기 위해서는 상기 각 기본원료의 배합비율 그리고 첨가되는 물질의 조성에 따라 달라지게 된다.

상기와 같이 다양한 물성조절이 가능한 폴리우레탄중의 사용 용도중 내부에 기공이 많이 형성된 스폰지형태의 폴리우레탄은 그 물성의 정도에 따라 자동차의 시트로 사용되기도 하며, 또는 자동차 바퀴의 전방부분에 설치되어 자동차의 주행도중에 발생되는 소음을 제거하는 소음제거제로도 사용되기도 한다. 상기 소음제거제로 사용되는 폴리우레탄 스폰지폼(이하에서는 약칭하여 우레탄스폰지라 칭하기로 한다.)은 외부에 노출되어 있어 비 또는 물기에 노출시 우레탄스폰지 내부에 형성된 통공으로 스며들므로 그대로 사용하기에는 곤란할 뿐만 아니라 자외선에 의한 색변색 부스러짐등이 발생한다. 따라서 이러한 우레탄스폰지는 자외선에 의한 변형 및 물기가 우레탄스폰지 내부측으로 스며들지 못하도록 비투과성인 필름을 외관에 코팅하여 사용하게 된다.

이하에서는 이러한 우레탄스폰지에 필름을 코팅하는 과정을 도시한 도면을 참조하여 간략하게 설명하기로 한다.

도 1 은 종래의 우레탄 스폰지에 필름을 코팅하는 과정을 나타낸 도이다. 도시된 바와 같이, 폴리우레탄의 기본원료인 폴리올과 이소시아네이트를 준비하고 우레탄스폰지를 형성하기 위한 적정한 배합비를 결정하고 발포제 등의 기타 첨가제를 각 기본원료에 적정량 혼합하여 우레탄원액을 준비한다.(ⅰ)

이러한 우레탄원액을 이송하고(ⅱ), 발포금형부에 구비된 진공발포금형 내부에 주입하여 열을 가함으로서 우레탄스폰지를 형성하게 된다. 이 때 상기 우레탄스폰지의 외면에 필름이 코팅되기 위해서는 우레탄스폰지 형상이 조각된 진공발포금형내에 우레탄원액이 주입되기 전에 외관에 코팅되는 필름을 진공발포금형내에 위치시킨다.(ⅲ) 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부금형(2)과 상부금형(3)에 조각된 스폰지형상보다 큰 크기로 제작된 필름(5)을 각 진공발포금형(1)상에 위치되도록 한다. 한편, 상기 금형(1)상에는 외부와 통하는 공기통로(4)가 형성되어 있으며, 상기 공기통로(4)는 비록 도시되지는 않았지만 진공흡입기와 연결되어 있다. 따라서 상기 필름(5)을 위치시킨 상태에서 진공흡입기를 작동시키게 되면, 상기 필름(5)이 진공발포금형(1)상에 형성된 스폰지형상의 내면에 밀착되게 된다.(ⅳ)

상기의 상태에서 하부금형(2)의 스폰지형상내에 폴리우레탄원액(6)을 주입하고, 상부금형(3)을 덮게 된다.(ⅴ) 상기의 상태에서 상기 발포금형부에 구비된 스팀파이프(미도시)를 통하여 진공발포금형(1)측으로 소정의 온도로 열을 가함에 따라 상기 금형(1) 내부에서 반응이 일어나 우레탄스폰지의 경화가 이루어지게 된다.(ⅵ) 이때 상기 우레탄스폰지는 외면에 필름(5)이 코팅된 상태로 이루어지게 된다. 상기와 같이 우레탄스폰지가 형성된 후, 소정시간 동안 반응 도중에 발생된 가스를 외부로 배출하고(ⅶ), 금형(1)내부에서 상기 필름(5)이 외관에 코팅된 우레탄스폰지(6)를 탈형하고 마무리 처리를 행하여 최종제품을 형성하게 된다.(ⅷ)

그러나, 간략하게 설명한 종래의 방법 및 장치에서 필름이 코팅된 우레탄폼을 형성할 경우에는 다음과 같은 여러가지 문제점이 발생한다.

첫째, 무엇보다고 우레탄스폰지 제조를 위한 시간이 많이 걸리고 이에 따라 생산능률이 저하되는 문제점이 있다. 즉, 상술한 종래의 제조공정에 따르면, 대개 진공발포금형(1)에 필름(5)을 장착하기 위해 사용자가 작업을 위한 2 내지 3분 정도의 시간이 소요되고, 장착된 필름(5)을 스폰지형상의 내면에 밀착시키기 위해 진공흡입기를 작동시키는 시간이 약 2분정도, 원액주입과 금형내 발포성형하는데 약 2분정도 그리고 탈형전의 가스빼기에 약 2분정도 등이 시간이 소요되어 하나의 우레탄스폰지의 생성을 위해 약 10분 내지 15분정도 과다한 시간이 소요된다. 이에 따라 대량생산에 따른 생산성의 저하가 발생되어 단가가 높아지는 문제점이 있다.

둘째, 상기 진공발포금형의 형성을 위해서는 금형(1)상에 별도의 미세한 공기통로(4)를 형성하여야 하므로 이러한 금형제작 작업이 까다로워 불량발생이 높을 뿐만 아니라 금형제작단가가 증대하여 과다한 비용이 소모되는 문제점이 있다.

셋째, 종래의 진공발포금형상에 의해 제조되는 우레탄스폰지는 불량율이 높다는 문제점이 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 진공흡입기를 통해서 필름(5) 외면과 금형 내부에 조각된 스폰지형상면 사이에 존재하는 가스는 외부로 배출되나, 우레탄원액의 발포에 따라 발생되는 내부가스는 외부로 충분히 배출되지 않아 상기 우레탄원액의 발포에 따라 발생되는 가스가 필름(5)의 내면과 우레탄스폰지 사이에 공극(p)을 형성되게 된다. 이는 어디까지나 금형 내부에서 우레탄발포에 따라 발생되는 자체공기가 충분히 외부로 배출되지 못하고 금형내부에 잔존하여서 발생되게 된다. 따라서 상기 공극(p) 부분은 우레탄스폰지 내부면과 필름면 사이의 충분히 밀착을 이루지 못하여 접착불량을 야기시키고, 이에 따라 외면에 코팅된 필름이 쉽게 벗겨져 불량품이 발생되는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 장치의 구조 및 제조공정을 개선함으로써 우레탄스폰지의 제작시간을 단축시켜 생산성의 향상을 도모하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 고안은 사용되는 금형의 구조를 간단하게 함으로써 금형제작작업의 간소화 및 금형제작 불량률의 감소에 따라 장치의 비용을 절감하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 고안은, 우레탄스폰지의 제작과정중 우레탄원액의 발포도중에 발생되는 가스를 외부로 배출함으로써 필름에의 접착성을 향상시켜 접착불량을 제거하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

도 1 - 종래 우레탄발포 스폰지폼의 외관 필름코팅 공정을 나타낸 도.

도 2 - 종래 우레탄발포 스폰지폼의 생성을 위한 발포금형의 내부 단면도.

도 3 - 도 2의 A부 상세도.

도 4 - 본 고안에 의한 폴리우레탄 스폰지폼의 외관필름 코팅을 위한 발포금형기의 단면도.

도 5 - 본 고안에 의한 폴리우레탄 스폰지폼의 외관필름 코팅을 위한 발포금형기의 사시도.

도 6 - 본 고안에 의한 가스배출기의 블럭도.

도 7 -본 고안에 의한 가스배출기 제어부의 시퀀스도.

도 8 - 본 고안에 의한 가스배출기 제어부용 전원공급 회로도.

도 9 - 본 고안에 의한 폴리우레탄 스폰지폼의 외관필름 코팅을 위한 코팅방법을 나타낸 도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 발포금형부 20 : 가스배출기

22 : 에어실린더 24 : 제어부

26 : 에어펌프 30 : 금형

32 : 상부금형 32a: 필름고리

34 : 하부금형 40 : 스팀파이프

50 : 스폰지폼 52 : 필름

54 : 우레탄스폰지

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 제1 특징에 따르면, 원료가 저장된 원료탱크와, 상기 원료탱크로 부터 공급되는 원료를 혼합하고 금형내부로 폴리우레탄 원액을 주입하는 원액주입기와, 상기 주입된 원액의 화학반응에 의해 스폰지형태를 이루고 외면에 필름이 코팅되도록 하는 발포금형기로 이루어지는 폴리우레탄 스폰지폼의 외관에 필름을 코팅하는 코팅장치에 있어서, 상기 발포금형기는, 상부금형과 하부금형으로 이루어지고, 원하는 형상이 조각된 스폰지형상이 내측에 형성되는 금형과; 상기 상부금형의 외측면에는 형성되어 상부금형상에 위치되는 필름의 이탈을 방지는 필름고리와; 상기 상부금형의 일부 개폐작동을 수회 반복되도록 하여 우레탄 발포시 발생되는 공기를 상부금형과 하부금형 틈새로 배출시키는 가스배출기로 이루어지도록 하는 폴리우레탄 스폰지폼의 외관에 필름을 코팅하는 코팅장치를 제공하는데 있다.

바람직하기로는 상기 가스배출기는, 상부금형의 측면을 통해 연결되어 상부금형의 상하 개폐를 수행하는 에어실린더와; 상기 에어실린더의 개폐동작을 위한 동력전달 및 개폐작동시간 및 개폐회수를 제어하는 제어부로 이루어지도록 한다.

본 고안의 제 2 특징에 따르면, 하부금형과 상부금형상에 코팅되는 필름을 위치시키는 제 1 과정과; 상기 필름이 위치된 금형에 폴리우레탄원액을 주입하는 제 2 과정과; 원액 주입후, 상부금형이 닫힌 상태에서 소정시간 발포팽창시켜 일정한 형상의 폴리우레탄 스폰지를 형성하는 제 3 과정과; 폴리우레탄 스폰지 내부에 발생되는 가스가 외부로 배출되도록 소정시간 동안 일정 정도의 상부금형 개폐를 반복하는 제 4 과정과; 스폰지 내부 공기배출 후, 스폰지의 경화 및 필름과의 접착을 위해 상부금형이 닫힌 상태에서 소정시간 경화시키는 제 5 과정; 그리고 금형을 개방시켜 형성된 스폰지폼을 탈형시키는 제 6 과정을 포함하여 이루어지는 폴리우레탄 스폰지폼의 외관에 필름을 코팅하는 코팅방법을 제공하는데 있다.

그리고, 바람직하기로는 상기 제 3 과정은 45초 내지 60초 정도로 이루어지고, 상기 제 4 과정은 2 내지 3초이 시간내에서 상부금형의 개폐반복이 4 내지 9회로 이루어지고, 제 5 과정은 30 내지 60초에 걸쳐 경화가 이루어지도록 한다.

이하,상기와 같은 구성을 가지는 본고안에 따른 폴리우레탄 스폰지폼의 외관필름 코팅방법 및 장치를 도시한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 그리고 이하에서 설명하는 실시예들은 본 고안의 예시적인 실시예들을 설명하는 것이지 본 고안을 한정하는 의도로 기술되는 것은 아니다.

먼저, 본 고안에 의한 외관필름 코팅장치를 설명하기로 한다. 본 고안에 따른 코팅장치는, 크게 원료탱크(미도시), 원액주입기 그리고 우레탄의 발포도중에 발생되는 가스를 외부로 배출시키기 위한 가스배출기(20)가 구비된 발포금형부(10)로 구성된다. 먼저, 원료탱크를 설명하기로 한다. 원료탱크는 통상적으로 폴리올과 이소시아네이트가 담겨져 있는 두개가 필요하다. 상기 폴리올과 이소시아네이트는 각각 필요로 하는 물성을 나타내기 위하여 발포제 및 각종 첨가제가 혼합되어 있다. 그리고, 상기 원료탱크로 부터 전달되는 폴리올과 이소시아네이트를 혼합하여 폴리우레탄원액을 형성함과 동시에 금형 내부로 원액을 주입하는 원액주입구가 상기 원료탱크와 연결되어 있다. 이러한 원액주입기를 통해 혼합되는 폴리올과 이소시아네이트의 혼합비율은 자동적으로 제어되게 된다. 그리고, 이러한 원료탱크 및 원액주입기는 폴리우레탄의 제조를 위한 필수 구성성분으로 당업계 종사자에게는 널리 알려진 일반적인 사실이므로 이하 자세한 설명은 생략하기로 한다.

다음, 본 고안에 의한 코팅장치에 사용되는 발포금형부(10)를 설명하기로 한다. 도 4와 도5에 도시된 바와 같이, 본 고안에 의한 발포금형부(10)는, 크게 상부금형(32)과 하부금형(34)으로 이루어진 금형(30)과 가스배출기(20)로 이루어진다.

먼저 금형(30)을 설명한다. 각 금형(30)의 내부에는 필요로 하는 스폰지형상이 조각되어 있다. 상기 스폰지형상 내부에 우레탄원액이 주입되고, 소정온도에 의해 우레탄원액이 반응함에 따라 원하는 스폰지폼을 형성하게 된다. 그리고, 상기 상부금형(32)의 양측면에는 필름고리(32a)가 형성된다. 상기 필름고리(32a)는 상부금형(32)에 위치되는 필름이 이탈되지 않도록 고정하기 위한 것이다. 즉, 본 고안에서는 별도의 진공흡입기가 사용되지 않으므로 하부금형(34)상에 놓여지는 필름은 그대로 위치시킬 수 있으나, 상부금형(32)상에는 필름을 놓을 수 없다. 따라서 상기 상부금형(32)에 위치되는 필름을 상기 필름고리(32a)에 걸음으로서 상부금형 (32)에 위치되는 필름이 떨어지지 않고 고정되게 된다. 그리고, 상기 금형(30)의 후방을 통해 스팀파이프(40)가 연결 설치된다. 상기 스팀파이프(40)는 금형(30) 내부로 열을 전달하여 금형(30)내의 스폰지형상에 주입된 우레탄원액의 발포가교를 위한 열을 전달하기 위함이다. 이러한 스팀파이프(40)는 종래와 동일한 구조이므로 이하 자세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 고안에서는 가스배출기(20)가 구비된다. 도5에 금형(30)과 가스배출기(30)의 연결상태를 나타내었다. 도5를 살펴보면, 상기 가스배출기(20)의 에어실린더(22)가 상부금형(32)의 측면을 통해 연결되고, 에어실린더(22)의 수축과 팽창에 의해 상부금형(32)을 개폐하게 된다.

상기 가스배출기(20)는 우레탄원액이 금형내부에서 발포되는 도중에 자체 반응에 의해 발생되는 가스를 외부로 배출시키는 역할을 한다. 이러한 역할을 위한 가스배출기(20)는 에어실린더(22)와, 이를 제어하는 제어부(24), 그리고 상기 에어실린더에 압축된 공기를 공급하기 위한 에어펌프(26)로 이루어진다. 즉, 상부금형(32)이 닫힌 상태에서 스팀파이프(40)에 통해 전달되는 열에 의해 우레탄원액을 이루는 폴리올과 이소시아네이트 및 발포제 등의 첨가제가 화학반응을 일으켜 경화됨과 동시에 화학반응에 따른 가스가 발생하게 된다. 이때 상기 에어펌프(26)의 작동에 따라 공급되는 압축공기에 의해 에어실린더(22)가 팽창하면 상부금형 (32)이 개방되게 되고, 이에 따라 상기 개방된 틈새로 내부에서 발생되는 가스가 외부로 배출되게 된다. 그리고, 상기 제어부(24)는 에어실린더(22)의 작동을 제어하기 위한 것으로 에어실린더(22)를 통해 전달되는 압력조절 및 시간조절을 수행하게 된다. 본 고안에서는 상기 제어부(24)를 MASTER K-200 이라는 PLC(Programmable Logic Controller)와 솔레노이드밸브를 이용하여 구성하였다. 상기 PLC는 논리접점 뿐만 아니라 타이머, 카운터 등을 내장하고 있므로 소프트웨어적으로 에어실린더를 제어하도록 구성하였다.

도6은 가스배출기(20)의 전체적인 구성을 블럭도로 나타낸 것이다. 도6을 살펴보면, 에어펌프(26)가 있고, 이 에어펌프(26)의 다음 단에는 솔레노이드밸브 (24a)가 있다. 솔레노이드밸브(24a)의 다음 단에는 에어실린더(22)가 있고, 상기 솔레노이드밸브(24a)의 아래측에는 MASTER K-200이 있다. 상기 솔레노이드밸브와 MASTER K-200은 제어부(24)를 구성한다.

에어펌프(26)에서 압축된 공기는 에어실린더(22)로 공급되는데 솔레노이드밸브(24a)가 에어펌프(26)와 에어실린더(22) 사이에 위치하여, 에어펌프(26)에서 출력되어 에어실린더(22)로 입력되는 압축공기의 흐름을 제어한다. 실질적으로 솔레노이드밸브(24a)는 엑추에이터로 동작하고, 이 솔레노이드밸브(24a)의 제어는 상기 MASTER K-200이라는 PLC에 의해서 자동으로 이루어진다.

다음으로, 도7은 PLC를 중심으로 한 제어부(24)의 간략화된 시퀀스도이다. PLC의 좌측은 입력측이고, PLC의 우측은 출력측이다. 도7을 살펴보면, -24V와 +24V 전원선이 있고, -24V의 전원선에 스위치의 일측이 연결되어 있다. 이 스위치의 타측은 MASTER K-200의 INPUT단자로 연결되고, MSTER K-200의 OUTPUT단자는 솔레노이드밸브의 일측에 연결되어 있다. 그리고 솔레노이드밸브의 타측은 R1 전원선에 연결되어 있다.

상기 스위치는 가스배출기의 동작을 ON시키는 스위치이다. 그리고 상기 솔레노이드밸브는 에어실린더로 입력되는 압축공기를 제어하여 에어실린더를 팽창, 수축시키는 엑추에이터이다.

상기 PLC는 도7에 도시되어 있는 스위치를 ON시키면 가스배출기 제어프로그램이 진행되고, 이 제어프로그램에 따라 앞서 밝힌 대로 솔레노이드밸브를 제어하여 에어실린더를 2~3초 사이에 4~9회 팽창, 수축시킨다. 에어실린더의 팽창과 수축에 따라 내부가스가 배출된다.

도8은 상기 PLC로 전원을 공급하기 위한 전원공급회로이다. 도8을 살펴보면, 교류 3상 380V로부터 R, T상이 인출되어 있다. R상은 1차전압 대 2차전압의 비가 380/220V이고 용량 200VA 변압기인 1차측의 일단(R)에 연결된다. 그리고 T상은 상기 변압기의 1차측의 타측(T)에 연결된다. 그리고 변압기의 2차측의 PLC, MASTER K-200에 전원을 공급하고 있다.

이상 살펴본 바와 같이 가스배출기(20)의 제어부(24)는 PLC로 구성되어 있고, 내장하고 있는 타이머와 전자접점을 이용하여 에어실린더(22)를 제어하도록 프로그램되어 있다. 제어부(24)는 자체내에 내장된 타이머에 의해 동작되며, 우레탄발포를 위한 스팀파이프(40)의 열전달이 이루어지고 난 후, 일정시간이 경과하면, 에어실린더(22)를 작동시켜 상부금형(32)의 개폐과정을 수회 반복되게 한다. 이러한 개폐작동을 수회 반복되도록 하는 이유는 충분한 가스배출을 수행함과 동시에 발포되는 우레탄스폰지가 필름내면과의 접착이 잘 이루어지도록 하기 위함이며, 이러한 구체적인 작동은 후술하기로 한다.

이상의 설명에서 나타난 바와 같이, 본 고안에 의한 필름코팅장치는, 종래에서 사용되는 진공흡입기가 불필요하며, 또한 발포금형내에 별도의 공기통로를 형성할 필요가 없다. 따라서 공기통로 형성을 위한 정밀작업이 불필요하여 이에 따라 금형의 제작작업이 보다 간단해 질 수 있으며, 또한 진공흡입기가 불필요하므로 장치의 제작비가 절감되게 된다. 대신에 본 고안에서는 상부금형(32)의 외측면에 필름고리(32a)가 형성되고, 또한 상부금형(32)의 수회 개페작동을 반복수행하기 위한 가스배출기(20)가 필요하고, 이러한 가스배출기(20)는 에어실린더(22)와 솔레노이드밸브를 제어하여 에어실린더(22)를 수축 또는 팽창시키는 제어부(24), 그리고 상기 에어실린더(22)에 압축공기를 공급하는 에어펌프(26)로 이루어진다. 따라서 이러한 구성에 의해 필름과의 접착성의 향상에 따른 제품불량의 감소 및 제품제작 작업시간의 단축이 가능함에 따라 생산성이 향상되게 되며, 이하 상세하게 설명하기로 한다.

도 9는 본 고안에 따른 폴리우레탄 스폰지폼의 외관필름 코팅방법을 나타낸 도이다. 이하 도4, 도5 및 도9의 도면을 참조하여 코팅방법을 설명하기로 한다.

먼저, 원료탱크에서 이루어지는 원액배합 및 원액이송과정은 종래에서 사용되는 방법과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.(Ⅰ,Ⅱ)

발포금형(30)에 필름(52)을 장착한다.(Ⅲ) 종래에서는 상기 필름장착과정은 진공발포금형에서 진공흡입기에 의한 흡입방법에 의해 수행되었으나, 본 고안에서는 일반발포금형(30)에서 수행되며, 그 방법도 다르다. 즉, 금형(30)내부에 형성된 스폰지형상보다 크게 재단된 하부필름(52)을 하부금형(34)상에 위치시킨 후, 작업자가 손으로 스폰지형상 내부측으로 하부필름(52)이 위치되도록 대충 밀어넣는다. 이때, 종래와 달리 상기 하부금형(34)상에 놓이는 하부필름(52)은 스폰지형상의 내면에 정확하게 밀착시킬 필요가 없으며, 대충 스폰지형상 내측으로 밀어넣게 되며, 외측부분은 하부금형(34) 전체면을 덮고도 남음이 있다. 상기 하부금형(34)에 하부필름(52)을 설치한 후, 상부금형(22)에 상부필름(52)을 위치시킨다. 이때 상기 상부필름(52)의 외측부분이 상기 상부금형(32) 외측면에 형성된 필름고리(32a)에 걸리게 하여 상부금형(32)에 놓이는 상부필름(52)이 떨어지지 않게 한다. 상기 필름고리(32a)는 핀의 형태로 구성할 수 있으며 그 이외에도 필름이 걸리기만 하므로 여러형태가 가능할 것이다. 그리고, 상기 상부필름(52)은 굳이 상부금형(32)상에 형성된 스폰지형상 내측으로 밀어넣을 필요가 없으며 단순히 상부금형(32) 하면에 위치되면 족하다. 이러한 금형(30) 내부에 필름(52)을 위치시키는 작업은 대개 1분 이내로 거의 시간이 걸리지 않게 되는데, 이는 스폰지형상 내측에 정확하게 위치시키는 것이 아니라 대충 위치시키면 족하므로 작업시간이 오래 걸리지 않게된다.

다음, 상기 금형(30)내측의 상하부에 필름이 놓여진 후, 하부금형(34)의 스폰지형상에 놓여진 하부필름(52) 상면으로 폴리우레탄원액을 주입하게 된다.(Ⅳ) 이때, 상기 금형(30)은 스팀파이프(40)에 의해 어느정도 가열되어 50 내지 60℃ 정도의 온도를 나타내게 되며, 원액주입에 소요되는 시간은 약 5초정도 밖에 소요되지 않게 된다.

그리고, 상기 하부금형(34)상에 폴리우레탄원액이 주입된 후, 상부금형(32)을 덮고서 발포성형을 하게 된다.(Ⅴ) 상기 발포성형시간은 약 45초 내지 60초 정도 수행하게 된다. 상기 발포성형 시간을 종래와 달리 이렇게 단축시키는 이유는 본 공정에서 수행되는 발포성형은 스폰지폼의 일정한 형상을 유지시키되 우레탄의 경화가 이루어지지 않도록 하기 위한 시간이다. 즉, 하부금형(34)의 스폰지형상내에 주입된 우레탄원액은 스팀파이프(40)에 의해 전달되는 열에 의해 발포 팽창하게 된다. 따라서 발포팽창에 따라 우레탄원액은 부피가 증가하게 되고, 이에 의해 상부금형(32) 및 하부금형(34)상에 형성된 스폰지형상의 각 부위로 침투되고 이에 따라 상기 우레탄의 발포팽창에 따라 금형(30)상에 걸쳐놓은 필름(52) 역시 스폰지형상 측으로 밀착되어 일정한 형상을 유지하게 된다. 이때 상기 우레탄원액은 발포팽창이 이루어지나 경화는 이루어 지지 않게 되고, 따라서 형상을 유지하되 필름과는 완전히 접착이 이루어 지지 않은 상태를 유지하게 된다. 이러한 시간대는 본 고안자가 수 없는 반복된 실험끝에 찾아내었다.

다음, 상기의 공정이 수행된 후, 가스배출기의 작동에 의해 우레탄발포에 따른 화학반응에 의해 자체적으로 발생된 가스를 외부로 배출시킨다.(Ⅵ) 즉, 스폰지폼(50)의 형성에 있어서 스폰지(54)와 필름(52)과의 접착불량을 야기하는 가장 큰 요인은 우레탄의 자체 화학반응에 따라 발생되는 가스가 외부로 배출되지 않고 스폰지(54)의 외면과 필름(52) 내면사이에 공극을 형성하여 접착방해를 이루는 것이다. 따라서 가스배출기(20)는 이러한 화학반응에 따라 우레탄발포에 따른 가스를 외부로 원활히 배출시키기 위함이다. 이러한 가스배출기(20)의 작동은 2 내지 3초의 짧은 시간내에 이루어지도록 하고, 상부금형(32)이 아주 조금 상부로 개방되고, 다시 닫히고 하는 과정을 수회 반복되도록 한다. 바람직하기로는 4 내지 9회정도로 반복되도록 하는 것이 좋다. 상기와 같이 짧은 시간내에 반복작업으로 이루어지도록 하는 것은 발생되는 가스는 충분히 배출하되 스폰지폼(50)의 형상변화 및 이상경화가 이루어지지 않도록 하기 위함이다. 즉, 상부금형(32)의 개방정도가 큰 경우에는 가스 배출은 원활히 이루어질 수 있으나, 우레탄발포에 따른 팽창으로 스폰지형상의 이상을 일으키게 되며, 또한, 외부의 차가운 공기가 유입되어 이상경화를 일으켜 스폰지폼(50)의 물성변화를 야기하기 된다. 이와는 달리 단 1회 내지 2회의 동작만 반복하게 되면, 이상 경화 및 스폰지형상 변형방지는 이루어지나, 발포에 따라 발생되는 가스가 충분히 배출되지 않아 스폰지(54)와 필름(52)과의 접착불량을 야기하게 된다. 따라서 본 고안자는 수없는 시행착오끝에 상기와 같은 시간내에 상기와 같은 반복동작에 의해서만 우레탄원액의 발포도중에 발생되는 가스는 충분히 배출되고, 스폰지형상의 적정 유지 및 이상경화가 이루어 지지 않음을 알 수 있었다. 상기의 작동과정을 설명하면, 제어부(24)에는 스팀파이프(40)의 작동시간이 입력되어 있으므로 타이머의 작동에 따라 45 내지 60초 정도가 경과되면, 에어실린더(22)를 작동시키게 된다. 상기 에어실린더(22)의 팽창정도 및 다시 페쇄하는 과정은 에어실린더(22)로 공급되는 공압에 의해 결정되므로 제어부(24)에서는 솔레노이드밸브의 개폐정도를 제어하여 에어실린더(22)로 공급되는 공압을 제어한다. 따라서 작동되는 에어실린더(22)에 의해 상부금형(32)이 2 내지 3초 동안 상부금형(32)의 개폐를 4 내지 9회정도로 반복수행하게 되고, 이에 따라 화학반응에 따른 우레탄발포에 의해 발생되는 자체가스는 상부금형(32)과 하부금형(34)의 틈새로 충분히 배출되게 된다.

다음, 상기의 과정이 이루어진 후, 30 내지 60초 동안 스폰지형상 내부에서 발포된 우레탄스폰지(50)를 완전히 경화시켜 스폰지(54)와 필름(52)의 접착이 이루어지도록 한다. 즉, 상부금형(32)이 닫힌 상태에서 스폰지형상내에 위치된 발포우레탄은 화학반응에 의해 완전히 경화됨과 동시에 필름(52)과의 접착이 이루어지게 된다. 이때, 상기 발포스폰지 내부에는 별다른 가스가 잔존하지 않으므로 필름(52)과의 접착시 접착불량이 발생되지 않게 된다. 상기와 같이 완전경화 및 접착이 이루어진 상태에서 탈형을 함으로서 제품의 생산이 이루어지게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 의한 방법에서는 전체 시간이 2 내지 3분 정도 소요되므로 종래에 소요되는 10 내지 15분에 비하면, 다섯배 이상의 생산성이 향상되게 되며, 또한 종래의 방법에 의한 제품이 생산에서는 스폰지외면과 필름내면과의 사이에 존재하는 공기에 의한 공극발생에 따른 접착불량이 30%이상을 차지하였으나, 본 고안에 따른 방법에서는 우레탄발포에 따른 공기가 충분히 외부로배출되어 공극발생이 저지되므로 접착불량률이 거의 제로에 가까워져 전체적으로 종래방법에 비하여 생산성의 향상은 이루 말할 수 없다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 필름코팅 방법에 따르면, 제품 생산시간이 최소 5배 이상 줄어들어 생산성의 향상이 이루어질 뿐 아니라 이에 따른 제조원가가 저렴해지는 효과가 있다.

그리고, 화확반응에 따른 공기가 외부로 충분히 배출되어 스폰지와 필름의 접착불량이 제거되어 제품생산성의 향상은 물론 폐기물이 적어지는 다른 효과도 있다.

또한, 금형의 제작시 별도의 공기통로 형성이 불필요하므로 금형제작 작업이 간단해지고 금형제작비용이 절감되는 또 다른 효과도 있다.

Claims (2)

1. 원료가 저장된 원료탱크와, 상기 원료탱크로 부터 공급되는 원료를 혼합하고 금형내부로 폴리우레탄 원액을 주입하는 원액주입기와, 상기 주입된 원액의 화학반응에 의해 스폰지형태를 이루고 외면에 필름이 코팅되도록 하는 발포금형기로 이루어지는 폴리우레탄 스폰지폼의 외관에 필름을 코팅하는 코팅장치에 있어서,

   상기 발포금형기는,

   상부금형과 하부금형으로 이루어지고, 원하는 형상이 조각된 스폰지형상이 내측에 형성되는 금형과;

   상기 상부금형의 외측면에는 형성되어 상부금형상에 위치되는 필름의 이탈을 방지는 필름고리와;

   상기 상부금형의 일부 개폐작동을 수회 반복되도록 하여 우레탄 발포시 발생되는 가스를 상부금형과 하부금형 틈새로 배출시키는 가스배출기로 이루어짐을 특징으로 하는 폴리우레탄 스폰지폼의 외관에 필름을 코팅하는 코팅장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스배출기는,

   압축공기를 공급하는 에어펌프와;

   상부금형의 측면을 통해 연결되어 전달되는 공압에 의해 상부금형의 상하 개폐를 수행하는 에어실린더와;

   상기 에어실린더의 개폐동작을 위한 에어펌프의 작동과 개폐작동시간 및 개폐회수를 제어하는 제어부로 이루어짐을 특징으로 하는 폴리우레탄 스폰지폼의 외관에 필름을 코팅하는 코팅장치.