KR20020093220A - 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적거동 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동 측정장치는 발포가스가 포함된 플라스틱재의 시편이 수납되는 용기와, 상기 용기를 덮어 용기 내측을 밀폐하는 덮개와, 상기 용기 내부에서 시편 상측에 올려져 무게추를 얹어놓을 수 있는 수직봉과, 상기 수직봉에 기어 물림되어 회전되는 수평봉과, 상기 수평봉의 회전 움직임을 측정하는 게이지와; 상기 용기와 덮개의 내부 온도를 높여주는 히터와, 상기 용기와 덮개의 내측으로 가스를 공급하여 용기와 덮개의 내측을 고기압 상태로 유지시키는 가스공급수단과, 상기 용기와 덮개의 내측의 가스를 외부로 배출하는 가스배출수단을 포함하여 구성되고, 상기 용기와 덮개의 내부가 고압으로 유지됨에 따라 발포가스가 포함된 플라스틱재의 승온 도중에 발포가스가 손실되지 않고, 발포가스를 포함한 상태의 열변형온도 및 동역학적 거동을 정확하고 신뢰도 높게 측정할 수 있는 효과가 있다.

Description

발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동 측정장치{Heat deflection temperature and dynamic material analysis mesuring apparatus of a piece of plastic including gas}
본 발명은 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동을 측정하는 장치에 관한 것으로서, 특히 발포가스가 포함된 플라스틱재를 고압의 환경에서 열변형온도 및 동역학적 거동을 측정하는 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라스틱재의 열변형 온도(heat deflection temperature) 및 동역학적 거동(dynamic material analysis, 이하 DMA라 칭함)은 플라스틱 제품을 성형하고자 할 때 성형온도를 제시해 주는 데이터로서 플라시틱 성형에 있어 기본적으로 필요한 값이다. 즉, 플라스틱 재료는 열변형온도보다 낮은 온도에서는 유리와 같은 딱딱한 성질을 갖지만, 이 온도를 기점으로 고무처럼 말랑말랑해지는 특정이 있으므로, 이러한 열변형온도는 열성형 등과 같은 공법에서는 직접적인 성형온도라 할 수 있고, 압출 성형 및 사출 성형 등과 같은 공법에서는 성형 온도를 간접적으로 제시해주는 값이다. 그리고, DMA는 온도변화에 따른 플라스틱재의 처짐량 등 플라스틱재가 변형되는 모습을 나타내는 것이다.
종래의 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동 측정장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 플라스틱 시편(1)을 지지하는 지지대(12)가 설치된 용기(10)와, 상기 지지대(12)에 세움된 플라스틱 시편(1)에 수직하게 올려진 봉(16)과, 플라스틱 시편(1) 주변 환경을 가열하도록 상기 용기(10)에 설치된 히터(20)와, 상기 히터(20)에 의한 플라스틱 시편(1) 주변 환경의 가열시 상기 플라스틱 시편(1)의 변화에 따른 상기 수직봉(16)의 이동을 측정하는 게이지(18)와, 상기 히터(20)를 조작하는 컨트롤러(22)로 구성된다.
상기 수직봉(16)은 상기 지지대(12)에 올려진 플라스틱 시편(1)의 중앙부를 누르고, 그 상부에는 플라스틱 시편(1) 중앙부에 지속적인 힘을 가하도록 소정 중량의 무게체(17)가 설치된다.
상기와 같이 구성된 종래의 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 측정장치는 상기 플라스틱 시편(1)을 지지대(12) 위에 올려놓고, 상기 수직봉(16)을 플라시틱 시편(1) 중앙에 수직하게 세운 다음, 상기 컨트롤러(22)를 조작하여 히터(20)를 작동시키면, 상기 플라스틱 시편(1)을 감싸는 주변의 공기 및 플라스틱 시편(1)의 온도는 상승하고, 플라스틱 시편(1)이 고무상태로 전이하면서 밑으로 쳐지게 된다. 이때 상기 게이지(18)는 상기 수직봉(16)의 이동 변위을 계산하여 플라스틱 시편(1)의 처짐량을 측정하고, 이때의 온도를 열변형온도로 기록한다.
그러나, 종래의 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동 측정장치는 상기 용기(10)의 상부가 개방된 대기압 하에서의 플라스틱 시편(1)의 열변형온도 및 동역학적 거동을 측정하기 때문에, 발포가스가 포함된 플라스틱 시편의 열변형온도및 동역학적 거동을 측정하기에는 부적합하다. 즉, 발포가스가 용해된 플라스틱 시편을 종래의 측정장치 내에 올려놓고 열을 가하게 되면, 수분에서 수십분이 소요되는 도중에 발포가스의 손실이 일어나게 되어 측정자가 원하는 양의 가스를 포함한 상태에서 플라스틱 시편의 열변형온도 및 동역학적 거동을 측정할 수 없게 되는 문제점이 있다.
최근, 환경에 유해한 발포 물질을 사용하지 않고, 환경 친화적인 가스를 이용하는 초미세 발포 기술의 발달로 인해, 이러한 발포가스가 포함된 플라스틱재의 점도, 유리전이온도, 열변형온도, 비열 등에 대한 정보가 필요하게 되었고, 이러한 물성들은 사출 성형기나 압출 성형기 등과 같은 플라스틱 산업에 널리 사용되고 있는 성형기를 개선하여 초미세 발포에 적합하도록 바꾸기 위해 절대적으로 필요한 정보이다.
따라서, 종래의 측정장치를 이용하여 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동을 측정하게 되면, 플라스틱 시편에 포화되어 있던 발포가스가 용기(10) 내부로 확산되어 플라스틱 시편에 용해된 가스 함유량이 일정치 않게 되고, 그로 인해 측정 신뢰도가 떨어져 측정된 값을 성형 공정에 적용할 수 없게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형 온도 및 동역학적 거동을 정확하고 신뢰도높게 측정할 수 있는 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형 온도 및 동역학적 거동 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동 측정장치의 주요부 구성이 도시된 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동 측정장치의 주요부 구성이 도시된 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
51: 발포가스가 포함된 플라스틱재의 시편
52: 덮개54: 동역학적 밀폐부
56: 오링60: 용기
62: 지지대65; 수평봉
66: 수직봉67: 무게체
68: 게이지70: 히터
72: 컨트롤러80: 가스 공급 수단
82: 가스통84: 가스 주입관
86: 가스 주입 밸브90: 가스 배출 수단
92: 가스 배출관94: 가스 배출 밸브
96: 압력조절기
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형 온도 및 동역학적 거동 측정장치는 발포가스가 포함된 플라스틱재의 시편이 수납되는 용기와; 상기 용기를 덮어 용기 내측을 밀폐하는 덮개와; 상기 용기 내부에서 시편 상측에 올려져 무게추를 얹어놓을 수 있는 수직봉과; 상기 수직봉에 기어 물림되어 회전되는 수평봉과; 상기 수평봉의 회전 움직임을 측정하는 게이지와; 상기 용기와 덮개의 내부 온도를 높여주는 히터와; 상기 용기와 덮개의 내측으로 가스를 공급하여 용기와 덮개의 내측을 고기압 상태로 유지시키는 가스공급수단과; 상기 용기와 덮개의 내측의 가스를 외부로 배출하는 가스배출수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동 측정장치의 주요부 구성이 도시된 단면도이다.
본 발명에 의한 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형 온도 및 동역학적 거동 측정장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 발포가스가 포함된 플라스틱재의 시편(51)이 수납되는 용기(60)와, 상기 용기(60)의 상측을 덮어 용기(60) 내측을밀폐하는 덮개(52)와, 상기 용기(60) 내부에서 시편(51) 상측에 올려지는 수직봉(66)과, 상기 수직봉(66)에 기어 물림되어 회전되는 수평봉(65)과, 상기 수평봉(65)의 회전 움직임을 측정하는 게이지(68)와, 상기 용기(60)와 덮개(52)의 내부 온도를 높여주는 히터(70)와, 상기 용기(60)와 덮개(52)의 내측으로 가스를 공급하여 용기(60)와 덮개(52)의 내측을 고기압 상태로 유지시키는 가스공급수단(80)과, 상기 용기(60)와 덮개(52)의 내측의 가스를 외부로 배출하는 가스배출수단(90)을 포함하여 구성된다.
상기 용기(60)는 상부가 개구된 상자모양으로 형성되고, 그 내부에 상기 발포가스가 포함된 플라스틱 시편(51)의 가장자리부가 안착되는 지지대(62)가 설치되며, 상기 용기(60)와 덮개(52)의 사이에는 그 밀폐를 위해 오링(56)이 설치된다.
상기 수직봉(66)은 상기 지지대(62)에 올려진 발포가스가 포함된 플라스틱재(51)의 중앙부를 누르고, 그 상부에는 플라스틱 시편(51) 중앙부에 지속적인 힘을 가하도록 소정 중량의 무게체(67)가 설치되어 상기 시편(51)이 변형되면 상하방향으로 이동된다.
상기 수평봉(65)은 상기 용기(60)의 외부로 돌출되고, 상기 게이지(68)는 상기 용기(60)의 외부에 설치되어 수평봉(65)의 회전 정도에 따라 시편(51)의 변형을 측정한다.
상기 수평봉(65)과 용기(60)의 사이에는 동력학적 밀폐부(54)가 설치되어 수평봉(65)의 회전시에 용기(60)와 수평봉(65)의 사이를 밀폐한다.
상기 히터(70)는 상기 용기(60) 내측에 설치되어 상기 발포가스가 포함된 플라스틱 시편(51) 주변의 온도를 상승시켜 발포가스가 포함된 플라스틱 시편(51)의 온도를 증가시키는 것으로, 상기 용기(60)의 외부에 설치된 온도 조절기(72)에 의해 작동된다.
상기 가스공급수단(80)은 고압의 가스가 저장된 가스통(82)과 상기 가스통(82)의 출구와 상기 뚜껑(52)과 용기(60)의 적어도 하나 이상에 연결되어 상기 용기(60)와 덮개(52)의 내측으로 가스통(82)의 가스를 공급하는 가스 주입관(84)과, 상기 가스 주입관(84)에 설치된 가스 주입 밸브(86)로 구성된다.
상기 가스배출수단(90)은 상기 뚜껑(52)과 용기(60)의 적어도 하나 이상에서 외부로 연장된 가스 배출관(92)과, 상기 가스 배출관(92)에 설치된 가스 배출 밸브(94)와, 상기 가스 배출 밸브(96)를 개폐시켜 뚜껑(52)과 용기(60)내의 압력을 조절하는 압력조절기(96)로 구성된다.
상기 압력조절기(96)는 측정자가 희망하는 압력을 입력하는 입력부(96a)와, 상기 용기(60)와 뚜껑(52) 내의 압력을 감지하는 센싱부(96b)와, 상기 입력부(96a)를 통해 입력된 압력 값과 센싱부(96b)에서 감지된 압력 값을 비교하여 센싱된 압력 값이 입력된 압력 값보다 높은 때 상기 배출용 밸브(94)에 가스 배출 신호를 출력하는 압력제어부(96c)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 열변형온도 및 동역학적 거동을 측정하고자 하는 발포가스가 포함된 플라스틱재의 시편(51)을 상기 용기(60)의 지지대(62) 위에 올려놓고, 상기 시편(51)의 위에 무게체(67)가 얹어진 수직봉(66)과 수평봉(65)을 설치하며, 상기덮개(52)로 상기 용기(60)의 상면을 덮은 후, 상기 입력부(96a)에 용기(60)와 덮개(52) 내부의 희망압력을 입력한다. 그리고, 상기 가스 배출밸브(94)를 차단하고, 가스 주입 밸브(86)를 이용하여 가스 실린더(82)의 고압 가스가 용기(60)와 덮개(52)의 내부 공간으로 유입되도록 한 후, 용기(60)와 덮개(52)의 내부에 가스의 출입이 없도록 한다.
그리고, 상기 컨트롤러(72)를 조작하여 히터(70)를 작동시키면, 상기 히터(70)는 일정한 속도로 상기 발포가스가 포함된 플라스틱재의 시편(51) 주변온도 및 발포가스가 포함된 플라스틱재의 시편(52)의 온도를 증가시킨다.
이때, 상기 용기(60)와 덮개(52)의 내부 온도가 증가함에 따라 그 내부 압력도 증가하게 되는데, 상기 압력제어부(96c)는 상기 센싱부(96b)에서 센싱된 압력 값과 입력부(96a)를 통해 입력된 압력 값을 비교하여 센싱된 압력 값이 입력된 압력 값보다 높은 때 상기 가스 배출 밸브(94)에 가스 배출 신호를 출력하여 일정량의 가스를 외부로 배출시키는 것에 용기(60)와 덮개(52) 내부의 압력을 일정하게 유지시킨다.
상기 히터(70)에 의해 온도가 상승된 발포가스가 포함된 플라스틱재의 시편(51)은 그 온도가 계속 상승되어 열변형온도에 이르게 되면 중앙부에 처짐이 발생하게 되고, 이 처짐에 의해 상기 수직봉(66)은 이동되어 상기 수평봉(65)을 회전시키고, 이러한 수평봉(65)의 회전 정도를 상기 게이지(68)가 측정하게 된다.
여기서, 상기 열변형온도는 발포가스가 포함된 플라스틱재의 시편의 탄성계수가 급격히 낮아져 시편이 쳐지기 시작하는 온도를 측정하면 되고, DMA는 온도를올리기 전부터 승온되어 처짐이 발생한 이후까지의 처짐량을 측정하면 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동 측정장치는 용기에 발포가스가 포함된 플라스틱재의 시편을 올려놓고, 용기의 상부를 덮개로 덮어 밀폐시키며, 용기와 덮개의 내부 공간으로 고압의 가스를 주입시킨 후, 히터를 작동시켜 발포가스가 포함된 플라스틱재의 시편을 승온시키면, 발포가스가 포함된 플라스틱재의 발포가스 손실없이 정확하고 신뢰도 높은 열변형온도 및 DMA를 측정할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 용기와 덮개의 내부 압력을 압력조절기를 이용하여 일정하게 유지시킴에 따라 고압가스의 압력에 영향을 받지 않고 정확한 열변형온도 및 DMA를 측정할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 덮개와 봉의 사이에 동역학적 밀폐부를 설치하여 수평봉의 이동시에도 외부로 고압의 가스가 누수되는 것을 막아 정확한 압력 조절이 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 발포가스가 포함된 플라스틱재의 시편이 수납되는 용기와; 상기 용기를 덮어 용기 내측을 밀폐하는 덮개와; 상기 용기 내부에서 시편 상측에 올려져 무게추를 얹어놓을 수 있는 수직봉과; 상기 수직봉에 기어 물림되어 회전되는 수평봉과; 상기 수평봉의 회전 움직임을 측정하는 게이지와; 상기 용기와 덮개의 내부 온도를 높여주는 히터와; 상기 용기와 덮개의 내측으로 가스를 공급하여 용기와 덮개의 내측을 고기압 상태로 유지시키는 가스공급수단과; 상기 용기와 덮개의 내측의 가스를 외부로 배출하는 가스배출수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기와 덮개의 사이에는 밀폐를 위해 오링이 설치된 것을 특징으로 하는 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동 측정장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수평봉은 상기 용기의 외부로 돌출되고, 상기 게이지는 상기 용기의 외부에 설치되어 수평봉의 회전 정도에 따라 시편의 변형을 측정하는 것을 특징으로 하는 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동 측정장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 용기와 수평봉의 사이에는 동력학적 밀폐부가 설치되어 수평봉의 회전시에 용기와 수평봉의 사이를 밀폐하는 것을 특징으로 하는 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동 측정장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스공급수단은 고압의 가스가 저장된 가스통과, 상기 가스통의 출구와 상기 뚜껑과 용기의 적어도 하나 이상에 연결되어 상기 용기와 덮개의 내측으로 가스통의 가스를 공급하는 가스 주입관과, 상기 가스 주입관에 설치된 가스 주입 밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 발포가스가 포함된 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동 측정장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스배출수단은 상기 뚜껑과 용기의 적어도 하나 이상에서 외부로 연장된 가스 배출관과, 상기 가스 배출관에 설치된 가스 배출 밸브와, 상기 가스 배출 밸브를 개폐시켜 뚜껑과 용기내의 압력을 조절하는 압력조절기로 구성된 것을 특징으로 하는 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동 측정장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 압력조절기는 측정자가 희망하는 압력을 입력하는 입력부와, 상기 용기와 뚜껑 내의 압력을 감지하는 센싱부와, 상기 입력부를 통해 입력된 압력 값과 센싱부에서 감지된 압력 값을 비교하여 센싱된 압력 값이 입력된 압력 값보다 높은 때 상기 가스 배출 밸브에 가스 배출 신호를 출력하는 압력제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적 거동 측정장치.
KR1020010031673A 2001-06-07 2001-06-07 발포가스가 포함된 플라스틱재의 열변형온도 및 동역학적거동 측정장치 KR20020093220A (ko)

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