KR200314785Y1 - 발포성형품의 성형장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열가소성 수지를 이용하여 평판재의 발포성형품을 성형함에 있어서 발포성형과 동시에 표면처리를 행할 수 있도록 하는 평판재 발포성형품의 성형장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발포성형시 외부의 공기를 주입함과 동시에 발포시 발생되는 가스를 외부로 즉시 배출시킴으로써 고발포에 따른 효율을 향상시키고, 또한 발포성형시 표면을 급냉각시켜 발포성형과 동시에 표면처리가 이루어지도록 함으로써 제품성 및 생산성을 향상시키도록 한 것이다.

이는 발포제가 첨가된 열가소성 수지의 재료가 유입되어 압출통과되면서 발포성형되는 나팔형의 압출캐비티내를 가지는 압출부재와; 상기 압출부재와 결합되고 일측에는 끝이 뽀족한 분배구와 반대측에 수평으로 돌출되는 가이드를 가지면서 이들 사이의 상,하면에는 연통되는 다수개의 성형공이 등간격으로 형성되며, 상기 가이드의 전단에 형성되는 반원형 요홈을 통하여 외부와 연통되는 에어통로를 등간격으로 갖춘 보조금형부재와; 상기 보조금형부재와 결합되고 내부에는 보조금형부재의 가이드가 삽입되어 결합되는 성형공을 갖춘 금형부재와; 상기 금형부재와 결합되면서 진행되는 재료가 최종적으로 발포성형되고 내부에는 발포성형시 냉각수가 순환되어 성형품의 외표면을 급냉시켜 표면처리가 이루어지도록 하는 사이징부재;로 구성된 것이다.

Description

발포성형품의 성형장치{Molding apparatus of foam product}

본 고안은 열가소성 수지를 이용하여 평판재의 발포성형품을 성형함에 있어서 발포성형과 동시에 표면처리를 행할 수 있도록 하는 발포성형품의 성형장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발포성형시 외부의 공기를 주입함과 동시에 발포시 발생되는 가스를 외부로 즉시 배출시킴으로써 고발포에 따른 효율을 향상시키고, 또한 발포성형시 표면을 급냉각시켜 발포성형과 동시에 표면처리가 이루어지도록 함으로써 제품성 및 생산성을 향상시키도록 한 것이다.

일반적으로 합성수지를 압출성형토록 하는 압출성형은 주로 열가소성 수지를 사용하여 파이프, 필름, 전선관, 전선피복, 건축판재, 시트 등 여러 가지 봉재(俸材), 판재(板材), 형재(形材)의 동일단면을 가진 성형품으로 연속성형토록 하는 방법이다.

이러한 압출성형은 종래에도 이미 여러 가지가 제안되어 널리 사용되고 있으며, 일예를 들어 종래의 발포성형에 따른 압출성형과정을 살펴보면 이는 첨부된 도 1에서 보는 바와 같다.

즉, 압출기(1)의 호퍼(2)을 통하여 열가소성 수지의 재질로 이루어지는 펠릿(pellet) 형태의 재료가 첨가되는 발포제와 함께 투입되면, 압출기(1)내의 가열실린더내에서 히터에 의해 히팅되어 겔상태로 용해됨과 동시에 발포되면서 스크류의 회전에 의해 그 전단의 금형(3)으로 이송압출된다.

금형(3)을 통과하여 압출되는 재료는 사이징(sizing)(4)을 통과하면서 정확한 칫수와 모양의 제품으로 발포성형되며, 이어서 냉각기(5)를 통과하는 동안 수냉 또는 공냉의 냉각과정을 거쳐서 고화됨으로써 발포성형품을 얻게 된다.

또한, 상기의 공정으로 성형품이 성형되면, 나란히 설치된 전사기(6)(7)를 통과시켜 표면에 원목 또는 특정무늬 등으로 이루어지는 무늬지를 전사시키거나 또는 조각기(8)를 거치는 동안 표면을 특정형태로 성형하는 것이고, 마지막으로 인출기(9)에 의해 절단기(10)를 통과하는 동안 설정되는 일정한 크기로 절단되는 것이다.

상기 압출 성형에 의한 발포성형품은 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 염화비닐(PVC) 또는 ABS 등 여러 가지 재질을 사용하고 있으며, 그 중에서도 PE, PS, PVC가 양적으로는 가장 많이 사용되고 있다.

이는 재활용이 가능한 수지들로서 수급이 용이하며 가격도 저렴하기 때문에 주로 평판재로 성형되어 각종 건축자재 등의 제품에 적용되고 있다.

PS를 주재료로 하는 평판재는 열전도율이 낮고 보온 효과가 뛰어날 뿐만 아니라 단열, 단음, 방음, 방습 등의 효과가 좋으며, 인체에 유해한 요소가 없고 성형기술에 따라 모양과 색상 등을 자유자재로 선택할 수가 있기 때문에 널리 사용되고 있다.

특히, 원목을 대체할 수 있고 재활용이 가능하기 때문에 각종 건축자재, 가구자재 등은 물론이고, 여러 가지 산업분야에서 매우 다양하게 적용될 수 있으며, 점차 그 적용범위도 확대되고 있는 추세에 있다.

또한 발포성형품은 발포비율이 35배에서 50배 정도의 고발포를 비롯하여 1.5배에서 3배 정도의 저발포까지 광범위하고 그 발포방법도 다양하다.

예를 들어 화학 발포제에 의한 발포방법과 가스발포에 의한 발포방법 등이 있고, 그 중에서 고발포 성형품은 폴리스티렌과 폴리에틸렌이 주류를 이루면서 단열재, 완충재, 포장재 등 이른바 합성목재로서 건설부자재 등으로 널리 사용되고 있다.

또한, 상기와 같은 발포성형품의 특징은 발포에 의한 성형품임에 따라서 표면을 목재무늬, 색상 등을 가지는 별도의 무늬지를 전사처리하거나 또는 제품의 강도보강과 긁힘현상 등을 방지토록 표면을 매끄럽게 처리하는 표면처리공정이 절대적으로 요구되고 있다.

그러나, 종래에는 상기와 같은 표면처리공정이 발포성형품의 성형과는 별도의 공정으로 이루어기 때문에 즉, 발포성형품을 성형한 후 별도의 표면처리기를 통과시켜서 표면처리를 행하여야 함으로써 표면처리기가 필수적으로 요구되어 비용증가는 물론 작업성이 현저히 저하되는 문제점이 있었을 뿐만 아니라 표면처리에 따른 코팅이 일정치 않고 불량품이 많이 발생되는 등의 문제점이 있었다.

특히, 압출성형시스템의 라인 구조상 금형과 사이징의 비율작업으로 인하여 불량품이 증가되는 문제점이 있었다.

또한, 표면처리에 따른 재료는 재활용품을 사용할 경우 점착력이 약하여 신재를 사용하여야만 하는 것이 요구되었을 뿐만 아니라 제품의 강도보강을 위하여 별도의 첨가제를 첨가하여야만 함으로써 재료비가 상승되는 문제점이 있었고, 고발포의 제품에 코팅을 한다하더라도 접착력이 약하기 때문에 저발포를 택하는 것이 현실이다.

또한, 발포성형품의 표면을 코팅처리함은 전사처리가 가능토록 함은 물론 강도보강을 위한 것이나, 종래에는 그 구조적인 특성상 코팅에 따른 표면처리가 일정치 않기 때문에 전사가 가능할 정도의 소량의 코팅액과 함께 별도의 강도보강을 위한 첨가제를 사용하여야 함으로써 제조원가의 상승은 물론 약간의 외부충격에도 견디지 못하고 긁힌다거나 깨지고 갈라지는 단점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 평판재의 발포성형품을 발포성형함에 있어서 제품을 발포성형과 동시에 표면처리가 이루어지도록 구성함으로써 강도보강 및 불량품의 저하로 제품성을 향상과 더불어 생산성의 향상을 기할 수 있도록 하는 발포성형품의 성형장치를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 발포성형품의 최종적인 성형과정에서 성형금형의 내부로 외부의 공기를 유입시킴과 동시에 발포성형시 발생되는 가스를 외부로 배출시킴으로써 고발포가 가능하고, 또한 발포성형시 발포성형품의 외표면을 급냉각시켜 발포성형과 동시에 표면처리가 이루어 지도록 함으로써 제품의 강도보강, 불량품감소 등에 따른 제품성의 향상과 재활용품만으로도 성형이 가능하여 원가절감은 물론이고, 연속성형이 가능하여 생산성의 향상을 기대할 수 있고 외부의 충격에도 견딜수 있는 강도가 되기에 실내인테리어 및 가구재 등의 용도가 가능함을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 일반적인 압출성형시스템의 구조를 개략적으로 보인 구성도

도 2는 본 고안이 적용되는 발포성형장치의 단면구성도

도 3은 도2의 요부를 확대하여 보인 구성도

도 4는 본 고안의 요부를 분리하여 보인 단면구성도

도 5의 (a)(b)는 본 고안에 따른 압출부재의 구성도

도 6은 본 고안 보조금형부재의 구성을 보인 사시도

도 7은 도6의 측면구성도

도 8은 도7의 A-A선 단면구성도

도 9는 본 고안 사이징부재의 구성도

도 10 내지 도 12는 본 고안의 다른실시예를 보인 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1:압출기 2:호퍼

3:금형 4:사이징

5:냉각기 6,7:전사지

8:조각기 9:인출기

10:절단기 20:압출부재

21:주입구 22:토출구

23:압출캐비티 24:연결구

30:보조금형부재 31,41,51:성형공

32:분배구 33:가이드

34:안내돌기 35:요홈

36:에어통로 40:금형부재

50:사이징부재 52:냉각수순환공

이하에서 본 고안의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 준하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면의 도 2 및 도 3은 본 고안이 적용되는 발포성형장치의 결합단면도를 상세히 나타내고 있으며, 이는 통상에서와 같이 압출성형시스템에 설치되어 사용되는 것으로, 즉 압출성형시스템의 가열실린더의 전단에 설치되어 사용된다.

상기 성형장치는 펠릿형태의 재료가 가열실린더에서 가열용융된 후 발포제와 함께 투입되어 발포되는 압출부재(20)와, 상기 압출부재(20)의 전단에 설치되어 이송되는 재료를 통과시킴과 동시에 발포토록 하는 보조금형부재(30)과, 상기 보조금형부재(30)의 전단에 결합되고 제품의 형상을 성형토록 하는 금형부재(40)와, 상기 금형부재(40)의 전단에 설치되고 순환되는 냉각수에 의해 발포성형품의 표면을 급냉시킴으로써 표면처리토록 하는 사이징부재(50)로 구성된다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 압출부재(20)는 상호 동일한 구조가 서로 맞대어 조립되며, 이들의 내부에는 주입구(21)와 토출구(22)를 가지는 압출캐비티(23)가 형성된다.

압출캐비티(23)는 주입구(21)가 좁고 토출구(22)를 향하여 점차적으로 넓어지는 나팔형의 공간으로 이루어지며 재료가 주입구(21)를 통해 주입되어토출구(22)로 확산되면서 토출된다.

이때, 상기 주입구(21)에는 재료가 가열되어 이송공급되는 별도의 실린더와 연결구(24)로서 연결됨으로써 재료가 압출캐비티(23)내로 원활하게 주입되고, 토출구(22)는 단턱을 갖추어 구성되면서도 성형품의 단면과 대략 비슷한 크기와 형태로 형성된다.

또한, 상기 압출부재(20)의 진행방향인 전단에 체결되는 보조금형부재(30)는 첨부된 도면의 도 6 내지 도 8에서 보다 상세히 나타낸 바와 같이 중심부의 일측에는 끝이 뽀족한 분배구(32)가 형성됨과 동시에 반대측에는 수평으로 돌출되는 가이드(33)가 일체로 형성된다.

상기 분배구(32) 및 가이드(33)의 상,하부에는 재료가 통과되는 성형공(31)이 일정한 간격으로 다수개가 형성되며, 이는 전체적으로 발포성형품의 단면과 동일한 크기를 가진다.

또한, 상기 분배구는 횡방향으로 일정간격만큼 돌출되면서도 그 끝이 뽀족한 테이퍼면을 갖추어 압출부재(20)의 압출캐비티(23) 내측으로 삽입설치됨으로써 이송되는 재료를 각 성형공(31)으로 고르게 분배하여 통과시키게 된다.

상기 가이드(33)는 성형공(31)을 통과한 재료를 금형부재(40)로 원활하게 안내토록 수평면을 유지하면서 상,하면에는 다수개의 안내돌기(34)들이 등간격으로 형성되어 금형부재(40)와 용이하게 결합된다.

또한, 가이드(33)의 전단에는 횡방향으로 반원형의 요홈(35)이 형성되고, 이 요홈(35)의 내부에는 보조금형부재(30)의 몸체를 통하여 외부로 연통되는 다수개의에어통로(36)가 등간격으로 형성된다.

즉, 에어통로(36)는 발포부재(30)의 상,하면을 통하여 가이드(33)의 전단에 형성된 요홈(35)과 연통됨으로써 외부의 공기가 내부로 자연스럽게 유입됨과 동시에 발포성형시 발생되는 가스는 그 압력에 의해 외부로 배출되는 것이다.

이때, 상기 요홈(35)은 가이드(33)에서 횡방향으로 길게 형성되면서도 반원형의 홈을 이루는 것이나, 이는 하나의 실시예에 지나지 않는 것이며, 다른 실시예로서 첨부된 도면의 도 10 내지 도 12에서 보는 바와 같이 삼각형의 홈(35a) 또는 사각형홈(35b)으로 형성할 수 있고, 사각 이상의 다각형홈(35c)으로 형성하여도 동일한 효과를 기대할 수 있을 것이다.

또한, 상기 금형부재(40)는 보조금형부재(30)와 결합되면서 중심부에는 발포성형품과 동일한 단면을 가지는 사각형의 성형공(41)이 갖추어져 구성되고, 이 성형공(41)에는 보조금형부재(30)의 가이드(33)가 삽입되어 체결된다.

즉, 보조금형부재(30)의 가이드(33)가 성형공(41)내로 삽입체결되면, 상,하면에 형성된 다수개의 안내돌기(34)에 의해 긴밀히 결속되면서 이들 사이에는 교호로 성형공(31)이 위치하게 된다.

상기 금형부재(40)는 발포성형품의 단면과 동일한 성형공(41)이 형성됨에 따라 재료가 이를 통과하는 과정에서 발포성형품의 외형을 성형하게 기능을 제공하게 된다.

또한, 상기 사이징부재(50)는 최종적으로 성형품을 성형토록 하는 기능을 제공하는 것으로, 이는 중심부에 발포성형품의 단면과 동일한 성형공(51)이 형성되고몸체 내부에는 냉각수가 통과되는 냉각수순환공(52)이 형성된다.

상기 성형공(51)은 성형하고자 하는 발포성형품의 단면과 동일한 형태를 가짐으로써 금형부재(40)를 통과하는 재료가 하나의 공간으로 합쳐지면서 최종적으로 발포성형품을 얻게 된다.

또한, 상기 냉각수순환공(52)은 미도시된 냉각수조와 연결됨으로써 일측의 유입구를 통하여 냉각수가 유입되어 순환된 후, 타측의 배출구를 통하여 배출되는 것을 순환함으로써 발포성형품의 표면을 급냉각시키게 된다.

즉, 사이징부재(50)의 성형공(51)을 통과하는 발포성형품의 표면을 냉각수로 급냉각시키게 됨으로써 제품표면의 견고함을 더하고, 이와 더불어 표면처리를 원활하게 수행하는 것이고, 또한 금형과 사이징부재의 간격 및 비율작업으로 인해 생긴 수축 및 제품형상의 단점을 금형속 급냉각으로 인해 개선이 된다.

상기와 같이 성형되는 발포성형품은 최종적으로 냉각기(5)를 거치면서 냉각되어 성형을 완료하게 되는 구성이다.

따라서 상기와 같이 구성되는 본 고안은 첨부된 도면의 도 1에서 보는 바와 같이 통상에서와 같은 압출시스템에 설치되어 사용되는 것으로, 압출기(1)의 호퍼(2)를 통하여 투입되는 성형재료는 가열실린더를 이송하는 동안 히터에 의해 가열되어 가소화되면서 압출부재(20)내의 압출캐비티(25)로 유입된다.

상기 성형재료는 이미 공지된 바와 같이 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 염화비닐(PVC), ABS 등을 사용하는 것이며, 이 성형재료에는 역시 공지된 발포제가 첨가됨으로써 압출캐비티(25)내에서 1차발포성형된다.

즉, 압출부재(20)의 주입구(23)를 통하여 나팔형의 압출캐비티(25)내로 주입되는 재료는 그 내부에서 고압으로 압출됨과동시에 첨가된 발포제에 의해 발포되면서 토출구(24)를 통하여 보조금형부재(30)로 토출된다.

이때, 보조금형부재(30)의 분배구(32)가 뽀족한 형태를 가지면서 토출구(24)내에 삽입되는 형태로 위치하게 됨으로써 재료는 분배구(32)에 의해 상,하 고르게 분배되면서 보조금형부재(30)의 각 성형공(31)으로 고르게 통과하게 된다.

상기 보조금형부재(30)의 각 성형공(31)을 통과하는 재료는 금형부재(40)의 성형공(41)과 보조금형부재(30)의 가이드(33) 사이에 형성되는 통로를 통하여 사이징부재(50)로 통과되면서 재차 발포된다.

상기 사이징부재(50)에서는 각 성형공(31)을 통하여 통과되는 재료가 한꺼번에 모이면서 또다시 발포됨과 동시에 냉각수순환공(52)으로 순환되는 냉각수에 의해 냉각되면서 최종적으로 발포성형품의 형태를 성형하게 된다.

이때, 상기 사이징부재(50)내로 유입되어 최종적으로 발포성형되는 재료는 발포되는 순간 에어통로(36)를 통하여 외부에서 공기가 유입됨과 동시에 발포시 발생되는 가스는 압력에 의하여 에어통로(36)를 통하여 외부로 배출됨으로써 고발포 및 표면의 강도가 보완이 된다.

즉, 보조금형부재(30)의 상,하부에 등간격으로 형성되는 에어통로(36)와 가이드(33)의 전단에 형성되는 요홈(35)을 통하여 외부의 공기가 유입됨과 동시에 발포시 발생되는 가스가 배출되는 것이다.

또한, 상기와 같이 발포성형이 이루어짐과 동시에 냉각수순환공(52)을 통하여 냉각수가 순환됨으로써 발포성형품의 표면을 급냉각시키게 되고, 이에 따라 발포성형품의 내부는 고발포됨과 동시에 외표면은 냉각됨으로써 코팅처리한 것과 같은 표면처리가 이루어지게 된다.

따라서, 상기와 같이 에어가 공급됨과 동시에 발포시 발생되는 가스는 외부로 배출하고, 이와 아울러 최종적으로 발포성형되는 순간 외표면을 급냉시킴으로써 발포성형품의 내부는 고발포될 뿐만 아니라 외표면은 매끄럽게 표면처리가 이루어지게 되는 것이다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 고안은 열가소성 수지 특히, 폴리스티렌 재질을 이용하여 각종 건축내외장재, 인테리어 용품, 싱크대, 가구제품 등으로 사용되는 평판재를 발포성형함에 있어서, 발포성형시 외부에서 공기가 유입됨과 동시에 발생되는 가스를 즉시 외부로 배출시킴으로써 고발포를 실현할 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기와 같은 발포성형시 냉각수를 순환시켜 발포성형품의 외부면을 급냉각시킴으로써 내부는 고발포됨과 동시에 외표면은 매끄럽게 표면처리가 이루어지는 장점이 있다.

따라서, 고발포와 동시에 별도의 표면처리기계가 없이도 표면처리가 이루어지게 됨으로써 재활용재료만으로도 발포성형이 가능하여 재활용효율의 향상과 더불어 원가절감을 기할 수 있는 효과가 있다.

특히, 연속적인 발포성형에 의해 발포성형품을 얻을 수가 있기 때문에 생산량의 증대를 실현할 수 있을 뿐만 아니라 불량품을 줄일 수 있고, 더욱이 고른 표면처리와 강도가 증대되어 제품성이 향상되는 효과를 가지게 되는 것이다.

Claims (4)

1. 열가소성 수지를 평판재의 성형품으로 발포성형함에 있어서,

   발포제가 첨가된 열가소성 수지의 재료가 유입되어 압출통과되면서 발포성형되는 나팔형의 압출캐비티내를 가지는 압출부재와;

   상기 압출부재와 결합되고 일측에는 끝이 뽀족한 분배구와 반대측에 수평으로 돌출되는 가이드를 가지면서 이들 사이의 상,하면에는 연통되는 다수개의 성형공이 등간격으로 형성되며, 상기 가이드의 전단에 형성되는 반원형 요홈을 통하여 외부와 연통되는 에어통로를 등간격으로 갖춘 보조금형부재와;

   상기 보조금형부재와 결합되고 내부에는 보조금형부재의 가이드가 삽입되어 결합되는 성형공을 갖춘 금형부재와;

   상기 금형부재와 결합되면서 진행되는 재료가 최종적으로 발포성형되고 내부에는 발포성형시 냉각수가 순환되어 성형품의 외표면을 급냉시켜 표면처리가 이루어지도록 하는 사이징부재;로 구성됨을 특징으로 하는 발포성형품의 성형장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 보조금형부재의 가이드 전단에 형성되는 요홈은 횡방향으로 형성됨과 동시에 삼각홈으로 형성됨을 특징으로 하는 발포성형품의 성형장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 보조금형부재의 가이드 전단에 형성되는 요홈은 사각 이상의 다각형홈으로 형성됨을 특징으로 하는 발포성형품의 성형장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 사이징부재는 두 개의 동일한 단위부재로 형성되어 상호 조립구성됨을 특징으로 하는 발포성형품의 성형장치.