KR200427462Y1 - 환경 친화적 연마 제품 - Google Patents

Abstract

본 고안에서는 일반적인 페파류(Coated Abrasives) 제품과 하나 이상의 망사형 마 섬유(60)가 내구력 강화형 결합제(50)에 의해 순차적으로 결합하여 고하중, 고RPM의 작업 조건 하에서 요구되는 연마 성능, 연마 지속성 및 내구력을 만족시키도록 구성된 환경 친화적 연마제품(100)을 제안한다.

상기 본 고안에 의한 환경 친화적 연마제품(100)은 종래 벌커나이즈드 화이버 제품이 탈지로 인한 작업성 저하 및 제품의 파단으로 인한 위험성을 보완하였으며, 제품의 내구력이 증가되어 연마 성능, 연마 지속성이 향상되었고 외부 환경(습도, 온도 등)이나 외력에 의해 형태의 변형이 적은 장점이 있다. 그리고, 식물성 천연 섬유인 마 섬유를 사용하므로, 유리섬유(Glass fiber)가 포함되어 있는 연마 제품에 비해 작업 시 유해한 분진이 발생되지 않는 환경 친화적 제품이며, 연마 제품의 수명이 끝난 연마 제품을 폐기 시 환경을 오염시키지 않는 장점을 더한다.

또한, 망사형 마 섬유(60)로 이루어져 뻣뻣하면서도 탄성을 보유하게 되므로 작업시 연마감이 향상되고 굴곡 연마도 가능한 효과가 있다.

연마재, 연마제품, 환경친화, 마섬유

Description

환경 친화적 연마 제품{ENVIRONMENT FRIENDLY ABRASIVE MATERIAL}

도 1은 종래의 벌커나이즈드 화이버 제품의 단면도,

도 2는 유리섬유가 포함된 연마휠의 백패드의 단면도,

도 3은 본 고안에 의한 환경 친화적 연마 제품의 단면도,

도 4는 본 고안에 의한 환경 친화적 연마 제품의 전면을 개략적으로 나타내는 평면도,

도 5는 본 고안에 의한 환경 친화적 연마 제품의 후면을 개략적으로 나타내는 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10 : 기재 20 : 연마재

30 : 생산접착제 31 : 코팅접착제

40 : 유리섬유 41 : 카본섬유

42 : 복합섬유 50 : 결합제

60 : 망사형 마 섬유 100 : 환경 친화적 연마 제품

본 고안은 연마 제품을 이루는 기재(Backing Material)의 후면에 내구력 강화형 결합제를 도포하고, 다시 망사형 마 섬유를 결합하여 강한 내구력과 우수한 연마 성능 및 지속성을 가진 환경 친화적 연마 제품에 관한 것이다.

일반적인 연마 제품은 도 1에 도시된 바와 같이, 기재(Backing Material; 10), 연마재(Abrasive; 20), 접착제(Make Coat, Size Coat; 30, 31) 등의 3요소로 이루어져 있다.

이때, 기재(10)는 종이, 다양한 섬유를 이용하여 제직된 직물, 벌커나이즈드 화이버(Vulcanized fiber), 필름(Film), 부직포 등을 사용하고, 접착제(30, 31)는 열경화성 접착제와 열가소성 접착제를 모두 사용할 수 있으며, 연마재(20)는 제품의 쓰임에 따라 다양한 종류의 연마 물질을 사용한다.

상기 연마 제품은 용도에 따라 시트(Sheet), 벨트(belt), 디스크(Disc), 휠(Wheel) 형태 등 여러 가지로 제작된다.

특히, 디스크(Disc) 형태로 사용될 경우 기재로 사용되는 직물의 인장강도가 약하고 신율이 높기 때문에 고하중, 고RPM의 작업 조건하에서 회전 안정성 및 내구력이 저하되어 연마 성능 및 연마 지속성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 일반적인 벌커나이즈드 화이버 제품은 기재가 직물인 제품에 비하여 강한 내구력을 가지고 있으나, 고하중·고RPM에서 탈지로 인한 작업성 저하 및 제품의 파단으로 인한 위험성을 가지고 있는 문제점이 있었고, 이 제품 또한 외부 환경이나 외력에 쉽게 형태가 변하는 문제점이 있었다.

이를 개선하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 각각 페놀수지가 함침 되어 있는 유리섬유(40), 카본섬유(41), 복합 섬유(42)를 적층하여 결합시켜 연마휠의 백패드를 제조하는 기술(등록실용 20-0360927)이 개발되었지만 강도가 강한 피연삭체를 연마 시 상기 연마휠의 백패드가 마모되며 그 구성요소 중 하나인 유리섬유(40)의 분진이 발생하게 되고, 그 분진이 작업자의 인체에 접촉 및 흡입되어 작업자의 인체에 좋지 않은 영향을 미치는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 연마포 제품을 이루는 기재의 후면에 내구력 강화형 결합제(1,2액형 합성수지)를 도포하고, 다시 망사형 마 섬유를 밀착 결합하여 강한 내구력과 우수한 연마성능 및 지속성을 가지며, 식물성 천연섬유 소재를 사용하여 작업자의 안정성이 확보되는 환경 친화적인 연마 제품을 제공함에 그 목적이 있다.

이하에서는 첨부된 도면과, 비교례 및 실시례를 구분하여 실험한 결과 데이 터를 표로 구성하여 본 고안을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 고안에 의한 환경 친화적 연마 제품의 단면도이고, 도 4는 본 고안에 의한 환경 친화적 연마 제품의 전면을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 5는 본 고안에 의한 환경 친화적 연마 제품의 후면을 개략적으로 나타내는 평면도이다.

본 고안에 의한 환경 친화적 연마 제품은 일 실시례로서 도 3에 도시된 바와 같이, 열고정 제직 섬유로 이루어진 기재(10)와; 상기 기재(10)의 상측에 생산 접착제(30)에 의해 결합되며, 그 외측에 코팅 접착제(31)가 도포된 연마재와(20); 상기 기재(10)의 하측에 내구력 강화형 결합제(50)에 의해 결합되며, 제품의 내구력(Stiffness)을 강화하는 망사형 마 섬유(60)로 구성된다.

따라서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 본 고안에 의한 환경 친화적 연마 제품(100)은 그 전면에 연마재(20)가 노출되고, 후면에는 망사형 마 섬유(60)가 노출된다.

상기 마 섬유(60)는 식물성 천연섬유로서 줄기섬유, 잎섬유, 과일섬유 등으로 대별된다.

이때, 상기 줄기 섬유는 아마(Linen), 저마(Ramie : 모시), 대마(Hemp : 삼베), 황마(Jute) 등을 포함하고, 상기 잎 섬유는 마닐라삼, 시살삼, 뉴질랜드 삼, 알로에 섬유 등을 포함하며, 상기 과일 섬유는 코이어(야자섬유)를 포함한다.

이와 같은 다양한 종류의 마 섬유는 수분 흡수력, 통기성이 뛰어나고 항균, 항독 물질을 함유하고 있어 잡균의 서식이나 근접을 막아주는 특성을 가진다.

또한, 마 섬유는 피복용 섬유뿐만 아니라 침대 시트, 이불 등의 용도에 사용되고, 질기고 강인한 특성을 가지고 있으므로 로프, 돛, 공업용 포장재, 천막, 소방용 호스 등의 용도로 사용되기도 한다.

본 고안에 의한 환경 친화적 연마 제품(100)의 제조 시 사용되는 망사형 마 섬유(60)는 상기에 기술된 다양한 마 섬유 중 연마 제품의 용도, 연마재의 입도, 피연삭체의 종류, 연마 작업 환경에 따라 섬유의 종류, 섬유의 굵기, 제직 밀도, 제직 능수 등 다양하게 선택하여 사용될 수 있다.

한편, 본 고안의 다른 실시례로서, 두께가 얇은 복수 개의 망사형 마섬유(60)로 환경 친화적 연마 제품(100)을 구성할 수도 있다.

이때, 상기 얇은 두께의 망사형 마 섬유(60)는 내구력(Stiffness)을 강화하기 위해 페놀수지(도시되지 않음)에 함침하여 복수 개를 적층한 후, 가열 압착되는 것이 바람직하다.

또한, 연마 제품의 측면을 사용하는 작업 환경을 고려하여 망사형 마 섬유(50)에 함침되는 페놀수지에는 일정량의 연마 지립이 첨가됨으로써, 연마 성능을 향상시킬 수 있음은 물론이다.

상기 연마재(20)는 산화알루미늄, 실리콘카바이드, 지르코니아 알루미나 산화물, 세라믹, 석류석(garnet), 인조 다이아몬드, 부싯돌(flint), 금강사(emery), 크로커스(crocus ; 산화철 가루), 그래뉴얼(Granual) 등이 단독으로 사용되거나 이들 연마재가 혼합되어 사용된다. 이들 연마재의 성능은 피연삭체의 종류와 피연삭체의 연마량과 조도에 따라서 차이를 보인다.

상기 접착제(30, 31)는 열고정 제직 섬유로 이루어지는 기재(10)와 연마재(20)를 결합시켜 주며 2가지로 구분된다.

먼저, 기재(10)의 전면에는 생산 접착제(Make coat; 30)가 도포되어 연마재(20)를 1차적으로 고정하는 역할을 수행하며, 연마재(20) 상부에는 연마력을 향상시키고 연마 보조제 첨가로 연마 지속성을 향상시키기 위하여 코팅 접착제(Size Coat; 31)가 다시 도포된다.

상기 기재(10)를 이루는 열고정 제직 섬유는 폴리에스테르(Polyester), 면( Cotton), 혼방사(Polyester + Cotton) 등의 섬유 중 어느 하나 이상으로 제직된 직물을 사용하며, 제직된 직물은 열경화성 접착제와 라텍스 혼합 용액에 함침 후 열고정(Heat setting) 공정을 거쳐 제조되며 일반 제직 섬유에 비해 인장강도에서 약 58% 강화되며 최대변위로 약 46% 감소되어 치수 안정성이 향상되는 효과를 나타내었다.

한편, 상기 기재(10)와 망사형 마 섬유(60)를 견고하게 결합시키기 위해 사용되는 내구력 강화형 결합제(50)는 2액형 합성 수지로서 폴리우레탄, 아크릴, 에폭시 수지와 경화 촉진제, 저비점 특성의 솔벤트(Solvent)를 혼합하여 사용한다.

즉, 기재(10)의 후면에 상기 내구력 강화형 결합제(50)를 도포하고 일정 시간, 온도에서 건조 후 망사형 마 섬유(60)와 결합시키며, 이때 일정한 압력으로 압박하여 그 결합력을 증대시킨다.

이때, 상기 내구력 강화형 결합제(50)에 경화 촉진제를 첨가함으로 인한 에너지 비용 절감 효과를 볼 수 있었으며, 높은 고형분을 지닌 내구력 강화형 결합제(50)의 사용으로 적은 도포량에서 강력한 결합력을 가질 수 있었다.

특히, 본 고안에 의한 내구력 강화형 결합제(50)가 일반적인 접착제 대비 가장 큰 장점은 일반적인 접착제의 역할을 하며 동시에 제품의 내구력(Stiffness)를 강화시켜 주며 탄성을 부여하는, 즉 탄성과 강성을 동시에 부여하는 특성을 가진다.

이하에서는 일반적인 제직 섬유[표 1], 열고정 제직 섬유[표 2], 벌커나이즈드 화이버[표 3], 그리고 본 고안에 따른 열고정 제직 섬유와 망사형 마 섬유(60)를 결합한 기재[표 4]에 대한 인장강도와 최대 변위 및 내구력(Stiffness)을 테스트하여 이를 결과표로 정리한다.

[Test 설비명]

- 인장강도 및 최대변위 : 인장시험기 / (주)경도

- 내구력(Stiffness) : NEXYGEN MT / LIOYD Instruments Limited

시편규격(폭 25mm, 길이 125mm) ; 일반 제직 섬유

시편번호	인장강도(kgf/㎟)	최대변위(㎜)	내구력(N)
1	64.670	28.02	2.5
2	60.560	28.72	2.5
3	60.660	28.97	2.5
평균	61.763	28.57	2.5

시편규격(폭 25mm, 길이 125mm) ; 열고정 제직 섬유

시편번호	인장강도(kgf/㎟)	최대변위(㎜)	내구력(N)
1	98.220	16.20	2.8
2	96.250	14.22	2.8
3	97.960	15.67	2.8
평균	97.477	15.36	2.8

시편규격(폭 25mm, 길이 125mm) ; 벌커나이즈드 화이버

시편번호	인장강도(kgf/㎟)	최대변위(㎜)	내구력(N)
1	211.07	6.42	5.4
2	210.25	6.25	5.4
3	210.96	6.32	5.4
평균	210.76	6.33	5.4

시편규격(폭 25mm, 길이 125mm) ; 열고정제직섬유 + 망사형 마섬유

시편번호	인장강도(kgf/㎟)	최대변위(㎜)	내구력(N)
1	201.58	5.45	7.6
2	203.45	5.53	7.6
3	199.62	5.56	7.6
평균	201.55	5.51	7.6

상기 [표 1], [표 2]에서 나타난 바와 같이 열고정 제직섬유가 일반 제직 섬유에 비해 인장 강도에서 약 57.8% 강화되며 최대변위로 약 46.2% 감소되어 치수안정성이 향상되는 효과를 나타내었고 내구력 또한 다소 증가되었다.

벌커나이즈드 화이버 기재는 [표 3]에서 나타낸 바와 같이, 인장 강도가 크고 최대변위가 작은 특성을 가지고 있다. 내구력은 제직 섬유에 비해 약 2배 큰 수치를 보였다. [다만, 실험과정에서 고하중·고RPM에서 탈지(면 또는 펄프 섬유가 뜯겨지는 문제점)로 인한 작업성 저하 및 제품의 파단으로 인한 위험성을 가지고 있는 문제점이 나타났다]

또한, 본 고안에서 제안한 열고정 제직 섬유로 이루어진 기재(10)와 망사형 마 섬유(60)를 결합한 경우 만족스러운 인장강도와 최대변위를 얻을 수 있었고 내구력 또한 벌커나이즈드 화이버보다 약 1.4배 증가되었음을 [표 4]를 통하여 확인할 수 있었다.

종래의 제품과 본 고안에 의한 환경 친화적 연마 제품의 성능차이를 보다 분명하게 확인하게 위해, 동일한 조건에서 상호간의 연마 성능 및 작업성을 비교한 결과를 이하에서 결과표로 정리하였다.

[연마 조건]

(1) 연마 제품의 형태 및 크기 : 7인치(17.78cm) Disc(디스크)

(2) 피연삭체 : SUS-304

(3) 샌딩 하중 : 2kgf

(4) 샌딩 시간 : 2분씩 20회, 총 3회 실시

(5) 샌딩 회전 속도 : 12,000rpm

(6) 샌딩 조건 : 건식 연마

(7) 샌딩 비교한 연마 제품

A : 일반적인 벌커나이즈드 화이바 제품(당사 기존 연마 제품 VA113 P24)

B : 유리섬유가 포함된 연마 제품(입도 P24)

C : 본 고안에 의한 연마 제품(입도 P24)

제품별 연마 성능 및 작업성 비교

항목		A			B	C
연마량(g)	1회	210			387	384
	2회	203			378	381
	3회	211			372	370
	평균	208			379	378
연마시 내구력		2(약)			5(강)	4(중)
연마시 안정성		파단위험			안정	안정
회전 소음		3(적다)			5(크다)	3(적다)
연마시 냄새		無			매스커움	無
분진유해성		無			피부접촉시 따가움	無

상기 [표 5]에서 나타난 바와 같이 본 고안에 의한 환경 친화적 연마 제품은 일반적인 벌커나이즈드 화이버 제품에 비해 내구력이 증가되고, 연마량이 약 1.8배 증가하였으며, 연마 시 안정성이 확보되어 제품의 파단으로 인한 위험성으로부터 작업자를 보호할 수 있었다.

또한, 본 고안에 의한 환경 친화적 연마 제품은 유리 섬유가 포함되어 있는 연마 제품에 비해 연마량, 내구력, 안정성은 유사하였으나, 회전 소음이 적고 제품의 마모에 따른 냄새와 분진에 의한 유해성이 없어짐으로써 작업자의 최적의 작업 조건을 부여할 수 있었다.

이하에서는 본 고안에 의한 환경 친화적 연마 제품(100)의 제조공정을 작업순서에 따라 순차적으로 설명한다.

1) 열고정 제직 섬유(35) 제조

폴리에스터(Polyester), 면(Cotton), 혼방사(Polyester + Cotton) 등의 섬유 중 어느 하나 이상으로 제직된 직물을 사용하며 제직된 직물은 변성 페놀 및 폴리실록산(5~50%함량)을 포함하는 열경화성 접착제와 라텍스 혼합 용액에 함침시킨다.

상기 열경화성 접착제와 라텍스의 혼합 비율은 제품의 특성에 따라 다양하게 적용 가능하다. 함침된 제직 섬유를 경사 방향으로 3~10% 잡아 당긴 후 열고정(Heat setting) 장치를 통해 150~230℃의 온도에서 30초 내지 180초 동안 열고정한다.

이때, 함침되었던 혼합 용액이 건조되며 제직 섬유의 신율이 감소된 상태를 유지 할 수 있게 된다.

2) 연마포 제품(65) 제조

상기 열고정 제직 섬유로 이루어진 기재(10)의 전면에 열경화성, 열가소성 생산 접착제(30)를 도포하고 연마재(20)를 부착한다.

이때 연마재(20)의 메시(Mesh)에 따라 접착제의 도포량이 가변적임은 물론이다. 연마재(20)를 부착하는 방식은 중력 또는 전착 방식이 있으며 제품의 특성에 따라 중력, 전착 방식을 동시에 사용할 수 있다.

다음, 연마재(20)가 부착된 기재(10)를 90~110℃ 온도에서 1시간~1시간 30분간 건조를 하고, 그 위에 코팅 접착제(31)로 도포를 한 뒤 90~110℃ 온도에서 다시 1시간~1시간 30분간 건조시켜 연마포 제품을 제조한다.

3) 결합 공정

연마 제품을 권취할 수 있는 금속 원통에 감겨있는 상기 연마포 제품의 후면에 내구력 강화형 결합제 도포 설비(도시되지 않음)를 통하여 내구력 강화형 결합제(10)를 도포한다.

이때, 내구력 강화형 결합제(50)의 도포량은 Wet Film Thickness Gauge(도시되지 않음)를 통해 제어되며, 도포 기준은 500~1,500㎛ 두께로 도포된다.

이후, 내구력 강화형 결합제(50)에 포함되어 있는 솔벤트(Solvent)를 휘발시켜 내구력 강화형 결합제(50)의 결합력을 최대화 할 수 있도록 100~110℃ 건조노를 1분~2분 동안 통과하며 가건조된 후, 내구력 강화형 결합제(50)가 도포되어 있는 쪽으로 망사형 마 섬유(60)가 투입되어 서로 맞닿아 있는 롤러(Roller)를 통과하며 서로 균일한 압력에 의해 압착되며 결합하게 된다.

결합이 완료된 연마 제품은 권취 할 수 있는 금속 원통에 감겨진 상태로 작업이 완료된다.

4) 후공정

상기 결합 공정이 끝난 환경 친화적 연마 제품(100)은 용도에 따라 다양한 크기의 디스크(Disc) 형태로 재단되며 필요에 따라 환경 친화적 연마 제품(100) 후면에 나이렉스를 결합하거나 PSA 점착제와 이형지를 결합하여 각각의 샌딩 툴(Tool)에 결합하여 작업할 수 있다.

이상, 도 1 내지 도 5에 도시된 도면에 의해 본 고안을 설명하였으나, 본 고안의 보호범위는 이에 한하지 않으며, 실용신안등록청구범위에 기재된 사항과 균등한 기술적 사상이 적용된 모든 실시례에 미친다고 할 것이다.

본 고안에 의한 환경 친화적 연마 제품(100)은 열고정 제직 섬유로 이루어진 기재(10)의 후면에 내구력 강화형 결합제(50)를 도포하고, 다시 천연 식물성 소재인 망사형 마 섬유(60)를 결합함으로써 종래 벌커나이즈드 화이버 제품이 탈지로 인한 작업성 저하 및 제품의 파단으로 인한 위험성을 보완하여 작업자의 안정성을 확보하였으며, 제품의 내구력이 증가되어 연마 성능, 연마 지속성이 향상되었고 외부 환경(습도, 온도 등)이나 외력에 의해 형태의 변형이 적은 장점이 있다.

그리고, 식물성 천연 섬유인 마 섬유를 사용하므로, 인체와 환경에 유해한 유리섬유(Glass fiber)가 포함되어 있는 연마 제품에 비해 작업 시 유해한 분진이 발생되지 않는 환경 친화적 제품이며, 제품의 수명이 끝난 환경 친화적 연마 제품(100)은 폐기 시 환경을 오염시키지 않는 장점을 더한다.

또한, 망사형 마 섬유(60)로 이루어져 뻣뻣하면서도 탄성을 보유하게 되므로 작업시 연마감이 향상되고 평면 연마뿐만이 아니라 굴곡 연마도 가능한 효과가 있다.

Claims (6)

1. 연마 제품에 있어서,

   열고정 제직 섬유로 이루어진 기재와;

   상기 기재의 상측에 생산 접착제에 의해 결합되며, 그 외측에 코팅 접착제가 도포된 연마재와;

   상기 기재의 하측에 내구력 강화형 결합제에 의해 결합되며, 연마 제품의 내구력(Stiffness)를 강화하는 망사형 마 섬유로 구성되는 것을 특징으로 하는 환경 친화적 연마 제품.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 망사형 마 섬유는 아마(Linen), 저마(Ramie : 모시), 대마(Hemp : 삼베), 황마(Jute) 등을 포함하는 줄기 섬유와; 마닐라삼, 시살삼, 뉴질랜드 삼, 알로에 섬유를 포함하는 잎 섬유와; 코이어(야자섬유)를 포함하는 과일 섬유 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 환경 친화적 연마 제품.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 망사형 마 섬유는 내구력이 증가될 수 있도록 1액형 또는 2액형 폴리우 레탄, 아크릴, 에폭시 수지를 도포하고 건조되는 것을 특징으로 하는 환경 친화적 연마 제품.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 망사형 마 섬유는 얇은 두께의 마 섬유를 페놀수지에 함침하여 복수 개를 적층한 후, 가열 압착되는 것을 특징으로 하는 환경 친화적 연마 제품.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 페놀수지에는 일정량의 연마 지립이 첨가되는 것을 특징으로 하는 환경 친화적 연마 제품.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 내구력 강화형 결합제는 폴리우레탄, 아크릴, 에폭시 수지로 이루어진 군에서 어느 하나 이상을 선택하고, 경화 촉진제 및 솔벤트를 혼합하여 2액형 합성 수지를 구성하는 것을 특징으로 하는 환경 친화적 연마 제품.

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