KR20080114126A - 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한미세 구형 파우더 제조 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 엘라스토머를 압출기로 용융 압출시키고, 기어펌프를 거친 후에 미세 다이홀을 통해 균일한 입도를 가지는 미세 구형 파우더를 제조하여, 동결 분쇄시 발생하는 높은 공정비 절감 및 후면 용융저하, 핀 홀 발생 등의 문제점을 해결할 수 있는 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

인스트루먼트, 표피재, 파우더 슬러쉬, 미세 구형, 파우더, 압출기, 기어펌프, 미세 압출다이

Description

자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 장치 및 방법{Method and device of Round-Shaped Fine Powder for Powder Slush Molding}

도 1은 본 발명에 따른 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 장치를 나타내는 개략도,

도 2는 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 방법을 설명하는 공정 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 압출기 12 : 기어펌프

14 : 미세 압출다이 16 : 냉각수탱크

18 : 열교환기 20 : 절단수단

22 : 원심분리기 24 : 이송라인

26 : 복귀라인 28 : 배출라인

본 발명은 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열가소성 엘라스토머를 압출기로 용융 압출시키고, 기어펌프를 거친 후에 미세 다이홀을 통해 제조되는 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.

자동차용 인스트루먼트 패널은 운전석 및 조수석 앞쪽에 계기판, 에어백, 글로브 박스 등이 설치되는 설치자리면을 포함하는 일종의 장식용 패드류로서, 그 표피재는 고급차의 경우 고급스러운 느낌을 주기 위해 파우더 슬러쉬로 제작되고 있다.

즉, 고급차용 인스트투먼트 표피재는 파우더 슬러쉬 성형 공정을 통하여 제조되는 바, 표피재 제조용 파우더를 파우더 공급박스에 넣고, 그 위에 가열된 금형을 체결한 후, 회전시킴으로써, 가열된 금형에 접촉된 파우더가 용융되는 동시에 금형면의 모양에 따른 시트(sheet) 형태로 제조되고 있다.

종래에는 상기 표피재 제조를 위해, 가소제를 포함하는 폴리염화비닐 파우더 조성물의 분말 성형체를 오랫동안 사용하였으나, 이는 폐차 소각시 산성 물질을 발생하고, 자동차 전면의 윈도우 유리 내면을 흐리게 하며, 저온 충격특성이 취약하여 조수석 인비져블(Invisible) 에어벡 적용이 불가능한 문제점이 있다.

따라서, 상기한 폴리염화비닐 수지의 문제점들을 해결하기 위해 최근에는 올레핀계나 우레탄계 열가소성 일레스토머 수지와 폴리우레탄 엘라스토머 수지를 동결 분쇄하여 파우더로 제조시킨 파우더 슬러쉬 성형용 소재를 사용하고 있다(일본 공개특허 평3-199579, 일본공개특허 평3-199589 참조).

그러나, 파우더를 만드는 동결분쇄 공정비용이 매우 높아 원가 부담이 클 뿐만 아니라 입도분포가 불균일하고, 미분이 많아서 분체 흐름성이 저하되어 장시간 방치하면 파우더 끼리의 뭉침 현상이 발생하여, 결국 파우더 슬러쉬 성형에 필요한 분체 유동성을 나타내지 못하여 후면이 매끈하게 용융되지 못하거나 핀홀을 발생시키는 심각한 문제점을 야기시킨다.

한편, 파우더 슬러쉬 성형 공법의 특성상 용융특성 및 물성이 우수한 조성물로 굴곡이 심하거나 형상이 복잡한 제품을 성형하는 경우, 외관 및 성형 상태가 우수한 정상적인 제품을 성형하기 위해서는 열가소성 엘라스토머 파우더가 성형온도로 예열된 금형 표면에 일정 두께로 용융 코팅되고 금형 구석구석으로 용이하게 충진되어야 한다.

그렇지 못한 경우, 성형품에 작은 핀 홀 또는 큰 구멍이 발생하거나 후면 용융상태 및 평활도가 떨어지는 문제점이 나타나게 된다.

또한, 파우더 슬러쉬 성형을 반복함에 따라 가열된 금형에 접촉된 파우더는 쉬트(표피재)로 성형이 되지만, 접촉하지 않은 파우더는 분체 공급 박스내에서 장기적으로 열을 축적함으로써, 파우더가 부분적으로 용융되어 파우더끼리 응집되고 분체 공급박스 내벽에 붙게 되며, 이에 성형시 이러한 응집된 파우더 덩어리가 금 형면에 접촉하여 핀 홀 발생, 표면 불량 및 각진 부위에 대한 미충진 등의 심각한 문제를 야기시킨다.

따라서, 이러한 문제점을 개선하기 위해서는 분쇄 공정을 거치지 않고도 파우더를 제조할 수 있는 기술과, 제조된 파우더의 흐름성을 향상시키는 기술이 개발되어야 하는데, 상기한 문제들로 인한 높은 제조 비용 및 높은 불량률로 인해 완성차 및 성형업체의 원가부담을 가중시키고 있는 상황에서, 이를 해결할 수 있는 동결분쇄 공정을 거치지 않고 입도 분포가 균일한 구형의 흐름성이 우수한 파우더 제조 기술의 개발이 절실한 실정에 있다.

이에, 본 발명자들은 동결 분쇄시 발생하는 높은 제조 비용, 미분 및 입도 불균일로 인해 발생하는 후면 용융저하, 핀 홀 발생 등의 문제점을 해결하고자, 즉, 동결 분쇄 공정을 거치지 않고 파우더 제조 비용 절감, 입도 분포 균일화를 통한 재료 로스(Loss)율 저감, 입자 구상화로 인한 분체 흐름성 향상을 통하여, 핀홀(Pin-Hole)발생 억제 및 용융특성 향상 등의 우수한 파우더 슬러쉬 성형성 확보가 가능한 미세 구형 파우더의 제조 기술을 연구한 결과, 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 엘라스토머를 압출기로 용융 압출시키고, 기어펌프를 거친 후에 미세 다이홀을 통해 균일한 입도를 가지는 미세 구형 파우더 제조 기술을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 엘라스토머를 압출기로 용융 압출시키고, 기어펌프를 거친 후에 미세 다이홀을 통해 균일한 입도를 가지는 미세 구형 파우더를 제조하여, 동결 분쇄시 발생하는 높은 공정비 절감 및 후면 용융저하, 핀 홀 발생 등의 문제점을 해결할 수 있는 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 장치는: 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 수지를 고온 용융 혼련시키는 압출기와; 고온 용융 혼련된 열가소성 수지를 미세 압출다이로 일정량씩 이송시키는 기어펌프와; 기어펌프를 통해 이송된 열가소성 수지를 미세 직경으로 압출시킬 수 있는 마이크로 크기의 미세홀과, 압출된 열가소성 수지를 구형화의 미세 파우더로 절단시킬 수 있는 언더 워터 방식의 절단수단을 포함하는 미세 압출다이와; 냉각수 공급용 냉각수 탱크와; 상기 냉각수의 온도를 일정한 수준으로 가열하는 열교환기와; 상기 열교환기를 통과한 냉각수가 언더 워터 방식의 절단수단에서 사용된 후, 상기 절단된 미세 구형 파우더와 함께 원심분리기쪽으로 이송되는 이송라인과; 상기 절단된 미세 구형 파우더와, 냉각수를 서로 분리시키는 원심분리기와; 상기 원심분리기와 냉각수탱크간에 연결된 냉각수 복귀라인과; 상기 원심분리기에 연결된 미세 구형 파우더 배출라인; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 일 구현예로서, 상기 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 수지를 고온 용융 혼련시키는 압출기는 일축, 이축 및 반버리(Banbury)형태의 압출기중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 미세 압출다이의 마이크로 크기를 갖는 미세홀은 300~400 ㎛인 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 방법은: 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 수지를 압출기에서 고온 용융 혼련시키는 단계와; 고온 용융 혼련된 열가소성 수지를 기어펌프를 통해 미세 압출다이로 일정량씩 이송시키는 단계와; 상기 기어펌프를 통해 이송된 열가소성 수지가 미세 압출다이의 마이크로 크기 미세홀을 통과하여 미세 직경으로 압출되는 동시에 냉각수가 언더워터 방식으로 분사되면서 구형의 미세 파우더로 절단되는 단계와; 절단된 미세 구형 파우더를 물과 함께 원심분리기로 이송시켜 물과 미세 구형 파우더를 서로 분리시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직한 일 구현예로서, 상기 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 수지를 고온 용융 혼련시키는 압출기의 압출 온도는 150~280℃의 범위인 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 고온 용융 혼련된 열가소성 수지를 기어펌프를 통해 미세 압출다이로 일정량씩 이송시키는 단계중 기어펌프의 온도는 200~250℃ 범위인 것을 특징으로 한다.

바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 기어펌프를 통과한 열가소성 수지를 미 세 직경으로 압출하는 미세 압출다이의 온도는 300~400℃이고, 언더워터 분사시 사용되는 냉각수의 온도는 50~90℃ 범위인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 장치를 나타내는 개략도이고, 도 2는 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 방법을 설명하는 공정 흐름도이다.

먼저, 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 수지를 압출기를 이용하여 고온 용융 혼련시킨다.

즉, 본 발명의 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 수지를 압출기(10)에 투입하여 고온 융용 혼련하여 압출하는 단계가 선행되는 바, 이때 사용되는 압출기(10)는 일축, 이축 및 반버리(Banbury)형태의 압출기를 사용할 수 있으며, 혼련성과 생산성면에서 이축 압출기가 바람직하다.

상기 압출기(10)의 배럴(Barrel)온도는 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 수지가 충분히 용융될 수 있는 150~250℃의 범위가 되어야 하며, 바람직하게는 열가소성 수지의 충분한 용융에 적당한 180~220℃ 범위가 좋다.

다음으로, 고온 용융 혼련된 열가소성 수지를 기어펌프(12)를 통해 미세 압출다이(14)로 일정량씩 이송시킨다.

즉, 압출된 용융 수지가 기어펌프(12)에 의하여 균일한 양이 미세 압출다이(14)로 이송된다.

여기서, 상기 기어펌프(12)는 서로 맞물리는 두 개의 기어를 이것에 외접하는 케이스 속에 넣고, 기어를 일정한 속도로 회전시켜 기어 톱니의 홈과 둘레의 벽 사이의 공간을 통해 일정한 양의 수지를 이송시키는 역할을 하는 것으로서, 기어펌프가 없으면 미세 압출다이로 이송되는 수지의 양이 불균일하여 결과적으로 미세 압출다이에서 토출되어 절단되는 파우더의 입자 크기가 불균일해진다.

이때, 상기 기어펌프(12)의 온도가 이송되는 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 용융수지가 냉각되지 않을 정도의 온도가 되어야 하는데, 200~250℃의 범위로 되어야 하며, 바람직하게는 220~240℃의 범위로 유지시켜 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 용융수지가 냉각되지 않도록 한다.

다음으로, 상기 기어펌프(12)를 통해 이송된 열가소성 수지가 미세 압출다이(14)의 마이크로 크기 미세홀(미도시됨)을 통과하여 미세 직경으로 압출되는 동시에 냉각수가 언더워터 방식으로 분사되면서 구형의 미세 파우더로 절단되는 단계가 진행된다.

즉, 상기 미세 압출다이(14)의 미세홀을 통과하면서 열가소성 수지가 미세 직경으로 압출된 후, 냉각수 공급용 냉각수 탱크(16)로부터 인출되어 열교환기(18)를 거쳐 일정한 온도로 가열된 냉각수가 언더 워터 방식의 절단수단(20)을 통하여 분사되어 압출된 미세 파우더를 구형화로 만들어 절단시킨다.

이때, 상기 미세 압출다이(14)의 미세홀의 크기는 미세 파우더의 크기보다 약간 큰 300~400㎛가 되어야 하며, 미세 파우더의 냉각 방지를 위하여 미세 압출다이의 온도는 300~400℃로 유지되어야 하며, 바람직하게는 330~370℃가 좋다.

또한, 상기 언더 워터 방식의 잘단수단(20)에 의하여 냉각수가 분사되면서, 미세홀을 통과한 미세 파우더가 절단되는 바, 이때 사용되는 냉각수의 온도는 미세 파우더가 냉각을 통하여 구형화로 경화될 수 있도록 50~90℃로 유지 되어야 하며, 바람직하게는 60~80℃가 좋다.

이후, 상기 언더 워터 방식의 절단수단(20)에서 사용된 냉각수와, 절단된 미세 구형 파우더가 이송라인(24)을 따라 원심분리기(22)쪽으로 이송되고, 이 원심분리기(22)에서 절단된 미세 구형 파우더와 냉각수는 서로 분리되며, 냉각수는 재사용을 위해 상기 원심분리기(22)와 냉각수 탱크(16)간에 연결된 냉각수 복귀라인(26)을 통하여 냉각수탱크(16)로 복귀되고, 상기 절단된 미세 구형 파우더는 원심분리기(28)에 연결된 미세 구형 파우더 배출라인(28)을 통하여 배출된다.

최종적으로, 물과 분리된 미세 구형 파우더는 메시(Mesh)에 걸러진 다음, 파우더 슬러쉬 성형용 포장 백(Bag)으로 이송된다.

이와 같이 제조된 올레핀계 열가소성 수지를 아래 표 1의 조건으로 미세 구형 파우더를 제조하였으며, 이 미세 구형 파우더에 대한 평균 입자 크기, 입자 구형정도, 파우더 흐름성 등을 측정하였는 바, 그 시험결과는 표 1에 나타낸 바와 같다.

이때 표 1에 나타낸 바와 같이, 미세 구형 파우더 제조 조건은 본 발명의 실시예1-3에 따른 미세 구형 파우더는 압출기의 압출 온도는 150~280℃의 범위, 기어 펌프의 온도는 200~250℃ 범위, 미세 압출다이의 미세홀 크기 300~400 ㎛범위, 냉각수의 온도는 50~90℃ 범위에서 제조된 것이고, 비교예 2 및 3은 위의 한정범위에서 제조된 것이며, 비교예1은 기존의 동결분쇄품이다.

<시험방법>

1. 평균 입자 크기: 50배 실체 현미경으로 측정 후, Image Pro + 4.0 프로그램을 이용하여 평균 폭을 측정하여 입자 크기로 취하였다.

2. 입자 구형정도: 50배 실체 현미경으로 측정 후, Image Pro + 4.0 프로그램을 이용하여 평균 폭과 길이를 측정하여 길이와 폭의 차이 값을 계산하여 평가하였다.

3. 파우더 흐름성: KS M 3002의 겉보기 비중 측정 장치를 이용하여, 시료를 담는 깔대기에 100cc 파우더를 부은 후, 깔대기 하부의 배출구를 열어 파우더가 자유 낙하하여 모두 흘러나오는데 걸리는 시간을 측정하였다.

시험 결과, 본 발명의 실시예1-3에 따른 미세 구형 파우더는 평균입자 크기는 기존 동결분쇄품에 비하여 다소 크지만, 입자 구형도가 좋으며, 파우더 흐름성이 우수함을 알 수 있었다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 장치 및 방법에 의하면, 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 엘라스토머를 압출기로 용융 압출시키고, 기어펌프를 거친 후에 미세 다이홀을 통해 균일한 입도를 가지는 미세 구형 파우더의 제조를 통하여, 기존의 동결 분쇄법으로 제조하던 구형 파우더에 비하여 높은 공정비 절감 및 후면 용융저하, 핀 홀 발생 등의 문제점을 해결할 수 있고, 입자 구상화로 인한 분체 흐름성 향상을 제공할 수 있다.

Claims (7)

1. 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 수지를 고온 용융 혼련시키는 압출기와; 고온 용융 혼련된 열가소성 수지를 미세 압출다이로 일정량씩 이송시키는 기어펌프와;

   기어펌프를 통해 이송된 열가소성 수지를 미세 직경으로 압출시킬 수 있는 마이크로 크기의 미세홀과, 압출된 열가소성 수지를 구형화의 미세 파우더로 절단시킬 수 있는 언더 워터 방식의 절단수단을 포함하는 미세 압출다이와;

   냉각수 공급용 냉각수 탱크와;

   상기 냉각수의 온도를 일정한 수준으로 가열하는 열교환기와;

   상기 열교환기를 통과한 냉각수가 언더 워터 방식의 절단수단에서 사용된 후, 상기 절단된 미세 구형 파우더와 함께 원심분리기쪽으로 이송되는 이송라인과;

   상기 절단된 미세 구형 파우더와, 냉각수를 서로 분리시키는 원심분리기와;

   상기 원심분리기와 냉각수탱크간에 연결된 냉각수 복귀라인과;

   상기 원심분리기에 연결된 미세 구형 파우더 배출라인;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 수지를 고온 용융 혼련시키는 압출기는 일축, 이축 및 반버리(Banbury)형태의 압출기중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 미세 압출다이의 마이크로 크기를 갖는 미세홀은 300~400 ㎛인 것을 특징으로 하는 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 장치는.
4. 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 수지를 압출기에서 고온 용융 혼련시키는 단계와;

   고온 용융 혼련된 열가소성 수지를 기어펌프를 통해 미세 압출다이로 일정량씩 이송시키는 단계와;

   상기 기어펌프를 통해 이송된 열가소성 수지가 미세 압출다이의 마이크로 크기 미세홀을 통과하여 미세 직경으로 압출되는 동시에 냉각수가 언더워터 방식으로 분사되면서 구형의 미세 파우더로 절단되는 단계와;

   절단된 미세 구형 파우더를 물과 함께 원심분리기로 이송시켜 물과 미세 구형 파우더를 서로 분리시키는 단계;

   로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러 쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 방법.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 올레핀계 및 우레탄계 열가소성 수지를 고온 용융 혼련시키는 압출기의 압출 온도는 150~280℃의 범위인 것을 특징으로 하는 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 방법.
6. 청구항 4에 있어서, 상기 고온 용융 혼련된 열가소성 수지를 기어펌프를 통해 미세 압출다이로 일정량씩 이송시키는 단계중 기어펌프의 온도는 200~250℃ 범위인 것을 특징으로 하는 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 방법.
7. 청구항 4에 있어서, 상기 기어펌프를 통과한 열가소성 수지를 미세 직경으로 압출하는 미세 압출다이의 온도는 300~400℃이고, 언더워터 분사시 사용되는 냉각수의 온도는 50~90℃ 범위인 것을 특징으로 하는 자동차 인스트루먼트 표피재용 파우더 슬러쉬 성형을 위한 미세 구형 파우더 제조 방법.

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