KR20090131740A - 장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법및 그 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1 및 제2 압출기로 구성된 LFT-D(Long Fiber Reinforced Thermoplastic - Direct Compounding) 압출기와 롤 포밍용 롤을 이용하여 연속적으로 장섬유강화 열가소성 플라스틱(LFT) 재질의 프로파일을 제조하는 방법으로서, a) 상기 제1 압출기에 열가소성 수지 및 첨가제를 투입하여 용융혼련시킴으로써 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계; b) 제조된 열가소성 수지 조성물과 연속 또는 불연속 섬유를 상기 제2 압출기에 투입하여 혼련시킴으로써 장섬유강화 열가소성 플라스틱을 제조하는 단계; c) 제조된 장섬유강화 열가소성 플라스틱을 압출 다이(die)를 이용하여 연속적으로 압출함으로써 일정한 크기 및 형상을 갖는 장섬유강화 열가소성 플라스틱 압출물을 제조하는 단계; d) 제조된 압출물을 연속적으로 상기 롤 포밍용 롤을 통과시킨 다음, 절삭기로 절단하여 일정한 크기 및 형상을 갖는 프로파일로 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, LFT-D 공법 및 롤 포밍 공법을 결합하여 열화가 적고 경제적이면서 연속적으로 장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일을 제조하는 방법 등을 제공하는 효과가 있다.
장섬유강화 열가소성 플라스틱, 프로파일, LFT-D 압출기, 롤 포밍용 롤, 다이
Description
본 발명은 장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LFT-D 공법 및 롤 포밍 공법을 결합하여 열화가 적고 경제적이면서 연속적으로 장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일을 제조하는 방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.
프로파일로는 건축용 또는 자동차용 프로파일 등이 있는데, 강철, 알루미늄 또는 플라스틱 조성물 등을 압출성형하여 제조하거나 롤 포밍 공법 등에 의하여 제조된다.
상기 롤 포밍 공법은 연속적으로 공급되는 띠 형태의 시트 소재를 연속으로 배치된 롤 스탠드 사이를 통과시키면서 순차적으로 원형단면형상으로 변형시키는 방법으로, 프로파일을 제조하거나, 양단을 접합시켜 파이프를 제조하는데 이용된다.
상기 롤은 일반적으로 볼록롤과 오목롤에 가압부와 비가압부를 선택적으로 배치하여 시트 소재가 롤 쌍들을 통과하면서 점진적으로 원하는 프로파일이 되도록 하는데, 제한적으로 금속을 가공할 때 사용된다.
장섬유강화 열가소성 플라스틱(Long Fiber-Reinforced Thermoplastic, 이하 'LFT'라 함)은 가볍고 강성이 우수하여 경량화 및 강도가 동시에 요구되는 범퍼 내부의 임팩트빔, 시트 프레임 등과 같은 차량의 구조용 부품에 이용되고, LFT-D 공법 등에 의하여 제조된다.
상기 LFT는 먼저 시트 형태로 제조된다. 시트 형태의 LFT는 오븐에서 가열되고, 기계적 물성이 향상된 보강용 시트(Reinforcing Sheet)와 적층된 다음, 고압의 프레스 성형기에 의하여 임팩트빔 등으로 제조된다. 상기 오븐에서 가열시 열화에 의한 물성저하가 문제된다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 LFT-D 공법 및 롤 포밍 공법을 결합하여 열화가 적고 경제적이면서 연속적으로 장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일을 제조하는 방법 및 그 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 및 제2 압출기로 구성된 LFT-D(Long Fiber Reinforced Thermoplastic - Direct Compounding) 압출기와 롤 포밍용 롤을 이용하여 연속적으로 장섬유강화 열가소성 플라스틱(LFT) 재질의 프로파일을 제조하는 방법으로서, a) 제1 압출기에 열가소성 수지 및 첨가제를 투입하여 용융혼련시킴으로써 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계; b) 제조된 열가소성 수지 조성물과 연속 또는 불연속 섬유를 제2 압출기에 투입하여 혼련시킴으로써 장섬유강화 열가소성 플라스틱을 제조하는 단계; c) 제조된 장섬유강화 열가소성 플라스틱을 압출 다이(die)를 이용하여 연속적으로 압출함으로써 일정한 크기 및 형상을 갖는 장섬유강화 열가소성 플라스틱 압출물을 제조하는 단계; d) 제조된 압출물을 연속적으로 롤 포밍용 롤을 통과시킨 다음, 절삭기로 절단하여 일정한 크기 및 형상을 갖는 프로파일로 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법 및 그 제조장치를 제공한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 LFT-D 공법 및 롤 포밍 공법을 결합하여 열화가 적고 경제적이면서 연속적으로 장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 및 자동차용 임팩트빔 등을 제조하는 방법 및 그 제조장치를 제공하는 효과가 있다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법은 제1 및 제2 압출기로 구성된 LFT-D(Long Fiber Reinforced Thermoplastic - Direct Compounding) 압출기와 롤 포밍용 롤을 이용하여 연속적으로 장섬유강화 열가소성 플라스틱(LFT) 재질의 프로파일을 제조하는 방법으로서, a) 제1 압출기에 열가소성 수지 및 첨가제를 투입하여 용융혼련시킴으로써 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계; b) 제조된 열가소성 수지 조성물과 연속 또는 불연속 섬유를 제2 압출기에 투입하여 혼련시킴으로써 장섬유강화 열가소성 플라스틱을 제조하는 단계; c) 제조된 장섬유강화 열가소성 플라스틱을 압출 다이(die)를 이용하여 연속적으로 압출함으로써 일정한 크기 및 형상을 갖는 장섬유강화 열가소성 플라스틱 압출물을 제조하는 단계; d) 제조된 압출물을 연속적으로 롤 포밍용 롤을 통과시킨 다음, 절삭기로 절단하여 일정한 크기 및 형상을 갖는 프로파일로 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 LFT-D 압출기는 제1 및 제2 압출기로 이루어지는데, 제1 압출기는 통상 상기 열가소성 수지 및 첨가제를 용융혼련시켜 상기 제2 압출기로 이송시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않고, 제2 압출기는 열가소성 수지 조성물 및 연속 또는 불연속 섬유를 혼련시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다.
상기 제1 및 제2 압출기는 기능적으로 나눈 것으로, 각각 1 이상의 압출기인 것이 바람직할 수 있으나, 상기 제1 및 제2 압출기의 기능을 모두 포함하는 하나의 압출기일 수도 있다.
상기 열가소성 수지는 폴리올레핀, 폴리아미드, ABS 수지 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 등으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 폴리올레핀이다.
상기 첨가제는 산화방지제, 열안정제, 안료, 분산제 및 상용화제 등으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 연속 또는 불연속 섬유는 유리 섬유, 바잘트 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유 등으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 폴리올레핀용 표면처리가 되어있는 유리섬유이다.
상기 압출 다이는 그 단면의 모양 및 크기가 제조되는 프로파일의 단면의 모양 및 크기와 비슷하거나 일치되는 것이 바람직하다.
상기 롤 포밍용 롤은 상부롤, 하부롤 및 가압공간(상부롤 및 하부롤 사이의 틈)으로 이루어지고, 상기 상부롤 및 하부롤은 쌍을 이루어 함께 회전하되, 상기 가압공간이 제조되는 프로파일 단면의 모양과 비슷 또는 일치되도록 상부롤과 하부롤의 외주면이 설계된다.
상기 상부롤, 하부롤 및 가압공간의 외주면은 회전시 변동되지 않는다.
상기 롤 포밍용 롤은 3개 이상인 것이 바람직하고, 그 온도는 압출기로부터 순차적으로 낮아지는 것이 바람직한데, 구체적인 일례로 롤 포밍용 롤이 3개인 경우 압출기에 가장 가까운 것부터 각각 200 ℃ 내외, 150 ℃ 내외 및 100 ℃ 내외일 수 있다.
상기 다수의 롤 포밍용 롤은 그 각각의 가압공간이 최종적으로 성형되는 프로파일의 단면과 동일하거나, 또는 순차적으로 그 크기가 줄어들어 마지막 롤 포밍용 롤의 가압공간이 최종적으로 성형되는 프로파일의 단면과 동일하게 설계될 수 있다.
상기 상부롤, 하부롤 및 가압공간은 제조되는 프로파일의 형상 및 크기에 따라 다양하게 설계될 수 있다.
선택적으로 상기 롤 포밍 장치 끝단에 인취장치(압출물을 일정한 속도로 잡아당기는 장치)를 부착하여, 압출물을 일정한 속도로 인취할 수 있는데, 이 경우 불량률이 감소되는 효과가 있다.
상기 장섬유강화 열가소성 플라스틱 압출물은 롤 포밍 가공 전 선택적으로 그 상부 및 하부에 플라스틱 시트 등을 적층시켜 롤 포밍 가공될 수 있다.
상기 프로파일은 건축용 프로파일, 복합사각재 또는 자동차용 임팩트 빔 등일 수 있다.
본 발명의 장섬유강화 열가소성 플라스틱(LFT) 재질의 프로파일 제조장치는 제1 및 제2 압출기로 구성된 LFT-D(Long Fiber reinforced Thermoplastic-Direct compounding) 압출기, 롤 포밍용 롤 및 절삭기로 이루어지되, 이들이 연속공정이 가능하도록 순차적으로 결합된 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 압출기는 기능적으로 나눈 것으로, 각각 1 이상의 압출기인 것이 바람직하나, 상기 제1 및 제2 압출기의 기능을 모두 포함하는 하나의 압출기일 수도 있다.
본 발명의 장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조장치의 구체적인 일례 및 이로부터 제조된 프로파일의 단면을 도 1에 개략적으로 나타내었다.
도 1의 프로파일 제조장치는 LFT-D 압출기(100), 롤 포밍 장치(200) 및 커팅기(300)로 이루어져 있고, 상기 LFT-D 압출기(100)는 제1 압출기(102) 와 제2 압출기(104)로 구성되며, 상기 롤 포밍 장치(200)는 상부롤(201), 하부롤(202) 및 가압공간(203)으로 구성된다.
상기 제1 압출기(102)는 단일 스크류를 포함하여 투입되는 열가소성 수지 및 첨가제(101)를 용융혼련시킨 다음 제2 압출기(104)로 이송시킨다.
상기 용융혼련시 가공온도 및 회전속도(rpm)는 투입되는 열가소성 수지 및 첨가제에 통상적으로 적용되는 가공온도 및 회전속도이면 특별히 제한되지 않으나, 열가소성 수지 조성물의 열화가 최소화되고, 균일하게 혼련될 수 있는 범위 내인 것이 바람직하다.
상기 제2 압출기(104)는 트윈 스크류를 포함하여 투입되는 연속 섬유(103)와 제1 압출기(104)로부터 유입된 열가소성 수지 조성물을 혼련시킨 다음 압출다이(105)를 이용하여 일정한 크기 및 형상을 갖는 장섬유강화 열가소성 플라스틱 압출물(106)을 연속적으로 제조한다.
상기 연속섬유(103)는 혼련시 적당한 크기의 장섬유로 잘라져 압출다이(105)를 통해 압출되는 압출물에 충분한 강성을 제공하고, 상기 장섬유는 압출기 내부에서 높은 전단력(shear stress)을 받는다.
상기 압출물(106)은 최종적으로 제조되는 프로파일의 단면과 그 형상 및 크기가 비슷하나, 압출후 상기 장섬유의 탄성복원력에 의하여 팽창되는 바, 동일하지 않다.
상기 팽창된 압출물(106)은 상부롤(201), 하부롤(202) 및 가압공간(203)으로 구성된, 3개의 롤 포밍용 롤로 이루어진 롤 포밍 장치(200)로 들어가, 서서히 냉각되면서 상부롤(201) 및 하부롤(202)에 의하여 가압됨으로써 최종적으로 제조되는 프로파일의 단면과 그 형상 및 크기가 동일해지고, 커팅기(300)에 의하여 일정한 길이로 절단됨으로써, 연속적으로 본 발명에 따른 프로파일(400)로 제조된다.
도 2는 본 발명에 따른 롤 포밍용 롤 및 이로부터 제조된 프로파일을 개략적으로 도시한 단면도이다.
상기 롤 포밍용 롤은 상부롤(201), 하부롤(202) 및 가압공간(203)으로 구성 되고, LFT-D 압출기로부터 압출된 압출물(106)은 상기 가압공간(203)으로 유입되어 상부롤(201) 및 하부롤(202)에 의하여 가압됨으로써 가압공간(203)의 단면과 동일한 형상 및 크기로 성형되고, 이를 커팅기(300)에 의해 일정한 길이로 절단하여 최종적으로 본 발명에 따른 프로파일 1(401)을 제조하게 된다.
이상의 본 발명에 따른 장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법 및 그 제조장치는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
도 1은 본 발명의 장섬유강화 열가소성 플라스틱(LFT) 재질의 프로파일 제조장치 및 이로부터 제조된 프로파일의 단면을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 롤 포밍용 롤 및 이로부터 제조된 프로파일의 단면을 개략적으로 도시한 개략도이다.
*도면의 주요 부호에 대한 설명*
100: LFT-D 압출기 101: 열가소성 수지 및 첨가제
102: 제1 압출기 103: 연속섬유
104: 제2 압출기 105: 압출다이
200: 롤 포밍 장치 201: 상부롤
202: 하부롤 203: 가압공간
300: 커팅기 400: 프로파일
401: 프로파일 1
Claims (11)
- 제1 및 제2 압출기로 구성된 LFT-D(Long Fiber Reinforced Thermoplastic - Direct Compounding) 압출기와 롤 포밍용 롤을 이용하여 연속적으로 장섬유강화 열가소성 플라스틱(LFT) 재질의 프로파일을 제조하는 방법으로서,a) 상기 제1 압출기에 열가소성 수지 및 첨가제를 투입하여 용융혼련시킴으로써 열가소성 수지 조성물을 제조하는 단계;b) 제조된 열가소성 수지 조성물과 연속 또는 불연속 섬유를 상기 제2 압출기에 투입하여 혼련시킴으로써 장섬유강화 열가소성 플라스틱을 제조하는 단계;c) 제조된 장섬유강화 열가소성 플라스틱을 압출 다이(die)를 이용하여 연속적으로 압출함으로써 일정한 크기 및 형상을 갖는 장섬유강화 열가소성 플라스틱 압출물을 제조하는 단계;d) 제조된 압출물을 연속적으로 상기 롤 포밍용 롤을 통과시킨 다음, 절삭기로 절단하여 일정한 크기 및 형상을 갖는 프로파일로 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 열가소성 수지는, 폴리올레핀, 폴리아미드, ABS 수지 및 폴리에틸렌테 레프탈레이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 첨가제는, 산화방지제, 열안정제, 분산제, 상용화제 및 안료로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 섬유는, 유리 섬유, 바잘트 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 압출 다이는, 그 단면의 모양이 제조되는 프로파일의 단면의 모양과 일치되는 것을 특징으로 하는장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 롤 포밍용 롤은, 상부롤 및 하부롤이 맞붙어 함께 회전하되, 상부롤 및 하부롤 사이의 틈이 제조되는 프로파일 단면의 모양이 되도록 상부롤과 하부롤의 외주면이 설계된 것을 특징으로 하는장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 롤 포밍용 롤은, 3개 이상인 것을 특징으로 하는장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법.
- 제 7항에 있어서,상기 롤 포밍용 롤은, 압출기로부터 순차적으로 온도가 낮아지는 것을 특징으로 하는장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 d)의 압출물은, 그 상부 및 하부에 플라스틱 시트가 적층되어 함께 롤 포밍용 롤을 통과하는 것을 특징으로 하는장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 프로파일은, 건축용 프로파일, 복합사각재 또는 자동차용 임팩트 빔인 것을 특징으로 하는장섬유강화 열가소성 플라스틱 재질의 프로파일 제조방법.
- 제 1 및 제2 압출기로 구성된 LFT-D(Long Fiber reinforced Thermoplastic-Direct compounding) 압출기, 롤 포밍용 롤 및 절삭기로 이루어지되, 이들이 연속공정이 가능하도록 순차적으로 결합된 것을 특징으로 하는장섬유강화 열가소성 플라스틱(LFT) 재질의 프로파일 제조장치.
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