KR20090132311A - 인조목재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐 합성수지 재료를 활용하여 저렴한 비용으로 제작할 수 있으면서도, 우수한 외관 특성을 갖으며, 휨강도가 높고, 선팽창계수가 낮아 시공성이 우수하고, 시공후 구조 강도가 높아 비틀림이나 파손의 발생을 최소화할 수 있는 인조목재 및 그 제조 방법에 관한 것으로,
본 발명에 따른 인조목재는, 목분과 합성수지 혼합하여 성형되는 외층과; 이중 압출에 의해 상기 외층에 일체로 성형되되, 재생 합성수지재에 목분을 혼합하여 성형되는 내층과; 상기 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 배치되는 장섬유 다발;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
인조 목재, 장섬유, 이중 압출, 폐 합성수지
Description
본 발명은 인조목재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐 합성수지 재료를 활용하여 저렴한 비용으로 제작할 수 있으면서도, 우수한 외관 특성을 갖으며, 휨강도가 높고, 선팽창계수가 낮아 시공성이 우수하고, 시공후 구조 강도가 높아 비틀림이나 파손의 발생을 최소화할 수 있는 인조목재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 천연목재에 대한 소비자의 선호도가 크게 증가하고 있으며 또한 목재의 벌목에 따른 이산화탄소 증가에 대한 환경파괴 우려가 증폭되면서 목재의 대체 소재 개발 목소리가 높아지고 있다. 특히 목재의 수요가 많은 건축자재 경우 더욱 그러하다.
이러한 배경 하에 최근 천연목재와 유사한 질감 및 외관을 가진 다양한 종류의 인조목재가 개발되어 시판되고 있는 데, 폴리염화비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 등의 열가소성 수지에 목분을 복합 압출하여 성형된 인조목재(WPC; Wood Plastic Composite)가 일반적으로 사용되고 있다.
상기와 같이 합성수지와 목분을 복합압출 성형하여 제조된 종래의 인조목재는 천연 목재에 비해 가격이 저렴하면서도, 다양한 색상 및 질감을 표현할 수 있기 때문에 마루판, 문틀, 걸레받이, 문선 몰딩, 창호재 등 각 종 건축 자재로 점차 그 사용 범위가 늘어 가고 있다.
상기와 같이 합성수지와 목분을 복합압출 성형하여 제조된 종래의 인조목재는 천연 목재에 비해 가격이 저렴하면서도, 다양한 색상 및 직감을 표현할 수 있기 때문에 마루판, 문틀, 걸레받이, 문선 몰딩, 창호재 등 각 종 건축 자재로 점차 그 사용 범위가 늘어 가고 있으나, 다음과 같은 근본적인 문제점을 안고 있었다.
먼저, 종래의 인조목재는, 천연 목재에 비해 온도에 따른 선팽창계수가 커서, 시공후 수축 팽창의 반복으로 인해 뒤틀림 또는 파손이 발생할 소지가 많으며, 그에 따라 목재의 시공 방법인 못으로 하는 시공 방법은 적용하기 어려우며, 별도의 시공부재를 사용함으로서 시공비가 상승한다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 인조 목재는, 천연 목재에 비해 휨강도가 낮아 처짐 등의 문제점이 있었으며, 바닥재로 적용하는 경우 하부에 받침목의 간격을 좁게 해야 하므로 시공비 상승의 원인이 된다는 문제점이 있었다.
따라서, 인조 목재의 선팽창 팽창 계수나 구조 강도를 개선하기 위해, 중금속이 함유된 방부목이나 고가의 열대지방 경질 원목(Tropical Hard Wood; Apitong)을 적용하거나, 유리 섬유나 유리 매트 등의 보강재를 적용한 인조 목재가 제안된 바 있으나, 고가의 원료를 사용함에 따라 원가가 상승하며, 유리 섬유나 매트 등에 의해 외관 질감에 악영향을 미친다는 단점이 있어 널리 적용되고 있지 못하고 있는 실정이다.
한편, 최근 들어, 환경 보호 및 자원의 재활용 측면에서, 폐 목재와 폐 합 성수지를 주 원료로 한 인조 목재가 관심을 끌고 있는 바, 폐 목재로는 주택 해체시 배출되는 폐재 등의 목질계 원료가 이용되며, 폐 합성수지로는 PP 트레이, 시트 등을 후레이크 상태로 부순 합성수지계 원료가 재활용 되어 이용되므로 저렴한 비용으로 제조할 수 있다는 장점이 있으나, 강도가 낮고 외관 품질이 낮아 장식재나 구조재로는 적용하기 곤란하다는 단점이 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 종래 인조 목재의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 폐 합성수지 재료를 활용하여 저렴한 비용으로 제조할 수 있으면서도, 우수한 외관 특성을 갖으며, 휨강도가 높고, 선팽창계수가 낮아 시공성이 우수하고, 시공후 구조 강도가 높아 비틀림이나 파손의 발생을 최소화할 수 있는 인조목재 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인조목재는, 목분과 합성수지 혼합하여 성형되는 외층과; 이중 압출에 의해 상기 외층에 일체로 성형되되, 재생 합성수지재에 목분을 혼합하여 성형되는 내층과; 상기 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 배치되는 장섬유 다발;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 인조 목재의 외부 노출 부분은 물성이 우수하고 상대적으로 고가인 순원료 상태의 합성수지를 포함하는 외층으로 구성하여 외관 품질을 확보하고, 내층은 재생 합성수지재에 재상 목분이나 저가의 목분을 적용함으로서 전체적인 제조 원가를 낮추되, 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 배치되는 장섬유 다발을 배치함으로서, 외관의 질감에 악영향을 미치지 않으면서 인조 목재의 전체적인 선팽창 팽창 계수 및 구조 강도를 개선할 수 있다는 점에 착안하여 이루어진 것으로서,
본 발명에 따르면, 저렴한 비용으로 제조할 수 있으면서도, 우수한 외관 특성을 갖으며, 휨강도가 높고, 선팽창계수가 낮아 시공성이 우수하고, 시공후 구조 강도가 높아 비틀림이나 파손의 발생을 최소화할 수 있는 인조목재를 제공할 수 있게 된다.
상기 외층에는 빛에 의한 변색을 방지하기 위해 자외선 차단제를 추가하는 것이 바람직하며, 왕겨를 부가하는 경우, 선팽창 계수를 감소시킴과 동시에 표면 품질을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 발명이 적용되는 인조목재는 가늘고 긴 형태로서 대부분의 경우 압출 방식으로 이루어지는 데, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 장섬유 다발을 내층을 성형하기 위한 금형의 출구측에 인접한, 다시 말해, 성형물이 어느 정도 경화되어 투입된 장섬유 다발을 끌고 금형으로부터 배출될 수 있는 위치에서, 금형 외주면으로부터 금형 내부로 경사지게 투입되도록 함으로서, 장치 비용이나 공정 비용을 크게 향상시키지 않는 초소한의 구성으로, 압출 성형되는 내층의 내부에 길이 방향으로 장섬유 다발이 배치될 수 있게 된다.
장섬유 다발은, 내층과 견고히 결합되어 일체화된 상태가 될 수 있도록, 합성수지에 의해 코팅된 상태로 상기 내층 내부에 배치되는 것이 바람직하다.
특히, 복수의 장섬유 가닥이 꼬아진 상태로 형성되어. 코팅용 합성수지가 꼬 인 상태의 내부까지 스며들도록 코팅되는 것이 바람직한 바, 이를 위해서는 꼬여져 있지 않은 상태의 장섬유를 적용하는 경우에는 이를 꼬면서 코팅하고, 긴밀하게 꼬여져 있는 상태로 제품화 되어 있는 장섬유를 적용하는 경우에는, 이를 어느 정도 풀어 장섬유 내부까지 코팅용 합성수지가 스며들 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
내층은 플레이트나 봉과 같은 솔리드 형태로 형성하는 것도 가능하나, 동일 체적으로 충분한 휨 강성을 확보하기 위해서는 중공 형태로 성형하는 것이 바람직하며, 필요에 따라서는, 내층의 중공부에 적어도 하나 이상의 보강 리브를 일체로 성형한다.
내층과 외층은 서로 마주보는 판 형태로 성형하는 것도 가능하나, 경도가 낮은 내층을 외부로부터의 긁힘 등으로부터 보호하기 위해 외층이 내층을 감싸는 형태로 성형하는 것이 바람직하며, 바닥재과 같이 외부로부터의 손상될 우려가 없는 부분이 있는 부재에 적용되는 경우에는, 외층이 내층의 일부를 감싸도록 성형하는 것이, 원가 절감의 측면에서 바람직하다.
본 발명에 따르면, 폐 합성수지 재료를 활용하여 저렴한 비용으로 제조할 수 있으면서도, 우수한 외관 특성을 갖으며, 휨강도가 높고, 선팽창계수가 낮아 시공성이 우수하고, 시공후 구조 강도가 높아 비틀림이나 파손의 발생을 최소화할 수 있는 인조목재를 쩨공할 수 있게 된다.
또한, 내층 내부에 배치되는 장섬유 다발을, 내층 성형용 금형의 출구측에 인접한 부분에서, 금형 외주면으로부터 금형 내부로 경사지게 투입하여, 어느 정도 경화된 상태의 내층 성형물이 투입된 장섬유 다발을 끌고 금형으로부터 배출될 수 있도록 함으로서, 간단한 구성으로, 압출 성형되는 내층의 내부에 길이 방향으로 장섬유 다발을 배치할 수 있게 된다..
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 인조목재의 실시예를 나타내는 단면도로, 본 발명에 따른 인조목재는, 목분과 합성수지를 혼합하여 성형되는 외층(1)과, 이중 압출에 의해 외층(1)에 일체로 성형되되, 재생 합성수지재에 목분을 혼합하여 성형되는 내층(2)과, 상기 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 배치되는 장섬유 다발(3)을 구비한다.
외층(1)은 일반적인 인조목재와 같이 순원료 상태의 합성수지를 적용하여 성형되는 바, 폴리프로필렌수지(PP), 폴리에틸렌수지(PE), 폴리비닐수지(PVC)로부터 선택되는 하나 이상의 합성수지 30~40중량부와, 목분 50~70중량부에 안료 5~10중량부, 자외선 차단제 1~5중량부, 왕겨 1~5중량부를 부가하여 성형되며, 1차적으로 성형되어 금형으로부터 배출되는 내층(1)의 외부에 이중 압출 공정에 의해 일체로 성형된다.
내층(2)은, 외부로 노출되지 않는 부분으로 상대적으로 저가의 재료로 구성 되되, 외관 품질에 악영향을 미치지 않는 부분으로서 장섬유 등의 보강재가 배치되어 인조 목재의 전체적인 선팽창 팽창 계수나 구조 강도를 향상시키는 부분으로, 재생 합성수지 30~40중량부와, 목분 50~70중량부에 석회석, 방해석, 납석, 활석, 운모로부터 선택되는 하나 이상의 분말 5~10중량부를 부가하여 성형된다.
내층(2)에 적용되는 폐 합성수지는 PP 트레이, 시트 등을 후레이크 상태로 부순 합성수지계 원료가 재활용되며, 목분은 외층에 비해 상대적으로 저가의 목분을 적용하거나, 폐 목재를 분쇄하여 제조된 재생 목분을 적용한다.
내층(2)은 플레이트나 봉과 같은 솔리드 형태로 형성하는 것도 가능하나, 동일 체적으로 충분한 휨 강성을 확보하기 위해서는, 도 1 및 도 2의 실시예에 도시된 바와 같이, 중공 형태로 성형하는 것이 바람직하며, 필요에 따라서는, 내층의 중공부에 적어도 하나 이상의 보강 리브(2a)를 일체로 성형한다.
내층(2)과 외층(1)은 서로 마주보는 판 형태로 성형하는 것도 가능하나, 외관 품질을 확보함과 동시에 상대적으로 경도가 낮은 내층을 외부로부터의 긁힘 등으로부터 보호하기 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이 외층(1)이 내층(2)을 전체적으로 감싸는 형태로 성형하는 것이 바람직하며, 바닥재과 같이 외부로부터의 손상될 우려가 없는 부분이 있는 부재에 적용되는 경우에는, 외층(1)이 내층(2)의 일부를 감싸도록 성형한다.
장섬유 다발(3)은, 온도에 따른 선팽창 계수 및 휨강도를 보강하기 위한 것으로서, 유리섬유, 미네랄 섬유, 폴리에틸린테레프탈레이트(PET) 섬유, 아라미드(Aramid) 섬유, 천연 섬유(Jute, Kenaf, Hemo, Flax 등), 엔지니어링 플라스틱 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 섬유로 이루어지되, 내층과 견고히 결합되어 일체화된 상태가 될 수 있도록, 합성수지에 의해 코팅된 상태로 상기 내층 내부에 배치되는 것이 바람직하다.
복수의 장섬유 가닥이 서로 꼬아진(twin) 상태로 형성되어. 코팅용 합성수지가 꼬인 상태의 내부까지 스며들도록 코팅되는 것이 바람직한 바, 이를 위해서는 꼬여져 있지 않은 상태의 장섬유를 적용하는 경우에는 이를 꼬면서 코팅하고, 긴밀하게 꼬여져 있는 상태로 제품화 되어 있는 장섬유를 적용하는 경우에는, 이를 어느 정도 풀어 장섬유 내부까지 코팅용 합성수지가 스며들 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 장섬유 다발(3)이 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 배치되도록 하기 위해, 내층을 성형하기 위한 금형의 출구측에 인접한, 다시 말해, 성형물이 어느 정도 경화되어 투입된 장섬유 다발을 끌고 금형으로부터 배출될 수 있는 위치에서, 금형 외주면으로부터 금형 내부로 경사지게 투입되도록 함으로서, 간단한 구성으로, 압출 성형되는 내층의 내부에 길이 방향으로 장섬유 다발이 배치될 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 인조목재 제조 공정을 도 3의 공정도 및 도 4의 내층 성형용 금형의 단면도를 참조하여 상세히 설명한다.
공정도는 크게, 내층 성형공정(10), 장섬유 코팅공정(20), 외층 성형공정(30)으로 구분된다.
내층성형 공정(10)에서는, 내층의 압출공정과 내층 내부에의 장섬유 인서트 공정이 이루어지는 부분으로, 재생 합성수지 30~40중량부와, 목분 50~70중량부 및 분산제로서 탈크, 석회석, 방해석, 납석 활석, 운모 등의 규산염 광물이 5~10중량부가 투입된다.
목분과 합성수지를 마스터 배치(M/Batch)화하여, 다시말해 비드화 하여 투입하거나 목분, 합성수지, 분산제 모두를 마스터 배치화 하여 투입한다.
압출 온도는, 금형의 도입부는 170~200℃, 성형부는 100~150℃, 냉각부 50~120℃로 조절되며, 장섬유 코팅공정(20)을 거친 장섬유 다발(3)은, 도 4에 도시된 바와 같이 내층(2)을 성형하기 위한 금형(11)의 출구측에 인접한 금형 외주면으로부터 금형 내부로 경사지게 형성되어 있는 투입 파이프(12)를 통해 투입된다.
투입된 장섬유 다발은 냉각부에 의해 어느 정도 경화된 상태의 성형물과 함께 금형(11)으로부터 배출된다.
장섬유 코팅공정(20)은, 장섬유 다발이 내층과 견고히 결합되어 일체화된 상태가 될 수 있도록 합성수지로 코팅하는 공정으로, 장섬유로는 유리섬유, 미네랄 섬유, 천연 섬유, 엔지니어링 플라스틱 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 섬유가 적용되며, 폴리프로필렌수지 또는 폴리에틸렌수지를 결합보조제와 함께 투입하여 150~200℃의 온도로 가열(21)하여 내층 성형 공정(10)에 투입한다.
코팅된 장섬유 다발을 내층 성형 공정(10)에 직접 투입하지 않고 롤 형태로 권취하여 추후 사용하는 경우에는 50~100℃의 온도로 건조시켜 권취시킨다..
전술한 바와 같이, 복수의 장섬유 가닥이 서로 꼬아진(twin) 상태로 형성되 어. 코팅용 합성수지가 꼬인 상태의 내부까지 스며들도록 코팅되는 것이 바람직한 바, 이를 위해서는 꼬여져 있지 않은 상태의 장섬유를 적용하는 경우에는 이를 꼬면서 코팅하고, 긴밀하게 꼬여져 있는 상태로 제품화 되어 있는 장섬유를 적용하는 경우에는, 이를 어느 정도 풀어 장섬유 내부까지 코팅용 합성수지가 스며들 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
외층 성형공정(30)은, 내층의 외부에 외층을 이중 압출에 의해 성형하는 공정으로, 폴리프로필렌수지와 폴리에틸렌수지로부터 선택되는 하나 이상의 합성수지 30~40중량부와, 목분 50~70중량부와, 안료 5~10중량부와, 자외선 차단제 1~5중량부와, 왕겨 1~5중량부를 투입하여 성형되는 바, 목분과 합성수지를 안료와 마스터 배치화하여 투입할 수도 있다.
압출온도는, 금형 도입부는 170~200℃, 성형부는 100~150℃, 냉각부 50~100℃로 조절되며, 각 안료의 베이스 수지의 점도차를 이용해 자연스런 물결무늬의 성형 또는 표면 엠보싱 성형하게 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 인조목재의 실시예를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 인조목재 제조 공정을 나타내는 공정도.
도 4는 내층성형용 금형의 내부에 장섬유 다발을 투입하는 구성을 설명하는 개념도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 ; 외층 2 ; 내층
3 ; 장섬유 다발
Claims (10)
- 목분과 합성수지 혼합하여 성형되는 외층과;이중 압출에 의해 상기 외층에 일체로 성형되되, 재생 합성수지재에 목분을 혼합하여 성형되는 내층과;상기 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 배치되는 장섬유 다발;을 구비하는 것을 특징으로 인조목재.
- 제 1 항에 있어서,상기 내층의 목분은 재생 목분인 것을 특징으로 하는 인조목재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 장섬유 다발은, 유리섬유, 미네랄 섬유, 폴리에틸린테레프탈레이트 섬유, 아라미드 섬유, 천연 섬유, 엔지니어링 플라스틱 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인조목재.
- 제 3 항에 있어서, 상기 장섬유 다발은, 합성수지에 의해 코팅된 상태로 상 기 내층 내부에 배치되되, 복수의 장섬유 가닥이 꼬아진 상태로 형성되어. 코팅용 합성수지가 꼬인 상태의 내부까지 스며들도록 코팅되는 것을 특징으로 하는 인조목재.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장섬유 다발은, 상기 내층을 성형하기 위한 금형의 출구측에 인접한 금형 외주면으로부터 금형 내부로 경사지게 투입됨으로서 상기 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 배치되는 것을 특징으로 하는 인조목재.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 외층은,폴리프로필렌수지, 폴리에틸렌수지 및 폴리비닐수지로부터 선택되는 하나 이상의 합성수지 30~40중량부와, 목분 50~70중량부와, 안료 5~10중량부와, 자외선 차단제 1~5중량부와, 왕겨 1~5중량부를 포함하며,상기 내층은,재생 합성수지 30~40중량부와, 목분 50~70중량부와, 석회석, 방해석, 납석, 활석, 운모로부터 선택되는 하나 이상의 분말 5~10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인조목재.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 내층은, 중공 형태로 성형되는 것을 특징으로 인조목재.
- 제 7 항에 있어서, 상기 내층의 중공부에는 적어도 하나 이상의 보강 리브가 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 인조목재.
- 제 7 항에 있어서, 상기 외층은 상기 내층의 일부를 감싸도록 성형되는 것을 특징으로 하는 인조목재.
- 목분과 합성수지 혼합하여 성형되는 외층과, 이중 압출에 의해 상기 외층에 일체로 성형되되, 재생 합성수지재에 목분을 혼합하여 성형되며, 내부에 길이 방향으로 연속되게 장섬유 다발이 구비되는 내층을 구비하는 인조 목재의 제조 방법에 있어서,상기 장섬유 다발은, 상기 내층을 성형하기 위한 금형의 출구측에 인접한 금형 외주면으로부터 금형 내부로 경사지게 투입됨으로서 상기 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 배치되도록 하는 것을 특징으로 하는 인조 목재 제조 방법.
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