KR20100071989A

KR20100071989A - 프레스 장치

Info

Publication number: KR20100071989A
Application number: KR1020107005687A
Authority: KR
Inventors: 롤란드 칼손; 제리 스티그손; 안더스 파울손
Original assignee: 다이아비 인터내셔널 에이비
Priority date: 2007-08-16
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2010-06-29
Also published as: CN101827695A; WO2009022954A1; BRPI0721934A2; CA2696510A1; JP2010536603A; EA201000336A1; EP2178686A1

Abstract

본 발명은 부분 팽창된 고분자체의 제조를 위한 프레스 장치에 관한 것으로, 부피 가변형 몰드 캐비티(20), 온도 제어 수단(30), 몰딩 시에 몰드 캐비티의 팽창에 반대로 작용하는 역압 수단(40)을 포함하여, 역압 수단에 의해 가해진 압력은 몰드 캐비티의 팽창에 따라 증가될 수 있다. 또한, 본 발명은 부분 팽창된 고분자체를 성형하는 방법에 관한 것이다.

Description

프레스 장치{PRESS SYSTEM}

본 발명은 프레스 장치, 더 구체적으로는 부분 팽창된 고분자체(partially expanded polymer bodies)를 제조하기 위한 프레스 장치에 관한 것이다.

오늘날, PVC계 경질 발포성 고분자 재료가 해양 또는 항공 분야에서는 주로 샌드위치 구조의 코어 재료로서, 또는 건축 분야에서는 열 및 음향 절연체로서 널리 사용되고 있다. 샌드위치 구조의 코어는 섬유 강화 플라스틱(FRP), 금속 등과 같이 구조적으로 더 단단한 2개의 재료를 분리시킨다. 이러한 샌드위치 구조물은 종래의 단일층 구조물에 비해 저중량, 절연 특성과 같이 많은 장점을 갖는다. 발포성 폴리우레탄 등과 같이, 다른 경질 발포성 고분자 재료가 유선형 연속 압출법을 사용하여 제조될 수 있는 반면, PVC계 경질 발포성 고분자 재료의 제조는 프레스에 의한 고압 하에서의 불연속 부분 팽창체(이하, 초기체라 함)의 성형을 수반한다. 그 다음, 초기체는 화학적 및 물리적으로 처리되어, 경질 발포성 고분자 재료가 얻어질 수 있다.

더 구체적으로는, PVC계 경질 발포성 고분자 재료의 제조 과정은 처음에 분말 가루(PVC 등 기타 화합물)와 액상 물질(특히, 이소시아네이트)의 혼합물로 구성된 플라스티졸 페이스트(plastisol paste)의 형성을 수반한다. 밀폐된 몰드 캐비티 내에 채워지는 플라스티졸 페이스트는 가열된 후, 고압 하에서 냉각되어, 부분 팽창된 초기체가 얻어진다. 그런 다음, 초기체는 물 및/또는 증기 오븐 속에서 추가 열처리를 통해 더욱 팽창된다. 재료 내에 함유된 이소네이트기의 가수 분해를 통해 최종 경질 발포성 재료가 형성되고 나서, 그 화학적 구조를 교차 결합시키는 고분자가 형성된다.

현재, 초기체의 제조 방법은 최종 생성물 중 고분자 함유량에 대해 페이스트의 초과량을 각각의 몰드에 채우는 단계를 포함한다. 그 다음, 페이스트의 초과량은 몰링 시에 몰드로부터 배출될 수 있다. 성형 공정은 밀폐된 몰드 내의 플라스티졸을 가열하는 단계를 포함함에 따라, 높은 압력이 플라스티졸의 열팽창 및 플라스티졸에 용해된 발포제의 활성에 의해 발생된다. 이 팽창 과정 동안, 페이스트의 초과량은 배출될 수 있다. 플라스티졸은 플라스티졸을 젤라틴화시키도록 미리 결정된 임의의 시간 동안 고온에서 유지되고 나서, 몰드 캐비티는 몰드로부터 초기체를 제거시키기에 충분히 낮은 온도로 냉각된다. 페이스트의 초과량은 몰드에 남아있는 생성물의 중량의 약 8% 정도된다.

초과 페이스트는 몰드의 상부 에지에서 나타난다. 결과적으로, PVC는 젤라틴화되고, 발포제 물질의 일부는 고온에서 손상되기 때문에, 회복불가능한 재료의 낭비가 발생된다.

US 6352421(발명자: Olivier Giacoma, 출원일: 2000년 2월 15일)에서는, 보조 몰드 구획을 제공함으로써 가열 단계 동안에 몰드로부터 페이스트가 빠져나가는 문제의 해결 방안이 제시되어 있는바, 상기 보조 몰드 구획 내에 페이스트의 초과량이 가열 단계 동안 공급되고, 상기 보조 몰드 구획으로부터 소량의 페이스트가 폐 수집용 주변 홈 안으로 유입될 수 있다. 개시된 방법에 따르면, 페이스트가 주 몰드 구획의 상부에 채워져서, 가열 동안에 페이스트는 약 8% 팽창하고, 초과 페이스트는 연결 홈에 의해 보조 몰드 구획으로 공급된다. 보조 몰드 구획은 주 몰드 구획의 8%보다 약간 작은 부피를 갖는다. 따라서, 폐 페이스트의 양은 보조 몰드 구획 부피의 약 8%로 줄어들며, 이는 주 몰드 구획 부피의 0.64%와 거의 동일하다.

US 2768407(발명자: Lindemann, 출원일: 1950년 12월 5일)은 열가소성 질량체에 의한 밀폐형 셀 셀룰러 바디(closed cell cellular bodies)의 제조에 관한 것이다. 이 문헌에서는, 종래 기술의 문제로서, 팽창제를 포함한 질량체가 채워지는 몰드를 가열 단계 동안에 완전 밀봉 상태로 유지하기는 실제로 불가능 하다는 점을 나타내고 있다. 기체가 질량체 내의 압력을 받으며 용해되고, 질량체가 완전히 젤라틴화된 후에, 몰드의 부피를 그 초기 부피의 1/5 내지 2/5까지 팽창시킴으로써, 상기 문제에 대한 해결 수단이 제시되어 있다. 이동가능한 다이를 구비한 몰드이 사용이 제시되어 있으며, 팽창제의 분해 속도를 늦추고, 기체를 용해시킬 수 있기 위해, 예컨대 150 atm(bar)의 고압을 가할 필요가 있다고 설명하고 있다. 또한, 적합한 열가소성 수지는 폴리염화비닐을 포함한다고 설명하고 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 결함을 극복한 경질 팽창된 고분자 초기체의 제조를 위한 새로운 프레스 장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 목적은 독립청구항에서 규정된 프레스 장치 및 방법에 의해 이루어질 수 있다.

또한 모든 재료 제조 공정에서, 경질 팽창된 고분자 재료를 제조할 때 초기체를 성형하기 위한 중요 파라미터는, 예컨대 재료 소비량, 에너지 소비량, 작업 흐름 및 처리 시간이다. 본 발명의 프레스 장치는 이들 파라미터 중 하나 이상에 대하여 종래 기술에 비해 우수하다.

본 발명의 실시예는 종속청구항에서 규정된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1a 내지 도 1e는 부분 팽창된 고분자체(partially expanded polymer bodies)를 단계적으로 성형하는 본 발명에 따른 프레스 장치의 단면도를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 도 1a 내지 도 1d의 실시예에 따른 프레스 장치에서 성형 공정에 이용된 공정 파라미터의 개략적 다이어그램이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 프레스 장치의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 도 3a 내지 도 3d의 실시예에 따른 프레스 장치에서 성형 공정에 이용된 공정 파라미터의 개략적 다이어그램이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 프레스 장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸다.
도 6은 도 5a 내지 도 5c의 실시예에 따른 프레스 장치에서 성형 공정에 이용된 공정 파라미터의 개략적 다이어그램이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 프레스 장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸다.
도 8은 본 발명의 프레스 장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 방법에 대한 흐름도이다.

도 1a 내지 도 1d는 부분 팽창된 고분자체(partially expanded polymer body)를 단계적으로 성형하는 본 발명에 따른 프레스 장치(10)의 단면도를 개략적으로 나타내고 있다. 일 실시예에 따르면, 프레스 장치(10)는 부피 가변형 몰드 캐비티(mould cavity)(20), 온도 제어 수단(30), 및 몰딩 시에 몰드 캐비티(20)의 팽창에 반대로 작용하는 역압 수단(counter pressure means)(40)을 포함하며, 역압 수단(40)에 의해 가해진 압력은 몰드 캐비티(20)를 팽창시키면서, 몰드 캐비티의 팽창에 따라 증가하도록 구성된다. 도 1a 내지 도 1d에 개시된 실시예에서, 프레스 장치(10)는 프레스 하부(press base)(120)와 프레스 상부(press top)(50)를 포함한 프레스 장치, 역압 수단(40)에 의해 아래 방향으로 압력을 받는 이동가능한 프레스 부재(130), 및 상기 프레스 하부(120)와 상기 이동가능한 프레스 부재(130) 사이에 배치된 교환가능한 몰드 기구(60)를 추가로 포함한다. 상기 프레스 하부(120)와 상기 프레스 상부(50)는 클램프(clamps)(140)에 의해 서로 단단히 연결되어, 서로에 대한 상대적인 움직임을 방지한다.

도 1a 내지 도 1d에 개시된 실시예에서, 몰드 캐비티(20)는 제1 몰드 부재(70)와 제2 몰드 부재(80)를 포함한 교환가능한 몰드 기구(60)에 의해 형성된다. 제1 몰드 부재(70)의 리세스(recess)가 몰드 캐비티(20)의 부피의 일부를 형성하고, 실링 수단(sealing means)(90)이 맞물리는 두 측면 플랜지(100, 110) 사이에 삽입된다. 도 1a 및 도 1b에서 볼 수 있듯이, 제1 몰드 부재(70) 및 제2 몰드 부재(80)는 몰딩 시에 서로에 대해 움직일 수 있고, 실링 수단(90)은 몰드 캐비티(20)의 상기 부피가 적어도 부분 팽창되는 동안 제1 몰드 부재(70)와 제2 몰드 부재(80) 사이에 실질적인 용접 밀폐를 제공하도록 배치된다.

다른 실시예에서는, 아래에서 보여지겠지만, 부피 가변형 몰드 캐비티(20)는 프레스 장치(10)의 통합된 부품 등에 의해 다른 적절한 상태로 형성될 수 있다.

온도 제어 수단(30)은 몰딩 시에 몰드 캐비티(20) 내의 플라스티졸(plastisol)의 온도를 효과적으로 제어하도록 제공된다. 처음에는, 부분 팽창된 고분자체의 형성이, 발포제를 활성화시키고, 플라스티졸를 젤라틴화시키기 위한 열을 필요로 하다가, 젤라틴화가 어느 정도 이루어진 경우에는, 성형 공정에 의해 발생된 열은 소비량을 초과하고, 과열을 방지하기 위해, 플라스티졸은 냉각되어야 한다. 이에 대해서는 아래에서 더 자세히 설명될 것이다. 일 실시예에 따르면, 온도 제어 수단(30)은 물 등의 가열 및 냉각 매질을 위한 도관을 포함한다. 한편, 온도 제어 수단은 가열 및 냉각 수단, 예컨대 전기 가열 수단 및 냉매용 냉각 도관으로 제공될 수 있다.

도 1a 내지 도 1d에 개시된 실시예에 있어서, 몰드 캐비티(20)는, 성형 공정의 후반 단계에서 우수한 기계적 특성을 갖는 경질 발포성 고분자 재료로 이루어진 패널을 형성하도록 더욱 팽창 및 경화되는, 평면 직사각형 패널 모양의 초기체(embryo bodies)를 제조하기 위해 형성된다. 경질 발포성 마감재(finished rigid foam material)의 사용에 따라, 몰드 캐비티(20)는 구형, 관형, 원통형 등과 같이 다양한 모양으로 구성될 수 있다.

개시된 실시예에 따르면, 교환가능한 몰드 기구(60)의 제1 몰드 부재(70)와 제2 몰드 부재(80)는 주벽(140, 150)을 각각 포함하는데, 주벽(140)은 제1 프레스 부재(120), 그리고 주벽(150)은 제2 프레스 부재(130)에 평행하고, 인접하게 배치된다. 제1 몰드 부재(70)는, 주벽(140)의 경계를 형성하며, 실제 직각을 이루는 측면 플랜지(side flange)(100)를 포함하고, 제2 몰드 부재(80)는 측면 플랜지(100)와 맞물리는 대응 측면 플랜지(110)를 포함하며, 이들 몰드 부재(70, 80) 사이에는 폭이 좁은 갭이 형성되어, 실링 수단(90)이 체결된다. 상술한 바와 같이, 교환가능한 몰드 기구(60)는 프레스 몰드 하부로서 제1 몰드 부재(70)와 프레스 하부(120)를 형성하고, 이동가능한 프레스 몰드 부재로서 제2 몰드 부재(80)와 이동가능한 프레스 부재(130)를 형성함으로써, 프레스(10)와 일체로 이루어질 수 있다.

도 1a 내지 도 1d에서, 역압 수단(40)은 몰드 캐비티(20)의 팽창 방향에 반대되는 방향으로 이동가능한 프레스 부재(130)를 이동시키는 나선형 스프링을 배치시킴으로써 형성된다. 개시된 실시예의 팽창 방향은 상향이지만, 본 발명의 프레스 장치는 팽창 방향이 측면하향 또는 어떠한 방향으로도 구성될 수 있다. 스프링 장치 형태의 역압 수단(40)은 팽창이 시작될 때 증가하는 역압을 적용하지만, 성형 단계 동안에 능동적으로 제어될 수는 없다. 역압 수단(40)은 적용되는 압력이 몰드의 팽창에 대응하여 실제로 선형적 또는 지수함수적으로 증가하도록 배치될 수 있다. 역압 수단(40)은 적용되는 압력이 하나 이상의 팽창 지점에서 단계적으로 증가하도록 배치될 수도 있다. 또한, 역압 수단(40)은 적용되는 압력의 선형적, 지수함수적 또는 단계적 증가의 임의의 적절한 조합을 제공하도록 배치될 수 있다. 따라서, 몰드 캐비티의 팽창 및 압력은 적절히 제어될 수 있다.

수동 역압 수단(40)의 다른 유형으로서, 이동가능한 프레스 부재(130)에 비제어 상승력(an increasing non controllable force)을 가하는 임의의 유형의 장치가 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 역압 수단(40)은 팽창 과정 동안 미리 정해진 계획에 따라 이동가능한 프레스 부재(130)에 가해진 힘을 제어할 수 있는 제어 장치로 구성될 수 있다. 이러한 제어가능 방식의 역압 수단(40)의 일 예로서 액압 프레스 장치가 있으며, 본 액압 프레스 장치에서는 상기 장치 내의 유압력을 상승 또는 하강시킴으로써 가해진 압력이 제어될 수 있다. 아래의 설명에 따르면, 이러한 액압 프레스 장치는 압력 제어식 릴리프 밸브(pressure controlled relief valve)에 의해 제어될 수 있다.

상술한 바와 같이, 도 1a에서 몰드 캐비티(20)에는 플라스티졸이 채워진다. 초기체의 표면 결함을 방지하기 위해, 성형 사이클이 시작되기 전에 실질적으로 모든 공기를 몰드 캐비티(20)로부터 제거하는 것이 상당히 중요하다. 몰드 캐비티(20)에 플라스티졸이 채워질 때 두 몰드 부재(100, 110) 사이에 포획된 공기를 제거하기 위하여, 개시된 실시예에서 제2 몰드 부재(110)(즉, 상부 몰드 부재)에는 작은 배출 개구(160)가 형성되어 있다. 배출 개구(160)는 공기가 지나갈 수는 있지만, 플라스티졸이 몰드 캐비티(20)로부터 빠져나가지 못하도록 형성된다. 일 실시예에 따르면, 배출 개구(160)는 너무 작아서, 플라스티졸 자체가 높은 점도로 인해 상기 배출 개구를 차단함에 따라, 단지 소량의 플라스티졸만이 몰드 캐비티(20)에서 누출될 수 있다. 그러나, 밸브형 개구와 같이, 다른 유형의 자폐 배출 개구가 사용될 수 있는 바, 여기서는 상기 자폐 배출 개구를 차단하기 위해 플라스티졸이 밸브 본체에 작용한다. 몰드 부재(100, 110)로부터 초기체를 용이하게 제거하기 위하여, 배출 개구(160)는 젤라틴화된 초기체가 배출 개구에 걸리지 않도록 형성된다. 이를 위한 한가지 방법은, 폭이 넓은 단부가 몰드 캐비티(20)로 이어지고, 작은 상단 개구가 몰드 기구(60)의 외면으로 이어지는, 원추 모양의 배출 개구(160)를 형성하는 것이다. 본 도면에서 보여지는 바와 같이, 몰드 기구(60)는 평행한 프레스면을 갖는 프레스 장치에서 사용되도록 구성됨에 따라, 작은 상단 개구는 프레스면(130)에 의해 덮여지고, 개구 면적은 더욱 감소된다.

도 2는 도 1a 내지 도 1d의 실시예에 따른 프레스 장치(10)에 의한 성형 공정에 이용된 공정 파라미터의 개략적 다이어그램이다. 도 2의 성형 공정은 밀폐된 몰드 캐비티(20) 내에 온도(T) 제어로 플라스티졸을 가열하는 단계를 포함함에 따라, 플라스티졸의 열팽창과 그 속에 용해된 발포제의 활성에 의해 고압(P)이 발생된다. 역압 수단(40)에 대한 적합한 특성을 이용함으로써, 몰드 캐비티(20) 내의 압력(P)은 가열 온도(T) 제어의 결과로 역압 수단(40)에 의해 가해진 압력을 초과하므로, 몰드 캐비티(20)의 부피(V)는 증가할 것이다. 플라스티졸은 플라스티졸을 젤라틴화시킬 수 있도록 미리 정해진 시간 동안 고온으로 유지된 후, 몰드 캐비티(20)는 몰드 캐비티(20)로부터 초기체(170)를 제거할 수 있을 정도로 충분히 낮은 온도로 냉각된다. 상술한 바와 같이, 젤라틴화 과정은 열을 발생시키므로, 과열을 방지하기 위해 냉각되어야 한다. 도 2에서는 온도(T) 제어가 냉각으로 전환되면 압력(P)이 단기간 계속해서 상승되는 것을 나타내고 있는데, 이러한 현상은 젤라틴화 과정에 의해 발생된 열 때문이다. 최대 압력점은 도 2에서 점선으로 나타내어진다. 이러한 이유로, 몰드 캐비티(20)의 부피는 압력이 최고점에 이를 때까지 계속해서 증가될 것이다. 일단, 냉각 과정이 최대 압력점에 이르면, 냉각 과정은 주로 결과로서 나타나는 초기체(170)의 음성 열팽창에 따른 몰드 캐비티(20)의 부피 감소를 초래한다. 도 1b는 몰드 캐비티(20)의 부피가 역압 수단(40)의 특성, 플라스티졸 혼합의 유형 및 사용된 공정 파라미터에 의해 형성된 최대 부피에 이른 때의 프레스 장치(10)를 나타내고 있다. 일반적으로, 팽창 부피는 충진 부피(filling volume)보다 5% 내지 20% 정도 더 크다.

도 1c는 본 실시예에 따른 프레스 장치를 잠금 해제시키는 단계를 나타내는 바, 부분 팽창된 고분자체(170)의 탄성적 성질은 상호 클램프 부재(interconnection clamp members)(140)를 잠금 해제하는데 이용된다. 몰드 캐비티(20) 내의 종압보다 큰 압축력이 프레스 상부(50)에 가해지고, 이에 따라 역압 수단(40) 및 초기체(170)는 압축되어, 상호 클램프 부재(140)는 프레스 장치(10)를 잠금 해제시키기 위해 빼내어질 수 있다.

도 1d는 프레스 상부(50)와 제2 몰드 부재(110)가 제1 몰드 부재(100)와 프레스 하부(120)로부터 분리되어, 압축된 초기체(170)가 내부 팽창력에 의해 몰드 기구로부터 튀어나오기 시작할 때의 프레스 장치(10)를 나타내고 있으며, 도 1e는 초기체가 제1 몰드 부재(100)로부터 튀어나온 후 이완된 초기체의 모습을 나타내고 있다. 도 1b 내지 도 1d에서, 결과로서 나타나는 제1 몰드 부재(100)와 제2 몰드 부재(110)의 상대 운동이 설명 목적을 위해 강조되어 있음에 따라, 측벽(80)의 상부면과 제2 몰드 부재의 주벽(70) 사이에 형성된 초과재(180)가 제거되어야 하는 폐재료의 상당한 양을 의미한다. 그러나, 제조 장치인 몰드 기구(60)에 의해, 초과재(180)는 8%의 종래에 허용된 누출량보다 적을 것이다. 배출 개구(160)는 젤라틴화된 초기체 상에 니플(nipple)(190)을 형성시키며, 이 니플은 초과재(180)와 함께 제거된다.

몰드 부재(70, 80), 프레스 하부(120) 및 이동가능한 프레스 부재(130)는 적당한 열전도성을 갖는 임의의 적합한 경질 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 이들 부재는 알루미늄, 스테인리스강 등의 금속으로 이루어질 수 있다. 이 중 하나 혹은 조합하여, 상기 부재는 섬유 강화 플라스틱과 같은 복합 재료로 이루어질 수 있다. 성형 공정 동안 200atm 이상의 몰드 내의 고압 때문에, 프레스 장치의 모든 부품은 그에 알맞게 구성되어야 한다.

상술한 바와 같이, 성형 공정 동안 플라스티졸의 팽창은 5% 내지 20%이며, 이 공정 동안에는 몰드 캐비티(20) 내의 압력을 고압으로 유지하는 것이 중요하다. 그러나, 특정한 상황 하에서는, 몰드 캐비티(20) 내의 압력 상승이 부적절한 플라스티졸 혼합 또는 과충진으로 인해 최고치에 이를 수 있다. 일 실시예에 따르면, 몰드는, 충진 부피에 대해 미리 결정된 임의의 몰드 캐비티(20) 부피가 6% 내지 20% 증가할 때 이동가능한 몰드 부재(110)가 실질적인 기밀식 밀봉 효과를 주도록 구성되는데, 그 후 밀봉 효과는 몰드 캐비티 내의 과압을 방지하기 위해 감소될 것이다. 또 다른 실시예에 따르면, 밀봉 효과는 점차 감소된다. 또한, 몰드 부재 중 하나는 조절가능한 팽창 한계를 제공하도록 구성될 수 있다.

도 3a 내지 도 3d는 일 측에는 힌지 장치(200), 그리고 그 반대측에는 상호 잠금 수단(210)에 의해 프레스 하부(121)와 프레스 상부(51)가 고정되는 프레스 장치의 일 실시예를 나타내고 있다. 개시된 실시예에서, 상호 잠금 수단(210)은 회전식 잠금 기구로서 보여지고 있지만, 임의의 적절한 상호 잠금 기구이어도 된다. 도 3a 내지 도 3d의 실시예에서, 역압 수단(40)은 압축 스프링(220) 및 2차 압축 부재(230)로 구성된다. 본 실시예에 따르면, 역압 수단(40)은 압축 스프링(220)으로부터의 역압 하에서 몰드 캐비티(20)의 초기 팽창을 허용한 후, 압축 스프링(220)과 2차 압축 부재(230)로부터 발생되는 조합력 형태의 고역압 하에서 몰드 캐비티(20)의 2차 팽창을 허용한다. 도 3a 내지 도 3d에서, 역압 수단(40)은 압축 스프링(220)과, 가요성 재료, 예컨대 고무 등의 고체 부재 형태의 2차 압축 부재(230)의 조합으로 나타내어지는데, 일 예로서, 역압 수단(40)은 몰드 캐비티의 팽창에 따라 증가하는 역압을 가할 수 있는 수단들의 임의 조합에 의해 형성될 수 있다. 도 4는 도 3a 내지 도 3d의 실시예에 따른 프레스 장치(10)에 의한 성형 공정에 이용된 공정 파라미터의 개략적 다이어그램이다. 도 4에서의 좌측 점선은 몰드 캐비티(20)의 팽창이 2차 팽창에 이르렀을 때의 지점을 나타낸다. 도 4가 나타내는 바와 같이, 2차 팽창 동안 압력(P)이 상승되면, 부피(V)의 팽창율은 감소된다.

도 3c는 프레스 장치(11)를 잠금 해제시키는 단계를 나타내는 바, 초기체(170)를 압축시킬 수 있는 힘이 프레스 상부(51)의 좌측면 상에 가해지면, 회전식 잠금 기구(210)가 잠금 해제될 수 있고, 그 후에는, 도 3d에서 보여지는 바와 같이, 프레스 장치는 플립식으로 개방될 수 있다.

도 5a 내지 도 5c는 몰드 캐비티(20)가 프레스 하부(122) 및 이동가능한 프레스 부재(132)와 통합되어 있는 프레스 장치(12)의 일 실시예를 나타내고 있다. 프레스 장치(12) 내에 몰드 캐비티(20)를 통합시킴으로써, 개별적인 몰드 기구(60)의 사용이 생략된다. 개시된 실시예에서, 프레스 하부(122) 및 이동가능한 프레스 부재(132)는 플런저형 장치(plunger type arrangement)로 도시되어 있는데, 여기서, 몰드 캐비티(20)는 프레스 하부(122)의 리세스(recess)에 의해 형성되고, 이동가능한 프레스 부재(132)는 몰드 캐비티(20)의 상부벽을 이루는 대응 플런저로서 형성된다. 상술한 실시예에서와 같이, 프레스 하부(122)와 이동가능한 프레스 부재(132) 사이에는 이들 사이를 실질적으로 기밀식 밀봉시킬 수 있는 실링 부재가 제공된다.

개시된 실시예에서, 이동가능한 프레스 부재(132)는 하부 숄더(260)에 의한 하부 위치와 팽창 방향으로 프레스 부재(132)의 추가 이동을 방지하는 팽창 종결 수단(250)에 의한 상부 위치 사이에서 움직일 수 있도록 배치된다. 따라서, 개시된 실시예에서, 최종 형성되는 몰드 캐비티의 부피는 팽창 종결 수단(250)의 위치에 의해 결정되고, 결과로서 발생되는 최대 압력은 몰드 내에 충진되는 플라스티졸의 양에 따라 달라진다. 따라서, 몰드 캐비티(20)의 부피는 팽창 종결 수단(250)에 의해 결정되는데, 이렇게 형성된 몰드 캐비티(20)의 부피는 플라스티졸 혼합의 유형 및 사용되는 공정 파라미터에 따라 충진 부피보다 5% 내지 20% 더 큰 팽창 부피에 해당한다.

도 6은 도 5a 내지 도 5c의 실시예에 따른 프레스 장치(12)에 의한 성형 공정에 이용된 일부 공정 파라미터의 개략적 다이어그램이다. 도 3a 내지 도 3d의 실시예에서와 같이, 프레스 장치(12)의 역압 수단(40)은 압축 스프링(240)으로부터의 역압 하에서 몰드 캐비티(20)의 초기 팽창을 허용한 후, 팽창 종결 수단(250)에 의해 발생된 고역압 하에서 몰드 캐비티(20)의 2차 팽창을 허용한다. 본 도면에서, 압축 스프링(240)은 실제로 선형적으로 증가하는 역압을 제공하다가, 부피 팽창 종결에 의한 피크 역압을 제공하도록 배치된다.

따라서, 동일한 특성을 갖는 부분 팽창된 고분자체를 제조할 수 있기 위해서는, 이러한 모든 고분자체를 위한 몰드 안에 동일한 양의 플라스티졸을 채우는 것이 매우 중요하다. 그러므로, 형상 안에 채워지는 플라스티졸의 양을 변경하거나, 팽창 종결 수단(250)의 위치를 바꾸어 몰드 캐비티의 최종 부피를 변경함으로써, 다양한 특성을 갖는 부분 팽창된 고분자체가 얻어질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 팽창 종결 수단(250) 및 이에 따른 몰드 캐비티의 최종 부피는 조절될 수 있다.

도 7a 및 도 7b는, 몰드 캐비티(20)가 막 표면에 원하는 역압을 가하는 액압 유체(310) 형태의 역압 수단(40)과 몰드 캐비티(20) 내의 플라스티졸을 분리시키는 가요성 벽 부재(300)에 의해 적어도 일부 형성되어 있는, 프레스 장치(13)의 또 다른 실시예를 나타내고 있다. 도 5a 내지 도 5d의 실시예에서와 같이, 본 실시예는 가요성 벽의 압력 유체 측에 강성 종결 부재 또는 강성 벽으로 이루어진 팽창 종결 수단(320)을 포함한다. 개시된 실시예에서, 프레스 장치(13)는 프레스 상부(53) 및 프레스 하부(123)로 이루어지며, 프레스 상부(53)와 프레스 하부(123)는 클램프(clamps)(140)에 의해 견고하게 맞물린다. 프레스 상부(53)는 온도 제어 수단(30), 가요성 벽 부재(300) 및 가요성 벽 부재(300)의 액압 유체측과 화살표로 나타낸 유압원(330)을 연결하는 유압 도관(350)을 포함한다. 액압 유체(310)에 의해 가해진 압력은 유압원(330)에 의해 공급 및 제어된다. 프레스 하부는 몰드 캐비티(20)의 하단부 및 제어 수단(30)을 포함한다.

도 7b에서 보여지는 바와 같이, 플라스티졸의 높은 압력은, 가요성 벽이 몰드 캐비티의 최종 부피를 결정하는 팽창 종결 수단(320)에 접할 때까지, 가요성 벽의 유체 측으로부터 (도관을 통해 저장조 등으로) 압력 유체를 보낸다. 본 실시예에 의해, 후반 단계에서 경질 발포성 고분자 물체로 더욱 팽창되고 경화되는 그물 모양의 복잡한 모양으로 이루어진 부분 팽창된 고분자체가 제조될 수 있다.

도 8에 개시된 일 실시예에 따르면, 액압 유체(310)에 의해 가해진 역압은 압력 제어식 릴리프 밸브(340)에 의해 제어된다. 압력 제어식 릴리프 밸브(340)는 미리 설정되거나 제거가능한 압력 역치에 이르면 개방될 수 있게 되어 있어, 상기 릴리프 밸브에 의해 액압 유체가 저장조(350)로 공급된다. 압력 역치는 정압일 수 있거나, 몰드 캐비티 내의 압력이 사전 설정된 계획에 따라 제어되도록, 조절될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 따라 부분 팽창된 고분자체를 성형하는 방법에 관한 것으로, 발포제를 포함한 플라스티졸을 준비하는 단계, 플라스티졸을 부피 가변형 몰드 캐비티 내에 채우는 단계, 발포제를 활성화시키기 위해 플라스티졸을 가열하는 단계, 몰드를 팽창시키면서, 몰드 캐비티의 팽창에 따라 역압이 증가하도록 하는 단계, 플라스티졸을 젤라틴화시켜 부분 팽창된 고분자체로 변형시키도록 미리 결정된 임의의 시간동안 고온에서 플라스티졸을 유지하는 단계, 부분 팽창된 고분자체를 냉각시키는 단계, 몰드 캐비티를 개방하는 단계, 및 부분 팽창된 고분자체를 제거하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 본 발명에 따른 프레스 장치에 의해 수행될 수 있지만, 부피 가변형 몰드 기구를 이용한 대형 시설 프레스 장치에 의해서도 수행될 수 있다. 역압은, 예컨대 액압 프레스 장치에 의해 능동적으로 제어되거나, 미리 결정된 임의의 특성을 갖는 역압 부재의 사용에 의해 수동적으로 제어될 수 있다.

상술한 바와 같이, 역압은 팽창 동안 선형적으로 또는 지수함수적으로 증가할 수 있거나, 팽창 동안 사전 설정된 계획에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 역압은 단계적으로 증가한다.

일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 소정의 부피 팽창 후, 몰드 캐비티의 팽창을 종결하는 단계를 포함한다.

적절한 부피 압력으로 몰드 캐비티 내의 팽창을 종결시킴으로써 압력이 상승되어, 원하는 높은 압력이 얻어진다.

Claims

부분 팽창된 고분자체의 제조를 위한 프레스 장치(10, 11, 12, 13, 14)에 있어서,
부피 가변형 몰드 캐비티(mould cavity)(20),
온도 제어 수단(30), 및
몰딩 시에 상기 몰드 캐비티의 팽창에 반대로 작용하는 역압 수단(40)
을 포함하고,
상기 역압 수단에 의해 가해진 압력은 상기 몰드 캐비티의 팽창에 따라 증가하도록 되어 있는,
프레스 장치.
제1항에 있어서,
상기 역압 수단에 의해 가해진 압력은 상기 몰드 캐비티의 팽창에 따라 실제로 선형적으로 증가하는, 프레스 장치.
제1항에 있어서,
상기 역압 수단에 의해 가해진 압력은 상기 몰드 캐비티의 팽창에 따라 지수함수적으로 증가하는, 프레스 장치.
제1항에 있어서,
상기 역압 수단에 의해 가해진 압력은 하나 이상의 팽창 지점에서 단계적으로 증가하는, 프레스 장치.
제1항에 있어서,
미리 결정된 임의의 몰드 캐비티 부피에서 상기 몰드 캐비티의 팽창이 종결되도록 하기 위한 팽창 종결 수단(250, 320)을 포함한, 프레스 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 몰드 캐비티는 복수의 강성 벽으로 형성되고, 벽의 적어도 일부가 이동가능하며, 상기 역압 수단은 팽창 방향으로 이동가능한 벽 부재의 이동에 대해 반대로 작용하고, 상기 팽창 종결 수단은 팽창 방향으로의 상기 이동가능한 벽 부재(150, 132)의 추가 이동을 방지하는 1개 이상의 멈춤 부재(250)를 포함하는, 프레스 장치.
제1항에 있어서,
상기 몰드 캐비티는 복수의 강성 벽으로 형성되고, 벽의 적어도 일부가 이동가능하며, 상기 역압 수단은 팽창 방향으로의 상기 이동가능한 벽 부재의 이동에 반대로 작용하는, 프레스 장치.
제1항에 있어서,
상기 역압 수단은 1개 이상의 압축 스프링(45, 220, 240)을 포함한, 프레스 장치.
제1항에 있어서,
상기 역압 수단은 액압 장치(310)인 것을 특징으로 하는 프레스 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
액압 유체에 의해 가해진 역압은 압력 제어식 릴리프 밸브(pressure controlled relief valve)(340)에 의해 제어되는, 프레스 장치.
제5항에 있어서,
상기 몰드 캐비티는 역압을 가하는 액압 유체로부터 상기 몰드 캐비티를 분리시키는 가요성 벽 부재(300)에 의해 적어도 일부 형성되고, 상기 팽창 종결 수단(320)은 가요성 벽의 유체 측에 강성 종결 부재 또는 강성 벽을 포함하는, 프레스 장치.
제1항에 있어서,
상기 몰드 캐비티는 교환가능한 몰드 기구(60)에 의해 형성된, 프레스 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교환가능한 몰드 기구는 서로에 대해 선형적으로 이동될 수 있는 제1 몰드 부재(70)와 제2 몰드 부재(80)로 구성되고, 상기 역압 수단은 상호 이동 방향으로 상기 제1 몰드 부재와 제2 몰드 부재에 작용하도록 배치되는, 프레스 장치.
제1항에 있어서,
이동가능한 프레스 부재(130, 132, 300)를 구비한 프레스 상부(50, 51, 52, 53) 및 상기 프레스 상부와 고정되어 프레스 배치를 형성하는 프레스 하부(120, 121, 122, 123)를 포함하는, 프레스 장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프레스 상부와 상기 프레스 하부는 1개 이상의 클램프 부재(clamp members)(140)에 의해 맞물리는, 프레스 장치.
제14항에 있어서,
상기 프레스 상부(51)와 상기 프레스 하부(121)는 일 측(200)에서 힌지 연결되고, 그 반대측에는 잠금 수단(210)에 의해 맞물리는, 프레스 장치.
부분 팽창된 고분자체를 성형하는 성형 방법으로서,
발포제를 포함한 플라스티졸을 마련하는 단계,
부피 가변형 몰드 캐비티 내에 상기 플라스티졸을 채우는 단계,
상기 발포제를 활성화시키기 위해 상기 플라스티졸을 가열하는 단계,
상기 몰드 캐비티를 팽창시키면서, 몰드 캐비티의 팽창에 따라 역압이 증가하도록 하는 단계,
상기 플라스티졸을 젤라틴화시켜 부분 팽창된 고분자체로 변형시키도록 미리 결정된 임의의 시간 동안 고온에서 상기 플라스티졸을 유지하는 단계,
상기 부분 팽창된 고분자체를 냉각하는 단계,
상기 몰드 캐비티를 개방하는 단계, 및
상기 부분 팽창된 고분자체를 제거하는 단계
를 포함하는, 성형 방법.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 역압은 몰드 캐비티의 팽창 동안 사전 설정된 계획에 따라 변화하는, 성형 방법.
제17항 또는 제18항에 있어서,
소정의 부피 팽창 후 상기 몰드 캐비티의 팽창을 종결하는 단계를 포함한, 성형 방법.