KR20120137908A - 발포 스티로폼 외장재 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상기 스팀가열공정에서 성형물의 일면에 고온/고압의 스팀을 추가로 가하여 상기 성형물의 일면에 용융 표피층을 형성함으로써, 상기 성형물의 일면에 노출된 세공을 봉쇄하여 종래보다 저렴하게 방수기능을 갖는 발포 스티로폼의 외장재를 소비자에게 공급할 수 있도록 한 것이다.

Description

발포 스티로폼 외장재 성형 방법{method for molding cladding of expanded polystyrene foam}

본 발명은 발포 스티로폼 외장재 성형 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 일측 외면이 방수기능을 갖게 하는 발포 스티로폼 외장재 성형방법에 관한 것이다.

발포 스티로폼(Expanded polystyrene foam)으로 된 성형품은 펜탄(Pentane; C₅H₁₂)이나 부탄(Butane; C₄H₁₀)과 같은 발포제가 포함되어 있는 폴리스티렌 수지("발포성 폴리스티렌 수지; EPS 수지"라고도 함)를 예비 발포하여 발포 입자를 제조하고, 이 제조된 발포 입자를 용도에 따른 특정의 금형에 충전하고, 스팀 가열 후 냉각함으로써 제조된다. 이렇게 제조된 발포 스티로폼 성형품은 가벼우며, 단열성, 방음성, 내충격성 등이 우수하여 포장재료, 건축자재, 구명조끼, 장식품, 절연재 및 일용품 등에 널리 사용되고 있다.

보다 구체적으로, 발포 스티로폼 성형품은, 발포제 함유 폴리스티렌 입자(EPS bead)를 20 내지 100배로 예비 발포시키고, 발포된 폴리스티렌 입자를 숙성시키며, 숙성된 폴리스티렌 입자를 특정의 금형에 충전한 후 스팀 가열하여 입자들을 열융착시켜 특정 형상의 성형체로 하고, 가열된 금형을 일정 온도의 냉각수로 냉각시키고 나서 금형 내를 진공으로 하여 진공 냉각한 후, 형성된 성형체를 금형으로부터 분리(이형)하고, 분리된 성형체를 건조함으로써 제조된다.

특허등록 제699081호에는 발포 스티로폼 성형품의 제조방법이 다음과 같이 개시되어 있다.

충전 공정은 예비 발포를 거쳐 숙성된 발포 입자를 금형에 주입하는 공정이다.

예비 발포된 원료의 주입이 완료되면 금형에 열처리, 예를 들면 발포 스티로폼 입자의 용융점인 약 108℃보다 약간 높은 약 108℃ 내지 110℃를 갖는 스팀을 성형물(에비 발포된 원료)에 간접적으로 가함으로써 입자상태의 원료 표면이 용융되면서 결합되어 일체화되는 가열 공정을 진행한다.

가열 공정은, 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 2 내지 3초간 상기 금형(100)에 스팀을 중력 방향으로 통과시켜 금형에 가열 분위기를 조성하는 금형가열 단계를 갖는다. 이 공정에서는 스팀 공급 밸브(310)와 스팀 배기밸브(320)를 동시에 열어준다.

그 다음 도 2에 도시된 바와 같이, 고정금형(110)에 연결된 스팀 공급 밸브(310)는 열어두고 이동금형(120)에 연결된 스팀 공급 밸브(310)를 닫아서 스팀을 유입시킨 후 성형품(200)에 통과시키고, 고정금형(110)에 연결된 스팀 배기 밸브(320)는 닫고 이동금형(120)에 연결된 스팀 배기 밸브를 열어 배기하는 1차 가열 단계와, 반대로, 도 3에 도시된 바와같이, 이동금형(120)으로부터 스팀을 유입시켜 성형품(200)에 통과시킨 후 고정금형(110)으로 배기하는 2차 가열 단계를 거친다.

그리고 나서 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고정금형(110)과 이동금형(120)으로부터 동시에 스팀을 유입시키는 3차 가열 단계 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 3차 가열 단계에서 유입된 스팀을 배기시키지 않고 성형품(200)에 가하는 보열 단계를 거친다.

또한, 도 6 내지 도 7에 도시된 냉각 공정은, 상기 보열 단계 이후 상기 고정금형(110)과 이동금형(120)에 냉각수 공급 밸브(410)를 열어 5초 이하의 시간 동안 냉각수를 공급하여 성형품(200)을 냉각시키는 냉각수 공급단계 및 진공 밸브(500)를 열어 상기 금형(100)의 내부를 진공 상태로 만드는 진공 단계를 포함한다.

그 다음, 이형 공정은 이동금형(120)을 고정금형(110)으로부터 분리하는 금형 분리 단계 및 상기 이동금형(120)에서 발포 스티로폼의 성형품(200)을 떼어내는 탈형 단계을 포함한다.

위의 방법으로 제조된 발포 스티로폼 성형품은 이 후 건조 등의 단계를 거쳐 출하되게 된다.

하지만, 상기와 같은 방법으로 만들어진 발포 스티로폼 성형체는 건축물의 외장재 즉, 지붕, 벽재로서 사용되지 못하고 있다. 상기 성형체가 건축물의 외장재로서 사용되지 못하는 이유는 상기 성형체가 눈에 보이지 않을 정도의 작은 세공이 존재하여 외부의 수분이 상기 세공을 통하여 상기 성형체의 두께방향으로 침투하여 건축물의 실내에 유입되기 때문이다.

이러한 것을 해결하기 위해 종래에는 상기와 같은 방법으로 만들어진 발포 스티로폼 성형체 일면에 방수층을 도포하거나 적층시켜, 상기 성형체 일면에 노출된 작은 세공을 막아서 수분이 침입되지 않게 하는 방법이 이용되고 있다.

하지만, 이러한 방수작업은 발포 스티로폼 성형공정과 별도의 공정에 의해 수행되는 것이어서 방수기능을 갖는 발포 스티로폼 성형체의 제조단가를 증대시킨다고 하는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기된 문제점을 해결하는 것에 과제를 가지고 있다.

본 발명은 상기 스팀가열 공정에서 성형품의 일면에 고온/고압의 스팀을 가하여 상기 성형물의 일면의 표피층을 녹여서, 상기 성형물의 일면에 노출된 세공을 막음으로써 상기 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제해결수단에 의해 발포 스티로폼 성형공정 중 가열공정에서 추가의 가열단계를 제공하여 종래보다 저렴하고 간편하게 방수기능을 갖는 발포 스티로폼의 외장재를 소비자에게 공급할 수 있다.

도 1은 금형가열단계를 도시한 개략도,
도 2는 1차 가열단계를 도시한 개략도,
도 3은 2차 가열단계를 도시한 개략도,
도 4는 3차 가열단계를 도시한 개략도,
도 5는 보열단계를 도시한 개략도,
도 6은 냉각수 공급단계를 도시한 개략도,
도 7은 진공배기단계를 도시한 개략도, 및
도 8은 본 실시예의 표면가열단계를 도시한 개략도.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 발포 스티로폼 외장재의 성형방법이 설명될 것이다.

본 실시예의 발포 스티로폼 외장재의 성형방법은 종래와 같이, 충전, 가열, 냉각 및 이형의 네 단계 공정을 거친다. 즉 예비 발포를 거쳐 숙성된 발포 입자를 스팀 공급 도관이 배관된 금형 내에 주입한 후, 스팀을 공급하여서 스티로폴 발포 입자들을 융착시키고, 가열된 금형을 일정 온도에서 방치하면서 냉각시키고 나서 금형 내를 진공화시키고, 냉각된 후에는 형틀을 분리한 다음 성형물을 탈형하여 건조시키는 방법으로 되어 있다.

하지만, 상기 가열 공정은, 종래의 가열공정을 위한 단계들에 더하여 표면가열단계를 더 포함하고 있다. 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 2 내지 3초간 상기 금형(100)에 스팀을 중력 방향으로 통과시켜 금형에 가열 분위기를 조성하는 금형가열 단계를 갖는다. 이 공정에서는 스팀 공급 밸브(310)와 스팀 배기밸브(320)를 동시에 열어준다.

그 다음 도 2에 도시된 바와 같이, 고정금형(110)에 연결된 스팀 공급 밸브(310)는 열어두고 이동금형(120)에 연결된 스팀 공급 밸브(310)를 닫아서 스팀을 유입시킨 후 성형품(200)에 통과시키고, 고정금형(110)에 연결된 스팀 배기 밸브(320)는 닫고 이동금형(120)에 연결된 스팀 배기 밸브를 열어 배기하는 1차 가열 단계와, 반대로, 도 3에 도시된 바와같이, 이동금형(120)으로부터 스팀을 유입시켜 성형품(200)에 통과시킨 후 고정금형(110)으로 배기하는 2차 가열 단계를 거친다.

그리고 나서 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고정금형(110)과 이동금형(120)으로부터 동시에 스팀을 유입시키는 3차 가열 단계 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 3차 가열 단계에서 유입된 스팀을 배기시키지 않고 성형품(200)에 가하는 보열 단계를 거친다.

그 다음, 도 8에 도시된 바와 같이, 고정금형(110)에 연결된 스팀 공급 밸브(310)는 열어두고 고정금형(110)에 연결된 스팀 배기 밸브(320)는 열고, 그리고 이동금형(120)에 연결된 스팀 공급 밸브(310)를 닫고 이동금형(120)에 연결된 스팀 배기 밸브를 닫아서 스팀이 고정금형(110)의 캐비티 일측에 배치된 성형품(200)의 일측면만 접촉되게 한 후에 상기 고정금형(110)의 스팀 배기 밸브(320)를 통하여 배기되게 하는 표면가열단계가 수행된다,

상기 1차 내지 3차 가열단계에서의 스팀압력은 0.8~1kg_f/㎠이고 온도는 108~110℃이며, 그리고 표면가열단계에서의 스팀압력은 5~6kg_f/㎠이고, 온도는 158~164℃이며, 스팀 공급 시간은 3~5초이다. 표면가열단계에서의 스팀압력이 6kg_f/㎠를 초과하면 표면수축이 너무 심하여, 잔존 발포제에 의한 표면 복원이 어려워 표면이 매끄러워지지 않으며, 스팀압력이 5kg_f/㎠ 미만에서는 표면 용융에 많은 시간이 소요되어 에너지 낭비가 심한 단점이 있다. 또 표면가열단계에서의 스팀 공급 시간은 스팀압력과 표면 수축을 고려하여 최단 시간으로 설정하는 것이 좋다.

상기 표면가열단계에서 스팀은 성형품(200)의 일측표면과 순간적으로 접촉하여 상기 일측표면이 용융되어 일그러트려진 용융 융착층으로 되지만 상기 성형품(200) 자체에 잔류하고 있는 발포력으로 인하여 상기 일크러트려진 용융 융착층이 고정금형(100)의 내면과 밀착되어, 매끈하게 되게 하면서, 상기 성형품(200)의 일측표면에 노출된 세공을 막아 상기 성형품(200)의 일측표면이 방수기능을 갖게 된다.

상기 표면가열단계에서 상기 성형품의 일측표면에 결국 코팅막이 형성되어서, 표면 강도가 증대되어 제품파손을 방지할 뿐만 아니라 단열효과도 증대되게 된다.

또한, 도 6 내지 도 7에 도시된 냉각 공정은, 상기 표면가열단계 이후, 종래와 같이, 상기 고정금형(110)과 이동금형(120)에 냉각수 공급 밸브(410)를 열어 5초 이하의 시간 동안 냉각수를 공급하여 성형품(200)을 냉각시키는 냉각수 공급단계 및 진공 밸브(500)를 열어 상기 금형(100)의 내부를 진공 상태로 만드는 진공 단계를 포함하게 된다.

상기 냉각공정에서는 상기 성형품(200)이 전체적으로 수축되므로, 상기 표면가열단계에서 고정금형(100)의 내면과 밀착되어 있는 성형품(200)의 일그러트려진 일측표면은 자연스럽게 상기 고정금형(100)의 내면과 분리되게 된다.

그 다음, 이형 공정은 종래와 같이, 이동금형(120)을 고정금형(110)으로부터 분리하는 금형 분리 단계 및 상기 이동금형(120)에서 발포 스티로폼의 성형품(200)을 떼어내는 이형 단계를 포함하게 된다.

100; 금형, 110; 고정금형, 120; 이동금형, 200; 성형품, 310; 스팀공급밸브, 320; 스팀배기밸브

Claims (4)

1. 충전, 가열, 냉각 및 이형공정을 포함하는 발포 스티로폼 외장재 성형방법에 있어서,
   상기 가열공정은
   발포 입자가 충전된 금형에 스팀을 중력방향으로 통과시켜 금형에 가열 분위기를 조성하는 금형가열단계;
   상기 금형의 고정금형에 스팀을 유입시켜 상기 금형 내의 발포 입자를 통과시킨 후 대각선 방향의 이동금형의 배기구를 통하여 배기시키는 1차 가열단계;
   상기 이동금형에 스팀을 유입시켜 상기 금형 내의 발포 입자를 통과시킨 후 대각선 방향의 상기 고정금형의 배기구를 통하여 배기시키는 2차 가열단계;
   상기 고정금형과 이동금형에 동시에 스팀을 유입시키는 3차 가열단계;
   상기 3차 가열단계에서 유입된 스팀을 배기시키지 않고 스팀으로 가압하는 보열단계; 및
   상기 고정금형에 스팀을 유입시켜 상기 고정금형 내의 성형품의 일측면과 접촉시킨 후에 상기 고정금형의 배기구를 통하여 배기시키는 표면가열단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포 스티로폼 외장재 성형방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 표면가열단계의 스팀 압력은 5~6kg_f/㎠이고, 스팀 온도는 158~164℃ 인 것을 특징으로 하는 발포 스티로폼 외장재 성형방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 따른 성형방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 발포 스티로폼 외장재.
4. 제 3항에 있어서, 일측 표면에 용융 융착층이 형성된 것을 특징으로 하는 발포 스티로폼 외장재.

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