KR20140093499A - 섬유 펠트 또는 부직포를 이용한 복합 자재 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축용 내외장 마감재, 가구용 자재, 생활 용품 부재 등 각종 산업에서 다용도로 유용하게 사용될 수 있는 산업용 자재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에서 제공하는 산업용 복합 자재는 열가소성 합성수지에 고체 분말 형태의 분체를 분산시켜 혼합한 조성물을 층상으로 성형하여 이루어진 수지-분체 지지층과; 상기 수지-분체 지지층의 일측 또는 양측 상면에 일체로 적층 형성되며, 펠트 또는 부직포 형태의 합성수지 섬유에 열을 가한 상태에서 가압하여 압축된 형태로 경화시킨 열압축 경화 섬유층;을 포함하여 구성되는 것을 기본적인 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 산업용 다용도 복합 자재는 경량 자재이면서도 높은 강도를 가지며, 내수성, 내후성, 형태 유지성 등에서 우수한 특성을 나타내는바 건축용 내외장재, 가구 제작용 합판 대용 등 다양한 제품 형태로 가공되어 각종 산업에서 매우 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 폐기물로서 버려지는 폐 합성섬유를 수거 및 재처리하여 산업용 자재로서 재활용할 수 있으므로 환경 오염 방지에도 일조할 수 있는 것은 물론, 원재료 비용 및 생산 단가의 절감을 통해 경제적인 고부가가치 제품으로 생산할 수 있는 장점도 기대할 수 있다.

Description

섬유 펠트 또는 부직포를 이용한 복합 자재 및 그 제조 방법 {MULTIPURPOSE MATERIAL USING NON-WOVEN FABRIC OR FELT AND MANFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 건축용 내외장 마감재, 가구용 자재, 생활 용품 부재 등 각종 산업에서 다용도로 유용하게 사용될 수 있는 산업용 자재 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 합성수지와 석분 등 분체를 혼합한 지지층의 일측 또는 양측에 섬유 펠트(또는 부직포)에 열과 압력을 함께 가해 압축 경화시킨 열압축 경화 섬유층을 형성하는 것에 의하여 제품의 고강도, 경량화를 도모하면서, 내후성, 방수 방습성, 휨 복원성, 흡음성 등 여러 물성에 있어서 우수한 특성도 확보할 수 있으며, 아울러 폐합성 수지와 같은 환경 유해성 폐자원을 재활용하여 제품을 생산할 수 있으므로 환경 보호에도 일조할 수 있는 산업용 복합자재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 건설, 제조업 등 각종 산업 분야, 예컨대 건축 자재 분야, 가구 제작 분야, 생활용품 제조 분야 등에서는 마감용 부재나 구조용 부재 등 다양한 용도로 판(板)형 자재가 많이 사용되고 있다. 특히, 건축 분야에서는 내,외장 마감재를 비롯하여 보수보강용 부재, 흡음 보드, 루핑 타일, 바닥 패널 등의 주요부로서 판형의 자재가 사용되며, 상기와 같은 형태의 건축 자재들은 최근의 건설 동향의 공업화, 모듈화, 프리패브(pre-fab)화됨에 따른 건식 공법의 증가로 인하여 그 수요가 급속히 증대되고 있는 추세이다.

한편, 상기와 같은 자재들에 있어서 일반적으로 요구되는 특성으로는 기본적으로 하중 등 외력에 의해 쉽게 파손 또는 변형되지 않도록 적절한 강도 및 내구성을 가질 것이 요구되며, 또한 시공성 및 건물 중량의 감소를 위해 경량화 특성을 가질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 아울러, 자재의 용도에 따른 부가적인 특성으로서 차음성, 단열성, 내부식성, 휨 유연성, 투습성 등이 요구되기도 하며, 이러한 물리적 특성과 더불어 저렴한 가격으로 자재를 생산할 수 있는 경제성도 특히 요구된다고 할 수 있다.

상기와 같은 건축 자재들에 요구되는 제반 특성에 전반적으로 부응할 수 있는 자재의 한 형태로서 최근에는 합성수지 계열 소재를 주원료로 한 건축 자재에 대한 관심이 높아지고 있으며 이러한 합성수지 건축 자재에 대한 제품도 다양하게 출시되고 있다. 그러나, 상기와 같은 플라스틱 자재들의 경우 그 성형 및 제품 제조에 있어 기본적으로 원재료로서 폴리에스테르나 폴리프로필렌과 같은 열가소성 수지 펠릿(pellet)을 용융시키고 이러한 용융물을 다이(die)를 거쳐 압출하거나 몰드(mold)로 성형하는 등의 방식으로 제작됨이 일반적인 방식으로서, 이와 같이 제조된 성형물은 플라스틱의 특성상 중량에 비해 강한 강도를 가지는 장점은 있으나, 성형 방식상 내부가 밀실한 조직 특성을 가짐으로써 차음성이나 통기성, 단열성 등의 면에서는 그다지 만족스러운 성능을 발휘하지 못하는 단점이 있었다.

한편, 상기와 같이 합성수지를 이용한 건축 자재들에 대한 또 다른 형태의 예로서 합성 섬유를 이용하여 보드나 플레이트의 형태로 가공한 섬유 플레이트 및 이를 이용한 건축용 내/외장재 등에 대한 제품도 개발되어 있다. 이러한 섬유 플레이트는 기본적으로 유연성 있는 섬유를 베이스로 가공하여 각종 제품으로 제조되는 것으로서, 예를 들어 섬유 펠트(또는 직포, 부직포)를 여러 겹 층상으로 융착 접합하여 플레이트 형태의 제품으로 제조하거나, 경질 보드의 일측에 섬유층을 마감재로서 부착하여 섬유 질감의 내,외장재를 제조하거나, 섬유의 표면에 페인트나 난연액 등을 도포하여 섬유 시트의 형태로 제조하는 등의 방식으로서 사용되고 있다.

그러나, 상기한 섬유를 이용한 기존 자재들은, 섬유 재질에 대한 본질적인 변형 없이 섬유가 가지는 조직, 질감 및 특성을 그대로 유지하면서 제품의 일부 구성으로서 사용하는 것으로, 이러한 종래의 섬유 자재에서 섬유가 활용되는 용도를 보면 주로 단열이나 방음, 통기성, 푹신한 탄성감 부여 등 섬유의 본래 특성에 따른 용도로 사용되고 섬유의 조직 및 형태를 근본적으로 변형하여 원래와는 다른 특성을 갖도록 가공하여 사용하는 예는 거의 찾아보기 어렵다고 할 수 있다.

이에 본 발명은 섬유 펠트(또는 부직포)를 이용하여 건축 자재, 가구 제조 등 제반 산업에서 유용하게 사용될 수 있는 부재를 제공하되, 섬유를 사용함에 있어 합성섬유 펠트를 열압축하여 경화시킴으로써, 섬유사(絲)로 짜여진 섬유 직물(fabric)로서의 고유 형태가 완전히 없어지고 단단한 경질 고형층으로 형성시켜 사용하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 이러한 본 발명은 합성수지가 갖고 있는 장점인 경량성, 내후성, 경도, 내마모성 등 유리한 특성을 발휘할 수 있도록 하면서, 합성수지층을 형성함에 있어 섬유 펠트를 열압축하여 경화시키는 공정에 의함으로써 일반적인 성형 방식에 의한 합성수지 제품에 비해 흡음성, 단열성 등을 향상시키는 부가적 장점을 얻을 수 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명은 상기와 같이 열압축 경화된 섬유층의 이면에 합성수지에 석분과 같은 고체 분말을 분산시켜 경화한 지지층을 일체로 형성함으로써 서로 다른 특성의 2종류 재질의 층이 서로 적절한 보완 작용을 하여 더욱 우수한 성능 및 기계적 물성을 나타낼 수 있는 새로운 형태의 산업용 부재에 관한 것으로서, 이러한 본 발명의 목적, 구성 및 장점 등 기술적 특징은 아래에서 기재한 발명의 상세한 설명, 특허청구범위 및 도면에 의해 명확히 설명될 것이다.

본 발명은 건축용 내외장 마감재, 가구용 자재, 생활 용품 부재 등 각종 산업에서 다용도로 유용하게 사용될 수 있는 산업용 자재 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 가벼우면서도 높은 강도 및 내구성을 지니며, 단열, 방수 및 차음 효과 등의 면에서 우수한 물성을 가지는 산업용 부재를 제공하는 것을 그 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 산업용 자재를 제조 생산함에 있어, 석분이나 목분과 같은 분체를 분산시킨 합성수지 판과, 펠트 또는 부직포 형태의 합성수지 섬유포를 함께 히팅 롤러에 통과시킴으로써 합성 섬유를 열압축 경화시켜 경질 합성수지층을 형성하는 공정에 의해 높은 제조 효율성과 품질 및 경제성을 확보할 수 있는 산업용 부재의 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 산업용 복합 자재는, 열가소성 합성수지에 고체 분말 형태의 분체를 분산시켜 혼합한 조성물을 층상으로 성형하여 이루어진 수지-분체 지지층과; 상기 수지-분체 지지층의 일측 또는 양측 상면에 일체로 적층 형성되며, 펠트 또는 부직포 형태의 합성수지 섬유에 열을 가한 상태에서 가압하여 압축된 형태로 경화시킨 열압축 경화 섬유층;을 포함하여 구성되는 것을 기본적인 특징으로 한다.

여기서, 상기 수지-분체 지지층을 이루는 열가소성 합성수지는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 비닐 수지 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있으며, 상기 분체는 석분, 목분, 토분 및 금속 분말로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 산업용 복합 자재를 제조 생산하는 방법으로서, (a) 용융된 열가소성 합성수지 내에 고체 분말 형태의 분체를 혼합하여 1차 수지-분체 혼합가공물을 제조하는 공정과; (b) 상기 1차 수지-분체 혼합가공물을 성형하여 평판 형태의 수지-분체 혼합판으로 제조하는 공정과; (c) 상기 수지-분체 혼합판에 펠트 또는 부직포 형태의 합성수지 섬유를 겹친 상태에서 상기 합성수지 섬유에 열을 가하면서 가압함으로써 상기 합성수지 섬유가 열압축된 경질층의 형태로 상기 수지-분체 혼합판 상에 일체로 적층되도록 하는 공정;을 포함하여 이루어지는 산업용 복합 자재의 생산 방법을 함께 제공한다.

상기와 같은 본 발명의 산업용 복합 자재 생산 방법에 있어서, 상기 (c) 공정은 상기 수지-분체 혼합판과 펠트 또는 부직포 형태의 합성수지 섬유가 겹쳐지도록 하여 가열된 히팅 롤러에 통과시킴에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명에서 제공하는 산업용 자재는 펠트 또는 부직포 형태의 합성수지 섬유포를 열압축 경화시키는 공정에 의함으로써 섬유사(絲)들이 랜덤하게 엉켜져 있는 상태에서 그대로 눌러 용융/경화되게 하여 단단한 경질 고형층으로 변화시키는 방식으로 제조되는 것으로, 이러한 본 발명에 따르면 매우 가벼우면서도 중량에 비해 높은 강도를 가질 뿐 아니라, 기존의 일반적인 성형 방식에 따라 합성수지층을 형성한 것에 비해 우수한 차음성, 단열성 등 부가적 장점을 더욱 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 상기와 같이 열압축 경화된 섬유층의 이면에 합성수지에 석분 또는 목분과 같은 분체를 분산시켜 경화한 지지층을 일체로 형성한 구성을 가지며, 이러한 본 발명에 의하면 서로 다른 특성의 2종류 재질의 층이 서로 적절한 보완 작용을 함으로서 우수한 강성 및 형태 유지성을 확보하면서 적절한 유연성 및 탄성 복원력을 가지는 산업용 자재를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기와 같은 산업용 자재를 제조 생산함에 있어, 합성수지 섬유 펠트 또는 부직포에 열을 가한 상태에서 눌러 압축시키는 방식에 의해 열압축 경화 섬유층을 형성하는 방식에 의하며, 특히 섬유와 합성수지 판을 히팅 롤러에 의해 함께 가압/압축하는 공정을 통해 품질의 신뢰성을 얻을 수 있고 층간 접합과 열압착 공정을 동시에 진행할 수 있어 높은 제조 효율성과 경제성을 확보할 수 있는 산업용 부재의 제조 방법을 제공할 수 있다.

아울러, 본 발명에 따르면, 의류 공장, 가구 공장, 봉제 공장 등에서 폐기물로서 버려지는 폐 합성섬유를 수거 및 재처리하여 산업용 자재로서 재활용할 수 있는바, 환경 오염 방지에도 일조할 수 있는 것은 물론, 원재료 비용 및 생산 단가의 절감을 통해 경제적인 고부가가치 제품으로 생산할 수 있는 장점도 기대할 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 산업용 복합 자재의 층상 구조를 보여주는 제품 단면도이다.
도2는 본 발명의 산업용 복합 자재의 제조 방법을 공정별로 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도3은 본 발명의 산업용 복합 자재를 제조 생산하는 제조 장치의 구성 및 배치를 보여주는 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 산업용 복합 자재의 층상 구조를 보여주는 제품 단면도로서, 도1에 나타난 바와 같이 본 발명에서 제공하는 산업용 복합 자재는 전체적으로 볼 때 수지-분체 지지층(10)의 일측면에 열압축 경화 섬유층(20)이 일체로 적층되어 이루어지는 구조를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 열압축 경화 섬유층(20)은 도1의 (a)와 같이 수지-분체 지지층(10)의 한쪽 면에만 형성될 수도 있으나, 도1의 (b)에 도시된 예에서와 같이 양측 면 모두에 적층 형성될 수도 있다. 또한, 도시되지는 않았지만 제품의 요구 특성에 따라서는 당업자의 선택에 따라 열압축 경화 섬유층(20)을 중심에 두고 양 측면 각각에 수지-분체 지지층(10)을 라미네이팅하는 구조로 실시되는 것도 가능하다.

상기와 같은 본 발명의 다용도 산업용 복합 자재의 구성에 있어 수지-분체 지지층(10)은 열가소성 합성수지를 바인더로 하여 내부에 분체 성분이 분산 결합된 조성물을 층상으로 성형하는 것에 의해 이루어진 것이다.

본 발명에 있어서 상기 열가소성 합성수지는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 비닐 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 상기 수지들 중 한 종류를 선택해 사용하거나 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 수지-분체 지지층(10)에 대한 구체적인 제조 실시에 있어서는, 예컨대 폴리프로필렌(PP)이나 폴리에스테르(PET)와 같은 열가소성 수지 펠릿(pellet)과 고형 분체를 압출성형장치의 압출기 내에 함께 투입한 뒤, 투입된 재료를 가열하여 수지를 용융 연화시킨 상태에서 믹싱하여 분체를 수지에 분산 혼합시키고, 이 분산 혼합물을 다이(die)를 통해 압출시킴으로써 성형하는 방법에 의할 수 있다.

그리고, 본 발명에 있어서 상기와 같은 수지-분체 지지층(10)을 이루는 분체는 고체 분말의 형태로 마련되는 것으로, 기본적으로 전체적인 제품의 강성을 부여함과 동시에 기타 다른 부가적인 특성을 나타나게 함에 있어 주요한 기능을 한다. 이러한 본 발명에서의 분체는 석분(石粉), 목분(木粉), 토분(土粉), 금속 분말을 비롯하여 다양한 재질의 고체 분말이 될 수 있다. 본 발명의 복합 자재에 있어서 상기 분체는 특히 석분 또는 목분이 바람직하게 사용될 수 있는데, 석재 분말의 경우 합성수지만으로 이루어질 경우 부족할 수 있는 강성 및 형태 유지성을 강화/보완해주는 효과를 기대할 수 있으며, 목분을 사용할 경우는 제품의 경량화를 꾀하면서 강도 보완의 면에서도 상당한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 분체로는 상기와 같은 석분, 목분 외에도 황토와 같은 토분이나 모래, 톱밥 등을 사용할 수도 있으며, 금속 분말을 사용하여 전자파 차단 패널의 기능을 추가로 도모할 수도 있다.

한편, 상기와 같이 본 발명의 산업용 복합 자재에 사용되는 분체는 기본적으로 가루와 같은 형태로 이루어질 수 있으나, 반드시 곱게 갈려진 가루 형태에 한정된 것만을 한정하여 의미하는 것은 아니며, 칩이나 플레이크(flake), 부정형의 쇄석 등을 비롯하여 단위 입자의 집합체를 포괄적으로 지칭하는 의미로 사용된다. 본 발명에 있어서 이러한 분체의 입경은 대략 0.254 ~ 0.211 메쉬 정도가 적당하며, 전술한 열가소성 수지와의 배합 비율은 열가소성 수지 : 분체 = 70 : 30 내지 60 : 40(중량비)의 비율로 배합하여 사용하는 것이 적당하다.

다음으로, 본 발명의 산업용 복합 자재에 있어서 상기 열압축 경화 섬유층(20)은 상기한 수지-분체 지지층(10)의 일측(또는 양측)에 소정의 두께로 일체 형성되며 합성수지 재질로 이루어지는 층이다. 상기 열압축 경화 섬유층(20)은 외형적으로 볼 때 합성수지로 이루어진 단단한 경질층으로 나타나는데, 본 발명에 있어서 상기 열압축 경화 섬유층(20)의 형성은 원재료로서 섬유 펠트(또는 부직포)를 가열한 상태로 가압하여 압축된 층의 형태로 성형되는 것이다. 즉, 본 발명의 특징적인 구성에 따라 상기 펠트 또는 부직포 형태의 합성 섬유에 열을 가하면서 적절한 압력으로 눌러주게 되면, 상기 섬유를 이루는 단위 필라멘트들이 랜덤하게 엉켜져 있는 상태에서 그대로 눌려 밀착 압축되면서 섬유 필라멘트의 외측면끼리 녹아 융착됨으로써 부풀려진 섬유 펠트의 형상에서 소정 두께로 견고하게 압축된 고체 경질층으로 성형되는 것이다.

상기와 같은 공정에 의해 형성된 열압축 경화 섬유층(20)의 단면 구조는 육안으로 볼 때 밀실한 경질의 합성수지층으로 보이지만, 이는 일반적인 플라스틱 성형 공정과는 달리 전술한 공정에 따라 섬유를 열압축 경화시킴에 의해 형성된 것인바, 그 조직 상태는 수많은 단위 필라멘트들끼리 열융착되어 뭉쳐진 상태로 굳어진 구조를 가지게 된다. 따라서, 이와 같은 본 발명의 열압축 경화 섬유층(20)은 내부 조직상 모든 부위에서 균일한 상태가 아니라, 용융되었다가 경화된 부분과 원 필라멘트 형태를 유지하는 부분, 그리고 미세한 내부 공극들이 불규칙하게 분포된 상태이며, 이러한 조직 특성에 따라 전체적으로는 단단한 경질층이지만 원래 섬유로서의 유연성 및 탄력을 어느 정도 가지므로 휨에 대해 변형 여유를 가지며 굽힘 가공에 의해 다양한 형태(예컨대 파형 슬레이트)의 제품으로 용이하게 가공될 수 있음과 동시에, 단열성과 차음성 등 조직 특성에 따른 부가적인 장점도 함께 나타내게 된다.

한편, 전술한 열압축 경화 섬유층(20)에 있어 원재료로 사용된 섬유는 강도 등 재질 특성과 성형 가공성 및 재료 수급 용이성 등의 면에서 폴리에스테르 섬유를 사용하는 것이 바람직하며, 기타 폴리에틸렌이나 나일론 등 다른 종류의 합성 섬유도 사용 가능하다. 그리고, 본 발명에 있어 상기 섬유 펠트 또는 부직포는 단위 섬유 필라멘트들이 불규칙하게 엉켜 결합된 형태의 직물을 포괄적으로 지칭하는 것으로서 직조에 의해 짜여진 직포(織布)와 상대적인 개념으로 사용되는 용어이다.

상기와 같은 열압축 경화 섬유층(20)의 형성에 있어 본 발명에서는 단위 섬유사 간에 별도의 화학적 접착제 없이 만들어진 펠트(felt)가 더욱 바람직하게 사용될 수 있으나 부직포 역시도 본 발명에 있어 사용이 가능하다. 또한, 본 발명의 열압축 경화 섬유층(20)을 형성함에 있어, 상기 섬유 펠트로는 500g/㎡ 밀도의 펠트가 바람직하게 사용될 수 있으며, 상기 섬유 펠트를 가열 가압함에 의해 약 3mm 두께로 압축(원 펠트의 두께는 약 15mm)하여 경질의 열압축 경화 섬유층을 얻을 수 있다. 상기에서 사용된 펠트의 밀도는 형성하고자 하는 경화 섬유층의 두께에 따라 증감할 수 있으며, 열압축에 의한 최종 두께 역시 원하는 열압축 경화 섬유층의 밀도에 따라 조절 가능하다. 한편, 열압축 경화 섬유층(20)의 형성에 있어 열압축 온도 조건은 대략 180℃ ~ 230℃로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 형성된 열압축 경화 섬유층(20)은 열압축에 의해 원래의 북실북실한 섬유 펠트의 질감대신 전체적으로 매끈한 표면을 가지게 된다. 따라서, 제품의 용도에 따라 상기와 같이 표면 처리된 열압축 경화 섬유층(20)을 그대로 최종 마감면으로 노출시켜 사용하거나 그 위에 다른 마감 처리를 통해 마감층(30)을 형성함으로써 미관상, 기능상의 향상을 도모할 수도 있다.

이러한 마감층(30)으로는 예컨대 칼라 모래를 스프레이하여 고착시키거나 페인트 도포, 마감 필름 코팅 등 다양한 마감 처리가 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 산업용 복합 자재의 제조 방법으로서 히팅 롤러를 사용해 섬유의 열압축 성형을 하는 경우에는 상기 히팅 롤러의 표면에 패턴 무늬를 양각 형성함으로써 이를 통해 제품의 제조 과정에서 별도의 부가적인 마감 처리 공정 없이 패턴 무늬가 형성된 열압축 경화 섬유층(20)으로 가공하는 것도 가능하다.

이하에서는 전술한 바와 같이 본 발명에서 제공하는 산업용 복합 자재를 제조 생산하는 방법에 대하여 설명한다. 도2는 본 발명의 산업용 복합 자재의 제조 방법을 공정별로 순차적으로 나타낸 순서도이고, 도3은 본 발명의 산업용 복합 자재를 제조 생산하는 제조 장치의 구성 및 배치를 보여주는 도면이며, 도4는 도3의 제조 장치에 있어 수지-분체 혼합판에 열압축 경화 섬유층을 형성하는 히팅 롤러 부분을 더욱 상세하게 보여주는 도면으로서, 도2 내지 도4를 참조하여 본 발명의 복합 자재를 제조하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

도2의 공정 순서도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 산업용 복합 자재의 제조 방법은 (a) 용융된 열가소성 합성수지와 고체 분말 형태의 분체를 혼합하여 1차 수지-분체 혼합가공물을 제조하는 공정(S100)과; (b) 상기 1차 수지-분체 혼합가공물을 성형하여 평판 형태의 수지-분체 혼합판으로 제조하는 공정(S200)과; (c) 상기 수지-분체 혼합판에 펠트 또는 부직포 형태의 합성수지 섬유를 겹친 상태에서 상기 합성수지 섬유에 열을 가하면서 가압함으로써 상기 합성수지 섬유가 열압축된 경질층의 형태로 상기 수지-분체 혼합판 상에 일체로 적층되도록 하는 공정(S300);을 포함하여 이루어진다.

먼저, 본 발명에서 제공하는 산업용 복합 자재의 제조 방법은 (a) 용융된 열가소성 합성수지 내에 고체 분말 형태의 분체를 혼합하여 1차 수지-분체 혼합가공물을 제조하는 공정(S100)을 포함한다. 본 공정은 전술한 본 발명의 산업용 복합 자재에 있어 베이스 지지층을 구성하는 수지-분체 지지층(10)을 형성하기 위한 원재료를 처리하여 준비하는 공정이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 원재료로서 폴리프로필렌(또는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 비닐 수지) 펠릿(pellet)과 석분을 준비하고, 상기 폴리프로필렌 펠릿과 석분을 압출성형장치(100)의 호퍼(120) 내에 함께 투입한다. 이때, 상기 석분의 혼합 투여량은 전체 투입 재료에 대해 약 30 중량% 정도로 한다. 또한, 상기 폴리프로필렌 등 열가소성 합성수지는 의류 공장, 가구 공장, 봉제 공장 등에서 폐기물로서 버려지는 폐 합성섬유를 수거하여 재처리 가공된 것을 사용할 수 있으며, 이러한 폐합섬유 재활용 자원을 활용함에 따라 생산 단가의 절감은 물론 환경 오염 방지에도 일조할 수 있다.

도3에 도시된 제조 설비에 있어 압출성형장치(100)는 투여된 원재료를 혼합한 후 출구를 통해 강한 압력으로 밀어내어 가공물을 성형하는 장치로서, 재료의 혼합 및 압출을 위해 내부에 압출 스크류(140)를 구비한다. 상기 압출 스크류(140)는 외주부에 나선형 플라이트가 마련되어 회전시 원재료를 혼합함과 동시에 출구쪽으로 이송하여 압력을 가해 밀어낼 수 있도록 되어 있다. 또한, 본 발명에 있어 상기 압출성형장치(100)에는 히터가 구비된 가열 실린더(150)가 마련되어 투입된 원재료를 가열시킬 수 있도록 구성된다.

따라서, 전술과 같이 압출성형장치(100)의 원재료 투입구(120)를 통해 합성수지 펠릿과 석분이 투여되면, 입상 또는 분말 상의 투입 재료는 가열 실린더(150) 내에서 가열되고, 이에 따라 합성수지 펠릿이 용융 연화된 상태에서 압출 스크류(140)의 회전에 의하여 석분과 합성수지가 혼합되어 1차 수지-분체 혼합가공물로 혼련됨과 동시에 압축을 받으면서 압출성형장치(100)의 토출구를 향해 강한 압력으로 압출 이송된다. 그리고, 상기 압출성형장치(100)의 출구측에는 T-다이(160)가 장착되어 있음으로써, 상기 압출 스크류(140)에 의해 가압 이송된 1차 수지-분체 혼합가공물은 상기 T-다이(160)를 통해 소정 두께(약 10mm 내외)의 평판 형태로 된 수지-분체 혼합판으로 1차 압출 성형된다.

상기와 같이 성형되어 나온 수지-분체 혼합판은 압착 히팅 롤러(200)에 연속적으로 공급되어 약 3mm 두께의 수지-분체판으로 2차 가공된다. 이때, 상기 압착 히팅 롤러(200)의 가열 온도는 약 180 ~ 200℃로 세팅될 수 있으며, 롤러 간격은 진입측으로부터 출구쪽으로 갈수록 롤러 간격이 점차로 줄어들도록 하여 압착 히팅 롤러(200)를 통과함에 따라 수지-분체판의 두께가 원활하게 줄어들 수 있도록 한다. 한편, 상기와 같은 압착 히팅 롤러(200)의 설치 및 이에 의한 수지-분체 혼합판의 2차 압착 공정은 선택적인 것으로서, 전술한 수지-분체 혼합판의 1차 압출 성형시에 T-다이(160)의 사이즈를 더욱 작게 하여 충분한 두께로 수지-분체 혼합판의 성형이 이루어진 경우에는 생략이 가능하다.

상기와 같은 공정에 따라 적절한 두께로 수지-분체 혼합판을 제조한 후에는 이 수지-분체 혼합판에 합성수지 섬유 펠트(또는 부직포)를 이용하여 열압축 경화 섬유층을 적층함으로써 전술한 본 발명의 산업용 복합 자재의 기본 구조를 형성하게 된다. 이때 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기와 같이 섬유 펠트를 열압축시켜 열압축 경화 섬유층을 형성하는 공정 및 이러한 열압축 경화 섬유층과 수지-분체 혼합판을 결합하여 본 발명의 복합 자재로 제조하는 공정은 히팅 롤러에 의하여 바람직하게 이루어질 수 있다.

즉, 도3 및 도4에서 보는 바와 같이, 이전의 공정을 거쳐 제조된 수지-분체 혼합판(11)은 열압축/융착 히팅 롤러(300)의 진입측으로 투입되며, 이와 동시에 섬유 펠트 원단(12)을 상기 열압축/융착 히팅 롤러(300)로 병행하여 공급함으로써, 상기 섬유 펠트 원단(12)과 수지-분체 혼합판(11)이 상하로 포개 겹쳐진 상태로 공급될 수 있도록 한다.

이때, 상기 열압축/융착 히팅 롤러(300)는 상기 섬유 펠트 원단(12)을 가열하면서 압축하여 상기와 같이 선제조되어 공급되는 수지-분체 혼합판(11) 상에 열압축 경화 섬유층(도1에서 20)을 형성하기 위한 장치로서, 이를 위해 상기 열압축/융착 히팅 롤러(300)를 구성하는 상부 롤러와 하부 롤러 중 상기 섬유 펠트 원단(12)에 접하는 쪽의 롤러는 열 세팅하여 상기 섬유 펠트 원단(12)을 가열할 수 있도록 구비된다.

상기와 같은 열압축/융착 히팅 롤러(300)의 구성에 따라, 도4와 같이 수지-분체 혼합판(11)과 섬유 펠트 원단(12)을 동시에 열압축/융착 히팅 롤러(300)로 병행 공급하여 각 롤러들에 순차적으로 통과시키게 되면, 섬유 펠트 원단(12)이 상기 열압축/융착 히팅 롤러(300)에 의해 가열되어 연화됨과 동시에 롤러의 눌림력에 의해 압축됨으로써 원래 섬유 펠트로서의 형태를 잃고 밀실하게 압축된 합성수지 재질의 열압축 경화 섬유층으로 변화됨과 동시에 상기 수지-분체 혼합판(11)과는 열융착에 의해 일체화된 가공물로서 성형된다. 이때, 상기와 같은 열압축/융착 히팅 롤러(300)에 있어 섬유 펠트에 접하는 롤러의 형태로 일정한 패턴이 처리된 패턴 롤러로 할 경우 열압축 경화 섬유층의 표면에 패턴을 부여할 수 있는 효과가 있음은 전술한 바와 같다.

상기와 같이 열압축/융착 히팅 롤러(300)의 성형을 거친 가공물은 콘베이어를 통해 이송되어 냉각 롤러(도시되지 않음)와 같은 냉각 수단을 통해 냉각시키거나 실온에 의해 자연 냉각시켜 상기 열압축 경화 섬유층을 냉각/숙성시킨 다음, 커팅기(400)를 이용해 일정한 사이즈의 제품으로 재단하여 최종적인 본 발명의 산업용 복합 자재로 제조한다. 아울러, 상기와 같은 제품에 대한 후속 처리 공정으로서 표면에 마감 처리를 하거나, 제품을 파형 슬레이트 형태로 가공하는 공정 등이 더욱 추가될 수 있다.

이러한 일련의 공정을 거쳐 생산된 본 발명의 복합 자재는 건축용 내외장재, 가구 제작용 합판 대용 등 다양한 제품 형태로 가공되어 각종 산업에서 매우 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 다용도 복합 자재는 경량 자재이면서도 높은 강도를 가지며, 내수성, 내후성, 형태 유지성 등에서 우수한 특성을 나타내는바 특히 건축 분야에서 다양한 형태로 응용되어 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 예컨대 본 발명의 복합 자재는 건축 부재에 있어 기와, 루핑 타일 등 지붕 마감재를 비롯하여, 건축용 내외장 마감 패널, 악세스 플로어, 보수 보강용 패널, 도어(door)의 배면재 등 다양한 형태의 건축용 자재에 바람직하게 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 복합 자재는 기본적으로 강도가 우수하고 수분에 의한 뒤틀림 등 변형의 염려가 없을 뿐 아니라, 열압착 처리로 인해 매끈한 표면을 가짐으로써 콘크리트와의 분리성이 좋으므로 거푸집 패널의 용도로서도 바람직하게 사용될 수 있다. 특히 본 발명의 복합 자재는 그 제조 과정에서 표면에 패턴 무늬를 용이하게 형성할 수 있는바, 이와 같이 패턴 처리된 본 발명의 복합 자재는 각종 무늬 콘크리트용 거푸집 패널 자재로서 매우 적합하게 활용될 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 전용이 가능할 것임은 당연한 것으로, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정해지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

10 : 수지-분체 지지층 12 : 수지-분체 혼합판
20 : 열압축 경화 섬유층 22 : 섬유 펠트 원단
30 : 마감층 100 : 압출성형장치
120 : 호퍼 140 : 압출 스크류
150 : 가열 실린더 160 : T-다이
200 : 압착 히팅 롤러 300 : 열압축/융착 히팅 롤러
400 : 커팅기

Claims (10)

1. 열가소성 합성수지에 고체 분말 형태의 분체를 분산시켜 혼합한 조성물을 층상으로 성형하여 이루어진 수지-분체 지지층;
   상기 수지-분체 지지층의 일측 또는 양측 상면에 일체로 적층 형성되며, 펠트 또는 부직포 형태의 합성수지 섬유에 열을 가한 상태에서 가압하여 압축된 형태로 경화시킨 열압축 경화 섬유층;
   을 포함하여 이루어지는 산업용 복합 자재.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 합성수지는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 비닐 수지 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 산업용 복합 자재.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 합성수지 섬유는 폴리에스테르 재질인 것을 특징으로 하는 산업용 복합 자재.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 합성수지와 분체의 조성비는 60 ~ 70 : 30 ~ 40 중량비인 것을 특징으로 하는 산업용 복합 자재.
   
5. (a) 용융된 열가소성 합성수지와 고체 분말 형태의 분체를 혼합하여 1차 수지-분체 혼합가공물을 제조하는 공정;
   (b) 상기 1차 수지-분체 혼합가공물을 성형하여 평판 형태의 수지-분체 혼합판으로 제조하는 공정;
   (c) 상기 수지-분체 혼합판에 펠트 또는 부직포 형태의 합성수지 섬유를 겹친 상태에서, 상기 합성수지 섬유에 열을 가하면서 가압함으로써 상기 합성수지 섬유가 열압축된 경질 층의 형태로 상기 수지-분체 혼합판 상에 일체로 적층되도록 하는 공정;
   을 포함하여 이루어지는 산업용 복합 자재의 생산 방법.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 (c) 공정은 상기 수지-분체 혼합판과 펠트 또는 부직포 형태의 합성수지 섬유가 겹쳐지도록 하여 가열된 히팅 롤러에 통과시킴에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 산업용 복합 자재의 생산 방법.
   
7. 제5항에 있어서, 상기 (b) 공정은 상기 1차 수지-분체 혼합가공물이 용융된 상태에서 다이(die)를 통해 압출시킴에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 산업용 복합 자재의 생산 방법.
   
8. 제5항에 있어서, 상기 (b) 공정에서 제조된 평판 형태의 수지-분체 혼합판을 가열된 히팅 롤러 사이에 통과시켜 두께를 더욱 얇게 압착하는 공정이 추가로 이루어지는 것을 특징으로 하는 산업용 복합 자재의 생산 방법.
   
9. 열가소성 합성수지에 고체 분말 형태의 분체를 분산시켜 혼합한 조성물을 층상으로 성형하여 이루어진 수지-분체 지지층과;
   상기 수지-분체 지지층의 일측 또는 양측 상면에 일체로 적층 형성되며, 펠트 또는 부직포 형태의 합성수지 섬유에 열을 가한 상태에서 가압하여 압축된 형태로 경화시킨 열압축 경화 섬유층;
   을 포함하여 이루어지는 복합 자재를 이용하여 제조된 거푸집 패널.
   
10. 제9항에 있어서, 상기 열압축 경화 섬유층의 표면이 콘크리트 타설 면이 되도록 제작된 것을 특징으로 하는 거푸집 패널.

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