KR20160033669A

KR20160033669A - 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형물 및 이의 제조장치 및 제조방법

Info

Publication number: KR20160033669A
Application number: KR1020160007978A
Authority: KR
Inventors: 강명호
Original assignee: 강명호
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2016-03-28

Abstract

본 발명은 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형물 및 이를 제조하기 위한 압출발포 성형방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표피층이 발포립으로 형성되지 않은 매끈한 상태로 제조하기 위한 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형물 및 이를 제조하기 위한 압출발포 성형방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 발포가스를 함유한 발포성 수지를 스팀으로 발포하여 금형을 가열함으로써, 종래의 사출성형에서처럼 가열과 냉각을 반복하기 위해 가열코어를 금형과 분리하고 합체하는 등의 별도의 추가 작동이 없이 신속히 금형을 가열할 수 있고, 가열된 전열 히터에 냉각수를 분사하여 직접 냉각할 수 있어 더욱 효과적으로 냉각이 가능해진다. 또한, 압축 발포 성형장치의 금형을 미리 가열한 후 압축 발포 수지조성물을 분사함으로써, 압축발포성형물의 표면에 발포립이 형성되지 않고 고강도의 매끈한 표면을 갖는 성형 조성물을 제조할 수 있다. 본 발명의 압축발포 성형 조성물은 표피층의 강도가 향상되어 10mm 이상 500mm의 저비중 고강도 초대형 구조물을 제작할 수 있으며, 두께 편차가 큰 구조물을 자유롭게 제조할 수 있게 된다.

Description

고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형물 및 이의 제조장치 및 제조방법{Compression Foam Molding Articles Formed with High Strength Epidermal Layer and the Devices for Making the Same and the Method Making the Same}

본 발명은 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형물 및 이를 제조하기 위한 압출발포 성형장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표피층이 발포립으로 형성되지 않은 매끈한 상태로 제조하기 위한 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형물 및 이를 제조하기 위한 압출발포 성형장치 및 방법에 관한 것이다.

합성수지나 금속의 압출성형은 캐비티가 형성된 고정금형(캐비티금형)과 코아가 형성된 가동금형(코아금형) 사이에 분말상태의 합성수지나 금속을 주입하고 냉각시켜서 캐비티 형상의 성형품을 얻는 것을 말한다.

압축성형은 주로 분말상의 수지를 미리 예열된 일정한 형태의 금형에 투입하고 고온, 고압으로 압축하여 제품을 생산하는 공정으로 대부분의 경우 열경화성 수지의 성형이나 충전제의 함량이 매우 큰 경우에 사용된다. 또 다른 경우는 미리 압출공정 등에 의해 얻어진 시트를 요철 형태의 금형 사이에 위치시키고 수지의 변형온도 이상에서 압축 성형하는 방법도 있다.

최근에 화학발포제나 이산화탄소와 질소 등을 이용한 발포사출 성형물을 제조하여 사용하는 방법이 시도되고 있다. 이때의 발포배율은 최고 1.5배 정도 수준으로 성형물의 비중도 최저 0.7 이상이 된다. 또한 이 발포성형물의 표피가 거칠어서 강도가 저하되고 실제 사용을 위해서는 페인팅 등의 표면처리를 하여야만 사용할 수 있어 문제점이 있었다.

이와 관련하여 선행기술로서, 본 발명자가 출원한 "공개특허 제10-2011-0009424호 '열전향 보강플레이트를 구비한 사출성형장치 및 그 제어방법'이 공개되어 있으나, 성형압력이 800 ~ 1500 기압이 걸리기 때문에 가열 코어의 두께가 20mm 이하의 경우 쉽게 파손 및 손상이 발생하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명자는 이를 보완하기 위해서 가열 시에는 반드시 본체와 가열코어가 분리된 상태에서 가열이 되어야 신속한 가열이 가능하고 금형에 용융된 수지가 충전될 시와 냉각이 이루어질 때에는 반드시 가열코어와 금형본체(항상 냉각되어 있는 상태)가 접촉이 이루어져야만 압출 성형압력에도 가열코어의 변형을 방지하고 냉각도 이루어질 수 있어 공정상에 문제점이 있었다.

공개특허 제10-2011-0009424호 '열전향 보강플레이트를 구비한 사출성형장치 및 그 제어방법'

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 압출 성형방식으로 표면에 발포립이 형성되지 않고 고강도의 매끈한 표면을 형성할 수 있으며, 가열코어와 금형이 접합과 가열을 위해 분리하는 과정이 없어 공정상 간편한 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 한 본 발명의 압축발포 성형 제조장치는 제1금형 및 제2금형을 포함하는 압출 성형장치에 있어서, 압출성형제품이 제작되는 캐비티(12) 및 제1 가열판(14)을 포함하는 제1금형(10a) 및 제2 가열판(16)을 포함하는 제2금형(10b)을 포함하는 금형 본체(10); 제1금형 및 제2금형 내에 설치되는 전열히터(20); 상기 제1금형 및 제2금형에 삽입되는 냉각수관(30); 상기 냉각수관(30)의 냉각수를 분사하기 위한 냉각수 분사 노즐(40); 상기 냉각수 분사 노즐에서 분사된 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구(50);및 냉각수 공급을 차단하기 위한 냉각수 자동밸브(60);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제1 가열판(14)은 본체 직가공된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제2 가열판(16)은 분리 가공하여 삽입된 가열판으로서, 전열히터가 제2 가열판의 본체(17) 또는 커버부(18)에 삽입될 수 있다.

바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제2 가열판(16)의 배면에 지지대가 더 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은 압축발포 성형 제조방법에 있어서, 열가소성 수지 100 중량부, 판상 금속안료 0.1 내지 10 중량부, 구상 유리질 물질 1 내지 50 중량부, 극세장 섬유상의 물질 1 내지 50 중량부를 포함하는 압축 발포 수지 조성물을 준비하는 제1단계; 캐비티를 갖는 압축 발포 성형 장치를 준비하는 제2 단계; 금형을 가열하는 제3단계; 금형을 닫고, 상기 압축 발포 수지 조성물을 투입하는 제4단계; 스팀을 투입하여 상기 압축 발포 수지 조성물을 발포하는 제5단계; 일정 시간 가열된 금형 표면을 냉각시키기 위하여 냉각수를 분사하여 성형물을 응고시키는 제6단계; 응고된 상기 압출 발포 성형 조성물을 금형으로 꺼내는 제7단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형 제조방법을 제공한다.

또한, 바람직하게, 상기 압출 발포 수지 조성물 중 금속 안료 성분은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 유리, 구리(Cu) 또는 운모 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게, 상기 압출 발포 수지 조성물의 입자크기는 1~100㎛인 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게, 상기 압출 발포 수지 조성물 중 열가소성 수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스틸렌(ABS), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드(PA) 수지 중 어느 하나 이상일 수 있다.

또한, 본 발명은 열가소성 수지 100 중량부; 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 유리, 구리(Cu) 또는 운모 중 어느 하나 이상을 포함하는 판상 금속안료 0.1 내지 10 중량부; 구상 유리질 물질 1 내지 50 중량부;및 극세장 섬유상의 물질 1 내지 50 중량부를 포함하는 압축 발포 수지 조성물을 제공한다.

본 발명에 따르면, 발포가스를 함유한 발포성 수지를 스팀으로 발포하여 금형을 가열함으로써, 종래의 사출성형에서처럼 가열과 냉각을 반복하기 위해 가열코어를 금형과 분리하고 합체하는 등의 별도의 추가 작동이 없이 신속히 금형을 가열할 수 있다.

또한, 가열된 금형을 신속히 냉각해야 할 필요성이 있는데 종래와는 달리 가열된 가열 코어에 냉각수를 분사하여 직접 냉각할 수 있어 더욱 효과적인 냉각이 가능해 진다.

또한, 압축 발포 성형장치의 금형을 미리 가열한 후 압축 발포 수지조성물을 분사함으로써, 압축발포성형물의 표면에 발포립이 형성되지 않고 고강도의 매끈한 표면을 갖는 성형 조성물을 제조할 수 있다.

본 발명에 따라 제조되는 고강도 표피층을 갖는 압축발포 성형 조성물은 표피층의 강도가 향상되어 구조강도가 최고 30배까지 높게 향상된다. 일반 사출물은 최대 3mm 정도로 얇고 대체로 균일한 두께의 제품을 제조하지만 표피층을 형성하게 되면 현재까지 불가능했던 10mm 이상 500mm의 저비중 고강도 초대형 구조물을 제작할 수 있게 된다. 본 발명의 고발포 제품에 표피층을 형성시키면 비중 0.01의 초저비중의 구조물의 제작이 가능해지고, 두께 편차가 큰 구조물을 자유롭게 제조할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 압출 발포 성형 장치(열림 상태)를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 압출 발포 성형 장치(닫힘 상태)를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제2 가열판(16)의 제2 금형(10b)의 실시예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 압출 발포 성형 장치의 제어 장치 및 제어 방법을 간략히 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 압축발포성형물의 표면과 일반 발포압축성형물을 나타낸 것이다.

본 발명은 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형물 및 이를 제조하기 위한 압출발포 성형방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표피층이 발포립으로 형성되지 않은 매끈한 상태로 제조하기 위한 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형물 및 이를 제조하기 위한 압출발포 성형방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형물 및 이를 제조하기 위한 압출발포 성형방법을 실시예를 들어 설명을 하면 다음과 같다. 본 발명은 하기의 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에 의한 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 본 발명의 압축발포 성형 제조장치(열림 상태)를 나타낸 것으로서, 이를 참조하면 본 발명은 제1금형 및 제2금형을 포함하는 압출발포 성형장치로서, 좌측에 제1금형(10a)은 압출성형제품이 제작되는 캐비티(12) 및 제1 가열판(14)을 포함하며, 제2금형(10b)은 제2 가열판(16)을 포함한다.

상기 제1금형 및 제2금형 내에는 가열 코어에 해당되는 전열히터(20)가 내설되어 있다.

가열된 금형 본체를 식혀주기 위해 상기 제1금형 및 제2금형에 냉각수가 흐르는 냉각수관(30)이 삽입되어 있으며, 상기 냉각수관(30)에서 냉각수를 분사하기 위한 냉각수 분사 노즐(40)이 냉각수관에 분지되어있다.

상기 냉각수 분사 노즐에서 분사된 냉각수가 배출될 수 있도록 냉각수 배출구(50)도 마련된다.

또한, 냉각수 공급을 차단 조절을 위해 냉각수 자동밸브(60)가 설치된다.

바람직하게, 상기 제1 가열판(14)은 본체 직가공된 것을 특징으로 한다. 즉, 본체와 일체로 직가공되어 설치된다.

도 2는 본 발명의 압출 발포 성형 장치(닫힘 상태)를 나타낸 것으로서, 도 1의 열림상태와 도 2의 닫힘 상태가 반복되면서, 압축 발포 성형물을 제조하게 된다.

도 3은 본 발명의 제2 가열판(16)의 제2 금형(10b)의 실시예를 나타낸 것으로서, 제2 가열판에는 전기 히터가 삽입되어 있기 때문에 물이 전기히터에 접촉되지 않도록 하기 위해 제2 가열판은 도면과 같이 냉각수분사 뒷면에 분리판을 가공하여 삽입하는 방식으로 제조하여야 한다.

그리고, 곡면형태의 성형물의 금형표면을 균일하게 가열하기 위해서는 금형표면과 전기히터 간의 거리를 균일하게 하여야 하는데 분리가공시 도 3과 같이 삽입하면 곡면의 형상도 균일한 거리를 유지하도록 할 수 있다.

즉, 상기 제2 가열판(16)의 전열히터가 제2 가열판의 본체(17)에 삽입될 수 있으며, 다른 일 실시예에 따라, 전열 히터가 제2가열판의 커버부(18)에 삽입될 수 있다. 바람직하게 금형의 총 두께는 최소 10mm에서 최대 500mm 일 수 있다.

바람직한 일 실시예에 따르면, 제2가열판이 가열되고 압축이 이루어지는 과정에서 변형이 되는 것을 방지하기 위해 상기 제2 가열판(16)의 배면에 지지대가 더 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은 압축발포 성형 제조방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 열가소성 수지 100 중량부, 판상 금속안료 0.1 내지 10 중량부, 구상 유리질 물질 1 내지 50 중량부, 극세장 섬유상의 물질 1 내지 50 중량부를 포함하는 압축 발포 수지 조성물을 준비한다.

다음으로, 캐비티를 갖는 압축 발포 성형 장치를 준비한 후, 금형을 미리 가열한다. 금형의 가열은 발포가 일어나기 전이나 발포가 일어나는 도중에 금형이 가열되어져야 한다. 발포가 완전하게 이루어진 제품의 표면을 가열하게 되면 표피층이 형성되지 않거나 형성된 표피층이 함몰되어 균일한 표면을 얻을 수 없기 때문이다.

다음으로, 금형을 닫고, 상기 압축 발포 수지 조성물을 투입한 후, 스팀을 투입하여 상기 압축 발포 수지 조성물을 발포한다.

일정 시간 가열된 금형 표면을 냉각시키기 위하여 냉각수를 분사하여 성형물을 응고시킨 후, 상기 응고된 압출 발포 성형 조성물을 금형으로 꺼내어 완성하게 된다.

일 실시예에 따르면, 상기 압출 발포 수지 조성물 중 금속 안료 성분은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 유리, 구리(Cu) 또는 운모 중 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.

다른 일 실시예에 따르면, 상기 압출 발포 수지 조성물의 입자크기는 1~100㎛인 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게, 상기 압출 발포 수지 조성물 중 열가소성 수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스틸렌(ABS), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드(PA), 폴리아크릴레이트(PMMA), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르케톤(PEEK), 폴리설폰(PSU)계수지, 노릴(Noryle), 엘라스토머(Elastomer)수지, 에스테르계(PET,PBT)수지 중 어느 하나 이상일 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 제조방법에 따르면, 발포가스를 함유한 발포성 수지를 스팀으로 발포하여 금형을 가열함으로써, 종래의 사출성형에서처럼 가열과 냉각을 반복하기 위해 가열코어를 금형과 분리하고 합체하는 등의 별도의 추가 작동이 없이 신속히 금형을 가열할 수 있으며, 종래와는 달리 가열된 가열 코어에 냉각수를 분사하여 직접 냉각할 수 있어 금형을 더욱 신속하고 효과적으로 냉각할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 열가소성 수지 100 중량부; 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 유리, 구리(Cu) 또는 운모 중 어느 하나 이상을 포함하는 판상 금속안료 0.1 내지 10 중량부; 구상 유리질 물질 1 내지 50 중량부;및 극세장 섬유상의 물질 1 내지 50 중량부를 포함하는 압축 발포 수지 조성물을 제공한다. 또한, 상기 압출 발포 수지 조성물의 입자크기는 1~2000㎛인 것이 바람직하다.

일 실시예에 따라 압축발포 성형 수지의 재질은 PP 고발체로서, 발포배율 15배, 비중 0.06인 것이 바람직하며, 최고 가열금형온도는 150 ~ 220 ℃이고, 최저 금형온도 : 30 ~ 70℃인 것이 바람직하다. 성형시간은 50 ~ 110초이고, 표피층 형성두께는 0.3 ~ 1.0mm 인 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 압출 발포 성형 장치의 제어 장치 및 제어방법을 도시한 것으로서, 좌측이 압축 발포 성형장치이고, 우측이 전기 가열 제어장치를 나타낸 것이다. 가열 장치가 삽입된 압축 발포 성형용 금형이 우측의 전기 가열 제어장치에 의해 가열판과 금형이 가열되면서, 발포용 스팀과 발포 수지가 투입되면서, 압축발포 성형 조성물이 제조되는 것을 조절한다.

도 5는 본 발명의 압축발포성형물의 표면(b)과 일반 발포압축성형물(a)을 나타낸 것으로서, 본 발명의 압축발포 성형장치를 이용하여 제조된 압축 발포 성형조성물의 표면(b)은 일반 성형물(a)에 비해 표면이 매끈한 것을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 고 강도의 매끈한 표피층을 갖는 압축 성형 조성물을 얻을 수 있으며, 저비중 고강도 구조물을 용이하게 제작할 수 있게 된다. 본 발명의 고발포 제품에 표피층을 형성시키면 비중 0.01의 초저비중의 구조물의 제작이 가능해지고, 두께 편차가 큰 구조물을 자유롭게 제조할 수 있게 된다.

상기에 제시된 실시예는 예시적인 것으로 이 분야에서 통상의 지식을 가지는 자는 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 제시된 실시예에 대한 다양한 변형 및 수정 고안을 만들 수 있을 것이다. 이러한 변형 및 수정 고안에 의하여 본 고안의 범위는 제한되지 않는다.

10 : 금형 본체
10a: 제1 금형 10b: 제2 금형
12 : 캐비티 14 : 제1가열판
16 : 제2가열판 17 : 제2 가열판의 본체
18 : 제2가열판 커버부
20 : 전열히터
30 : 냉각수관
40 : 냉각수 분사노즐
50 : 냉각수 배출구
60 : 냉각수 자동밸브
70 : 발포용 스팀 투입구
80 : 발포 수지 투입구

Claims

제1금형 및 제2금형을 포함하는 압출 성형장치에 있어서,
압출성형제품이 제작되는 캐비티(12) 및 제1 가열판(14)을 포함하는 제1금형(10a) 및 제2 가열판(16)을 포함하는 제2금형(10b)을 포함하는 금형 본체(10);
제1금형 및 제2금형 내에 설치되는 전열히터(20);
상기 제1금형 및 제2금형에 삽입되는 냉각수관(30);
상기 냉각수관(30)의 냉각수를 분사하기 위한 냉각수 분사 노즐(40);
상기 냉각수 분사 노즐에서 분사된 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구(50);및
냉각수 공급을 차단하기 위한 냉각수 자동밸브(60);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 가열판(14)은 본체 직가공된 것을 특징으로 하는 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 가열판(16)은 분리 가공하여 삽입된 가열판으로서, 전열히터가 제2 가열판의 본체(17) 또는 커버부(18)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형 제조장치.
제3항에 있어서,
상기 제2 가열판(16)의 배면에 지지대가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형 제조장치.
압축발포 성형 제조방법에 있어서,
열가소성 수지 100 중량부, 판상 금속안료 0.1 내지 10 중량부, 구상 유리질 물질 1 내지 50 중량부, 극세장 섬유상의 물질 1 내지 50 중량부를 포함하는 압축 발포 수지 조성물을 준비하는 제1단계;
캐비티를 갖는 압축 발포 성형 장치를 준비하는 제2 단계;
금형을 가열하는 제3단계;
금형을 닫고, 상기 압축 발포 수지 조성물을 투입하는 제4단계;
스팀을 투입하여 상기 압축 발포 수지 조성물을 발포하는 제5단계;
일정 시간 가열된 금형 표면을 냉각시키기 위하여 냉각수를 분사하여 성형물을 응고시키는 제6단계;
응고된 상기 압출 발포 성형 조성물을 금형으로 꺼내는 제7단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 압출 발포 수지 조성물 중 금속 안료 성분은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 유리, 구리(Cu) 또는 운모 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 압출 발포 수지 조성물의 입자크기는 1~2000㎛인 것을 특징으로 하는 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 압출 발포 수지 조성물 중 열가소성 수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스틸렌(ABS), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드(PA), 포릴아크릴레이트(PMMA), 폴리아릴레이트(PAR), 포릴에테르케톤(PEEK)수지, 폴리설폰(PSU)수지, 노릴(Noryle)수지, 엘라스토머(Elastomer)수지, 에스테르(PET,PBT) 수지 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 표피층이 형성된 압축발포 성형 제조방법.