KR20200031494A - 중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 제조 방법 - Google Patents

중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 제조 방법에 있어서, 적어도 하나의 혼합된, 입자성 필러(particulate filler)를 갖는 아크릴 수지로 제조된 중합체 바인더 매트릭스의 시트는 기계적 공정을 통해 일 표면상에 편평하게 기계가공되어, 상기 표면이 처리된 바인더 매트릭스 및 편평한-기계가공된 필러 입자로 형성되며, 상기 시트는 바인더의 연화 온도 보다 높게 후속적으로 가열되어, 상기 바인더 매트릭스는 이완(relax)되고 상기 표면상의 상기 필러 입자는 경사져서, 텍스쳐 표면을 생성하고, 상기 부품은 그 후, 상기 연화 온도 보다 낮게 냉각된다.

Description

중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 제조 방법{Method for the manufacture of a component with a polymer binder matrix}
본 발명은 중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 제조 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 개인 및 공공 수영장, 주방 및 상업용 주방, 산업 부지 또는 사람이 번잡하고 도보 표면(walking surface)이 때로는 습기가 있는 기타 구역과 같은 많은 개인 및 공공 구역에서, 사람이 미끄러지는 것을 방지하기 위해, 높은 내마모성뿐만 아니라 우수한 슬립 저항성(slip resistance)이 상응하여 요구된다. 이들 요구를 충족시키기 위해, 충분히 안정한 재료 구조 및 상응하는 표면 거칠기 또는 표면 텍스쳐(texture)를 갖는 바닥 피복물(floor coverings)이 사용된다. 예는 세라믹 타일일 수 있으며, 여기서 증가된 슬립 저항성은 모래의 비-용융 그레인을 타일 유약(tile glazing)에 배치(interspersing)함으로써 달성되며, 여기서 모래 그레인(sand grains)은 유약 처리 후 매끈한 표면으로부터 돌출되지만, 여전히 유약 내에 안전하게 고정되어 있다.
예를 들어, 미관뿐만 아니라 세척 용이성에 대한 요구가 높은 경우에, 고르고 그라인드되고(ground), 폴리시된(polished) 표면을 갖는 바닥 구역이 선호되며, 이는 자연석, 미세 석기(fine stoneware) 또는 주로 유기 바인더 매트릭스에 결합된 석영 입자로 구성된 인조석인, "엔지니어링 석재"("engineered stone" material)와 같은 무기 재료로 일반적으로 구성된다. 폴리시된 표면의 슬립 저항성은 자연히 매우 낮다.
상응하는 마모 및 슬립 저항성은, 예를 들어, 바닥 피복물(floor coverings)에서뿐만 아니라, 욕조 또는 샤워 욕조 또는 샤워 베이스(shower bases) 각각에서도 요구된다. 세라믹으로 제조된 구현예 이외에, 이러한 욕조 또는 베이스는 또한 에나멜 강판(enamelled steel sheet) 또는 딥-드론(deep-drawn) 아크릴 시트로 제조되며, 이는 이들의 제조 방법으로 인하여, 일반적으로 매끄럽거나 빛나는 표면을 가지며, 따라서 어떠한 큰 슬립 저항성을 갖지 않는다.
이들 종류의 재료에 대한 개선된 슬립 저항성은 일반적으로 후속적으로 적용되는 매트 또는 접착성 부착, 슬립-방지(slip-resistant) 스트립을 통해서만 달성된다.
나아가, 샤워 욕조의 제조에 대한 보편적인 해결방안은 자연석(natural stone) 또는 엔지니어링 석재의 단일 블록이 기계가공되고, 표면이 그라인드되고 폴리시되는 것이며, 이는 고가 제품이며 따라서 또한, 고가로 판매된다.
이들 제품에 슬립-저항성이 개선된 표면을 생성하는 것은, 예를 들어 상응하는 그루브(grooves) 또는 주름(corrugations)을 형성함으로써, 부품 표면의 후속적인 기계적인 기계가공을 통해 달성된다. 상기 거시적이고, 기계적으로 생성된 오목부는 슬립 저항성을 향상시키지만, 예를 들어 샤워 욕조 또는 욕조에서 부품의 평탄도에 대한 요구가 증가하면, 먼지 입자가 그루브 또는 주름에 퇴적되어, 청소가능성(cleanability)이 감소할 수 있으므로, 불리하다.
따라서, 본 발명의 목적은 중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 개선된 제조 방법을 제공하는 것이다.
이 목적을 충족시키기 위해, 본 발명에 따른 중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 제조 방법이 제공되며, 이는 적어도 하나의 혼합된, 입자성 필러(particulate filler)를 갖는 아크릴 수지로 제조된, 중합체 바인더 매트릭스의 시트가 기계적 공정을 통해 일 표면상에 편평하게 기계가공되어, 상기 표면이 처리된 바인더 매트릭스 및 편평한-기계가공된 필러 입자로 형성되며, 상기 시트는 상기 바인더의 연화 온도 보다 높게 후속적으로 가열되어, 상기 바인더 매트릭스는 이완(relax)되고 상기 표면상의 상기 필러 입자는 경사져서(tilted), 텍스쳐 표면(textured surface)을 생성하고, 상기 부품은 그 후, 상기 연화 온도 보다 낮게 냉각되는 것을 특징으로 한다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 방법이 슬립-방지, 릴리프-유사 텍스쳐 표면(slip-resistant, relief-like textured surface)을 특징으로 하며, 상기 텍스쳐 표면은 그루브 또는 주름 등을 형성하기 위해 기계적인 기계가공을 통해 제조되는 것이 아니라, 표면이 동일하게 편평하게 되도록 기계적 처리 및 후속하는 열처리 또는 템퍼링(tempering) 각각을 통하여 제조된다.
본 발명에 따른 방법의 출발 재료는 아크릴 수지로 제조된 중합체 바인더 매트릭스, 즉, 예를 들어, 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA) 또는 PMMA와 메틸 메타크릴레이트 (MMA)의 블렌드로 제조된 수지 매트릭스의 시트이다. 필러 입자는 상기 수지 매트릭스 내로 도입되며, 상기 수지 매트릭스는 횡단면에 걸쳐, 즉 시트의 두께에 걸쳐 매우 고르게 분포된다. 상기 시트는 기계적 수단을 통해 이제 편평하게 기계가공되고, 즉 시트를 가능한 한 평평하게 하기 위해 기계적 공정이 사용된다. 이는 매우 미세한 연마제로 시트 표면을 그라인딩(grinding)하고, 필요하면 추가적인 브러싱(brushing) 또는 폴리싱(polishing)을 통해 달성될 수 있다. 결과물인 편평한 또는 평평한 표면 각각은 편평한-기계가공된 바인더 매트릭스뿐만 아니라 표면 상에 노출되고 또한 각각 편평하게 또는 평평하게 기계가공되는 필러 입자에 의해 형성된다. 따라서 광학적으로 상기 표면은 편평하게 또는 평평하게 기계가공된 바인더로 형성된 구역뿐만 아니라 바인더 매트릭스에 의해 둘러싸인 편평하게 또는 평평하게 기계가공된 필러 입자에 의해 형성된 구역을 나타낸다.
다음 단계에서, 상기 편평하게-기계가공된 시트는 바인더의 연화 온도(softening temperature) 보다 높게 가열되며, 즉, 상기 시트의 제조 동안, 각각 이미 경화 또는 중합된 열가소성 바인더가 이제 다시 연화(softened)된다. 이는 상기 바인더 매트릭스가 이완(relax)되도록 한다. 놀랍게도 캐스팅(casting) 및 중합 공정의 결과인 이미 중합된 바인더 매트릭스에 약간의 고유한 텐션(intrinsic tension)이 있음을 발견하였다. 시트가 연화 온도를 넘어서 가열됨에 따라, 바인더 매트릭스는 경화된 상태로부터 약간 연화된 상태로 변화되고, 바인더 매트릭스 내부의 텐션이 해제(release)된다. 바인더가 각각 이완하거나 수축하고, 이는 상기 텐션의 해제 또는 이완 공정(relaxation process) 각각으로 인해, 상기 표면 텍스쳐를 변하게 한다. 이전의 평평한 바인더 표면은 이의 평탄도(planarity)를 국부적으로 변화시키며, 즉, 이는 (평평한 바인더 표면은) 해제된 텐션으로 인해 국부적으로 조금 가라 앉는다(sink). 바인더 매트릭스의 주어진 부드러움과 함께, 이는 동시에 표면상의 평평한 필러 입자가 바인더 매트릭스의 이완 또는 수축에 의해 부분적으로 끌어 당겨져서(drawn) 이들의 평면으로부터 약간 경사지며, 이는 편평한 평면의 필러 입자 표면이 더 이상 공통 평면에서 서로 평행하게 연장되지 않지만 서로에 대하여, 따라서 부품 표면의 평면에 대해 경사짐을 의미한다. 필러 입자의 경사와 함께, 바인더 매트릭스 내의 이완 또는 가라 앉는 공정(sinking processes) 각각으로 인해, 텍스쳐 표면이 형성되며, 즉, 이전의 편평한-기계가공된 표면이 이들 공정으로 인해 명백하고 현저하게 3차원 텍스쳐화 된다.
실제 온도가 높을수록 짧아지는, 가열 공정 동안 시트의 실제 온도에 의존하는, 상응하는 드웰 시간(dwell time) 후에, 시트는 연화 온도 보다 낮게 냉각되어 바인더 매트릭스가 다시 고화되고 표면 텍스쳐, 및 이에 따라, 경사진 필러 입자는 고정된다. 냉각된(cooled-down) 부품 또는 시트는 각각 온도 처리 동안 3-차원으로 재-형성(re-formed)되지 않는한, 원래의 형상으로 여전히 동일하며, 이는 후술될 것이다. 어떠한 경우이든, 상기 부품은 상응하는 릴리프-유사(relief-like) 또는 텍스쳐 표면을 가지며, 이는 거칠기(roughness)를 달성하기 위해 그루브 및 이와 유사한 것을 형성하기 위한 기계적 처리에 대한 의존 없이, 단지 바인더 매트릭스의 이완 공정 및 그 결과로서 일어나는 필러 입자의 경사로 인한 결과이다.
최소 65 wt% 그리고 최대 95 wt%, 바람직하게는 75 내지 90 wt%의 필러 함량을 갖는 시트가 바람직하다. 이는 상응하는 높은 필러 함량이 처리되는 표면에 충분히 높은 입자 함량이 존재하는 것을 보장하기 위해 사용됨을 의미한다.
더욱이, 필러 입자의 최소 10 wt%, 바람직하게는 30 wt% 초과, 그리고 특히 50 wt% 초과가 ≥0.4 mm의 입자 크기를 갖는 시트를 사용하는 것이 바람직하다. 큰 필러 입자가 바람직하게 높은 비율(proportion)로 사용되는 것이 바람직하며, 심지어 입자 크기가 최대 1 밀리미터 및 이보다 큰 것이 사용될 수 있다.
필러 입자 그 자체는 모스 경도가 5 초과, 바람직하게는 6 초과, 그리고 바람직하게는 약 7이어야 한다. 바람직하게는 석영 모래가 필러로서 사용되며, 이는 바람직하게는 0.4 mm 미만의 입자 크기를 갖는 미세 분획(fine fraction) 및 예를 들어, 0.4 내지 2.5 mm의 입자 크기를 갖는 거친 분획(coarser fraction)으로 바람직하게 사용되며, 거친 분획의 비율(proportion)은 미세 분획의 비율보다 바람직하게 더 높다.
중합체 바인더 매트릭스가 메틸 메타크릴레이트 (MMA)와 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA)의 블렌드로 제조된 시트를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 매트릭스 블렌드를 제조하기 위해 단량체 및 중합체가 사용된다. 중합체, 즉 PMMA 대 단량체, 즉 MMA의 중량 비율(weight proportions)의 비(ratio)는 1:1.75 내지 1:6, 특히 1:2 내지 1:5, 그리고 바람직하게는 약 1:4이어야 한다. 이는 과량의 단량체가 있음을 의미한다.
바인더 매트릭스의 전체 벌크에 대한, 단량체 및 중합체, 즉 메틸 메타크릴레이트 및 폴리메틸 메타크릴레이트로 구성되는 중합 가능한 벌크의 비율은 10 내지 40 wt%, 특히 15 내지 30 wt%, 그리고 바람직하게는 약 20 wt%이어야 한다.
중합체 성분 이외에, 바인더 매트릭스는 경화제, 하나 이상의 가능한 첨가제 또는 개시제/퍼옥사이드와 같은 일반적으로 첨가되고 필요한 집합물(aggregates)을 함유한다.
이는 또한 바인더 매트릭스에 임베디드된 착색 안료(colour pigments)를 갖는, 시트가 사용되는 것을 착상하게 한다. 이는 착색된 시트가 사용되어, 대응하는 착색된 표면을 갖는 완성된 부품이 얻어지는 것을 의미한다.
상술한 바와 같이, 시트의 표면은 이를 평평하게 만들기 위해, 그라인딩 또는 브러싱에 의해 바람직하게는 기계적으로 처리되며, 연마 또는 브러싱 공정에서, 매우 미세한 연마제 또는 브러싱 수단이 표면을 가능한한 평평하게 만들기 위해 사용되었다. 또한, 표면을 가능한 한 평평하게 만들기 위해 보다 더 미세한 매체(medium)로 표면을 후속적으로 폴리시하는 것이 착상될 수 있다.
이미 상술한 바와 같이, 단지 출발 재료를 형성하는 시트를 가열하고, 후속적으로 이를 다시 냉각시키는 것이 착상될 수 있으며, 이는 시트의 형상이 변하지 않음을 의미한다. 그러나, 본 발명의 특히 유리한 개발은 3-차원 부품을 형성하기 위한 가열 공정 동안의 기계적 재-성형(re-shaping)을 제공한다. 따라서 시트를 연화 온도보다 높은 온도로 가열 한 후에, 이는 성형 다이 또는 실질적으로 2-차원 시트를 3-차원 부품으로 재-성형하도록 하는 이와 유사한 것과 같은 성형 도구를 사용하여 기계적으로 재-성형하기 위해 시트가 제공된다. 시트는 바람직하게는 욕조, 특히 샤워 욕조 를 형성하도록 재-성형된다.
방법 그 자체 이외에도, 본 발명은 또한, 상술한 방법에 따라 제조되고, 적어도 하나의 혼합된 입자상 필러를 포함하는 아크릴 수지로 구성된 중합체 바인더 매트릭스로 제조된 부품에 관한 것이다.
부품 자체는 최소 65 wt% 그리고 최대 95 wt%, 바람직하게는 75 내지 90 wt%의 필러 함량을 갖는다. 필러 입자의 최소 10 wt%, 바람직하게는 30 wt% 초과, 그리고 특히 50 wt% 초과는 ≥0.4 mm의 입자 크기, 그리고 바람직하게는 또한, 5 초과, 바람직하게는 6 초과, 그리고 특히 바람직하게는 약 7의 모스 경도를 갖는다.
중합체 바인더 매트릭스는 바람직하게는 메틸 메타크릴레이트 (MMA)와 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA)의 블렌드로, 바람직하게는 10 내지 40 wt%, 특히 15 내지 30 wt%, 그리고 바람직하게는 약 20 wt%의 PMMA의 비율로 제조된다. 중합체 대 단량체, 즉 PMMA 대 MMA의 중량 비율의 비는 1:1.75 내지 1:6, 특히 1:2 내지 1:5, 그리고 바람직하게는 약 1:4이어야 한다.
또한, 어떠한 이미 착색된 필러 입자 이외에, 추가의 착색 안료가 바인더 매트릭스에 첨가될 수 있다. 이는 원하는 색상을 갖는 부품을 제공할 수 있게 한다.
부품 자체는 시트, 예를 들어, 벽 또는 바닥 시트일 수 있다.
선택적으로, 부품은 욕조, 바람직하게는 샤워 욕조 또는 샤워 베이스 일 수 있다.
본 발명의 추가적인 장점 및 세부 사항은 도면뿐만 아니라 예시적인 구현예에 대한 다음의 설명으로부터 명백해진다.
도 1은 텍스쳐 표면을 생성하기 위한 본 발명에 따른 열처리 전의 시트의 단면의 개략도를 나타내며,
도 2는 본 발명에 따른 열처리 및 냉각(cooling-down) 공정을 행한 후의 도 1의 시트의 개략도를 나타내며,
도 3은 본 발명에 따른 방법을 설명하기 위한 개략도를 나타낸다.
도 1은, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 부품 (2)의 제조를 위한 원료로서 제공되는 시트 (1)의 단면도를 도시한다. 시트 (1)은 아크릴 수지로 제조된 중합체 바인더 매트릭스 (3)을 포함하며, 여기서, 바람직하게는 아크릴계 단량체, 즉 메틸 메타크릴레이트 (MMA)와 아크릴계 중합체, 즉 폴리메틸 아크릴레이트 (PMMA)의 블렌드가 사용된다. 통상적으로 사용되는 경화제, 첨가제 뿐만 아니라, 개시제 또는 퍼옥사이드 각각, 그리고 아마도 착색 안료 이외에, 시트 (1)는 바인더 매트릭스 (3) 내에 임베디드된(embedded) 필러 입자 (4)를 함유하며, 이는, 예를 들어 다양한 크기의 석영 모래 입자일 수 있다. 과립(granulation)은 < 0.4mm의 작은 그레인 분율(smaller grain fractions) 및 입자 크기가 최대 2 mm 이상이 되는 ≥ 0.4mm의 굵은 그레인 분율(coarser grain fraction)로 구성될 수 있다. 필러 입자 (4)의 필러 함량은 최소 65 wt%, 최대 95 wt%, 바람직하게는 75 - 90 wt% 범위이어야 한다.
필러로서 언급된 석영 모래의 사용은 단지 예이다. 5 보다 큰, 바람직하게는 6 보다 큰 충분히 높은 모스 값을 갖는 다른 필러 입자, 예를 들어 커런덤(corundum) 또는 이와 유사한 것이 사용될 수 있다.
시트 (1)은 경화되며, 이는 바인더 매트릭스 (3)이 완전히 중합되고 필러 입자 (4)가 바인더 매트릭스에 단단히 임베디드 됨을 의미한다.
이 도시(depiction)에서, 시트 (1) 또는 후속적으로 제조되는 부품 (2)의 가시적인 측면인, 일 표면 (5)은 이미 기계적으로 처리되고, 바람직하게는 그라인드되며, 이를 위해 적합한 도구 및 가능한 한 미세한 연마제가 사용되었다. 이는 표면 (5)가 처리에 의해 야기되는 매우 작은 미세 구조(microstructures)와는 별도로 각각 편평하거나 평평하게 되도록 한다. 표면 (5)는 예를 들어, 그라인딩(grinding) 후에, 표면이 보다 더 편평하고 평평하게 되도록 또한 폴리시될 수 있다.
표면 (5)는, 따라서 각각 바인더 또는 바인더 매트릭스 (3)에 의해 형성되는 평평한 섹션 또는 표면 (6) 뿐만 아니라 기술한 바와 같이, 또한 평평한, 상기 표면상에 위치하는, 필러 입자 섹션, 또는 표면 (7)에 의해 규정(define)된다. 전체적으로 이는 바인더 표면 (6) 및 필러 입자 표면 (7)에 의해 형성되는, 충분히 큰 시트 평면 또는 시트 표면 각각이 되도록 한다.
나아가, 필러 입자 (4)는 도 1에 따른 개략적인 도시에 기초하여, 표면에서 필러 입자 (4)에 대한 상응하는 거리 "a"에 위치되는 바인더 매트릭스 (3) 내부에 임베디드된다.
본 발명에 따르면, 상기 평평하게-기계가공된 시트 (1)은 부품의 제조 목적을 위해 적어도 가열되며, 이는 후술된다. 상기 시트의 온도는 바인더의 연화 온도 (Tg) 보다 높게 상승되며, 이는 가열 공정으로 인해 바인더 매트릭스 (3)이 연화됨을 의미한다. 혼합된 필러 입자(mixed-in filler particles), 착색 안료 등과 바인더로 구성된 중합성 화합물을 몰드(mould) 내에 붓고, 중합 또는 경화시키는, 시트 1의 제조 공정으로 인해, 고유 스트레스(intrinsic stresses)가 도 1의 시트 (1)에 존재한다. 가열되는 경우에, 경화된 바인더 매트릭스 (3)이 이완되며, 이는 고유 스트레스가 가라 앉음을 의미한다. 도 3으로부터 명백한 바와 같이, 이는 바인더 표면 (6)이 이의 편평한 평면 형태를 잃게 하고; 상기 구역은 더 크게 또는 더 적은 정도로 붕괴되며, 즉, 이들은 주름진, 릴리프-유사 텍스쳐(corrugated, relief-like texture)를 취한다. 가라 앉고 이완되거나 약간 수축된 결과로, 표면에 근접하여 표면 (5)을 형성하는 필러 입자 (4)가 또한, 도 2에 명확하게 도시된 바와 같이 경사지게 된다. 이에 따라, 평평하고 편평한 필러 입자 표면 (7)은 경사지며, 이는 이들이 이들의 이전의 수평 또는 표면에-평행한 위치로부터 각각 경사짐을 의미하며, 따라서, 그 후, 필러 입자 표면은 경사로 인하여 각도 α로 위치되고, 상기 각도 α는 물론 이전에 편평한 평면에 비하여 경사 양에 따라, 필러 입자 (4)에서 필러 입자 (4)로 달라진다. 가열 공정 및 스트레스 또는 이완 각각이 가라 앉고, 그리고 상승된 온도에서 충분히 긴 드웰 시간을 기다린 후이기 때문에, 시트 (1) 또는 거의 완성된 부품 (2) 각각은 연화 온도 (Tg) 보다 낮은 온도, 일반적으로 실온으로 다시 냉각되고, 경사진 필러 입자 (4)는 경화된 바인더 매트릭스 (3)에 다시 단단히 임베디드되며, 이는 바인더 표면 (6)의 릴리프-유사, 거친 구조(roughened structure)가 유사 냉동(quasi frozen)된 것과 같다.
이는 도 2에 도시된 바와 같이, 한편으로는 릴리프-유사, 움푹 들어간 또는 거칠게된 또는 구조화된(structured) 바인더 표면 (6)에 기인하며, 다른 한편으로는 경사지고 따라서 비스듬히 배치되는 필러 입자 표면 (7)에 기인하여, 3-차원의, 거친 표면 구조(roughened surface structure)를 유발한다. 상기 표면 텍스쳐는 촉각으로 알 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 공정을 나타내는 다이어그램이다. 단계 a)에서, 가공되는 시트 (1)이 선택되고, 그 후, 이의 표면은 적절한 도구 (8)로 단계 b)에서 기계적으로 처리되고, 여기서, 다른 도구 (8)은 예를 들어 그라인딩 도구(grinding tool) 및 후속적으로 폴리싱 도구가 사용될 수 있다. 시트 (1)의 표면 (5)는 단계 (b)에서 기계적으로 평평하게 되어(levelled), 이는 가능한 한 평평하고, 단지 최소의 미세구조만을 나타낸다.
단계 c)에서, 공정처리된 시트 (1)은 그 후, 가열 설비 (9), 예를 들어 대류 오븐 또는 적외선 가열 설비에 위치된다. 이 설비에서, 시트 (1)은 바인더 매트릭스 (3)의 연화 온도 (Tg) 보다 높게 가열되며, 이는 T가 Tg 보다 큰 것을 의미한다. 바인더 매트릭스 (3)은 아크릴 수지, 바람직하게는 MMA와 PMMA의 블렌드로 구성되기 때문에, 연화 온도는 약 100℃이며, 이는 시트가 100℃ 보다 높은 온도까지 가열됨을 의미한다. 가열 온도는 바람직하게는 120℃ 내지 170℃ 범위일 수 있다. 그러나, 가열 온도가 높을수록 스트레스가 빨리 가라 앉고, 3-차원, 텍스쳐 표면 (5)가 빨리 형성된다.
시트 (1)의 가열 만이 단계 c)에서 발생하는데, 이는 시트 (1)이 시트의 형태를 유지하고 재형성되지 않음을 의미한다. 드웰 시간 후, 가열된 시트 (1)은 단계 d)에서 가열 설비 (9)로부터 제거된다. 온도는 연화 온도 (Tg) 미만으로 감소되고, 즉 시트 (1)은 결국 실온으로 냉각된다. 단계 d)에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 시트 (1)은 이제 릴리프-유사, 3-차원 텍스쳐 표면 (5)를 가지며, 이는 상응하는 거칠기(roughness)를 나타내고, 따라서 미끄럼 방지이다.
그럼에도 불구하고, 단계 c)는 예를 들어 샤워 욕조 또는 샤워 베이스를 제조하기 위해, 가열 공정 동안 시트 (1)을 기계적으로 재형성할 수 있는 임의의 가능성을 점선으로 나타낸다. 이 목적을 위해, 시트 (1)는 상응하는 몰드 또는 유사물에서 기계적으로 재형성, 예를 들어, 딥-드론(deep-drawn)되며, 이는 바인더 매트릭스 (3)이 연화되었기 때문에 가능하다. 상기 스트레스가 가라 앉고 3-차원 텍스쳐 표면 (5)가 형성되도록 하는 기계적 재형성 및 드웰 시간의 만료 후에, 재성형된 부품 (2)는 가열 설비 (9)로부터 제거된다. 이 경우에 온도는 또한 연화 온도 (Tg) 보다 낮은 온도 (T), 물론 바람직하게는 실온으로 감소되며, 이에 따라, 샤워 욕조 형태의 완성된 부품 (2)에 릴리프-유사, 미끄럼-방지 표면 (5)이 제공된다.
거칠고, 충분한 미끄럼-방지 표면의 형성의 증거로서, 사용된 바인더의 양 및 사용된 필러 입자의 양 및 크기를 다르게 하여, 3개의 다른 시트가 제조되었다. 조성은 하기와 같았다:
실시예 1:
MMA 13.6
PMMA 3.4
경화제 0.35
첨가제 0.3
개시제/퍼옥사이드 0.35
착색 안료 2
석영 분말 < 0.05 mm 12
석영 모래 미세 < 0.4 mm 20
석영 모래 굵음 0.4 - 1.2 mm 48
총 (grav.) 100
실시예 2:
MMA 19.25
PMMA 4.8
경화제 0.3
첨가제 0.3
개시제/퍼옥사이드 0.35
착색 안료 2
석영 분말 < 0.05 mm 11
석영 모래 미세 < 0.4 mm 30
석영 모래 굵음 0.4 - 0.6 mm 32
총 (grav.) 100
실시예 3:
MMA 13.25
PMMA 3.2
경화제 0.3
첨가제 0.3
개시제/퍼옥사이드 0.35
착색 안료 2
석영 분말 9
석영 모래 미세 < 0.4 mm 20
석영 모래 굵음 0.4 - 2.5 mm 51.6
총 (grav.) 100
모든 양은 그램(gram)으로 언급되며, 이는 중량에 의한 양 측정이 사용됨을 의미한다.
상응하는 중합성 화합물은 상응하는 첨가제를 혼합함으로써 제조되었고, 이들 각각을 사용하여 크기가 500 x 1000 mm이고 두께가 8 mm인 시트를 상응하는 몰드에서 주조했다. 3 개의 다른 시험 시트는 그라인딩 및 후속적으로 폴리싱에 의해 기계적으로 공정처리되어 각 시트에 평평한 표면이 제공된다.
그 후, 기계적으로 공정처리된 각각의 시트를 다른 거칠기 파라미터와 관련하여 분석하였으며, 즉, 각 시트의 표면 프로파일을 본 발명에 따른 온도 처리 전에 측정하였다. 표면 프로파일은 HOMMEL Etamic W5 타입의 측정 기구로 각각 1.5 cm의 시험 경로(test path)에 대하여 기록되었다.
각각은 Rmax[my], Rt[my], Rz[my] 및 슬립 저항각(slip resistance angle) [°]에 대해 측정되었다.
DIN 4768에 의한 Rmax는 피크(peak)와 인접한 밸리(valley) 사이의 최대 높이 차이이다.
DIN 4762/1에 의한 Rt는 기준 경로(reference path)에서 가장 낮은 밸리와 가장 높은 피크 사이의 높이 차이이다.
Rz는 DIN EN ISO 4287에 따른 연속적인 개별 측정 경로의 개별 피크-대-밸리 높이(peak-to-valley heights) Rzi의 산술 평균이다.
슬립 저항성 또는 슬립 저항각 각각을 결정하기 위해, 시험을 DIN 51097에 따라 행하였다. 상기 표준에 따르면, 물이 수평에 대한 각도가 조정 가능한 경사면(incline)에 적용된다. 상기 경사면은 시험되는 시트의 표면에 의해 형성된다. 그 후, 시험자는 맨발로 경사면를 밟고 시험자가 안전하게 견딜 수 있는 각도가 결정된다. 따라서 슬립 저항각의 높은 값은 높은 슬립 저항성에 해당한다.
그 후, 각각의 시트는 온도 처리되었다.
실시예 1에 따른 시트를 160℃의 온도로 가열하고 이 온도에서 30분 동안 유지시켰다.
실시예 2에 따른 시트를 160℃의 온도로 가열하고 또한 이 온도에서 30분 동안 유지시켰다.
동일한 방법으로, 실시예 3에 따른 시트를 160℃의 온도로 가열하고 이 온도에서 30분 동안 유지시켰다.
드웰 시간의 만료 후, 가열용 대류 오븐에 놓았던 시트를 오븐에서 제거하여 실온으로 냉각시켰다.
그 후, 각각의 시트를 HOMMEL 측정 기구를 사용하여 상기한 파라미터에 대하여 측정하고, 슬립 저항각 시험을 행하였다.
개별 측정의 결과는 다음의 세개의 표에 기재된다. 기재된 파라미터 외에, 시각 확인 및 촉각 시험에 관한 데이터가 있다. 본 발명에 따른 템퍼링(tempering)이 없는 경우 (컬럼 "w/o 온도") 및 본 발명에 따른 템퍼링 공정 후의 경우(컬럼 "℃/분")의 각각의 시트의 측정값이 기재된다.
실시예 1:
시험
w/o 온도 160℃/30 min
촉각/시각 매끈함(smooth)/광택 (shiny) 거침(rough), 스파클링(sparkling)
Rmax [my] 8.14 12.0
Rt [my] 8.4 13.12
Rz [my] 4.35 9.19
슬립 저항각
[degree angle]		 11.7 13.6
실시예 2:
시험 샘플
w/o 온도 160℃/30 min
촉각/시각 매끈함/광택 조금 거침, 매트(matt)
Rmax [my] 4.3 14.5
Rt [my] 4.56 15.3
Rz[my] 3.55 10.2
슬립 저항각
[degree angle]		 11.1 13.7
실시예 3:
시험 샘플
w/o 온도 160℃/30 min
촉각/시각 매끈함/광택 매우 거침, 스파클링
Rmax [my] 8.48 16.53
Rt [my] 8.5 17.9
Rz[my] 4.75 12.2
슬립 저항각
[degree angle]		 13.5 16.2
48 wt%의 0.4 내지 1.2mm의 굵은 석영 모래의 비율을 갖는 실시예 1에 따른 시트는 시각/촉각 시험에서 그라인딩 후에 광택이 있고 매끈한 표면을 나타낸다. 평평한 그라인딩 및 폴리싱으로 인해, 이는 상대적으로 낮은 거칠기 파라미터를 갖는다. 이전 온도 처리가 없으면, 이는 또한 단지 11.7의 작은 슬립 저항각을 갖는다.
그러나, 열처리, 즉, 160℃에서 30분 동안 템퍼링을 수행한 후에, 파라미터는 현저하게 변한다. 촉각/시각 시험은 거침, 즉, 촉각으로 알 수 있는, 표면 텍스쳐가 존재하며, 표면을 형성하는 그라인딩된 필러 입자 표면이 여기에 스파클링한 외관을 제공하는 것을 나타낸다.
Rmax, Rt 및 Rz에 관한 한, 거칠기 파라미터가 크게 증가했다.
그러나, 특히 중요한 것은 나타낸 실시예에서 슬립 저항각이 13.6 °로 증가한 것이다.
실시예 2에 따른 시트의 결과는 유사하다. 그레인 크기가 0.4 내지 0.6mm인 굵은 석영 모래가 상당히 적은 양, 즉 32 wt%로 첨가되었으며, 반면에, 그레인 크기가 0.4mm인 미세한 석영 모래 분획은 30 wt%로 필적할 정도로 컸다.
그라인딩되었으나, 템퍼링되지 않은 시트의 육안 확인은 이 시트가 광택이 있고, 촉각 시험 결과 매우 매끈한 표면임을 나타낸다. 거칠기 파라미터는 실시예 1에 따른 시트보다 약간 더 낮으며, 이는 상당히 작은 석영 입자에 의해 야기된다. 슬립 저항각은 이 경우도 11.1 °이다.
시트는 또한 이 경우 160℃에서 30분 동안 템퍼링되었다.
시각 또는 촉각 시험 각각은 시트가 매트한 외관을 나타내고 촉각으로 알 수 있는 거칠기가 다시 인지됨을 나타낸다. 상응하는 파라미터 Rmax, Rt 및 Rz도 증가한다. 슬립 저항각 또한 13.7 °로 증가한다.
이는, 상당히 미세한 석영 모래 혼합물에도 불구하고, 이 경우에 또한 실시예 1의 시트에 대하여 대략 동일한 확실한 거칠기를 갖는 상응하는 3-차원 텍스쳐 및 거친 표면이 생성됨을 의미한다.
상황은 실시예 3의 시트에서는 다소 상이하다. 그레인 크기가 0.4 내지 2.5 mm인 굵은 석영 모래가 높은 비율, 즉 51.6 wt%로 첨가되었으며, 이는 실시예 1의 양과 유사하지만, 매우 굵은 석영 모래이다.
시각 또는 촉각 시험 각각은 그라운딩되지만 템퍼링되지 않은 시트가 광택 외관을 가지며, 표면은 매우 매끈한 느낌임을 나타낸다. 거칠기 파라미터는 실시예 1의 거칠기 파라미터에 대체로 상응한다. 그러나, 슬립 저항각은 이 경우 이미 13.5 °이다.
그 후, 샘플 레시피 3으로부터의 상기 시트 (1)을 160℃에서 30분 동안 템퍼링하였으며, 이는 이 실시예에서 또한 시각 또는 촉각 평가 각각 뿐만 아니라 측정된 파라미터에서 현저한 변화를 초래한다.
시트는 스파클링한 외관을 나타내지만 촉각 평가에서 매우 거친 느낌을 준다.
이는 또한 상응하는 측정값에 반영된다. 상기 측정된 값 Rmax, Rt 및 Rz는 Rmax, Rt 및 Rz와 관련하여 실시예 1에 따른 값보다 높다.
특히 현저한 것은 슬립 저항각의 증가이며, 이 경우는 16.2 °이다.
이는 실시예 3에 따른 시트가 그라인딩 및 폴리싱된 원료 시트로부터 출발하여 본 발명에 따른 템퍼링 처리를 수행한 후에, 각각 더 큰 거칠기 또는 슬립 저항성을 나타냄을 의미한다. 이는 충분히 많은 양의 굵은-그레인 석영 모래를 사용한 결과이다.
기술된 예시적인 구현예는 필러로서 석영 모래를 포함하였다. 물론, 예를 들어, 실리콘 카바이드, 알루미늄 카바이드 (커런덤 (corundum)) 또는 유사한 것과 같은 다른 무기 필러를 혼합하는 것을 착상할 수 있다.
요약하면, 본 발명에 따른 방법, 즉 편평한-기계가공 및 후속의 템퍼링을 통해, 이들의 부품 특유의 고강도(component-specific high strength) 이외에 우수한 슬립 저항 특성을 또한 나타내는 합성 성형품 또는 합성 부품이 제조될 수 있음을 주목해야 하며, 여기서 슬립 저항성은 굵은-그레인 필러의 비율이 증가함에 따라 증가한다.

Claims (19)

  1. 중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 제조 방법에 있어서,
    적어도 하나의 혼합된, 입자성 필러(particulate filler)를 갖는 아크릴 수지로 제조된 중합체 바인더 매트릭스의 시트는 기계적 공정을 통해 일 표면상에 편평하게 기계가공되어, 상기 표면이 처리된 바인더 매트릭스 및 편평한-기계가공된 필러 입자로 형성되며, 상기 시트는 바인더의 연화 온도 보다 높게 후속적으로 가열되어, 상기 바인더 매트릭스는 이완(relax)되고 상기 표면상의 상기 필러 입자는 경사져서, 텍스쳐 표면을 생성하고, 상기 부품은 그 후, 상기 연화 온도 보다 낮게 냉각됨을 특징으로 하는, 중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    최소 65 wt% 그리고 최대 95wt%, 바람직하게는 75 내지 90 wt%의 필러 함량을 갖는 시트가 사용되는 것을 특징으로 하는, 중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    필러 입자의 최소 10 wt%, 바람직하게는 30 wt% 초과, 그리고 특히 50 wt% 초과가 ≥ 0.4 mm의 입자크기를 갖는, 시트가 사용되는 것을 특징으로 하는, 중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    시트는 5 보다 큰, 바람직하게는 6 보다 큰 모스 경도(Mohs hardness)를 갖는 필러 입자와 함께 사용되는 것을 특징으로 하는, 중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    중합체 바인더 매트릭스가 메틸 메타크릴레이트 및 폴리메틸 메타크릴레이트의 블렌드로 제조되는 시트가 사용되는 것을 특징으로 하는, 중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바인더 매트릭스에 임베디드된 착색 안료를 갖는 시트가 사용되는 것을 특징으로 하는, 중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시트의 표면은 그라인딩(grinding) 또는 브러싱(brushing) 또는 폴리싱(polishing)에 의해 기계적으로 공정처리되는 것을 특징으로 하는, 중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시트는 3-차원 부품을 형성하도록 가열 공정(heating process) 동안 기계적으로 재-성형(re-shaped)되는 것을 특징으로 하는, 중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 시트는 욕조, 특히 샤워 욕조를 형성하도록 재-성형되는 것을 특징으로 하는, 중합체 바인더 매트릭스를 갖는 부품의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 방법을 사용하여 제조된, 적어도 하나의 혼합된 입자성 필러 (4)를 갖는 아크릴 수지로 제조된 중합체 바인더 매트릭스 (3)을 포함하는 부품.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 부품은 최소 65 wt% 그리고 최대 95 wt%, 바람직하게는 75 내지 90 wt%의 필러 함량을 갖는 것을 특징으로 하는, 부품.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    필러 입자 (4)의 최소 10 wt%, 바람직하게는 30 wt% 초과, 그리고 특히 50 wt% 초과가 ≥ 0.4 mm의 입자크기를 갖는 것을 특징으로 하는, 부품.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필러 입자 (4)는 5 보다 큰, 바람직하게는 6 보다 큰 모스 경도(Mohs hardness)를 갖는 것을 특징으로 하는, 부품.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체 바인더 매트릭스 (3)은 메틸 메타크릴레이트 및 폴리메틸 메타크릴레이트의 블렌드로 제조되는 것을 특징으로 하는, 부품.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    착색 안료가 상기 바인더 매트릭스 (3)에 임베디드 되어 있는 것을 특징으로 하는, 부품.
  16. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부품은 시트임을 특징으로 하는, 부품.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 부품은 벽 또는 바닥 패널임을 특징으로 하는, 부품.
  18. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부품은 욕조임을 특징으로 하는, 부품.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 부품은 샤워 욕조임을 특징으로하는 부품.
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