KR20210061782A

KR20210061782A - 경질의 물품을 제조하기 위한 우레탄 발포 공정

Info

Publication number: KR20210061782A
Application number: KR1020190149731A
Authority: KR
Inventors: 정상규
Original assignee: 정상규
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2021-05-28

Abstract

경질의 물품을 제조하기 위한 우레탄 발포 공정이 개시된다. 본 발명은 내부에 중공의 구형 반응실이 형성된 믹싱헤드 본체, 상기 믹싱헤드 본체의 측벽에 서로 대향되도록 설치된 폴리올 공급노즐과 이소시아네이트 공급노즐, 상기 믹싱헤드 본체의 상부에 설치된 모터, 상기 믹싱헤드 본체의 하부로부터 하방향으로 연장되도록 설치된 우레탄 토출구, 상기 우레탄 토출구의 내부에 배치되고 상기 모터의 회전축과 연결된 로터 어셈블리 및 상기 우레탄 토출구의 하부에 설치된 노즐 어댑터를 포함하는 우레탄 발포기를 이용하여 발포하되, 상기 폴리올 공급노즐로부터 공급되는 폴리올 원액과 상기 이소시아네이트 공급노즐로부터 공급되는 이소시아네이트 원액을 상기 믹싱헤드 본체의 반응실에서 혼합하는 제1 혼합공정과, 상기 로터 어셈블리는 상기 회전축의 단부가 삽입될 수 있도록 일측 내부에 회전축 삽입공이 형성된 회전축 어댑터, 상기 회전축 어댑터의 타측에 나사결합 방식으로 일체로 체결되는 로터, 상기 로터의 자유단부에 부착되는 단부캡으로 구성되되, 상기 로터의 방사상 외부면상에는 다수의 교반날개들이 돌출하여 형성되고, 상기 로터의 내부 중앙위치에는 상기 로터의 길이방향을 따라서 수직하게 연장된 메인 안료 통로가 형성되며, 상기 로터의 방사상 측벽에는 상기 메인 안료 통로와 유체 연결되는 다수의 안료 배출공이 형성되고, 상기 단부캡의 내부에는 상기 메인 안료 통로와 유체 연결되는 안료 도입 통로가 형성되며, 상기 안료 도입 통로의 하부에는 안료 공급원으로부터의 안료가 공급되게 하는 제3 분사구가 삽입되고, 상기 제3 분사구와 연결된 안료 분사노즐로부터 공급되는 안료를 상기 메인 안료 통로를 통해 상기 안료 배출공으로 배출시켜 상기 로터의 회전에 의해 폴리올 원액 및 이소시아네이트 원액 혼합물과 안료를 혼합하는 제2 혼합공정과, 상기 노즐 어댑터는 깔대기 형상의 본체 및 상기 본체의 하부로부터 수직 하방향으로 일정길이만큼 연장되는 우레탄 배출구로 구성되어 상기 우레탄 토출구의 하부에는 분리 가능하게 장착되고, 상기 본체의 경사진 방사상 하부에는 복수개의 노즐 배치공이 형성되며, 상기 노즐 배치공은 상기 본체의 내부에 한정되는 공간과 연통하도록 상기 본체의 경사진 하부를 관통하여 형성되고, 각각의 상기 노즐 배치공에는 상기 안료 분사 노즐의 자유단부가 삽입되며, 상기 노즐 어댑터의 하부에는 상기 메인 안료 통로로 첨가제를 공급하기 위한 첨가제 공급부가 장착되고, 상기 로터의 회전시 상기 첨가제 공급부로부터 공급되는 첨가제를 상기 제2 혼합공정의 혼합물에 혼합하는 제3 혼합공정과, 상기 제3 혼합공정에 의해 최종 완성된 발포체를 상기 우레탄 배출구를 통해 배출시켜 성형틀에서 하부 발포체를 성형하는 발포체 1차 성형공정, 및 상기 하부 발포체 위에 발포체를 추가로 적층되게 배출시켜 상기 성형틀에서 하부 발포체와 일체화되는 상부 발포체를 성형하는 발포체 2차 성형공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

경질의 물품을 제조하기 위한 우레탄 발포 공정{PROCESS FOR FORMING URETHANE}

본 발명은 우레탄 발포 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 내부의 경도가 외부 보다 상대적으로 높게 형성되는 물품을 하나의 공정으로 제조할 수 있는 경질의 물품을 제조하기 위한 우레탄 발포 공정에 관한 것이다.

일반적으로, 폴리우레탄 폼은 그 우수한 단열성이나 접착성을 이용하여, 주로 단열 부재로서 건축용 내외벽재나 패널 등의 단열, 금속 사이딩이나 전기 냉장고 등의 단열이나 각종 건축물의 구체 (軀體), 벽면, 천정, 지붕 등의 단열 및 결로 방지, 수액 파이프 등의 단열에 실용되고 있다.

이러한 폴리우레탄 폼은 통상적으로 폴리올 성분에 발포제, 추가로 필요에 따라 촉매나 정포제 (整泡劑), 난연제 등의 각종 보조제를 배합한 폴리올 배합액 (프레믹스액) 과, 이소시아네이트 성분을, 혼합 장치에 의해 연속적으로 또는 단속적으로 혼합하여 폴리우레탄 폼용 발포성 조성물로 하고, 이것을 슬래브 발포법, 주입 발포법, 스프레이 발포법, 라미네이트 연속 발포법 등의 방식에 의해 발포, 경화시킴으로써 제조되고 있다.

우레탄 산업에서의 대표적인 성형기술은 고온경화와 저온경화 기술이 있다. 고온 경화로 성형된 폼은 여러 측면에서 고밀도 연질 슬래브폼과 유사한 반면, 저온경화로 성형된 폼은 고밀도 연질 슬래브폼과는 다르고 천연고무 라텍스폼과 유사하다. 저온 경화 성형은 최근에 개발된 기술로서 반발탄성율이 60%이상이 되어 이 기술로 생산된 폼을 일컬어 고탄성폼이라고 한다. 저온경화 폼은 저압 발포기 또는 고압 발포기에 의해서 생산되며, 발포반응이 빠르기 때문에, 발포기의 토출량은 충분히 커야한다.

그러나, 종래기술에 따른 우레탄 폼은 도 10에 도시된 바와 같이 공극이 전체적으로 균일한 형태를 갖는 연질의 우레판 폼으로 제조되거나 또는 공극의 수가 밀집된 형태를 갖는 경질의 우레탄 폼으로 제조되기 한계가 있기 때문에, 내부의 경도가 외부 보다 상대적으로 높게 형성되는 우레탄 폼을 하나의 공정으로 제조할 수 없는 구조적인 문제점이 있다.

즉, 종래에는 내부의 경도가 외부 보다 상대적으로 높게 형성되는 우레탄 폼을 제조하기 위해서 연질의 우레판 폼과 경질의 우레탄 폼을 각각 형성한 뒤 이들을 별도의 공정에 의해 결합하는 방식을 채택하였으므로, 작업효율 및 생산성이 크게 저하될 수밖에 없었다.

대한민국 특허등록 제10-1290511호(2013년07월22일, 등록)

본 발명의 기술적 과제는, 하부 발포체 위에 상부 발포체를 일체로 적층 배치시키는 구조에 의해 내부의 경도가 외부 보다 상대적으로 높게 형성되어 외력에 의한 용이한 휨 변형을 방지할 수 있는 물품을 하나의 공정으로 제조할 수 있는 경질의 물품을 제조하기 위한 우레탄 발포 공정을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제는, 내부에 중공의 구형 반응실이 형성된 믹싱헤드 본체, 상기 믹싱헤드 본체의 측벽에 서로 대향되도록 설치된 폴리올 공급노즐과 이소시아네이트 공급노즐, 상기 믹싱헤드 본체의 상부에 설치된 모터, 상기 믹싱헤드 본체의 하부로부터 하방향으로 연장되도록 설치된 우레탄 토출구, 상기 우레탄 토출구의 내부에 배치되고 상기 모터의 회전축과 연결된 로터 어셈블리 및 상기 우레탄 토출구의 하부에 설치된 노즐 어댑터를 포함하고,

상기 폴리올 공급노즐로부터 공급되는 폴리올 원액과 상기 이소시아네이트 공급노즐로부터 공급되는 이소시아네이트 원액을 상기 믹싱헤드 본체의 반응실에서 혼합하는 제1 혼합공정과,

상기 로터 어셈블리는 상기 회전축의 단부가 삽입될 수 있도록 일측 내부에 회전축 삽입공이 형성된 회전축 어댑터, 상기 회전축 어댑터의 타측에 나사결합 방식으로 일체로 체결되는 로터, 상기 로터의 자유단부에 부착되는 단부캡으로 구성되되, 상기 로터의 방사상 외부면상에는 다수의 교반날개들이 돌출하여 형성되고, 상기 로터의 내부 중앙위치에는 상기 로터의 길이방향을 따라서 수직하게 연장된 메인 안료 통로가 형성되며, 상기 로터의 방사상 측벽에는 상기 메인 안료 통로와 유체 연결되는 다수의 안료 배출공이 형성되고, 상기 단부캡의 내부에는 상기 메인 안료 통로와 유체 연결되는 안료 도입 통로가 형성되며, 상기 안료 도입 통로의 하부에는 안료 공급원으로부터의 안료가 공급되게 하는 제3 분사구가 삽입되고, 상기 제3 분사구와 연결된 안료 분사노즐로부터 공급되는 안료를 상기 메인 안료 통로를 통해 상기 안료 배출공으로 배출시켜 상기 로터의 회전에 의해 폴리올 원액 및 이소시아네이트 원액 혼합물과 안료를 혼합하는 제2 혼합공정과,

상기 노즐 어댑터는 깔대기 형상의 본체 및 상기 본체의 하부로부터 수직 하방향으로 일정길이만큼 연장되는 우레탄 배출구로 구성되어 상기 우레탄 토출구의 하부에는 분리 가능하게 장착되고, 상기 본체의 경사진 방사상 하부에는 복수개의 노즐 배치공이 형성되며, 상기 노즐 배치공은 상기 본체의 내부에 한정되는 공간과 연통하도록 상기 본체의 경사진 하부를 관통하여 형성되고, 각각의 상기 노즐 배치공에는 상기 안료 분사 노즐의 자유단부가 삽입되며, 상기 노즐 어댑터의 하부에는 탄산칼륨/황산바륨 또는 액상의 프레온으로 이루어지는 첨가제를 상기 메인 안료 통로로 공급하기 위한 첨가제 공급부가 장착되고, 상기 로터의 회전시 상기 첨가제 공급부로부터 공급되는 첨가제를 상기 제2 혼합공정의 혼합물에 혼합하는 제3 혼합공정과,

상기 제3 혼합공정에 의해 최종 완성된 발포체를 상기 우레탄 배출구를 통해 배출시켜 성형틀에서 하부 발포체를 성형하는 발포체 1차 성형공정, 및

상기 하부 발포체 위에 발포체를 추가로 적층되게 배출시켜 상기 성형틀에서 하부 발포체와 일체화되는 상부 발포체를 성형하는 발포체 2차 성형공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 경질의 물품을 제조하기 위한 우레탄 발포 공정을 제공한다.

상기 첨가제 공급부는 중앙부에 형성되는 배출통로가 상기 우레탄 배출구의 하부에 나사결합에 의해 분리 가능하게 장착되고, 상기 배출통로의 둘레에 첨가제 저장공간이 형성되는 첨가제 저장탱크, 및 상기 메인 안료 통로와 연결되도록 상기 노즐 어댑터의 내부에서 상부로 길게 연장 형성되고, 상기 첨가제 저장탱크와 상기 배출통로 상에서 다수의 공급배관에 의해 방사형 구조로 연결되는 첨가제 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 첨가제는 탄산칼륨/황산바륨 또는 액상의 프레온 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 단부캡과 상기 로터의 본체 하부 사이에는 베어링이 배치되고, 이에 의해 상기 단부캡은 상기 로터의 회전에 영향을 받지않는 정적인 상태를 유지하게 되며, 상기 단부캡의 중간위치에는 장착 플랜지가 상기 단부캡의 방사상 외부로 수평방향으로 돌출하도록 형성되고, 상기 장착 플랜지의 자유단부 근처 위치에는 관통공이 형성되며, 상기 본체의 내부에는 고정돌기가 수직 상방향으로 일정길이만큼 연장 형성되고, 상기 고정돌기가 상기 관통공에 삽입됨으로써 상기 단부캡이 상기 본체의 내부에 고정 지지되는 것을 특징으로 한다.

상기 다수의 교반날개들중 상기 회전축 어댑터를 기준으로 하여 상기 회전축 어댑터에 제일 가까운 교반날개를 제1열의 교반날개라 했을 때, 상기 제1열의 교반날개 아래 위치에서 상기 로터의 방사상 측벽에는 다수의 안료 배출공들중 제1 안료 배출공들이 형성되고, 상기 제1 안료 배출공들의 수직 하류 위치에서 상기 로터의 방사상 측벽에는 상기 다수의 교반날개들중 제2열의 교반날개가 위치하게 되며, 상기 제2열의 교반날개 아래 위치에서 상기 로터의 방사상 측벽에는 다수의 안료 배출공들중 제2 안료 배출공들이 형성되고, 상기 제2 안료 배출공들의 수직 하류 위치에서 상기 로터의 방사상 측벽에는 상기 다수의 교반날개들중 제3열의 교반날개가 위치하게 되며, 상기 제3열의 교반날개 하류에는 상기 다수의 교반날개들중 교반날개들의 열들이 수직 등간격으로 배치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 하부 발포체 위에 상부 발포체를 일체로 적층 배치시키는 구조에 의해 내부의 경도가 외부 보다 상대적으로 높게 형성되어 외력에 의한 용이한 휨 변형을 방지할 수 있는 물품을 하나의 공정으로 제조할 수 있는 유용한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 우레탄 발포 공정에 사용되는 우레탄 발포기의 일예를 보인 단면도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 ‘A’부의 확대도이고, 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 우레탄 발포기에 마련된 첨가제 공급부의 저면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 우레탄 발포기의 로터 어셈블리를 보인 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 로터 어셈블리를 보인 분해사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 우레탄 발포기의 동작상태를 보인 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 하부 발포체의 탄성 이동 모습을 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 하부 발포체의 단면을 촬영한 사진이다.
도 8은 본 발명에 따라 제조된 하부 발포체 위에 상부 발포체를 일체로 적층 배치시킨 상태를 보인 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따라 제조된 상부 발포체의 탄성 이동 모습을 보여주는 단면도이다.
도 10은 종래의 발포 공정에 따라 제조된 물품의 셀 구조를 촬영한 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 경질의 물품을 제조하기 위한 우레탄 발포 공정은, 제1 혼합공정과, 제2 혼합공정과, 제3 혼합공정과, 발포체 1차 성형공정과, 그리고 발포체 2차 성형공정을 포함한다.

그리고 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 우레탄 발포 공정에 사용되는 우레탄 발포기는, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 내부에 중공의 구형 반응실(300)이 형성된 믹싱헤드 본체(110)와, 믹싱헤드 본체(110)의 측벽에 서로 대향되도록 설치된 폴리올 공급노즐(100)과 이소시아네이트 공급노즐(200)와, 믹싱헤드 본체(110)의 상부에 설치된 모터(400)와, 믹싱헤드 본체(110)의 하부로부터 하방향으로 연장되도록 설치된 우레탄 토출구(500)와, 우레탄 토출구(500)의 내부에 배치되고 모터(400)의 회전축(410)과 연결된 로터 어셈블리(600)와, 우레탄 토출구(500)의 하부에 설치된 노즐 어댑터(720)와, 그리고 노즐 어댑터의 하부에 설치된 첨가제 공급부(800)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명의 우레탄 공정에 사용되는 우레탄 발포기는 액체원료 공급실린더(도시되지 않음)에 따라 선택적으로 개방 또는 폐쇄되는 구조의 폴리올 공급노즐(100)과 이소시아네이트 공급노즐(200)을 갖는다. 폴리올 공급노즐(100)과 이소시아네이트 공급노즐(200)은 서로 대향하도록 믹싱헤드 본체(110)의 측벽에 각각 고정 장착된다. 믹싱헤드 본체(110)의 내부에는 중공의 반응실(300)이 형성된다. 바람직하게는, 상기 반응실(300)은 구형의 내부면을 갖도록 형성된다.

이렇게 형성된 반응실(300) 내에는 폴리올 공급노즐(100)에 유체 연결되고 폴리올 공급노즐(100)의 자유단부에 형성된 제1 분사구(102) 및 이소시아네이트 공급노즐(200)에 유체 연결되고 이소시아네이트 공급노즐(200)의 자유단부에 형성된 제2 분사구(202)가 위치한다. 반응실(300) 내에서 폴리올 공급노즐(100)의 제1 분사구(102)와 이소시아네이트 공급노즐(200)의 제2 분사구(202)는 이들 분사구로부터 각각 분사될 폴리올 주제 원액과 이소시아네이트 원액이 구형 반응실(300)의 내부 중앙위치에서 상호 교차되면서 구형의 반응실(300) 내면을 향하여 분사되도록 배치된다.

믹싱헤드 본체(110)의 상부에는 모터(400)가 배치되고, 모터(400)로부터 하방향으로 연장되는 회전축(410)은 구형 반응실(300)을 통과하여 반응실(300)의 하부까지 연장된다. 모터(400)의 회전축(410) 말단에는 로터 어셈블리(600)가 회전 가능하도록 장착된다. 로터 어셈블리(600)는 반응실(300)의 하부와 믹싱헤드 본체(110)의 하부로부터 하방향으로 연장되는 우레탄 토출구(500)에 걸쳐서 배치된다.

우레탄 토출구(500)의 하부에는 노즐 어댑터(720)가 분리 가능하게 장착된다. 노즐 어댑터(720)는 깔대기 형상의 본체(710) 및 상기 본체(710)의 하부로부터 수직 하방향으로 일정길이만큼 연장되는 우레탄 배출구(730)를 구비한다. 우레탄 토출구(500)의 하부 방사상 외면상에는 제1 수나사부(511)가 형성되고, 이에 대응하여 상기 본체(710)의 상부 방사상 내면상에는 제1 암나사부(714)가 형성된다. 제1 수나사부(511)와 제1 암나사부(714)의 나사결합에 의해서 우레탄 토출구(500)의 하부에 노즐 어댑터(720)가 분리 가능하게 결합된다.

상기 본체(710)의 경사진 방사상 하부에는 복수개의 노즐 배치공(712)이 형성되는데, 노즐 배치공(712)은 본체(710)의 내부에 한정되는 공간(S)과 연통하도록 본체(710)의 경사진 하부를 관통하여 형성된다. 노즐 배치공(712)에는 각각 안료 분사 노즐(700)의 자유단부가 삽입하여 배치된다. 안료 분사노즐(700)은 안료 공급실린더(도시되지 않음)에 따라 선택적으로 개방 또는 폐쇄되는 구조이며, 안료 분사노즐(700)의 자유단부에 예리하게 형성된 제3 분사구(702)는 상기 로터(620)의 자유단부에 부착되는 단부캡(630) 내로 삽입된다.

로터 어셈블리(600)는 모터(400)의 회전축(410) 단부가 삽입될 수 있도록 일측 내부에 회전축 삽입공(도시되지 않음)이 형성된 회전축 어댑터(610), 상기 회전축 어댑터(610)의 타측에 나사결합 방식으로 일체로 체결되는 로터(620), 상기 로터(620)의 자유단부에 부착되는 단부캡(630)을 포함한다. 이때, 상기 로터(620)의 방사상 외주면상에는 다수의 교반날개들(624a,624b,624c,624)이 돌출하여 형성된다. 교반날개들은 액상원료들의 혼합효율을 극대화할 수 있도록 그 형상 및 배치간격이 설정되어 있다.

상기 회전축 어댑터(610)의 타측 외면에는 제2 수나사부(611)가 돌출하여 형성된다. 이에 대응하여 로터(620)의 상측 내부에는 제2 암나사부(622)가 형성된다. 회전축 어댑터(610)의 제2 수나사부(611)가 로터(620)의 제2 암나사부(622)에 나사결합함으로써 어댑터(610)와 로터(620)가 일체로 체결된다.

이때, 어댑터(610)를 기준으로 하여 어댑터(610)에 제일 가까운 교반날개(624a)를 제1열의 교반날개라 했을 때, 제1열의 교반날개(624a) 아래 위치에서 로터(620)의 방사상 측벽에는 다수의 제1 안료 배출공들(626a)이 형성된다. 제1 안료 배출공들(626a)은 로터(620)의 내부 중앙위치에서 로터(620)의 길이방향을 따라서 수직하게 연장된 메인 안료 통로(650)와 연통하도록 유체 연결된다.

제1 안료 배출공들(626a)의 수직 하류 위치에서 로터(620)의 방사상 측벽에는 제2열의 교반날개(624b)가 위치하게 되고, 제2열의 교반날개(624b) 아래 위치에서 로터(620)의 방사상 측벽에는 다수의 제2 안료 배출공들(626b)이 형성된다. 제2 안료 배출공들(626b)은 상기 메인 안료 통로(650)와 연통하도록 유체 연결된다. 제2 안료 배출공들(626b)의 수직 하류 위치에서 로터(620)의 방사상 측벽에는 제3열의 교반날개(624c)가 위치하게 된다.

이러한 방식으로 안료 배출공들과 교반날개를 번갈아서 여러 층으로 구성할 수도 있고, 그렇지 않으면 도면에 도시한 바와 같이 제3열의 교반날개(624c) 하류에 다수의 교반날개들(624)의 열들을 수직 등간격으로 배치하여 구성할 수도 있다. 이와 같은 안료 배출공들과 교반날개의 배치 설계는 폴리올 주제 원액과 이소시아네이트 원액 혼합물에 대한 안료의 혼합비율을 고려하여 다양하게 변경될 수 있음을 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

앞서 설명한 바와 같이 로터(620)의 본체 하부에는 단부캡(630)이 부착되는데, 이때 단부캡(630)과 로터(620)의 본체 하부 사이에는 베어링(640)이 배치되고, 이에 의해 단부캡(630)은 로터(620)의 회전에 영향을 받지않는 정적인 상태를 유지하게 된다.

단부캡(630)의 내부에는 로터(620)의 메인 안료 통로(650)와 연통하는 안료 도입 통로(632)가 형성되는데, 안료 도입 통로(632)에는 앞서 설명한 안료 분사 노즐(700)의 자유단부에 형성된 제3 분사구(702)가 삽입된다.

단부캡(630)의 중간위치에는 장착 플랜지(634)가 단부캡(630)의 방사상 외부로 수평방향으로 돌출하도록 형성되고, 장착 플랜지(634)의 자유단부 근처 위치에는 관통공(635)이 형성된다.

앞서 설명한 바와 같이 우레탄 토출구(500)의 하부에는 노즐 어댑터(720)가 분리 가능하게 장착되는데, 이때 노즐 어댑터 본체(710)의 내부에는 고정돌기(716)가 수직 상방향으로 일정길이만큼 연장 형성되어 상기 관통공(635)에 삽입되는 방식으로 단부캡(630)이 안료 분사 노즐(700)의 본체(710) 내부에 고정 지지된다.

첨가제 공급부(800)는 첨가제 저장탱크(810)와 첨가제 분사노즐(820)을 구비한다. 즉, 첨가제 저장탱크(810)는 중앙부에 형성되는 배출통로(812)가 우레탄 배출구(730)의 하부에 나사결합에 의해 분리 가능하게 장착되고, 배출통로(812)의 둘레에 첨가제 저장공간(814)이 형성된다. 첨가제 분사노즐(820)은 메인 안료 통로(650)와 연결되도록 노즐 어댑터(720)의 내부에서 상부로 길게 연장 형성되고, 첨가제 저장탱크(810)와 배출통로(812) 상에서 다수의 공급배관(822)에 의해 방사형 구조로 연결된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 우레탄 발포기를 이용한 우레탄 발포 공정을 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 폴리올 공급노즐(100)로부터 공급되는 폴리올 원액과 이소시아네이트 공급노즐(200)로부터 공급되는 이소시아네이트 원액을 믹싱헤드 본체(110)의 반응실(300)에서 혼합하는 제1 혼합공정이 이루어진다. 폴리올 공급노즐(100)과 이소시아네이트 공급노즐(200)의 끝단이 구형상의 내면을 갖는 반응실(300) 내에서 상호 대칭적으로 위치하고 있기 때문에, 액체원료 공급실린더(도시되지 않음)의 작동에 따라 반응실(300)로 공급되는 폴리올 원액과 이소시아네이트 원액이 구형 반응실(300)의 내부에서 상호 교차되면서 그 순간부터 강제적으로 혼합된다. 즉, 폴리올 주제 원액의 분사 배향과 이소시아네이트 원액의 분사 배향의 교차점이 구형 반응실(300)의 내부 또는 구형 반응실(300)의 표면에 구현될 수 있다.

이후, 제3 분사구(702)와 연결된 안료 분사노즐(700)로부터 공급되는 안료를 메인 안료 통로(650)를 통해 안료 배출공(626a, 626b)으로 배출시켜 로터(620)의 회전에 의해 폴리올 원액 및 이소시아네이트 원액 혼합물과 혼합하는 제2 혼합공정이 이루어진다. 반응실(300) 내에서 교차 혼합된 폴리올 주제 원액과 이소시아네이트 원액의 혼합물은 계속해서 우레탄 토출구(500) 쪽으로 하방향 유동하게 되는데, 이때 반응실(300)의 하부와 우레탄 토출구(500)의 경계위치 바로 하류에서 로터(620)의 제1 안료 배출공(626a) 및 제2 안료 배출공(626b)을 통해서 배출되는 안료가 추가 혼합된다.

즉, 노즐 어댑터(720)의 본체(710) 하부에 형성된 노즐 배치공(712)을 통해서 안료 분사 노즐(700)의 자유단부가 삽입되고 계속해서 노즐 어댑터(720)에 의해서 한정되는 공간(S)에서 단부캡(630)의 안료 도입 통로(632) 내로 안료 분사 노즐(700)의 제3 분사구(702)가 삽입되어 있으므로, 제3 분사구(702)를 통해서 분사된 안료는, 안료 도입 통로(632)를 지나서 로터 어셈블리(600)의 메인 안료 통로(650)를 통해 상방향으로 유동한 후 로터(620)의 제1 안료 배출공(626a) 및 제2 안료 배출공(626b)을 통해서 배출되어, 로터(620)가 회전함에 따라 발생하는 원심력에 의해 다수의 교반날개(624)에 의해서 조성되는 폴리올 주제 원액과 이소시아네이트 원액 혼합물의 회전류에 혼입되면서 자연스럽게 추가로 혼합되는 것이다. 이와 같은 회전류에 의해서 안료의 혼합효율이 향상된다.

이후, 로터(620)의 회전시 첨가제 공급부(80)로부터 공급되는 첨가제를 제2 혼합공정의 혼합물에 혼합하는 제3 혼합공정이 이루어진다. 즉, 첨가제 저장탱크(810)에 저장된 첨가제는 공급배관(822)과 첨가제 분사노즐(820)을 경유하여 메인 안료 통로(650)로 공급되고, 로터(620)의 제1 안료 배출공(626a) 및 제2 안료 배출공(626b)을 통해서 배출되어, 로터(620)가 회전함에 따라 발생하는 원심력에 의해 다수의 교반날개(624)에 의해서 조성되는 폴리올 원액과 이소시아네이트 원액 및 안료 혼합물의 회전류에 혼입되면서 자연스럽게 추가로 혼합되는 것이다. 이와 같은 회전류에 의해서 첨가제의 혼합효율이 향상된다. 폴리올 원액과 이소시아네이트 원액 및 안료에 첨가제가 추가된 혼합물은 다수의 교반날개 유닛들(624)을 거치면서 교반날개들(624)에 의해 더욱 균일하게 혼합되어 우레탄 토출구(500) 및 우레탄 배출구(730)를 통해 외부로 배출된다.

이때, 첨가제는 탄산칼륨/황산바륨 또는 액상의 프레온 중에서 선택되는 어느 하나의 액상이 사용될 수 있으며, 첨가제는 제2 혼합공정의 혼합물 100중량부에 대하여 1~10중량부의 양으로 배합된다. 보다 바람직하게는 첨가제는 제2 혼합공정의 혼합물 100중량부에 대하여 2~5중량부의 양으로 배합되는 것이 바람직하다. 즉, 제2 혼합공정의 혼합물에 배합되는 첨가제의 양이 상기한 양보다 적게 배합되면 최종적으로 제조되는 물품의 내부 발포성이 떨어지게 되고 반대로 상기한 양보다 적게 배합되면 최종적으로 제조되는 물품의 외부 경도가 떨어져 원하는 물품을 얻기 곤란하게 된다.

이후, 제3 혼합공정에 의해 최종 완성된 발포체를 우레탄 배출구(730)를 통해 배출시켜 성형틀에서 하부 발포체(1)를 성형하는 발포체 제1 성형공정이 이루어진다. 즉, 본 발명의 우레탄 발포기를 통해 발포된 발포체는 원하는 성형틀에 발포되어 1시간 내지 3시간 동안 방치하면 도 6과 같이 처음에는 전체적으로 균일한 공극을 갖는 연질 재질의 우레탄 폼 형태의 물품 형태에서 시간이 흐르면서 경화되는 과정을 거치면서 내부의 공극은 극대화되고 외부는 밀집되어진 상태의 하부 발포체(1)로 형성된다. 이러한 하부 발포체(1)는 외부의 경도가 내부 보다 상대적으로 높게 형성되는 구조로 성형되는 것이다.

한편, 도 7은 첨가제를 제2 혼합공정의 혼합물 100중량부에 대하여 4중량부의 양으로 배합하고 로터(620)를 3500rpm으로 하여 원하는 성형틀에 발포한 후 2시간 동안 방치하여 제조한 우레탄 폼 형태의 물품의 모습의 단면을 촬영한 것이다. 도 7의 사진을 통해, 내부는 다수의 공극이 형성되어 탄성이 극대화되고 외부는 밀집된 구조를 갖는 외부의 경도가 내부 보다 상대적으로 높게 형성되는 물품이 만들어짐을 확인할 수 있다.

이후, 하부 발포체(1) 위에 발포체를 추가로 적층되게 배치시켜 성형틀에서 하부 발포체(1)와 일체화되는 상부 발포체(2)를 성형하는 발포체 2차 성형공정이 이루어진다. 즉, 본 발명의 우레탄 발포기를 통해 발포된 발포체는 성형틀에서 하부 발포체(1) 위에 적층 발포되어 1시간 내지 3시간 동안 방치하면 도 8과 같이 처음에는 전체적으로 균일한 공극을 갖는 연질 재질의 우레탄 폼 형태의 물품 형태에서 시간이 흐르면서 경화되는 과정을 거친 후, 도 9와 같이 내부의 공극은 극대화되고 외부는 밀집되어진 상태의 상부 발포체(2)로 형성된다. 이러한 상부 발포체(2)는 하부 발포체(1)와 마찬가지로 외부의 경도가 내부 보다 상대적으로 높게 형성되는 구조로 성형되는 것이다.

이와 같이, 본 발명은 하부 발포체(1) 위에 상부 발포체(2)를 일체로 적층 배치시키는 구조에 의해, 상,하부 발포체(1, 2)의 경계부는 그 강도가 극대화됨으로써 내부의 경도가 외부 보다 상대적으로 높은 물품을 제조할 수 있게 되는 것이다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들1은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 폴리올 공급노즐 110 : 믹싱헤드 본체
102,202,702 : 분사구 200 : 이소시아네이트 공급노즐
300 : 반응실 400 : 모터
500 : 우레탄 토출구 510 : 측벽
600 : 로터 어셈블리 610 : 회전축 어댑터
620 : 로터 624a,624b,624c,624 : 교반날개
626a,626b : 안료 배출공 630 : 단부캡
632 : 안료 도입 통로 634 : 장착 플랜지
700 : 안료 분사 노즐 710 : 본체
712 ; 노즐 배치공 716 : 고정 돌기
720 ; 노즐 어댑터 730 : 우레탄 배출구
800 : 첨가제 공급부 810 : 첨가제 저장탱크
820 : 첨가제 분사노즐

Claims

내부에 중공의 구형 반응실(300)이 형성된 믹싱헤드 본체(110), 상기 믹싱헤드 본체(110)의 측벽에 서로 대향되도록 설치된 폴리올 공급노즐(100)과 이소시아네이트 공급노즐(200), 상기 믹싱헤드 본체(110)의 상부에 설치된 모터(400), 상기 믹싱헤드 본체(110)의 하부로부터 하방향으로 연장되도록 설치된 우레탄 토출구(500), 상기 우레탄 토출구(500)의 내부에 배치되고 상기 모터(400)의 회전축(410)과 연결된 로터 어셈블리(600) 및 상기 우레탄 토출구(500)의 하부에 설치된 노즐 어댑터(720)를 포함하는 우레탄 발포기를 이용하여 발포하되,
상기 폴리올 공급노즐(100)로부터 공급되는 폴리올 원액과 상기 이소시아네이트 공급노즐(200)로부터 공급되는 이소시아네이트 원액을 상기 믹싱헤드 본체(110)의 반응실(300)에서 혼합하는 제1 혼합공정과,
상기 로터 어셈블리(600)는 상기 회전축(410)의 단부가 삽입될 수 있도록 일측 내부에 회전축 삽입공이 형성된 회전축 어댑터(610), 상기 회전축 어댑터(610)의 타측에 나사결합 방식으로 일체로 체결되는 로터(620), 상기 로터(620)의 자유단부에 부착되는 단부캡(630)으로 구성되되, 상기 로터(620)의 방사상 외부면상에는 다수의 교반날개들(624a, 624b, 624c, 624)이 돌출하여 형성되고, 상기 로터(620)의 내부 중앙위치에는 상기 로터(620)의 길이방향을 따라서 수직하게 연장된 메인 안료 통로(650)가 형성되며, 상기 로터(620)의 방사상 측벽에는 상기 메인 안료 통로(650)와 유체 연결되는 다수의 안료 배출공(626a, 626b)이 형성되고, 상기 단부캡(630)의 내부에는 상기 메인 안료 통로(650)와 유체 연결되는 안료 도입 통로(632)가 형성되며, 상기 안료 도입 통로(632)의 하부에는 안료 공급원으로부터의 안료가 공급되게 하는 제3 분사구(702)가 삽입되고, 상기 제3 분사구(702)와 연결된 안료 분사노즐(700)로부터 공급되는 안료를 상기 메인 안료 통로(650)를 통해 상기 안료 배출공(626a, 626b)으로 배출시켜 상기 로터(620)의 회전에 의해 폴리올 원액 및 이소시아네이트 원액 혼합물과 혼합하는 제2 혼합공정과,
상기 노즐 어댑터(720)는 깔대기 형상의 본체(710) 및 상기 본체(710)의 하부로부터 수직 하방향으로 일정길이만큼 연장되는 우레탄 배출구(730)로 구성되어 상기 우레탄 토출구(500)의 하부에는 분리 가능하게 장착되고, 상기 본체(710)의 경사진 방사상 하부에는 복수개의 노즐 배치공(712)이 형성되며, 상기 노즐 배치공(712)은 상기 본체(710)의 내부에 한정되는 공간(S)과 연통하도록 상기 본체(710)의 경사진 하부를 관통하여 형성되고, 각각의 상기 노즐 배치공(712)에는 상기 안료 분사 노즐(700)의 자유단부가 삽입되며, 상기 노즐 어댑터(720)의 하부에는 상기 메인 안료 통로(650)로 첨가제를 공급하기 위한 첨가제 공급부(800)가 장착되고, 상기 로터(620)의 회전시 상기 첨가제 공급부(80)로부터 공급되는 첨가제를 상기 제2 혼합공정의 혼합물에 혼합하는 제3 혼합공정과,
상기 제3 혼합공정에 의해 최종 완성된 발포체를 상기 우레탄 배출구(730)를 통해 배출시켜 성형틀에서 하부 발포체(1)를 성형하는 발포체 1차 성형공정, 및
상기 하부 발포체(1) 위에 발포체를 추가로 적층되게 배출시켜 상기 성형틀에서 하부 발포체(1)와 일체화되는 상부 발포체(2)를 성형하는 발포체 2차 성형공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 경질의 물품을 제조하기 위한 우레탄 발포 공정.
제1항에 있어서,
상기 첨가제 공급부(800)는,
중앙부에 형성되는 배출통로(812)가 상기 우레탄 배출구(730)의 하부에 나사결합에 의해 분리 가능하게 장착되고, 상기 배출통로(812)의 둘레에 첨가제 저장공간(814)이 형성되는 첨가제 저장탱크(810), 및
상기 메인 안료 통로(650)와 연결되도록 상기 노즐 어댑터(720)의 내부에서 상부로 길게 연장 형성되고, 상기 첨가제 저장탱크(810)와 상기 배출통로(812) 상에서 다수의 공급배관(822)에 의해 방사형 구조로 연결되는 첨가제 분사노즐(820)을 포함하는 것을 특징으로 하는 경질의 물품을 제조하기 위한 우레탄 발포 공정.
제1항에 있어서,
상기 첨가제는,
탄산칼륨/황산바륨 또는 액상의 프레온 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 경질의 물품을 제조하기 위한 우레탄 발포 공정.
제1항에 있어서,
상기 단부캡(630)과 상기 로터(620)의 본체 하부 사이에는 베어링(640)이 배치되고, 이에 의해 상기 단부캡(630)은 상기 로터(620)의 회전에 영향을 받지않는 정적인 상태를 유지하게 되며, 상기 단부캡(630)의 중간위치에는 장착 플랜지(634)가 상기 단부캡(630)의 방사상 외부로 수평방향으로 돌출하도록 형성되고, 상기 장착 플랜지(634)의 자유단부 근처 위치에는 관통공(635)이 형성되며, 상기 본체(710)의 내부에는 고정돌기(716)가 수직 상방향으로 일정길이만큼 연장 형성되고, 상기 고정돌기(716)가 상기 관통공(635)에 삽입됨으로써 상기 단부캡(630)이 상기 본체(710) 내부에 고정 지지되는 것을 특징으로 하는 경질의 물품을 제조하기 위한 우레탄 발포 공정.
제1항에 있어서,
상기 다수의 교반날개들(624a,624b,624c,624)중 상기 회전축 어댑터(610)를 기준으로 하여 상기 회전축 어댑터(610)에 제일 가까운 교반날개를 제1열의 교반날개(624a)라 했을 때, 상기 제1열의 교반날개(624a) 아래 위치에서 상기 로터(620)의 방사상 측벽에는 다수의 안료 배출공들(626a,626b)중 제1 안료 배출공들(626a)이 형성되고, 상기 제1 안료 배출공들(626a)의 수직 하류 위치에서 상기 로터(620)의 방사상 측벽에는 상기 다수의 교반날개들(624a,624b,624c,624)중 제2열의 교반날개(624b)가 위치하게 되며, 상기 제2열의 교반날개(624b) 아래 위치에서 상기 로터(620)의 방사상 측벽에는 다수의 안료 배출공들(626a,626b)중 제2 안료 배출공들(626b)이 형성되고, 상기 제2 안료 배출공들(626b)의 수직 하류 위치에서 상기 로터(620)의 방사상 측벽에는 상기 다수의 교반날개들(624a,624b,624c,624)중 제3열의 교반날개(624c)가 위치하게 되며, 상기 제3열의 교반날개(624c) 하류에는 상기 다수의 교반날개들(624a,624b,624c,624)중 교반날개들(624)의 열들이 수직 등간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 경질의 물품을 제조하기 위한 우레탄 발포 공정.