KR20210062985A - 시트 가스켓의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 시트 가스켓 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시트 가스켓의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 시트 가스켓에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 신축성을 가지면서 내열성이 우수한 시트 가스켓의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 시트 가스켓에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 탄소분말과 테프론분말을 0.5 내지 1.5:0.5 내지 1.5의 중량비율로 혼합하여 복합분말을 형성하는 단계; 복합분말을 몰드에 투입하여 1,000 내지 2,000kg의 1차 압력을 가해 1차 성형물을 형성하는 단계; 1차 성형물에 2,500 내지 3,500kg의 2차 압력을 가하여 2차 성형물을 형성하는 단계; 2차 성형물을 350~400℃에서 열처리를 통해 3차 성형물을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시트 가스켓의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 시트 가스켓을 기술적 요지로 한다.

Description

시트 가스켓의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 시트 가스켓{Manufacturing method of sheet gasket and sheet gasket manufactured from the same}

본 발명은 시트 가스켓의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 시트 가스켓에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 신축성을 가지면서 내열성이 우수한 시트 가스켓의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 시트 가스켓에 관한 것이다.

가스켓은 플랜지에 기계적으로 결합되어 매우 격한 작동 환경인 고온고압의 조건에서도 밀봉성을 유지하여 액체 또는 기체와 같은 유체의 누출을 막는 부속품이다. 따라서 상기와 같은 특성을 갖도록 다양한 종류의 가스켓들이 개발되고 있다.

이러한 가스켓은 밀봉기능을 높이거나 플랜지의 변형을 방지하기 위하여, 두께를 두껍게 형성하여 충분한 강성을 가지게 하거나 볼트를 조밀하게 배치하여야 한다.

특히 가스켓은 플랜지의 조도, 휨이 없는 평활도, 볼트의 취부력 등의 플랜지의 특성에 관한 사항과 내부에 흐르는 유체의 종류, 압력, 온도 등의 영향도 밀접한 관계를 가질 뿐만 아니라, 소재의 특성과 구조에 따라 밀봉성능에 밀접한 관계를 가진다.

예를 들어, 플랜지의 강성이 약한 경우 볼트가 취부되는 부분은 고면압을 받게 되고 볼트로부터 멀리 떨어져 있을수록 저면압을 받게 된다. 하지만 플랜지는 저면압을 받는 즉, 볼트로부터 멀리 떨어진 부분에서 유체가 누설된다. 이를 방지하기 위해 볼트의 취부력을 증가시키게 되면 플랜지가 더욱 크게 변형되고 볼트에서 가까운 곳은 과도한 압력이 발생함에 따라, 가스켓이 탄성 한계를 넘어 파괴되어 플랜지의 외부로 밀려나가게 될 뿐만 아니라 밀봉기능이 급격히 저하된다.

이처럼 종래의 가스켓은 단일 고무 또는 발포고무로 제조되기 때문에, 플랜지의 강성이 약해 볼트의 취부력에 의해 변형되는 등 만족할만한 밀봉기능을 확보할 수 없으므로, 이를 해소하기 위한 새로운 가스켓의 기술개발 연구가 절실히 요구되고 있는 시점이다.

국내 공개특허공보 제10-2017-0073844호, 2017.06.29.자 공개.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 신축성을 가지면서 내열성이 우수한 시트 가스켓의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 시트 가스켓을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 탄소분말과 테프론분말을 0.5 내지 1.5:0.5 내지 1.5의 중량비율로 혼합하여 복합분말을 형성하는 단계; 상기 복합분말을 몰드에 투입하여 1,000 내지 2,000kg의 1차 압력을 가해 1차 성형물을 형성하는 단계; 상기 1차 성형물에 2,500 내지 3,500kg의 2차 압력을 가하여 2차 성형물을 형성하는 단계; 및 상기 2차 성형물을 350~400℃에서 열처리를 통해 3차 성형물을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시트 가스켓의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 2차 성형물을 형성하는 단계에서는, 상기 2차 압력을 가한 후 상기 2차 성형물을 상온에 방치하여 안정화시킴으로써, 상기 2차 성형물에 함유된 가스를 제거하는 것을 특징으로 한다.

상기의 다른 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 상기 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 시트 가스켓을 제공한다.

상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명의 시트 가스켓의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 시트 가스켓은, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 탄소분말로 인해 300℃ 이상의 고온에서도 견딜 수 있으므로, 시트 가스켓의 내열성이 우수한 효과가 있다.

둘째, 테프론분말로 인해 시트 가스켓에 신축성을 부여하여 탄성의 한계를 극복함으로써 밀봉기능을 최적화할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 탄소분말과 테프론분말 외에 유기용매나 충진제와 같은 다른 첨가제를 사용하지 않아도 되므로, 원가를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 시트 가스켓 사진.
도 2는 본 발명의 순서도.
도 3은 탄소분말 시험성적서.
도 4는 본 발명의 복합분말 가압 예시도.
도 5는 시트 가스켓의 굽힘 실험 사진.
도 6은 시트 가스켓의 굽힘 실험 사진.
도 7은 300℃에 노출 전의 시트 가스켓 사진.
도 8은 300℃에 노출 후의 시트 가스켓 사진.
도 9는 300℃에 노출 전/후의 시트 가스켓 시험성적서.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 시트 가스켓 사진이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시트 가스켓은 탄소분말과 테프론분말이 0.5 내지 1.5:0.5 내지 1.5의 중량비율로 혼합 형성됨으로써, 신축성을 가지면서 300℃ 이상의 고온에서도 파괴되지 않고 밀봉기능을 충분히 할 수 있는 것에 특징이 있다.

도 2는 본 발명의 순서도이다. 도 2에 도시된 바를 참조하면, 상술한 특징은 복합분말을 형성하는 단계(S10), 1차 성형물을 형성하는 단계(S20), 2차 성형물을 형성하는 단계(S30) 및 3차 성형물을 형성하는 단계(S40)를 통하여 달성될 수 있으며, 이러한 특징은 아래에서 더욱 상세히 설명해 보기로 한다.

먼저, 탄소분말과 테프론분말을 0.5 내지 1.5:0.5 내지 1.5의 중량비율로 혼합하여 복합분말을 형성한다(S10).

즉 탄소분말과 테프론분말만을 사용하여 복합분말을 형성한다. 혼합의 경우 니더(kneader)기를 사용하여 실시될 수 있으며, 이에 한정되는 것만은 아니고 다양한 방식으로 혼합이 가능하다.

첫째, 탄소분말(Carbon Powder)은 시트 가스켓에 강성을 부여하면서 300℃ 이상의 고온에서도 견딜 수 있는 자체 내열성을 갖도록 한다.

도 3은 탄소분말 시험성적서이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 탄소분말은 KSM ISO 1183-1:2014(방법B)에 의해 밀도가 1.691g/㎠이고, KSA 0507:2007(건식수동체가름)에 의해 체가름(통과율)이 51.7%임을 알 수 있다.

이러한 탄소분말이 복합분말로 구성될 때 0.5중량비율 미만이면 혼합되는 양이 작아 시트 가스켓에 내열성 보강 효과가 미미하여 시트 가스켓이 300℃ 이상에서 내열성을 보이지 않을 우려가 있다.

이와 달리, 탄소분말이 1.5중량비율을 초과하면 시트 가스켓이 고온에 견뎌내기에 유리할 수는 있으나 탄소분말 자체의 강성이 강해 성형성이 좋지 못하여 시트 가스켓이 우수한 신축성을 가지지 못하게 되어 오히려 밀봉기능에 문제점이 발생할 수 있다.

둘째, 테프론(Polytelrafluoro ethylene, PTFE)분말은 300℃ 이상의 고온에 견디는 탄소분말에 신축성을 부여하면서 시트 가스켓의 표면 질감을 향상시키도록 한다.

테프론분말이 0.5중량비율 미만이면 시트 가스켓의 표면 질감이 견고하지 못할 뿐만 아니라, 시트 가스켓으로의 성형이 쉽지 않다. 왜냐하면 테프론분말이 충분히 혼합되지 않으면 시트 가스켓이 쉽게 부서지기 때문이다.

반면, 테프론분말이 1.5중량비율을 초과하면 테프론분말이 추가되는 양만큼 탄소분말을 추가해야 하기 때문에 공정상 번거로움이 발생할 수 있으며, 또한 테프론분말이 너무 많이 첨가되면 시트 가스켓의 신축성이 너무 강해져 오히려 시트 가스켓의 변형이 쉽게 일어나기 때문에 시트 가스켓으로써의 역할을 제대로 하지 못한다.

단, 본 발명에서는 탄소분말과 테프론분말만을 가지고 복합분말을 만들기 때문에 원가 절감에 특징이 있는데, 경우에 따라 가스켓 제조에 첨가될 수 있는 첨가제의 사용이 가능할 수도 있다.

다음으로, 복합분말을 몰드에 투입하여 1,000 내지 2,000kg의 1차 압력을 가해 1차 성형물을 형성한다(S20).

도 4는 본 발명의 복합분말 가압 예시도이다. 도 4는 몰드에 복합분말을 투입하여 압력을 가하는 모습을 사진으로 나타낸 것임을 알 수 있다.

즉 도 4-(a)는 몰드에 복합분말을 투입한 모습을 사진으로 나타낸 것이고, 도 4-(b)는 도 4-(a)의 내부에 투입된 복합분말에 1,000 내지 2,000kg의 압력을 가하는 예시적인 모습을 사진으로 나타낸 것이다.

만약 1차 가압 시, 1,000kg 미만으로 가압하면 복합분말에 가해지는 압력이 너무 작아 시트 가스켓으로 성형하기까지 많이 시간이 소요되고, 이와 함께 1차 성형물의 내부 밀도가 조밀하지 못하여 제품성이 없게 된다.

반면, 1차 가압 시 2,000kg을 초과하여 가압하면 압력이 너무 세 1차 성형물의 내부 밀도가 너무 높아져 추후 시트 가스켓의 신축성이 부족해질 수 있고, 추후 2차 가압할 때의 압력과 크게 차이가 나지 않아 가압 효율이 떨어진다.

가장 바람직하게는 1차 가압 시에는 1,500kg의 압력으로 복합분말을 가압하는 것이 좋으며, 제조되는 시트 가스켓의 크기에 따라 다양하게 변경 가능하다.

참고로, 몰드 내부에는 수지 또는 고무계열의 메시망(미도시)이 설치될 수 있는데, 이렇게 몰드 내부에 설치된 메시망을 통해 몰드 내부로 복합분말이 투입되어 1차 가압 및 2차 가압이 이루어진 후 최종 완성되는 시트 가스켓 내부에 메시망이 삽입된 상태로 이루어짐에 따라 시트 가스켓의 형상 유지에 도움을 주어 내구성 향상에 시너지 효과를 발현할 수 있다.

이때 메시망은 수지 또는 고무계열로 이루어지기 때문에 탄소분말과 테프론분말과의 이질감이 없는 장점이 있다. 그리고 시트 가스켓의 내부에 메시망이 삽입 형성됨에 따라, 시트 가스켓 사용 시 일부의 파편이 이탈 또는 탈리되더라도 시트 형상의 가스켓 형상을 유지해줄 수 있는 장점이 있다.

다음으로, 1차 성형물에 2,500 내지 3,500kg의 2차 압력을 가한 후 상온에 방치하여 안정화시켜 2차 성형물을 형성한다(S30).

즉 1,000 내지 2,000kg의 1차 가압을 통해 형성된 1차 성형물에다가, 상대적으로 더 높은 압력의 2,500 내지 3,500kg을 가하여 균일한 밀도를 갖는 2차 성형물을 형성한다.

특히 1,000 내지 2,000kg의 1차 압력을 가하여 형성된 1차 성형물에 2,500 내지 3,500kg의 2차 압력을 가하는 이유는, 1차 압력 시 부족할 수 있는 압력을 추가로 가하여 시트 가스켓 내부의 기공을 최소화하여 제품성 향상에 기여하고자 하기 위함이다.

만약 1차 성형물에다가 2,500kg 미만으로 압력을 가하면 최종 가스켓으로의 형상을 만들어주기에 어려움이 없을지는 모르나 균일한 밀도를 가지기에 부족하다. 이와 달리, 3,500kg을 초과하여 압력을 가하면 가압력이 너무 세져 시트 가스켓의 두께를 너무 얇게 만들어버릴 수 있기 때문에 시트 가스켓의 역할을 제대로 하지 못할 뿐만 아니라 물성 변형을 초래할 수 있다.

마지막으로, 2차 성형물을 350~400℃에서 열처리를 통해 3차 성형물을 형성한다(S40).

1차 압착 및 2차 압착을 통해 형성된 2차 성형물을 350~400℃로 노출된 열처리로에서 10~20시간 동안 열처리한다. 350℃ 미만이면 시트 가스켓으로의 형태를 유지해주기 어렵고 400℃를 초과하면 너무 높은 온도로 인해 시트 가스켓의 형상 변화를 초래하여 제품성이 없게 되는 문제점이 있으므로, 350~400℃ 범위에서 적절히 조절하여 열처리하는 것이 바람직하며, 370℃가 가장 바람직하다.

이렇게 350~400℃ 온도 범위에서 열처리를 거쳐 3차 성형물의 물성이 견고해지기 때문에 3차 성형물은 300℃ 이상에서도 무리없이 내열성을 가지게 되는 것이다.

1차 압력 및 2차 압력을 가할 때 열처리를 함께 진행하지 않는 이유는, 열과 압을 동시에 가했을 때 시트 가스켓의 표면 불균일성이 일부 보여, 이를 해소하기 위해 가압공정부터 진행한 후 가열공정을 진행하는 것이 바람직하다. 단, 3차 성형물은 시트 가스켓을 의미한다.

이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단, 이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

상온 18℃에서 정전기가 발생하지 않도록 유지하면서 탄소분말과 테프론분말이 1:1의 중량비율로 이루어진 10kg을 25분 정도 분말배합기에서 배합을 한 후 유압성형기를 사용하여 자동몰딩을 하였다.

1,500kg으로 3분 가압하여 1차 몰딩한 후 3,000kg으로 10분 가압하여 2차 몰딩한 후, 몰딩 시 내부에 잔류하고 있는 가스가 날아가도록 하고 시트 가스켓의 균열을 방지하기 위해 5분 동안 방치하였다.

이렇게 몰딩이 완료된 상태에서 전용 열처리로에서 370℃의 온도 조건으로 17시간 동안 열처리한 후 균열 방지를 위해 5시간에 걸쳐 서서히 온도를 낮춰 시트 가스켓을 제조하였다.

실시예를 통해 제조된 시트 가스켓의 신축성이 우수한지를 손으로 파지하여 실험해 보았으며, 이를 육안으로 살펴보았다.

도 5는 시트 가스켓의 굽힘 실험 사진이다. 도 5-(a)는 최종 만들어진 시트 가스켓의 양측을 손으로 잡은 상태를 사진으로 나타낸 것이고, 도 5-(b) 및 도 5-(c)는 도 5-(a)의 시트 가스켓의 양측을 상부방향으로 굽혔을 때 신축되는 정도를 각각 나타낸 것이다.

도 6은 시트 가스켓의 굽힘 실험 사진이다. 도 6-(a)는 최종 만들어진 시트 가스켓의 양측을 손으로 잡은 상태를 사진으로 나타낸 것이고, 도 6-(b) 및 도 6-(c)는 도 6-(a)의 시트 가스켓의 양측을 하부방향으로 굽혔을 때 신축되는 정도를 각각 나타낸 것이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명을 통해 제조된 시트 가스켓을 양측으로 잡은 후, 어느 방향으로 굽히게 되더라도 신축되는 정도가 양호하여 제품성이 우수함을 확인할 수 있다.

이어서 실시예를 통해 제조된 시트 가스켓이 고온에서도 내열성을 갖는지를 실험해 보았으며, 300℃에서 노출 전과 후를 육안으로 살펴보았다.

도 7은 300℃에 노출 전의 시트 가스켓 사진으로써, 도 7-(a)는 300℃의 고온에 노출시키기 전의 시트 가스켓의 표면을 사진으로 나타낸 것이고, 도 7-(b)는 300℃의 고온에 노출시키기 전의 시트 가스켓의 측면을 사진으로 나타낸 것이다.

도 8은 300℃에 노출 후의 시트 가스켓 사진으로써, 도 8-(a)는 300℃의 고온에 노출시킨 후의 시트 가스켓의 표면을 사진으로 나타낸 것이고, 도 8-(b)는 300℃의 고온에 노출시킨 후의 시트 가스켓의 측면을 사진으로 나타낸 것이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 실시예를 통해 제조된 시트 가스켓을 300℃의 고온에 노출시키게 되더라도 크랙과 같은 파손이 발생하지 않음을 알 수 있다. 기존의 가스켓들은 150℃ 이하의 직열에서만 품질을 보증하고 있는데, 본 발명을 통한 시트 가스켓은 300℃에서도 형상 또는 물성이 변하지 않음을 확인할 수 있다.

도 9는 300℃에 노출 전/후의 시트 가스켓 시험성적서이다. 도 9를 참조하면, KSC 1313 : 2001에 의해 도 7에 나타낸 300℃에 노출되기 전의 시트 가스켓 무게가 34.0691g이고, 도 8에 나타낸 300℃에 1시간 노출시킨 후의 무게가 33.9670g으로써, 300℃에 노출되기 전의 시트 가스켓 무게보다 노출시킨 후의 무게가 0.1g 정도 감소하긴 하였으나, 이는 시트 가스켓을 옮기는 과정에서 일부 탈락된 것으로 보인다.

상술된 바를 통하여, 본 발명은 신축성과 인장력이 좋고 300℃ 이상의 고온에서도 사용이 가능하므로, 다양한 분야의 시트 가스켓으로의 활용이 가능한데에 큰 의미가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다.

본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (3)

1. 탄소분말과 테프론분말을 0.5 내지 1.5:0.5 내지 1.5의 중량비율로 혼합하여 복합분말을 형성하는 단계;
   상기 복합분말을 몰드에 투입하여 1,000 내지 2,000kg의 1차 압력을 가해 1차 성형물을 형성하는 단계;
   상기 1차 성형물에 2,500 내지 3,500kg의 2차 압력을 가하여 2차 성형물을 형성하는 단계; 및
   상기 2차 성형물을 350~400℃에서 열처리를 통해 3차 성형물을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시트 가스켓의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   2차 성형물을 형성하는 단계에서는,
   상기 2차 압력을 가한 후 상기 2차 성형물을 상온에 방치하여 안정화시킴으로써, 상기 2차 성형물에 함유된 가스를 제거하는 것을 특징으로 하는 시트 가스켓의 제조방법.
3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 시트 가스켓.

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