KR900000781B1 - 모형재조성물 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

모형재조성물

본 발명은 새로운 모형재조성물에 관한 것이다.

여기서 말하는 모형재조성물은 수가공 혹은 기계가공법으로 잘라서 어떤 원하는 형상의 모형을 성형하기 위한 재료를 의미한다. 모형의 예로는 다음과 같은 것이 있으나, 이들에만 국한되는 것은 아니다.

① 철 혹은 알루미늄 등의 금속을 주조하기 위한 모래주형을 만들기 위한 모형.

② 석고 또는 에폭시수지제의 주조용 모형.

③ 금속, 수지, 목재 등의 절삭 또는 가공작업용 모방모형.

④ 실물모형(Mock-up model).

⑤ 고도한 수치제어시스템의 공작기의 수치제어용 프로그램을 검정하기 위한 시험절삭재 혹은 가공재.

지금까지 사용되어 온 모형재로는, 일본삼나무, 일본백송, 일본삼목 및 마호가니재 등의 목재와 에폭시수지, 우레탄수지 등의 수지와, 석고와, 알루미늄, 아연합금, 철 등의 금속이 있다. 그리고 이들 모형재는 성능 및 가격면에서 만족할 만한 것이 못되었으므로, 새로운 모형재의 개발이 요망되어 왔다.

예를 들면, 엄격한 요건에 부합되는 모형재를 필요로 하는 주물 주조용모래주형용 모형을 제작하기 전에, 먼저 절삭 또는 가공이 용이한 일본삼나무 혹은 일본백송 등의 값싼 목재로 목형을 만들고, 이 목형의 형상을 이용해서 모래주형을 만든다. 이 모래주형을 이용하여, 철, 알루미늄 등의 주물을 시험적으로 만든다. 시험제작한 주물에 요입부나 동공 등의 없는지의 여부 및 시험제작주물의 강도 또는 정밀도는 만족할 수 있는지의 여부를 시행착오법으로 모형을 수정하면서 확인하여, 필요한 주물의 생산량을 고려하여 모형의 재질이 결정된다. 일반적으로 주물의 생산수량이 100개 이하인 경우에는 모형으로서 목형을 그대로 사용하고, 그 수량이 5,000개 미만일 경우에는 에폭시수지제모형을 주로 사용한다. 주물의 수가 약 20,000 내지 30,000개인 경우에는 알루미늄 합금으로 만들어진 모형이 사용되는 한편, 그 이상인 경우에는 강철제모형이 사용된다. 모형재료가 주물생산량에 따라 달라지는 이유는 모형이 주물사와의 마찰로 인하여 마모되어 그 치수가 변화하기 때문이다.

생산할 주물의 수가 소량인 경우라 할지라도, 고도의 치수 정밀도를 필요로 하는 모형이나 목재로는 제작이 곤란할 정도로 복잡한 형상을 가진 모형을 제작할 때에는 강철 또는 알루미늄합금을 사용한다.

모형재가 필요로 하는 성능 특성을 열거하면 다음과 같다.

1) 재질이 균질이고, 그 내부에 공동 또는 핀호올이 없을 것.

2) 가공성이 양호하고, 수동 및 기계적으로 성형이 자유로울 것.

3) 치수의 안정성 및 정확성이 양호할 것.

4) 강성, 인성 및 표면경도가 충분할 것.

5) 접착력이 양호할 것.

모래주형용 모형의 경우에 있어서는 다음의 몇 가지 성능 특성이 추가되어야 한다.

6) 주물사에 대한 내마모성이 양호할 것.

7) 주물사에 혼입된 경화제 등에 대한 내약품성(耐藥品性)이 양호할 것.

8) 주물사로부터의 분리가 쉬울 것.

9) 수리가 용이할 것.

널리 사용되고 있는 가장 저렴한 모형재로는 일본삼나무, 일본백송 혹은 마호가니 등의 천연목재가 있으나, 모형재로서 적합한 직경 600mm 이상의 큰 나무는 최근 들어 목재자원의 점차적인 고갈로 인하여 구입이 어렵게 되고 있다. 이러한 나무를 구할 수 있다고 하더라도, 그것을 모형재로서 사용하려면 1년 내지 2년간의 층분한 건조가 필요하다. 건조가 불충분하면, 그 목재는 가공 후에 현저한 치수변동 및 변형을 일으키게 되고, 경우에 따라서는 균열이 생겨서 파손되기도 한다. 또, 대형저장소 및 재고에 대한 부담도 무시할 수 없다.

모형재로서의 목재의 가장 큰 결합은 습기의 흡수 및 방출로 인한 현저한 치수변동, 특히 치수변동에 있어서의 심한 비등방성(접선방향 반경방향 : 축방향=10:5:1∼0.5)이다. 극히 우수한 치수 정확도를 가진 고품질의 모형재인 일본삼나무 조차도 접선방향 평균수축율(수분함량이 15%일 때에 함수량이 1% 감소하는 데에 따른 치수변동율)이 0.14% 내지 0.27%에 이른다. 또, 곧은 결목재만이 모형재로서 사용이 가능할 뿐, 무늬결 목재는 너무 뒤틀림 또는 굽힘변동이 크기 때문에 모형재로 사용할 수 없다. 더우기, 변재와 같이 나무껍질에 가까운 부분의 목재는 모형재로서의 사용이 배제된다.

목재는 다른 모형재에 비하여 가공성이 우수한 것으로 알려져 있으나, 이것은 목수가 끌이나 대패로 손작업을 하는 경우에만 해당될 뿐이다. 공작기계에 의한 절삭가공에 있어서는 공구의 이송방향을 나뭇결방향, 즉 나무의 성장방향 또는 나뭇결의 반대방향중 어느 방향으로든지 할 수 있다. 그러나 나뭇결의 반대방향으로 가공을 할 경우에는 목재가 갈라져서 가공작업이 불가능하게 된다. 이러한 이유에서 대부분의 목형은 블록형인 것이 보통이며, 모방모형으로서의 오목모형은 목재로 만들기가 곤란하다. 또, 보올엔드밀가공에 있어서는 목재섬유의 보풀(fluff)이 발생하므로, 절삭공구로 가공을 한 후 사포질을 해야 한다.

금속가공기로 낮은 회전속도에서 기계가공을 하는 경우에는 목재섬유를 예리하게 절단할 수 없고, 따라서 보풀이 발생한다. 그러므로 고속회전을 할 수 있는 전문적인 목공기계가 필요하다. 공냉식엔진의 방열핀 등과 같은 얇은 두께부분, 혹은 90°이하의 예각부(銳角部)에는 목재의 인성(靭性)부족 때문에 기계가공을 하는 도중에 목재가 부서지는 일이 있으므로 심각한 어려움에 접하게 된다.

이와 같은 어려움을 극복하고 절삭 혹은 가공작업을 끝낸다고 하더라도, 날씨의 변화에 따른 습기의 흡수로 인하여 목재에 예기치않은 변형이 발생한다. 상술한 바와 같이, 목재를 사용하여 치수정확도가 높은 안정된 모형을 제작하는 데에는 한계가 있다.

목재모형에 비해 치수안정성 및 내마모성이 우수한 모형재로서 에폭시수지 및 우레탄수지가 다량 사용되고 있으나, 절삭공구에 의한 수지의 절삭은 거의 불가능하기 때문에, 먼저 목형을 만들고, 그 형상을 석회로 떠낸 다음, 거기에 에폭시수지를 용입하여 목형의 모양을 다시 떠내는 주조방법에 의해 수지모형을 제작한다. 따라서, 주조한 에폭시수지모형은 근본적으로 값이 비싸고, 제작시간이 목재모형에 비해 오래 걸리는 경향이 있다. 또, 주조에 의해 제작한 수지모형은 그 내부에 동공 또는 핀호올 등이 형성되는 경우가 많고, 주조모형으로서 그것을 사용할 시에는 모래와의 분리상태가 불량하게 된다. 알루미늄합금 및 구리는 목재에 비해 절삭가공성이 현저하게 떨어진다.

모형업계에서는 모형의 정밀도를 향상시키고, 제작시간의 단축 및 가격의 염가화를 만족시키는 모형제작을 목표로 하고 있기 때문에 전술한 1) 내지 9)항의 각종 성능 특성을 만족시킬 수 있는 모형재의 개발이 시급히 요망되고 있다.

본 발명은 상술한 문제점들을 감안하여 집중적인 연구를 행한 결과 이루어진 것으로, 우수한 치수안정성, 주물사에 대한 양호한 내마모성 및 주물사로부터의 양호한 분리성을 가지는 한편, 목공기술자가 손으로도 끌, 대패 등을 사용하여 용이하게 절삭가공할 수 있고, 고속목재절삭기 및 저속금속절삭기에 의해서도 절삭가공을 할 수 있는 모형재에 관한 것이다.

구체적으로 말해서, 본 발명에 따르면, 100℉에서 측정한 점도 10 내지 500cst 및 20중량% 미만의 방향족링상 탄소원자성분(aromatic ring-forming carbon atom content)(C_A)를 가진 탄화수소유(hydrocarbon oil)와, 목재분말(wooden powder)과, 고무보강스티렌수지(rubber-reinforced styrene resin)로 조성되고, 상기 목재분말(공기로 건조된 상태)은 이 목재분말 및 상기 고무보강스티렌수지의 합한량을 기준으로 10 내지 40중량%가 존재하고, 상기 탄화수소유는 상기 목재분말(공기로 건조된 상태) 100중량%당 10 내지 50중량%가 첨가된 모형재조성물이 제공된다.

[고무보강스티렌수지]

본 발명의 모형재에 충분한 탄성 및 강인성을 제공하여 얇은 두께부 또는 예각부일지라도 절삭가공이 가능케하고 모형형상의 자유도(模型刑狀의 自由度) 및 주물사에 대한 내마모성을 증진할 수 있는 것이기만 하면 어떠한 종류의 수지라도 본 발명의 고무보강스티렌수지로서 사용할 수 있다.

더 상세하게 말해서, 고무보강스티렌수지는 본질적으로 스티렌수지의 연속상(매트릭스상)과 고무질중합체 및/또는 스티렌수지에 결합된 고무질중합체(a rubber polymer bonding to the styrene resin graft-pdymerized therewith)의 분산상으로 구성되는 2상 구조를 가진 스티렌수지이면 된다. 분산상에 사용되는 고무중합체의 예로는, 폴리부타디엔, 부타디엔-스티렌공중합체 및 부타디엔-아크릴로니트릴공중합체 등의 부타디엔 기본 고무중합체(butadiene-based rubber pdymers)와, 폴리아크릴릭에스테르, 에틸렌-프로필렌-디엔공중합체(EPDM) 및 염화폴리에틸렌 등의 기타 고무중합체가 있다.

한편, 스티렌 및/또는 스티렌유도체의 방향족 비닐화합물은 연속 상용 단량체의 그래프로 단량체로 사용할 수 있다. 필요에 따라서는 상기 단량체와 함께 공단량체를 사용해도 된다. 공단량체의 예로는 시안화 비닐화합물, 아크릴에스테르, 메타크릴에스테르 불포화 디카르복실산 및 이들의 무수물을 들 수 있다. 고무보강스티렌수지의 고무성분 함량은 5 내지 40중량%이며, 바람직하게는 10 내지 30중량%다. 그 함량이 5중량% 미만일 경우에는 모형재로 제작한 모형의 얇은 두께부 혹은 예각부(銳角部)가 파괴될 위험이 있다.

그 함량이 40중량% 이상이면, 모형재의 강성이 현저하게 저하된다.

[목재분말]

본 발명에 있어서는 각종 모재분말, 펄프분말 등을 목재분말로서 사용할 수 있다. 일본솔송나무, 히말라야 시이다(Himalayan cedar), 일본삼나무, 향나무(incense cedar) 또는 일본백송 등의 침엽수의 목재분말은 공기로 건조된 상태에서 비중이 낮고 내습성이 강하므로 우선적으로 사용된다. 이들 목재분말의 수분함량은 공기로 건조된 상태하에서 13 내지 18중량%이다. 목재분말의 입도는 60메쉬의 체(메쉬사이트 0.247mm)를 90중량% 이상의 목재분말이 통과할 수 있을 정도로 되게 하며, 바람직하기로는 80메쉬의 체(메쉬 사이즈 0.175mm)를 모든 목재분말이 통과할 수 있게끔 하는 것이 좋다. 60메쉬 이상의 거치른 목재분말은 모형의 표면을 조작하게 하므로 사용을 지양하는 것이 바람직하다.

고무보강스티렌수지 및 목재분말의 총량을 기준으로 한 공기건조상태의 목재분발의 필요량은 10 내지 40중량%이다. 목재분말의 양이 10중량% 미만일 경우에는 절삭공구에 의한 모형의 가공성이 불량하고 기계강도가 낮다. 한편, 그 양이 40중량% 이상일 경우에는, 목재분말과 고무보강스티렌수지간의 친화성이 감소하고, 절삭 및 가공성이 열화되어서 모형의 예각부가 가요성 및 인성의 부족으로 인하여 떨어져 나가는 경우가 빈번히 발생하고, 얇은 두께의 모형을 제작하는데 있어 난관에 봉착하게 된다.

[탄화수소유]

본 발명에 사용되는 탄화수소유는 100℉에서 10 내지 500cst의 점도를 가지며, 20중량% 이하의 방향족링상 탄소원자성분(C_A)을 포함한다. 0중량%의 C_A를 포함하는 탄화수소유도 있다.

탄화수소유의 대표적인 예로는, 화학구조가 파라핀계(Paraffin type), 나프틴계(naphthene type) 이거나, 이들 2종의 혼합물, 혹은 이들 2종중 하나의 방향족계와의 혼합물형태를 취하는 합성 및 무기탄화수소유가 있다. 다시 말해서, 액체파라핀이나 무기 및 합성가공유가 선호된다.

탄화수소유는 목재분말과 고무보강스티렌수지의 혼합을 촉진하기 위해서 뿐만 아니라 절삭공구에 의한 모형재의 가공성을 개선하기 위하여 첨가한다. 탄화수소유를 첨가하는 다른 목적은 탄화수소유를 목재분말에 침투시켜서 목재분말중의 수분을 탄화수소유로 대체함으로써 혼합시 수분의 증발로 인한 기포의 발생과 그로 인한 공동 혹은 핀호올의 형성을 방지하고 모형재의 수분흡수 및 방출로 인한 치수 변동을 억제하는 것이다.

100℉에서 10cst 미만의 점도를 가지는 탄화수소유는 비등점이 너무 낮으므로 고무보강스티렌수지와 목재분말의 혼합물을 안출하기 위한 스크류우 압출기의 다이개구에서 기포가 발생하기 쉬워서 사용이 곤란하다. 한편 100℉에서 500cst 이상의 점도를 가지는 탄화수소유는 목재분말에의 침투가 불충분하고, 강한 절삭력을 필요로 할 뿐만 아니라 표면이 끈적끈적한 모형재를 제공하게 된다. 20중량% 이상의 C_A를 가지는 탄화수소유는 일반적으로 흑갈색 혹은 담록색의 천연색을 가지고 있기 때문에 모형재의 색상에 악영향을 준다.

더우기 이러한 탄화수소유는 가공성의 개선효과가 한정적이고 모형재의 인성과 주물사로부터의 분리성을 저하시키게 된다.

탄화수소유의 양은 공기건조상태의 목재분말 100중량%당 10 내지 50중량%를 사용한다. 이 양이 10중량% 미만일 경우에는 혼합작업의 용이성 및 모형재의 가공성을 개량할 수 없다. 한편, 상기 탄화수소유의 양이 50중량% 이상일 경우에는, 약간의 자유탄화수소유가 목재분말에 흡수 혹은 침투되지 않은 상태로 남아 있게 되고, 모형재의 강성 및 주물사로부터의 분리성이 저하되는 결점이 나타난다.

[제조공정]

이하, 본 발명의 모형재조성물 제조공정에 관하여 설명한다.

고무보강스티렌수지, 목재분말 및 탄화수소유의 혼합순서는 특별히 정해져 있지 않다. 그러나, 탄화수소유를 흡수 또는 침투시킨 목재분말을 미리 만들어 두는 것이 바람직하다. 필요에 따라서는 목재분말을 절대건조상태로 건조시킬 수도 있다.

탄화수소유는 목재분말을 가열 및 교반하는 상태에서 첨가하는 것이 바람직하다. 이렇게 하는 이유는 목재분말중의 수분을 탄화수소유로 완전히 대체할 수 있기 때문이다. 이 공정에 있어 가열온도는 목재분말이 공기건조상태에 있을 경우에 100 내지 200℃로 하는 것이 바람직하다. 가열시간은 목재분말중의 수분을 탄화수소유로 치환하는데 소요되는 시간이므로, 이 가열시간은 목재분말중의 수분함량에 따라 변화한다. 그 시간은 대략 5분 내지 1시간정도가 바람직하다.

예를 들면, 공기 건조상태하의 목재분말은 가열을 할 수 있는 재킷이 부착된 회전날개형 혼합기(헨첼혼합기)의 혼합용기에 투입한다. 혼압용기의 벽온도는 재킷을 통하여 약 3kg/㎠의 저압증기를 통과시킴으로써 약 140℃까지 상승된다. 탄화수소유는 회전날개를 고속으로 회전시키면서 목재분말에 적하한다. 목재분말의 건조가 불충분하여 수분함량이 많을 때에는 탄화수소유를 첨가하기 전에 목재분말을 임의로 가열건조시켜야 한다. 목재분말이 공기건조상태에 있을 때에는 혼합용기의 벽온도와 탄화수소유 첨가 처리시간을 각각 100 내지 150℃ 및 5 내지 15분으로 하는 것이 일반적이다.

탄화수소유의 첨가처리를 위해서는 200℃ 이상의 가열을 피해야 하며, 그렇지 않을 경우에는 목재분말 및/ 또는 탄화수소유가 변질 혹은 탄화되거나 탄화수소유의 인화점 이상에서는 발화위험이 초래된다. 온도 100℃ 이하의 정상압력하에서는, 목재분말로부터의 수분배출 및 목재분말에의 탄화수소유의 침투가 불충분하여 모형재를 제조하는 동안 수분의 증발로 인하여 동공이 생기는 경우가 흔히 발생한다. 모형재에 형성된 어떠한 동공도 주물의 기공과 같은 치명적인 결함이 된다. 목재분말에의 탄화수소유의 예비흡착 및/또는 목재분말에의 탄화수소유의 예비침투 및 처리온도 조건은 반드시 본 발명의 모형재 조성물으로부터 모형재를 제조하는 동안 모형재에 눈에 보일 정도로 큰 동공이 형성되지 않게끔 하여야 한다.

목재분말에 탄화수소유를 첨가하여 흡착 혹은 침투처리를 한 후에는, 목재분말과 고분보강스티렌수지의 총량을 기준으로 목재분말의 양이 10 내지 40중량%(공기로 건조된 상태하에서의 계산치)가 되도록 고무보강스티렌수지를 첨가한다. 이 혼합물을 100 내지 150℃에서 5 내지 30분동안 교반혼합한다. 이 혼합물을 후속 필렛화공정(The subseguent step of pelletizing)으로 보내는데 있어서는 혼합물의 상태가 용융상(溶融狀)인 것보다도 과립상(顆粒狀)인 것이 바람직하다.

이렇게 얻어진 혼합물은, 고무보강스틸렌수지가 용융된 상태에서, 단축 혹은 이축 스크류우 압출기, 압착로울러, 가압혼합기, 혹은 필렛제조기(pelletizer)가 부착된 반부리 믹서(Banbury mixer) 등의 일반적인 열가소성수지 반죽장치를 조합하여 혼합 및 필렛화(pelletizing)한다.

본 발명의 모형재조성물에는 안료, 산화방지제, 자외선 흡수제, 충전제, 발포제, 정전기방지제, 발화지연제 등을 첨가할 수도 있다.

모형재조성물의 필렛(pellets)은 사출성형기, 스크류우 압출기 가열프세스 등에 의해서 임의의 형상으로 성형할 수 있다. 모형재로서 사용하는 경우에는 그 형상을 두께 5 내지 50mm의 평판 혹은 직경 10 내지 100mm와 환봉형상으로 하는 것이 편리하다. 평판 또는 환봉형상의 모형재는 끌, 대패, 톱, 송곳, 사포 등으로 수가공을 하여 원하는 형상의 각종 모형을 제작할 수 있어 이와 같은 모형재는 에폭시수지, 우레탄수지, 아크릴수지 등의 접착제를 사용하여 임의로 결합시킬 수도 있다. 그밖에도, 하나의 모형재에는 탭구멍을 형성시켜서 다른 모형재, 기타 목재, 금속 등을 보울트 등으로 연결하는 것도 가능하다.

본 발명의 조성물로 이루어진 모형재는 둥근톱, 띠톱, 기계대패, 목공선반, 드릴 또는 로우터 등의 목재절삭기나, 선반, 밀링머시인, 그라인더, 보오링머시인 등의 금속절삭기를 사용하여 절삭 혹은 가공할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명의 몇 가지 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

[실시예 1]

(1) 목재분말에 탄화수소유를 첨가하는 공정

3kg/㎠의 증기를 헨첼혼합기의 가열용 재킷을 통하여 공급하여 혼합용기의 벽면온도를 130℃로 상승시켰다. 110℃에서 3시간동안 건조한 히말라야시아다분말(모두 60메쉬의 체를 통과한 것임)을 혼합용기에 장입하였다. 탄화수소유(나프틴가공유 : Sun Oil Ltd.에서 제조한 SUNTHENE 250, C_A; 5중량%, 점도 : 107cst (100℉))를 회전속도 1,800rpm의 헨첼혼합기에 의해 교반되는 목재분말에 적하하였다. 10분후 헨첼혼합기의 회전을 중단시켰다. 탄화수소유는 목재분말속에 충분히 흡착침투되고 혼합용기의 벽면에 잔존하는 자유탄화수소유는 없는 것으로 확인하였다. 탄화수소유의 첨가량은 공기로 건조된 상태의 목재분말 100중량%당 20중량%였다.

충분한 교반 및 혼합 후에 혼합용기의 벽면상에 자유탄화수소유가 잔존하지 않은 점과 흡착 및 침투처리를 거친 목재분말이 끈적끈적하지 않고 양호한 유동성을 가지는 점을 볼 때, 탄화수소유의 목재분말에의 흡착 및 침투가 완료되었음을 알 수 있었다.

(2) 상기 혼합물과 고무보강폴리스티렌수지와의 혼합공정

상기 탄화수소유를 첨가처리한 목재분말에 고무성분 20중량%를 함유하는 ABS 수지분말(우베사이콘 주식회사에서 제조한 Bledex 201)을 첨가하고 ABS수지와 목재분말의 총량중 목재분말의 양이 20중량%이 되게 한 다음, 공정(1)에서 사용한 혼합기에 의해 130℃에서 15분간 혼합하였다. 이 결과 얻어진 혼합물은 과립상이었다.

(3) 스크류우 압출기에 의한 용해반죽 및 필렛화공정

상기 과립상 혼합물을 40mmø 단축스크류우 압출기로 반죽한 다음, 일반적인 열가소성수지와 같이 직경 4mm, 길이 5mm의 원통형 필렛으로 만들었다.

(4) 모형재의 성형 및 평가

이렇게 만들어진 필렛을 사출용량 50㎤의 스크류우 인라인 사출 성형기에 의해 1/2''×1/2''×5''의 사각봉으로 성형하였다. 이 사각봉을 사용하여 굽힘강도, 절삭력, 가공성 및 마모량을 검사하였다. 결과는 표에 나타낸 것과 같다.

* 모형재의 가공성(절삭력)의 시험방법

절삭공구에 의한 모형재의 절삭가공성을 수치적으로 비교하기 위하여, 모형재를 과도로 자르고, 이때 요하는 힘을 인장시험기(시마즈 세이사꾸쇼 주식회사에서 제작한 Autograph)로 측정하였다. 측정치를 ＂절삭력＂으로 정의하였다. 결과는 표에 나타낸 것과 같다.

* 모형재의 내마모성의 시험방법

제3번 실리카주물사와 물을 3:2 중량비로 혼합하였다.

1/2''×1/2''×5''의 사각봉 모형재를, 그 일단으로부터 100mm길이의 부분이 실리카주물사와 물과의 혼합물에 닿게 하면서 500rpm으로 회전시켰다. 3시간동안 회전을 시킨 후 모형재의 마모량을 측정하였다. 결과는 표에 나타낸 것과 같다.

[실시예 2]

향나무분말을 사용한 것은 제외하고는, 실시예 1의 공정(1) 내지 (4)에서 사용한 것과 동일한 고무보강스티렌수지, 장치 및 조건을 그대로 채택하였다. 파라핀가공유(Sun Oil Ltd.에서 제조한 Sunper 110, C_A: 4중량%, 점도 : 23.8cst(100℉)) 30중량%를 100중량%의 목재분말에 흡착·침투시킨 다음, ABS수지 분말을, 목재분말과 ABS 수지분말의 총량을 기준으로 한 목재분말의 양이 20중량%가 되게끔 적당한 양으로 첨가하였다. 혼합은 130℃에서 15분동안 속행하였다. 이 결과 얻어진 혼합물을 용해반죽하여 400mmø 단축스크류우 압출기로 필렛화하였다. 이렇게 만들어진 필렛을 사각봉형상의 모형재로 성형하고 실시예 1에서와 동일한 방법으로 시험하였다. 결과는 표에 나타낸 것과 같다.

(5) 필렛을 65mmø 단축스크류우 압출기에 의해 연속압출성형하여 두께 30mm, 폭 500mm, 길이 1m의 평판을 만들었다.

(6) 평판중 하나는 그 양면을 엔드밀로 기계가공하여 평면으로 만들었다. 2개의 평판을 에폭시수지 접착제로 상호 결합시켜서 두께 55mm, 폭 250mm, 길이 500mm의 블록을 제작하였다. 이 블록 중앙부에는 금속가공용 NC 절삭기(마기노 밀링머시인 주식회사제 SNF-105)로 길이 460mm, 직경 65mm의 반원형 요부를 형성시켰다. 절삭공구는 2개의 날을 가진 반경 5mm의 보올엔드밀이고, 가공작업에 있어서 절삭공구의 회전속도는 1,500rpm으로 하고, 이송 속도는 1,000mm/mm으로 하였다. 매우 매끄러운 표면을 가진 모방모형을 얻을 수 있었다. 기공작업중 절삭공구에 의해 성형된 스콥(scob)은 고품질의 목재의 경우에 얻을 수 있는 것과 동일한 매우 얇은 절편(切片)이고 먼지는 거의 없다.

(7) 높이 52mm, 폭 40mm, 길이 55mm의 사다리꼴편을 상술한 평판으로 수가공제작한 후, 성형기(Disamatic 2013)의 플레이트에 부착하여 4,000개의 모래주형을 제작하였다. 주물사에 의한 사다리꼴편의 마모는 불과 0.3mm로서 에폭시수지모형의 마모량보다 적었다. 모래로부터 모형의 분리성도 역시 매우 양호하였다. 그리하여 상기 모형은 주조용 모형으로서 실용성이 충분하다는 것을 알 수 있었다.

[실시예 3]

실시예 1의 공정(1) 내지 (4)에서 사용한 것과 대략 동일한 원료, 장치 및 조건을 채택하였다. 목재분말 100중량%당 12.5중량%의 탄화수소유와 목재분말과 고무보강스티렌수지의 총량을 기준으로 한 목재분말 40중량%를 혼합하여 혼합물을 만들었다. 이 혼합물은 실시예 2에서와 같이 필렛화하고, 실시예 1에서와 같은 시험용 사각봉 모형재를 성형하였다. 결과는 표에 나타낸 것과 같다.

(5) 두께 30mm, 폭 500mm의 평판을 만들었다.

이렇게 제조된 모형재로서의 평판은 끌, 대패 등에 의해 손작업으로 쉽게 절삭할 수 있음이 판명되었다. 상기 평판의 목재절삭기에 의한 고속 가공성을 시험하기 위하여, 이것을 고속 로우터(router)(쇼다뎃고 주식회사 NC-163C)로 가공하였다. 회전속도 3,000 내지 18,000rpm 및 이송속도 3,000 내지 500mm/min에서 깊이 15mm의 홈을 여러개 형성시켰다. 홈 사이에 위치한 두께 2mm의 얇은 벽은 파손되지도 않았고 떨어져 나가지도 않았다. 이것은 목재로를 불가능한 것이었다. 더욱이 절삭면은 대단히 매끄러웠다. 그리하여, 본 발명에 따르면 종래 모형재로는 불가능하였던 가공특성 및 형상의 자유도를 가진 모형재를 제공할 수 있음이 판명되었다.

[비교예 1]

탄화수소유를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 목재분말, 수지, 장치 및 조건을 채용하였다. 구체적으로 말해서, 목재분말과 ABS 수지를 헨첼혼합기로 혼합하고, 용해반죽하여 40mmø스크류우 압출기에 의해 필렛화 하였다. 압출기의 다이로부터 압출된 반죽덩어리는 발포 및 스트랜드 절단(strand cutting)됨으로써, 실시예 1에서 목재분말에 탄화수소유를 예비적으로 첨가했을 때에 필렛화가 용이했던 것과는 달리, 필렛화가 극히 곤란하였다. 어쨌든 사출성형기로 1/2''×1/2''×/5''의 사각봉을 성형한 다음, 시험을 행하였다. 결과는 표에 나타낸 것과 같다. 목공기술자가 끌을 사용하여 절삭성 혹은 가공성을 평가한 결과, 사각봉은 매우 단단했으며, 절삭면은 백화(白化)되었다. 그리하여, 이 모형재는 소형정밀모형을 제작하는 데에는 부적합하다는 것을 알 수 있었다. 과도에 의한 절삭력은 매우 커서 61kg/㎝에 이르렀다.

[비교예 2]

실시예 1에서 사용한 것과 동일한 ABS 수지의 필렛을 사출성형기에 의해 1/2''×1/2''×5''의 사각봉으로 성형하였다. 이 사각봉의 가공성을 비교예 1에서와 같은 방법으로 평가한 결과, 목재에 비해 매우 단단하고 절삭면이 백화되는 것을 알 수 있었다. 따라서 이 사각봉은 모형재로서 부적합하였다. 과도에 의한 절삭력은 62kg/㎝로서 가공성이 불량했다. 결과는 표에 나타낸 것과 같다.

[비교예 3]

실시예 21에서와 대략 동일한 목재분말, ABS 수지, 장치 및 조건을 사용하였다. 탄화수소유로서 방향족 가공유(Sun Oil. Ltd.에서 제조한 Sundex 790, C_A: 37중량%, 점도 : 650cst(100℉))를 목재분말 100중량%당 30중량%를 사용하여 목재분말에 흡착·침투시켰다. 여기에 ABS수지 80중량%를 혼합하였다. 이 혼합물은 매우 끈적끈적하였고 흑갈색의 색상을 나타내었다. 열프레스에 의해 이 혼합물을 1/2''×1/2''×5''의 사각봉으로 성형하였다. 이 사각봉은 모형재로 사용할 수 없을 정도로 표면이 끈적끈적했다. 평가결과는 표에 나타낸 것과 같다.

[비교예 4]

모형재로서 널리 사용되는 지그용 에폭시수지(시바가이기 주식회사에서 제조한 Araldite SW 404)를 주조하여 1/2''×1/2''×5''의 사각봉을 성형하였다. 이 사각봉의 가공성은 절삭공구로 절삭이 불가능할 정도로 불량했다.

제3번 실리카주물사를 사용하여 500rpm에서 3시간동안 행한 마모시험에 있어서는, 사각봉의 마모량이 1.30%로서 매우 컸다. 평가결과는 표에 나타낸 것과 같다.

[비교예 5]

실시예 1에서와 대략 동일한 목재분말, ABS수지, 장치 및 조건을 사용하였다. 방향족 탄화수소유(니혼세이유가가꾸 주식회사제 Nisseki Hi-Sol SAS LH, C_A: 75중량%, 점도 300cst(100℉))를 목재분말 100중량%당 20중량%씩 첨가하여 목재분말에 흡착·침투시켰다. 그리고 나서 ABS수지 80중량%를 혼합하였다.

이 혼합물을 열프레스로 성형하여 1/2''×1/2''×5''의 사각봉으로 만들고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 가공성을 평가하였다. 그 결과, 상기 사각봉은 목재에 비해 매우 단단하고 절삭면이 백화되어서 모형재로는 사용이 부적합한 것으로 판명되었다. 과도에 의한 절삭력은 65kg/㎠로 컸으며, 가공성은 불량했다. 결론적으로, 본 비교예에서 제조한 사각봉은 실시예 1에서 제조한 사각봉에 비해 불량한 것으로 판명되었다. 결과는 표에 나타낸 것과 같다.

[표 1]

* 1) 시바가이기 주식회사에서 제조한 Araldite SW 404

표로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 모든 모형재는 50kg/㎝ 이하의 절삭력을 가지므로 우수한 가공성을 나타낸다. 절삭력이 작을수록 절삭공구에 의한 가공성은 좋아진다. 목재에 대한 절삭력은 20 내지 35kg/㎝ 인 반면, 에폭시수지(예를 들면, 시바가이시 주식회사제 Araldite SW 404)에 대한 절삭력은 70kg/㎝를 초과한다.

목공기술자가 끌로서 용이하게 절삭할 수 있는 모형재의 절삭력은 50kg/㎝ 미만이다.

그밖에도, 본 발명에 따른 모형재는 표에 나타낸 바와 같이 내마모성이 우수하다. 예를 들면, 본 발명의 모형재는 주조용모형재로 사용되는 에폭시수지(Aralditw SW 404)보다 마모량이 더 적다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 가공성이 우수하고, 목재보다 성형성이 좋으며, 에폭시수지에 비해 내마모성이 뛰어난 주조용 모형재를 제공하는 것이 가능하다.

Claims (10)

10 내지 500cst(100℉)의 점도 및 20중량% 이하의 방향족링상 탄소원자성분 (C_A)를 가진 탄화수소유와, 목재분말과, 고무보강스티렌수지로 조성되고, 상기 목재분말은 공기로 건조된 상태의 목재분말과 고무보강스티렌수지의 총량을 기준으로 10 내지 40중량%가 존재하고, 상기 탄화수소유는 공기로 건조된 상태하에서 측정한 상기 목재분말 100중량%당 10 내지 50중량%가 첨가되고, 상기 고무보강스티렌수지의 고무성분 함량은 5 내지 40중량%인 것을 특징으로 하는 모형재조성물.

제1항에 있어서, 상기 목재분말과 고무보강스티렌수지를 혼합하기 전에 상기 목재분말에 상기 탄화수소유를 흡착 및/또는 침투시키는 것을 특징으로 하는 모형재조성물.

제1항에 있어서, 상기 탄화수소유는 나프틴가공유인 것을 특징으로 하는 모형재조성물.

제1항에 있어서, 상기 탄화수소유는 파라핀가공유인 것을 특징으로 하는 모형재조성물.

제1항에 있어서, 상기 고무보강스티렌수지는 스티렌수지의 연속상(매트릭스상)과 고무질중합체 및/또는 스티렌수지에 결합된 고무질중합체의 분산상으로 구성되는 2상구조를 가진 스티렌 수지인 것을 특징으로 하는 모형재 조성물.

제1항에 있어서, 상기 목재분말을 침엽수의 분쇄가루인 것을 특징으로 하는 모형재조성물.

제1항에 있어서, 상기 목재분말은 히말라야시이다의 분쇄가루인 것을 특징으로 하는 모형재조성물.

제1항에 있어서, 상기 목재분말은 향나무의 분쇄가루인 것을 특징으로 하는 모형재조성물.

제1항에 있어서, 상기 목재분말의 입도는 60메쉬의 체를 목재분말 90중량% 이상이 통과할 수 있는 크기로 된 것을 특징으로 하는 모형재조성물.

제1항에 있어서, 상기 목재분말의 입도는 80메쉬의 체를 목재분말 전부가 통과할 수 있는 크기로 된 것을 특징으로 하는 모형재조성물.