KR910005173B1 - 열경화성 수지의 성형방법 및 장치 - Google Patents

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이오리 마쓰모도
노부가쓰 가또
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미쓰이 토아쓰가가꾸 가부시끼가이샤
오꾸 미쓰오
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Abstract

내용 없음.

Description

열경화성 수지의 성형방법 및 장치
제1도 및 2도는 통상의 압출 성형방법에 의해 제조한 페놀계 수지 파이프의 세로 및 가로면에 있어서의 전자 현미경 사진.
제3도 및 4도는 본 발명의 방법에 의해 제조한 페놀계 수지 파이프의 세로 및 가로면에 있어서의 전자 현미경 사진.
제5도 내지 8도는 전단부에 평지역이 있는 본 발명의 방법에서 사용한 스크루의 모형도.
제9도는 본 발명에 의한 장치의 개략도.
제10도는 실시예 1 및 2에서 제조한 성형제품의 중량비를 각 스크루 평지역의 길이에 대해 도시한 그래프.
본 발명의 열경화성 수지의 개량된 압출 성형방법 및 그 장치에 관한 것이다.
열경화성 수지의 성형에 이용할 수 있는 방법에는 압축성형, 이동성형, 사출성형 및 압출성형법등이 있다. 둥근 막대 및 파이프와 같이 외형이 간단하고 긴 물체를 압출시키는데는 플런저형 성형장치를 보통 사용한다. 그러나, 플런저기는 몰드 캐비티에 높은 압출압력이 걸릴뿐 아니라 단지 단속적인 압출 사이클만을 달성할 수 있기 때문에 생산성이 낮고 일관된 품질의 압출물을 제조하는데 어려움이 뒤따르게 된다. 그러므로 이러한 결점을 보완하기 위하여 스크루형 장치를 사용하는 압출성형법이 개발되었다. 이 방법에 의하면, 스크루기에 있는 열경화성 수지의 용융물이 어뎁터를 통하여 최종 형태가 주어지는 몰드내로 도입된다.
그렇지만, 이러한 방법으로는 연속적이고 일관된 성형 작업을 달성하기에 아직도 어려움이 뒤따르고 있다. 일본국 특허원(OPI) 제146860/79호에 나타난 바와 같이, 스크루형 장치에는 복잡한 수지 챈널이 있다. 그러므로, 온도 및 압력에 있어서의 가벼운 변동으로 인하여 용융물의 열경화 반응 또는 국부적인 경화 반응을 야기시키는 침체가 급속히 진전되게 된다. 그러므로, 스크루형 압출기가 지니고 있는 이러한 제반 문제점들을 해결하기 위한 수많은 노력이 진행되고 있다.
일본국 특허원(OPI) 제128521/82호에는 가교 폴리에틸렌 압출용 스쿠루형 장치가 기술되어 있다. 여기서는 토페도 핀에 의한 접합부 강도의 약화를 방지하기 위하여, 외경이 스쿠루 직경의 3/10 내지 4/10이고 스크루를 통해 관통해 있는 토페도를 압출기의 구동장치에 연결시키고 수지 공급물의 진행을 위해 회전시킨다. 그러나 이러한 스크루형 장치는 토페도의 외경상에 구조적 한계, 즉 설계할 수 있는 수지 파이프의 내경상에 구조적 한계를 지니고 있기 때문에 열경화성 수지의 성형에 적합한 연속 압출 성형장치를 이루지는 못한다.
본 발명의 목적은 열경화성 수지의 일관된 열경화 반응, 또는 성형을 수행하는 압출 방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 목적은 열경화성 수지를 압출하여 전체적으로 불규칙한 배향을 가지면서 축방향과 파이프축에 수직인 방향사이에서 균형된 압축강력을 부여하는 파이프를 성형하는 방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 목적은 위의 여러 목적을 성취할 수 있는 연속 압출성형 장치를 제공하는데 있으며, 전기, 건설 또는 토목공학 재료로서 사용하기에 적합한 열경화성 수지 파이프를 제공하는데 있다.
본 발명의 방법은 열경화성 수지가 실린더에서 압출된 후 그의 고유 형태를 유지할 수 있을 만큼 스크루의 전단면에 있는 평지역(smooth zone)에 열경화성 수지를 성형시킴을 특징으로 한다. 이 방법에 의하면, 수지 및/또는 섬유상 충진제는 불규칙하게 배향되고, 그 결과 성형된 열경화성 수지는, 특히 축 및 직경방향간의 압축강력이 균일한 파이프 형태로 일관되게 수득된다. 또한 본 발명은 이러한 성형제품의 제조장치를 제공한다.
본 발명의 방법에 있어서, 열경화성 수지는 수지가 실린더에서 압출된 후 그의 고유 형태를 유지할 수 있을 만큼 스크루의 전단면에 있는 평지역에서 열경화 반응, 즉, 성형이 촉진된다.
또한 본 발명의 방법에 있어서는, 열경화성 수지의 분자 및 섬유상 충진제의 필라멘트(이중 하나가 수지에 결합됨)는 형성된 성형 제품이 전체적으로 불규칙하게 배향되도록 배향시킴으로써, 강력이 균형을 이룬, 예를 들면 압출방향과 이에 수직방향간에서의 압축강도가 균형을 이룬 형성 제품을 제공하는데, 이 성형제품은 전기가설 또는 토목공학 재료로서 사용할 수 있다.
제1도 및 2도는 통상의 압출방법에 의해 제조한 페놀계 수지 파이프의 두 단면에서 섬유의 형상을 나타낸 전자 현미경 사진인데, 한면은 압출 방향에서 취하고 다른 한면은 압출방향에 수직인 면이다. 제3도 및 4도는 본 발명의 방법에 의하여 제조한 페놀계 수지 파이프의 두 단면에서 섬유의 형상을 나타낸 전자 현미경 사진인데, 한 면은 압출방향에서 취한 면이고 다른 한 면은 압출방향에 수직인 면이다. 제2도에 나타낸 바와 같이, 압출방향에 수직인 방향에서의 거의 모든 섬유는 수직 방향에서 섬유의 높은 배향도를 나타내는 환상 프로필을 지닌다. 반면에 제3도 및 4도에 나타난 바와 같이, 본 발명의 방법으로 제조한 페놀계 수지 파이프내의 섬유는 일반적으로 불규칙하게 배향되어 있다. 이러한 섬유의 불규칙 배향때문에, 측방향에서의 압축 강도에 대한 축에 수직 방향에서의 압축강도의 비를 0.4 내지 1.5의 범위내로 조절할 수 있어, 파이프의 용도를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 방법에 의하여 압출시킬 수 있는 열경화성 수지로는 페놀계 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 아릴 수지, 크실렌 수지 및 아닐린 수지 등이 있다. 특히 본 발명의 방법은 이들 중에서도 페놀계 수지, 에폭시 수지 및 멜라민 수지 등을 성형시키는데 적합하다.
이러한 열경화성 수지는 실라카 분말, 탄산칼슘, 탈크 및 알루미나와 같은 통상의 충진제와 함께 결합시켜 사용할 수 있다. 성형 제품의 강도, 특히 압축강도를 높게 하기 위하여 열경화성 수지를 나무가루, 면화, 나일론 섬유, 비닐론 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유 및 금속 섬유등과 같은 유기 또는 무기 보강섬유재와 결합시켜 사용할 수 있다. 이러한 보강 섬유재는 보강재와 충진제의 합이 최종 성형제품의 20 내지 80중량%가 되도록 하는 많은 양으로 사용할 수 있다.
또한 수지는 이형제, 점증제, 착색제, 분산제, 형성제, 그리고 중합 개시제, 경화 촉진제 및 중합 억제제등과 같은 첨가제와 결합시킬 수 있다. 또한 열가소성 수지와 같은 기타의 중합체를 열경화성 수지의 점도를 조절하는데 사용할 수 있다.
본 발명의 특징은 압출기 전단면의 축조에 있으며, 가장 중요한 것은 전단면에 평지역이 있는 스크루로써 열경화성 수지를 성형하는 것이다. 전형적으로 단-스쿠루압출기를 사용하지만, 개개의 스쿠루가 결합하여 단일 전단면을 형성한다면 쌍-스크루 압출기 및 디-스크루 압출기도 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 스크루의 예는 제5도에 나타나 있는데, 여기서 평지역 4는 스크루의 전단면에 나타나 있다. 또한 스크루에는 공급지역 1, 압축지역 2, 및 계량지역 3이 나타나 있다. 평지역 4는 공급지역의 말단에서(참조 : 제5도), 압출지역의 말단에서(참조 : 제6도), 또는 계량지역의 중간 단면에서(참조 : 제7도) 시작할 수 있다.
제8도에 나타난 바와 같이, 평지역 4에서의 스크루 직경 및 이에 상응하는 부분에서 실린더의 내경은 원하는 성형제품의 외경 및 내경에 따라, 이동 단면에서 실린더의 내경 또는 스크루 바닥의 직경에 관계없이 증가하거나 줄어들 수 있다.
본 발명에서 사용한 특수한 스크루의 길이/직경비(L/D)는 일반적으로 7 내지 40의 범위인데, 10 내지 35가 바람직하고, 15 내지 25가 더욱 바람직한 범위이다. 스크루의 압축비는 일반적으로 1.0 내지 5.0의 범위이며, 1.2 내지 4.0이 바람직하고, 1.5 내지 3.0이 더욱 바람직한 범위이다. 스크루의 전단면에서 평지역의 길이는 일반적으로 1 내지 15D이며, 2 내지 10D가 바람직하고, 2 내지 7D가 더욱 바람직하다.
본 발명의 방법에 있어서 전단면에 평지역이 전혀 없는 스크루를 사용할 경우는 원하는 형태의 파이프 대신에 나선형의 성형 제품이 얻어진다. 또한 평지역의 길이가 1D이하일 경우는 실린더에서 압출된 성형제품이 변형하며 원하는 형상의 연속제조가 까다롭게 된다. 한편, 평지역의 길이가 15D이상일 경우 성형압력이 높게 되어 압출기의 기계적 보전에 영향을 받는다.
스크루의 압축비 및 평지역의 길이는 스크루의 평지역과 이에 상응하는 부분간의 간격(예 : 성형제품의 벽두께), 압출속도, 및 열경화성 수지 공급물의 특징등의 서로 다른 결합에 의해 다양하게 제한된다. 스크루의 압축비가 높고 평지역의 길이가 더욱 길어지면 스크루에 의해서 발생된 배면 압력(back pressure)이 높아지게 되며, 반면에 압축비가 낮고 평지역이 짧아지면 배면 압력이 낮아지게 된다. 만일 배면압력이 너무 높게 발생하면, 이동 단계에서 일어나는 과잉 분쇄로 인하여 열이 지나치게 발생하여 수지 공급물이 응고되는 결과가 일어나게 된다. 또는 배면 압력이 너무 낮으면 공급물의 압축충전 및 분쇄가 만족스럽지 못하게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 그러므로, 압축충전 및 공급물의 완전한 분쇄를 달성하려면 적절한 배면압력이 필요로 한다.
부언하면, 스크루의 압축비 및 평지역의 길이는 일관된 압출을 수행하고 우수한 품질의 제품을 제조하기 위해서 적절해야 한다. 스크루의 평지역과 실린더의 이에 상응하는 부분간의 간격이 클수록(작을수록), 압출속도가 낮고(높고), 수지 공급물의 점도가 낮고(높고), 또한 경화 반응 속도가 빨라지기(느려지기)때문에, 이에 따라 스크루의 압축비를 높게(낮게) 그리고 평지역의 길이를 길게(짧게) 해야 한다.
위에서 설명한 바와 같이, 평지역 4의 스크루 직경 및 이에 상응하는 실린더 6단면의 내경은 최종 프로필(profile)의 외경 및 내경에 따라 증가 또는 감소시킬 수 있다. 또한 스크루 직경 및 실린더의 내경이 성형제품의 내경 및 외경과 실질적으로 동일한 경우는, 스크루의 계량지역(평지역 포함)의 모든 또는 일부 표면 그리고 이에 상응하는 실린더의 단면의 내부 표면은 스크루의 축 방향에 관해 경사지게 할 수 있다. 이 경사도는 일반적으로 1/1000내지 30/1000의 범위이며, 바람직하게는 1/1000 내지 10/1000의 범위이다.
스크루의 축 방향에 관하여 형성된 경사는 수지와 스크루의 계량지역 또는 상응하는 실린더 부분간의 마찰저항을 감소시키거나, 수지의 압착을 증가시켜 수지가 서로 강력하게 접착하게 된다. 그러나, 계량 지역의 전 부분이 30/1000보다 큰 경사도로 벌어질 경우 과잉의 압착이 일어나 바람직하지 못한 큰 압력이 수지에 가해지게 된다. 또한 30/1000보다 큰 경사도로 벌어진 계량지역의 부분은 압축지역의 변형이기 때문에 피해야 한다. 한편 실린더의 내부 표면을 스크루의 축방향에 관해 경사지게 하므로써 위와 유사한 결과를 얻을 수 있는데, 이 경우 경사도는 위에서 설명한 경우와 동일한 제한을 갖는다.
본 발명의 방법에서 위에 설명한 바와 같은 스크루 및 실린더를 사용하는 열경화성 수지의 압출성형 장치는 제9도에 나타나 있다. 이 장치는 공급지역, 압축지역, 계량지역 및 평지역으로 이루어진 스크루 ; 공급, 압축 및 계량지역에 상응하는 지역에 열 조절기가 있는 실린더 ; 직경이 계량지역에서 최종 스크루의 직경과 동일하거나 다른 평지역에 상응하는 지역에서 열 공급력이 있는 실린더가 포함되어 있다. 수지의 경화 반응은 평지역과 상응하는 실린더 부분에 의해 형성된 공간에서 촉진되며 수지는 수지가 압출기에서 압출된 후 그의 독특한 형상을 유지할 수 있을 정도로 성형된다.
제9도에 나타난 장치의 조작은 다음과 같다.
호퍼 7을 통해 실린더 5에 공급된 열경화성 수지를 히터 8로 용융시키고 평지역 4를 향해 나선형으로 밀어보낸다. 이동 영역의 깊이의 감소와 결합하여 스크루와 실린더간의 마찰저항은 용융된 수지가 서로 견고하게 접착되는 것을 야기시킨다. 용융된 수지가 평지역을 통해 이동될 때, 실린더에서 압출된 후 그의 독특한 형상을 유지할 수 있는 정도로 나아간다. 구조상 이런 견고성으로 인하여, 수지는 연속 파이프 9의 평태로 실린더에서 압출된다.
본 발명에서 사용한 압출기의 내부 구조는 공급지역에서 계량지역에 이르는 공기 배출구 또는 특별한 분쇄기와 함께 결합될 수 있다.
본 발명에 의한 방법의 실제적인 응용면에 있어서, 압출기 각 단면의 온도는 수지공급물, 스크루의 압축비, 평지역과 상응하는 실린더 부분간의 간격, 평지역의 길이 및 압출속도등의 여러 서로 다른 특성의 조합에 의해 변할 수 있다. 스크루의 압축, 계량 및 평지역에 상응하는 실린더의 부분은 보통 50 내지 200℃ 바람직하게는 60 내지 150℃로 한다. 만일 온도가 50℃이하일 경우, 수지는 품질이 우수한 성형 제품을 제공하기에 충분히 강하게 경화되지 않는다. 반면에 압출성형에 의해 성형된 열경화성 수지의 대부분은 최고 200℃의 온도에서 충분히 강하게 경화될 수 있기 때문에 200℃이상의 온도는 필요가 없다.
적당히 선택된 성형온도하에서 본 발명의 방법 및 장치를 이용하므로써 여러 장점을 얻을 수 있다. 통상의 방법(참조 : 일본국 특허원(OPI) 제146860/79호 및 제128521/82호)을 이용하여 열경화성 수지를 성형시켜 만든 모든 파이프는 원주방향에서 강도가 낮으며 파이프의 내부 또는 외부에 가해진 압력에 대해 상처를 받기 쉽다. 또한 이러한 파이프는 충격을 받으면 그의 축방향에서 쉽게 분열이 일어난다. 이는 수지 및 섬유상 충진제가 압출방향, 또는 파이프의 축방향으로 배향되어 있기 때문이다. 다시 말하면, 통상의 압출방법에 있어서, 용융된 수지는 몰드 캐비티내로 챈널을 통해 밀려들어갈때 성형 및 경화되면, 이 단계를 통해 수지는 압출방향 또는 파이프의 축방향으로만 이동하여 수지 및 섬유상 충진제가 위의 방향으로 배향되게 된다.
반면에, 본 발명의 방법에 있어서, 공급지역에서 계량지역으로 이동하는 수지는 일반적으로 스크루 챈널에 평행인 방향으로 작용하는 전단력을 받기가 쉽다.
그러므로 수지 또는 섬유상 충진제는 파이프 압출 방향에 관해 어떤 특정한 방향으로도 배향하지 않는다. 더우기 이러한 무질서하게 배향된 수지는 평지역으로 이동된 후 경화 반응이 일어나는 상태로 지나가게 된다. 결과적으로 특히 파이프 벽의 표면층에서 수지 및 충진제는 파이프의 축 및 원주 방향간에 균형이 이루어지도록 배향된다. 이는 본 발명에 의해 제조된 파이프가 그의 축방향 및 축방향에 수직인 방향간에 압축강도가 균형을 이루기 때문이다.
다음의 표 2에는 본 발명의 방법에 의하여 압출시킨 5가지 파이프 샘플 및 그의 파이프 축의 수직방향에서의 압축강도(A), 축방향에서의 압축강도(B), A/B의 값, 및 위의 파이프에서 수행한 수압실험의 결과가 통상의 파이프에 대한 결과와 함께 나타나 있다. 이 표에서도 나타난 바와 같이 통상의 파이프는 A/B값이 단지 0.37이고 길이 방향으로 분열이 일어남을 알 수 있다. 그러나 이와는 반대로 본 발명의 모든 샘플은 A/B 비가 0.4 내지 1.5이며 길이 방향에 분열이 일어남이 없이 내부 수압에 충분히 견디어 냄을 알 수 있다.
실험자료를 살펴보면 A/B비가 0.4이하인 파이프는 충격힘을 가하거나 파이프 내부 또는 외부에 압력을 가하면 길이 방향으로 쉽게 균열이 일어나며, 이러한 균열은 축방향으로 길게 형성됨을 알 수 있다. 반면에 A/B비가 1.5이상인 파이프는 파이프축에 수직인 방향으로 약하기 때문에 쉽게 파열됨을 알 수 있다.
통상의 압출방법에 있어서는, 실린더 내에서 용융된 상태로 가열된 열경화성 수지를 어뎁터를 통해 몰드 캐비티내로 주입시키며 그 캐비티내에서 최종 형태가 주어진다. 수지의 흐름은 어뎁터에 의해 직경 부분에서 줄어들며 스파이더에 고정된 맨드렐 주위에서 재팽창된다. 이러한 복잡한 수지의 흐름챈널에서 일어나기 때문에, 정체가 쉽게 일어나 국부적인 경화반응이 야기되며, 또는 압력 또는 온도의 가벼운 동요로 인하여 갑작스런 경화 반응이 일어날 수 있다. 수지의 침체를 방지하고 복잡한 챈널에 의해 야기된 항력을 극복하므로써 수지의 매끄러운 압출을 달성하기 위해서는 특별한 압출기를 사용하여 고압 압출을 수행해야 한다. 이럼에도 불구하고, 통상의 방법으로는 30㎝/분보다 높은 압출속도를 얻을 수 없으며, 원형도(roundness)가 높고 벽의 두께 분포가 균일한 파이프를 얻을 수 없다.
본 발명의 압출방법 및 장치에 있어서는, 스크루의 평지역과 몰드 캐비티로서의 기능을 하는 이에 상응하는 실린더의 부분간에서 형성되며, 수지는 단지 실린더와 스크루간의 공간을 통해서만 흐른다. 그러므로, 수지의 침체는 장치의 어떠한 부분에서도 일어나지 않으며 압력 또는 온도의 요동에 인한 국부적 경화반응 또는 갑작스런 경화반응이 일어나는 가능성이 전혀 없다.
또한 본 발명의 방법에서 사용한 스크루는 전말단부에서 개방되어 있어 압력이 걸리지 않으며 전 길이를 통해 압력 부스팅(boosting) 및 배면 압력을 적용할 수 있다. 그러므로 두 종류의 압력을 서로 상쇄되며 스크루의 드러스트 베어링에 형성된 힘은 스크루 및 몰드를 모두 사용하는 통상의 압출 성형 방법에서 발생한 것보다 근본적으로 적다.
본 발명에서 사용한 스크루의 평지역은 통상의 압출 성형법에서 사용하는 몰드 캐비티내 맨드렐과 동일하다. 이러한 평지역은 수지의 압출시 회전하기 때문에 비교적 적은 마찰저항이 수지와 금속부분간에 형성되며 본 발명을 수행하는데 필요한 압출압력은 통상의 스크루형 압출기에 의해 얻을 수 있는 것과 동일하다. 그러므로, 본 발명의 장치는 80㎝/분 정도로 높은 압출속도를 쉽게 제공할 수 있다.
본 발명의 방법에 의하여 압출된 파이프는 필요에 따라 후-경화 반응시킬 수 있다. 이 후-경화는 적절한 열처리를 하므로써 완성시킬 수 있다. 그러나, 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 성형조건을 적절히 선택하므로써, 실린더에서 압출된 열경화성 수지를 뒤틀린, 굽힘 및 팽윤과 같은 변형이 야기됨이 없이 그의 본래 형상을 보존할 수 있는 정도로 경화 및 성형시킬 수 있다. 더우기, 압출된 파이프의 내경 및 외경은 실린더 전말단부의 내경 및 스쿠르 평지역의 전말단부의 외경에 의해 각각 결정된다. 이러한 현상은 수지 흐름의 챈널의 간단한 구조와 결부시켜 원형도가 높고 벽두께의 분포가 균일한 압출 파이프의 제조에 유익하다. 본 발명의 방법에 의하여 제공된 열경화성 수지 파이프는 파이프 축 방향에서의 압축 강도와 파이프 축에 수직인 방향에서의 압축강도간의 균형이 우수하다.
그러므로, 파이프는 내압축성 및 내굽힘성이 우수하며 전기, 건축 또는 토목공학재로서 가치있는 난연성 및 내열성 재료로서도 유용하다.
본 발명의 방법에 의하여 압출된 열경화성 수지 파이프는 유체 이동 파이프 또는 보호 파이프로서 특히 유용하다. 통상적으로 물 또는 오일과 같은 액체물질 또는 공기와 같은 가스는 금속 파이프 또는 PVC파이프와 같은 열가소성 파이프를 사용하여 이동시킨다. 금속 파이프는 튼튼하지만 무겁고, 설치가 불편하며 쉽게 부식되는 결점이 있다. 이는 또한 내열성 및 난연성이 매우 높지만, 단열성이 매우 낮아, 화재가 났을 경우, 파이프를 통해 흐르는 유체로 급속히 열이 전달되므로 화재의 확산기회가 증가하게 된다. 한편 열가소성 파이프는 가볍고, 내부식성이 크며 저렴하지만, 내열성 및 난열성이 우수하지 못한 단점이 있다.
본 발명의 방법에 의하여 열경화성 수지를 압출시켜 제조한 유체 전달 파이프는 내열성이 높을 뿐 아니라 오일(예 : 연료오일, 가솔린 및 등유), 유기용매(예 : 알코올, 케톤, 에스테르 및 방향족 탄화수소), 산 및 알칼리에 대해서도 내성이 매우 높다. 특히 페놀계 수지, 멜라민 또는 크실렌 수지를 이용하여 압출시킨 파이프는 난연성이 특히 우수하며 불에 노출되었을 때도 그의 원래 형상이 변화하지 않고 또한 유독 가스가 새어나오지도 않는다.
본 발명의 방법에 의하여 압출된 열경화성 수지 파이프는 건물, 공장 또는 온천장에서의 액체 수송에 사용할 수 있으며(예 : 욕탕, 보일러, 냉각기 및 태양열 시스템에서의 연관, 그리고 일반적으로 배수 파이프), 또한 공장, 차량, 반응기 및 항공기에서의 연료공급, 그리고 화학제품의 수송에도 사용할 수 있다. 또한 이러한 파이프는 건물 및 공장에서의 배기 또는 가스수송(예 : 가스레인지, 스토브 및 내연기관용 파이프, 그리고 일반적인 공급, 배기 파이프), 그리고 화학공장에서의 불활성 가스의 수송(예 : 질소, 아르곤 및 헬륨의 수송)등에 사용된다.
가정, 사무실 및 공장등에서 설치된 전선, 컴퓨터 및 사무 자동화 장치에서의 전선, 그리고 화학 공장등에서의 유체 수송용 파이프는 금속 또는 열가소성 파이프에 의해 통상적으로 보호되고 있다. 그러나, 이러한 파이프는 금속 및 열가소성 파이프 등의 본질적인 결점을 지니고 있다. 이러한 결점은 본 발명의 방법에 의하여 압출된 열가소성 수지 파이프가 내부식성, 내화학성 및 내열성이 우수하기 때문에 보호 파이프로서 효과적으로 사용할 수 있다. 가정 및 기타 건물의 벽을 통해 들어있는 파이프의 보호 파이프로서 본 발명에 의한 열경화성 수지 파이프를 사용하므로써 특히 우수한 결과를 얻을 수 있으며, 화재의 경우 열경화성 수지는 연소하지 않으며 단일벽을 형성하여 화재의 확산을 방지한다.
본 발명은 다음의 실시예를 통해 더욱 자세히 설명되지만, 본 발명이 다음의 실시예에만 국한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
본 실시예에서는 호퍼 및 실린더(D : 40mm
Figure kpo00001
, L/D : 24)가 구비되어 있으며 호퍼의 바닥에서 측정한 길이가 2D인 수냉 자켓이 장치된 압출기를 사용한다. 또한 위의 실린더에는 각각 3D~10D, 11D~16D, 17~20D 및 21~24D에 4개의 전기 가열기(2kw)가 장치되어 있다. 또한 실린더에는 다음의 표 1(실험 번호 11~14)에 명시된 바와 같이 게량지역 및 평지역, 그리고 5D인 공급지역, 12D인 압축지역을 지닌 스크루가 들어있다. 이러한 압출장치를 사용하여 다량의 충진제 및 유기 및 무기 보강 섬유재가 함유되어 있는 페놀계 수지(＂Nikkalite 950J＂ Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd. 제품)를 27rpm의 스크루 속도로 압출시켜 파이프를 형성시킨다. 실린더는 다음의 5부분으로 구성되어 있다 : C1(0~2D), C2(3D~10D), C3(11D~16D), C4(17D~20D) 및 C5(21D~24D) . C1지역은 수냉시키며, 나머지 4지역은 각각 60℃, 90℃, 110℃ 및 120℃로 가열한다.
성형제품의 특징은 다음의 표 1 및 제10도에 나타나 있다. 여기서 ＂중량비＂는 실험번호 14의 우수한 파이프 무게를 100으로 한 각각 프로필의 무게를 나타낸다. 실험번호 11 및 12에서 얻은 성형물은 중량비가 적으며, ＂주＂에 나타난 바와 같이 파이프로서 사용하기에 적합하지 못하다.
표 1 및 제10도에는 표 1의 온도조건하에서 유기 및 무기 보강 섬유재로 충진된 페놀계 수지로부터 벽두께가 2mm인 우수한 파이프를 제조하기 위해서는 스크루의 전단면에 있는 평지역의 길이가 최소한 1D가 되어야 함이 나타나 있다.
[실시예 2]
본 실시예에서는 실시예 1에서 명시된 실린더를 지닌 압출기를 사용한다. 실린더에는 표 1(실험번호 21-26)에 명시된 계량지역 및 평지역이 있으며 공급지역이 5D, 압축지역이 12D인 스크루가 들어 있다. 이러한 압출장치를 사용하여 스크루의 회전 속도를 27rpm으로 하여 실시예 1에서 사용한 동일한 수지를 사용하여 파이프를 압출시킨다. 실린더는 다음의 5부분으로 구성되어 있다 : C1(0-2D), C2(3D-10D), C3(11D-16D), C4(17D-20D), 및 C5(21D-24D). C1은 수냉지역이며, 다른 4지역은 각각 60℃, 90℃, 110℃ 및 120℃로 가열시킨다.
성형제품의 특징은 다음의 표 1 및 제10도에 나타나 있다. 여기서 ＂중량비＂는 실험번호 24의 우수한 파이프 무게를 100으로 한 각각의 프로필의 무게를 나타낸다. 표 1 및 제10도에는 실시예 2에서 이용한 온도 조건하에서 유기 및 무기 보강 섬유재로 충전된 페놀계 수지로부터 벽 두께가 3mm인 우수한 파이프를 제조하기 위해서는 스크루 전단면의 평지역이 최소한 2D의 길이라야 함이 나타나 있다.
[실시예 3]
본 실시예에서는 실린더의 직경(D)이 40mm이며 L/D비가 24인 압출기를 사용한다. 실린더에는 직경이 34mm이고 길이가 120mm(3D)이며 스크루 바닥 직경이 34mm인 계량지역에서 뻗어나 있는 전단면에 위치한 평지역을 지닌 스크루(압축비 : 2.0)가 들어 있다. 이러한 압출기를 사용하여 온도 구배가 60℃ 내지 135℃인 실린더에서 25rpm의 속도로 멜라민 수지(＂ON-600＂, Otalite Co,. Ltd.제품)로부터 파이프를 압출시킨다. 외경이 40mm이고 벽 두께가 3mm인 파이프를 15.6kg/hr의 공급속도 및 50.7㎝/분의 압출속도로 연속적으로 압출시킨다. 파이프는 원형도가 0.02이하이며, 또한 벽두께에서 비편평도가 0.02이하이고 매끄러운 표면 광택을 나타낸다. 파이프는 어떠한 변형이나 팽윤이 야기됨이 없이 4시간 동안 170℃로 가열할 수 있다. 파이프의 아세톤 추출은 1%이하이다.
[실시예 4]
본 실시예에서는 실린더의 직경(D)이 40mm이며 L/D비가 24인 압출기를 사용한다. 실린더에는 단지 공급지역에만 이동구간이 있으며 압축지역이 40mm길이(1D)이고 평지역의 직경이 34mm이고 길이가 160mm(4D)인 스쿠르가 있다. 이러한 압출기를 사용하여 열 기울기가 60 내지 120℃인 실린더에서 페놀계 수지(＂Nikkalite 950-J＂, Nippon Synthetic chemical Industry Co., Ltd. 제품)를 25rpm의 스크루 회전속도로 압출시킨다. 외경이 40mm이고 벽 두께가 3mm인 파이프를 15.0kg/hr의 공급속도 및 47.8㎝/분의 압축속도로 연속적으로 압출시킨다. 이 파이프는 원형도가 낮으며(0.02) 최대 비편평도(벽 두께에서)가 -0.02이고 매끄러운 표면 광택을 나타낸다. 파이프는 어떠한 변형이나 팽윤이 야기됨이 없이 4시간 동안 170℃로 가열할 수 있다. 파이프의 아세톤 추출은 1%이하이다.
[표 1]
Figure kpo00002
표 1에 대한 주는 다음과 같다 :
*1) 중량비 : 실험번호 14(실시예1) 및 실험번호 24(실시예2)의 미터당 중량을 100으로 취하고 이에 대한 각 성형물의 미터당 상대 중량.
*2) % 아세톤 추출 : 압출된 파이프를 약 100메쉬의 입자로 분쇄하고, 이의 분말 5g을 아세톤 200cc로 6시간 동안 추출한다(Soxhlet 추출기를 사용).
*3) 비원형도 : 압출된 파이프의 최대 및 최소 외경간의 차이를 외부 마이크로미터 캘리퍼스로 측정하고(1), 위와 동일한 파이프의 최대 및 최소 내경간의 차이를 내부 마이크로미터 캘리퍼스로 측정하여(2), 이 두 차이중 큰 것을 파이프 비원형도의 지수로 삼는다.
*4) 벽두께의 비편평도 : JIS K 6911 방법으로 측정.
*5) 열처리 : 압출된 파이프를 4시간 동안 170℃로 가열.
[실시예 5]
본 실시예에서는 실린더 직경(D)이 30mm이고 L/D 비가 22인 압출기를 사용한다. 실린더에는 스크루 하부 직경이 26mm인 계량 지역에서 뻗어난 전단면에 위치하며 직경이 26mm이고 길이가 105mm(3.5D)인 평지역을 지닌 스크루(압축비 : 2.0)가 들어 있다. 이러한 압출 장치를 사용하여, 페놀계 수지(＂Rogers Rx-6684＂ Nippon Oil Seal Industry Co., Ltd.제품)를 파이프로 압출시킨다(스크루의 회전 속도는 35rpm). 실린더는 다음의 4구간으로 구성되어 있다 : C1(0-2D), C2(3D-10D), C3(11D-18D), 및 C4(19D-22D), C1지역은 수냉구간이며, 나머지 3지역은 80℃, 100℃, 120℃로 각각 가열하는 구간이다. 위의 수지를 연속적으로 압출시켜 외경이 30mm이고 벽두께가 2.0mm인 파이프를 얻었다.
[실시예6]
실시예 5에서 사용한 것과 동일한 압출장치를 사용하여 35rpm의 스크루 회전속도로 페놀계 수지(＂Nikkalite 950-J＂, Nippon Synthetic Chemical Industry Co.,Ltd.제품)를 압출시켜 파이프를 성형시킨다. 실린더의 C1지역은 수냉구간이며,나머지 3지역은 C1은80°C,C2는 110°C 및 C3는 120℃로 각각 가열하는 구간이다. 파이프의 외경이 30mm이고 벽두께가 2.0 mm이다.
[실시예 7]
실시예 5에서와 동일한 압출장치를 사용하여 35rpm의 스크루 회전속도로 페놀수지(＂PM-795J＂, Sumitomo Bakelite Co., Ltd제품)를 압출시켜 파이프를 성형시킨다. 실린더 C1지역은 수냉구간이며, C2, C3및 C4지역은 각각 80℃, 105℃및 120℃로 가열하는 구간이다. 파이프의 외경은 30mm이고 벽두께는 2.0mm이다.
[실시예 8]
실시예 5에서와 동일한 압출장치를 사용하여 35rpm의 스크루 회전속도로 멜라민 수지(＂ON-600＂, Otalite Co., Ltd. 제품)를 연속사출시켜 파이프를 성형시킨다. 실린더의 C1지역은 수냉구간이며, C2, C3및 C4지역은 각각 85℃, 115℃ 및 130℃로 가열하는 구간이다. 파이프의 외경은 30mm이고 벽두께는 2.0mm이다.
[실시예 9]
실시예 5에서와 동일한 압출 장치를 사용하여 35rpm의 스크루 회전속도로 에폭시 수지(＂Acmelite J-1060F＂, Nippon Synthetic Chemical Ind Co., Ltd.제품)를 압출시킨다. 실린더의 C1지역은 수냉구간이며, C2, C3및 C4지역은 각각 85℃, 115℃ 및 125℃로 가열하는 구간이다. 파이프의 외경은 30mm이고 벽두께는 2.0mm이다.
[파이프 강도 측정]
실시예 5-9에서 압출 성형시킨 각 파이프를 축에 수직방향에서의 압축강도(1), 축방향에서의 압축강도(2), 및 (1)/(2)의 비에 대해 체크한다. 또한 각 파이프에 대해서 수압 테스트를 실시한다. 이의 결과는 표 2에 나타나 있다. 파이프 축방향에서의 압축강도는 JIS K 6911, 5. 19-5(압축강도 테스트)에 의해 측정하며 파이프가 파열(또는 균열)될때까지 가해진 하중으로 표시한다. 축에 수직 방향에서의 압축강도는 JIS K 6741, 5-6(평면도 테스트)에 의해 측정하며 파이프가 파열될 때까지 가해진 하중으로 표시한다.
[표 2]
Figure kpo00003
*1) 상품명 ＂E＂(abbrv.), 티.코교사제, OD=30mm, 벽두께 2.5mm
*2) JIS K 6743에 따라 파이프가 파열될때까지 수압을 증가시킨다.
[실시예 10]
호퍼 및 수냉식 자켓이 장치되어 있으며 호퍼의 바닥에서 측정한 길이가 2D인 실린더가 있는 압출기를 사용한다. 또한 실린더에는 3D-10D, 11D-16D, 17D-20D 및 21D-24D의 각 4지역에 전기 히터 (2kw)가 장치되어 있다. 실린더에는 공급지역이 5D, 압축지역이 12D, 그리고 스크루 하부직경이 35mm인 계량지역에서 뻗어난 전단면에 위치한 길이가 160mm(4D)인 평지역을 지닌 스크루가 들어 있다. 스크루의 압축비는 2.0이고, 평지역의 전단면에서 길이가 120mm(3D)이며 5/1000의 경사도로 기울어져 있다. 이러한 압출기를 사용하여 27rpm의 스크루 회전속도로 페놀 수지(＂PM-634J＂, Sumitcmo Bakelite Co., Ltd. 제품)를 압출시켜 파이프를 형성시킨다. 실린더는 C1(0-2D), C2(3D-10D), C3(11D-16D), C4(17D-20D) 및 C5(21D-24D)의 5지역으로 구성되어 있다. C1지역은 수냉시키며, 나머지 4지역은 각각 60℃, 90℃, 110℃ 및 120℃로 가열한다. 압출된 파이프의 특성은 표 3에 나타나 있다.
[참조실시예 1]
실린더가 실시예 10에서와 동일한 압출기를 사용한다. 실린더내의 스크루는 압축비가 2.0이며, 공급지역이 5D, 압축지역이 12D, 그리고 평지역은 직경이 35mm 및 길이가 160mm(4D)이며 스크루 하부 직경이 35mm인 계량 지역에서 뻗어난 전단면에 위치한다. 이러한 압축기를 사용하여 페놀수지(＂PM-635J＂)를 실시예 10에서와 같이 압출시킨다. 성형품의 특징은 표 3에 나타나 있다.
[실시예 11]
실린더가 실시예 10에서와 동일한 압출기를 사용한다. 실린더내의 스크루는 압축비가 1.5이며, 공급지역이 5D, 압축지역이 12D, 그리고 평지역은 길이가 120mm(3D)이고 스크루 하부 직경이 3.4mm인 계량지역에서 뻗어난 전단면에 위치한다. 스크루의 전단면에서 측정한 80mm(2D)의 길이는 곧지만 위의 지역에서 측정한 다른 80mm의 길이는 10/1000의 경사도로 벌어져 있다. 이러한 압출장치를 사용하여 페놀계 수지(실시예 6에서와 동일)를 27rpm의 회전속도로 압출시켰다. 실린더는 C1(0-2D), C2(3D-10D), C3(11D-16D), C4(17D-20D), 및 C5(21D-24D)의 지역으로 구성되어 있는데, C1지역은 수냉시키고, 나머지 4지역은 각각 60℃, 90℃, 110℃ 및 125℃로 가열한다. 압출된 파이프의 특징은 표 3에 나타나 있다.
[참조실시예 2]
실린더가 실시예 10에서와 동일한 압출기를 사용한다. 실린더에는 스크루 하부 직경이 35mm인 계량지역에서 뻗어난 전단면에 위치한 평지역, 12D인 압축지역 및 5D인 공급지역으로 이루어진 스크루(압축비 : 1.5)가 들어 있다. 이러한 압출 장치를 사용하여 페놀 수지(실시예 6에서와 동일)를 실시예 11과 같이 압출시킨다. 성형제품의 특징은 표 3에 나타나 있다.
[압축물의 평가]
표 3에는 근본적으로 성형하기가 까다로운 고압 수지를 계량지역이 전 말단부를 향해 뾰족해지는 스크루를 사용하므로써 비교적 쉽게 압출시킬 수 있음을 보여준다. 반면에 계량지역이 전 말단부를 향해 벌어지는 스크루를 사용하므로써 저압수지를 압출시켜 조밀 제품을 성형할 수 있음을 보여준다.
[표 3]
Figure kpo00004
*1) 호퍼에서 측정한 바와 같이 측정지역의 제1피치에서 측정.
[실시예 12]
실린더 직경(D)이 30mm이며 L/D비가 22인 압출기를 사용한다. 실린더내의 스크루의 압출비가 2.3이며 스크루의 평지역은 직경이 25mm이고 길이가 12mm(4D)이며 스크루 하부 직경이 25mm인 계량지역에 뻗어난 전단부에 위치한다. 이러한 압출 장치를 사용하여 35rpm의 스크루 회전속도로 페놀수지(＂Rogers RX-6684＂, Nippon Oil Seal Industry Co., Ltd.제품)를 압출시켜 파이프를 형성시킨다. 실린더는 C1(0-2D), C2(3D-10D), C3(11D-18D) 및 C4(19D-22D)의 4지역으로 되어 있으며, C1지역은 수냉시키고, 나머지 3지역은 각각 80℃, 100℃ 및 120℃로 가열한다. 파이프의 외경은 30mm이고 벽 두께는 2.5mm이다.
[실시예 13]
실시예 12에서와 동일한 압출기를 사용하여 35rpm의 스크루 회전속도로 페놀수지(＂CN-4610＂, Matsushita Electric Works, Ltd.제품)를 압출시켜 파이프를 성형시킨다. 실린더의 C1지역은 수냉시키며, 나머지 3지역은 C2는 80℃, C3는 110℃ 및 C4는 120℃로 가열한다. 파이프 외경은 30mm이고 벽두께는 2.5mm이다.
[실시예 14]
실시예 12에서와 동일한 압출장치를 사용하여 페놀수지(＂PM -795J＂, Sumitomo Bakelite Co., Ltd.제품)를 35rpm의 스크루 속도로 압출시켜 파이프를 성형시킨다. 실린더의 C1지역은 수냉시키고, C2, C3및 C4지역은 각각 80℃, 100℃ 및 120℃로 가열한다. 파이프의 외경은 30mm이고 벽 두께는 2.5mm이다.
[실시예 15]
실시예 12에서와 동일한 압출장치를 사용하여 멜라민-페놀수지(＂ME-A, Matsushita Electric Works, Ltd.제품)를 35rpm의 스크루 회전속도로 압출시켜 파이프를 성형시킨다. 실린더의 C1지역은 수냉시키고, C2, C3및 C4지역은 각각 85℃, 120℃ 및 130℃로 가열한다. 파이프의 외경 및 벽 두께는 실시예 14에서와 동일하다.
[압출물의 평가]
실시예 12-15에서 제조한 파이프의 특징은 표 4 및 5에 나타나 있다. 본 발명에 의하여 압출된 열경화성수지 파이프는 축방향과 측에 수직방향간의 압축강도가 균형을 이루고 있으며 매우 큰 내부 압력을 견디어 낼 수 있다. 또는 내열성, 내화학성, 내화성이 우수하며 난연성 또는 매우 만족스럽다.
[표 4]
Figure kpo00005
[표 5]
Figure kpo00006
표 5에 대한 주는 다음과 같다 :
*1) 표 2의 주 1 참조
*2) 표 2의 주 2 참조
*3) 길이 60cm인 파이프를 서로 떨어진 길이가 50cm인 두 지지 장대에 수평으로 걸쳐놓고, 2시간 동안 180℃의 열을 가한다.
*4) 길이 60cm인 파이프를 서로 떨어진 길이가 50cm인 두 지지 장대에 수평으로 걸쳐놓고, 그의 중심을 파이프의 바로 밑에 위치한 분센 버너에서 나오는 약 50mm의 푸른빛깔의 화염으로 3분간 접촉시킨다.
*5) 다수의 전기 코드를 파이프속에 넣고 내벽에 고착시킨다. 코드를 통해 흐르는 전류로써*4)에서와 동일한 테스트를 한다.
*6) 다음 조건하에서 길이가 각 5cm인 파이프 샘플을 뜨거운 물 및 여러 화합물질에 넣고 테스트한다.
뜨거운 물 : 100℃에서 24시간 동안.
기타 화학물질 : R.T. 1주간.

Claims (22)

  1. 열경화성 수지가 실린더에서 압출된 후 그의 본래 형상을 유지할 수 있는 정도로 이를 스크루의 전단부에 있는 평지역에서 성형시킴을 특징으로 하는 열경화성 수지의 압출 성형 방법.
  2. 제1항에 있어서, 스크루의 L/D 비가 7내지 40이며, 평지역의 길이가 1 내지 15D인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 평지역의 길이가 2 내지 10D인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 평지역의 길이가 2 내지 7D인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 열경화성 수지에 충진제를 결합시키는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 충진제에 섬유상 충진제가 함유되는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 섬유상 충진제가 함유된 충진제를 열경화성 수지의 20 내지 80중량%의 양으로 결합하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 열경화성 수지가 페놀계 수지인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 열경화성 수지가 멜라민 수지인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 열경화성 수지가 에폭시 수지인 방법.
  11. 열경화성 수지가 실린더에서 압출된 후 그의 본래 형상을 유지할 수 있는 정도로 이를 스크루의 전단부에 있는 평지역에서 성형시키고, 수지 및/또는 섬유상 충진제를 무질서하게 배향시켜, 파이프 축방향에서의 압축강력에 대한 파이프축에 수직방향에서의 압축 강력의 비가 0.4 내지 1.5인 파이프를 성형시킴을 특징으로 하는 열경화성 수지의 압출 성형 방법.
  12. 열경화성 수지가 실린더에서 압출된 후 그의 본래 형상을 유지할 수 있는 정도로 이를 스크루의 전단부에 있는 평지역에서 성형시키고, 수지 및/또는 섬유상 충진제를 무질서하게 배향시킴을 특징으로 하는 열강화성 수지의 압출 성형 방법.
  13. 공급지역, 압축지역, 계량지역 및 평지역이 있는 스크루 ; 공급지역, 압축지역 및 계량지역에 상응하는 부분에 열 조절기가 있는 실린더부 ; 및 직경이 계량지역 최종 스크루의 직경과 동일하거나 다른 평지역에 상응하는 부분에 열공급력이 있는 실린더부로 구성됨을 특징으로 하는 스크루형 압출 성형기(수지의 열경화반응은 평지역과 이에 상응하는 실린더 부분에 의해 형성된 공간에서 촉진되며, 수지는 실린더에서 압출된 후 그의 본래 형상을 유지할 수 있는 정도로 성형된다).
  14. 제13항에 있어서, 스크루의 L/D 비가 7 내지 40이며, 평지역의 길이가 1 내지 15D인 압출 성형기.
  15. 제14항에 있어서, 평지역의 길이가 2 내지 10D인 압출 성형기.
  16. 제14항에 있어서, 평지역과 길이가 2 내지 7D인 압출 성형기.
  17. 제13항에 있어서, 스크루의 계량지역 및 평지역 표면의 모두 또는 일부 그리고 이에 상응하는 실린더 부위 내부 표면의 모두 또는 일부의 경사도가 스크루의 축방향에 관해 1/1000 내지 30/1000인 압출 성형기.
  18. 제17항에 있어서, 경사도가 1/1000 내지 10/1000인 압출 성형기.
  19. 열경화성 수지가 실린더에서 압출된 후 그의 본래 형상을 유지할 수 있는 정도로 이를 스크루의 전단부에 있는 평지역에서 성형시키고 수지 및/또는 섬유상 충진제를 불규칙하게 배향시킴을 특징으로 하는 열경화성 수지 파이프.
  20. 열경화성 수지가 실린더에서 압출된 후 그의 본래 형상을 유지 할 수 있는 정도로 이를 스크루의 전단부에 있는 평지역에서 성형시키고 수지 및/또는 섬유상 충진제를 불규칙하게 배향시켜 파이프측 방향에서의 압축강력에 대한 파이프축에 수직방향에서의 압축강력의 비가 0.4 내지 1.5인 파이프를 성형시킴을 특징으로 하는 열경화성 수지 파이프.
  21. 열경화성 수지가 실린더에서 압출된 후 그의 본래의 형상을 유지할 수 있는 정도로 이를 스크루의 전단부에 있는 평지역에서 성형시키고 수지 및/또는 섬유상 충진제를 불규칙하게 배향시켜 생성된 유체를 이송하기 위한 열경화성 수지 파이프.
  22. 열경화성 수지가 실린더에서 압출된 후 그의 본래의 형상을 유지할 수 있는 정도로 이를 스크루의 전단부에 있는 평지역에서 성형시키고 수지 및/또는 섬유상 충진제를 불규칙 하게 배향시키는 것을 특징으로 하는 보호 열경화성 수지 파이프.
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