WO2018124377A1 - Wpc 판재 제조 방법 및 평탄화장치 - Google Patents

Wpc 판재 제조 방법 및 평탄화장치 Download PDF

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WO2018124377A1
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compound
mixing
pressing
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손달호
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(주)경동월드와이드
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    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2511/00—Use of natural products or their composites, not provided for in groups B29K2401/00 - B29K2509/00, as filler
    • B29K2511/14—Wood, e.g. woodboard or fibreboard

Definitions

  • the present invention relates to a WPC sheet manufacturing method and a flattening device.
  • composite wood such as plywood and MDF used for decorative wall or floor panels
  • interior and exterior building materials adversely affects the human body due to harmful substances contained in the adhesive, and has problems such as shrinkage expansion and decay by moisture.
  • the heat source is additionally added during the molding process to melt the composite material during the molding process, and the thickness of the produced product is limited due to the heat source required for molding.
  • compound should be filled in thick height and molding in belt press as needed.However, if the size of compound particle is small, When the size is large, the size of the compound particles is limited due to the problem that the fluidity is not secured due to the temperature variation of the compound due to low heat transfer during heating.
  • One object of the present invention is to provide a method for producing a WPC plate material having a uniform physical properties of natural wood and plastic resin for each part.
  • Another object of the present invention is to improve the thickness precision of the plate produced due to the viscosity and fluidity of the high-temperature compound raw material without using a separate heating device in the forming process of the plate, WPC plate manufacturing method with improved productivity To provide.
  • the WPC plate manufacturing method the compound generation step of producing a compound formed by mixing the natural wood and plastic resin, the compound group in which the compounds are accumulated in the compound generation step is flattening the compound group to have a predetermined height And a molding step of pressing the compound group flattened in the flattening step through a belt press to form a plate.
  • the planarization apparatus may include: first alignment pins extending downward from the upper side of the compound group formed by mixing the compound formed by mixing the natural wood and the plastic resin, and arranged along the conveying direction in which the compound group is conveyed;
  • the compound group is formed in a rod shape extending in the direction transverse to the conveying direction in which the compound group is conveyed, and includes third alignment pins arranged along the conveying direction, and the compound group is reciprocated in a direction transverse to the conveying direction.
  • the height of the compound group by aligning the upper part of the compound group evenly by dividing the upper compound, the third alignment pins pendulum movement with the predetermined height as the minimum height, and by cutting off the upper part of the compound group with the upper part evenly aligned. Adjust the to flatten the compound group.
  • the flattening device is supplied with a compound group formed of a compound formed by mixing the natural wood and plastic resin to extrude the compound group therein, and a plurality of extrusion screws and a plurality of extrusion screws arranged in a horizontal direction
  • the compound group formed on the outlet side, the compound group discharged from the plurality of extrusion screws is accommodated, and includes a mold portion including a hole having a predetermined height, and the compound group discharged from the plurality of extrusion screws and passed through the hole has a predetermined height Flattened.
  • the compound group pressurized by the belt press may have a uniform height through a flattening step, thereby manufacturing a WPC sheet having a uniform physical property as a whole.
  • the compound group in which the high temperature compounds are integrated is pressurized by the belt press, a separate heating device is not used in the forming process of the plate, and thus productivity may be improved.
  • FIG. 1 is a flow chart showing a WPC plate manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically showing apparatuses for implementing a WPC plate manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a flowchart showing the compound generation step of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view showing an extrusion apparatus of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a state of the first planarization device of the present invention as viewed from the side.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a state of the first planarization apparatus of the present invention as viewed from the front.
  • FIG. 8 is a perspective view schematically showing a second flattening apparatus of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view schematically showing a third planarization apparatus of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic view showing a belt press of the present invention.
  • FIGS. 1 and 2 are flow charts showing a WPC plate manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a view schematically showing apparatuses for implementing a WPC plate manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing a WPC sheet according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • WPC manufacturing method includes a compound generation step (S10), planarization step (S20), molding step (S30) and cooling step (S40).
  • the compound (mixed material mixed homogeneously mixed agglomeration) produced in the compound generating step (S10) through the extrusion device 200 is a flattening device (
  • the conveyed compounds are transferred to 300, the flattening step (S20) is carried out through the flattening device 300 is transferred to the belt press 400, the upper surface is flat, with a uniform height, the conveyed compound
  • the group is molded into a plate shape through the forming step (S30) in the belt press 400, the molded plate is cooled through the cooling step (S40) and finally the plate is completed.
  • each step will be described in more detail.
  • FIGS. 3 to 5 are flowchart showing the compound generation step of the present invention. 4 is a flowchart showing the extrusion step of the present invention. 5 is a schematic view showing an extrusion apparatus of the present invention. Hereinafter, the compound generation step will be described with reference to FIGS. 3 to 5.
  • Compound generation step (S10) is a step of producing a compound formed by mixing the natural wood and plastic resin.
  • the compound refers to a mixed raw material in which natural wood and plastic resin are uniformly mixed and lumped into a cylindrical shape, for example.
  • the compound generating step S10 may include a grinding step S11, a mixing step S13, an extrusion step S15, a compound forming step S17, and a cutting step S19.
  • Crushing step (S11) is a step of crushing the natural wood into wood powder.
  • Wood may include wood based raw materials containing wood chips, wood pellets, semi-carburized wood flour, and other celluloses.
  • the grinding step (S11) may be a step of grinding the natural wood so that the particle size of the wood powder is 0.05mm to 1.5mm. More preferably, the grinding may be performed so that the particle size of the wood powder is 0.05mm to 1.0mm.
  • the particle size of the pulverized wood powder is 1.5mm or more, the powder may be formed between the wood powder after the wood powder is molded into a WPC sheet or other products, thereby causing a problem of poor bonding strength between the wood powder.
  • the surface of the product may not be completely coated, resulting in a drop in physical properties of the product.
  • the mixing step S13 may include a preparation step, a first mixing step, and a second mixing step.
  • the preparation step is a step of preparing raw materials for mixing. At the most basic level, wood flour and plastic resin can be prepared. In addition, a crosslinking agent for increasing the bonding strength of wood flour and plastic resin, an inorganic filler, an antioxidant, an ultraviolet stabilizer, and the like can be prepared.
  • ultraviolet rays may act as a major factor in the aging of plastic resins.
  • a UV stabilizer benzophenol type (2- [0030] hydroxyl benzophenone, etc.), benzotriazole type (2-hydroxy phenyl benzotriazole, etc.), hindered amines (hindered amines, 4-benzoyl) are used to prevent physical property degradation caused by light.
  • Oxy-2,2,6,6-tetramethylbiferidine, 2,4-di-tert-butylphenyl-3,5-di-tert-butyl-hydroxybenzoide, etc.), an organic nickel compound, etc. can be used.
  • the antioxidant is used to suppress deterioration or degradation of physical properties, cracks, and discoloration under the influence of oxygen, heat, light, etc. under practical environmental conditions, and for example, an amine antioxidant may be used. have.
  • the first mixing step may be a step of mixing the wood powder, plastic resin and other prepared raw materials by the rotation of the rotary blade provided in the mixing device (not shown).
  • the first mixing step may be a step of mixing for 5 to 20 minutes in a mixing device having an internal temperature of 120 °C to 200 °C.
  • the rotary blade may mix the input raw materials while rotating at 400 RPM.
  • wood flour, plastic resin and crosslinking agent may be included in a ratio of 70 to 85 wt% of wood flour, 10 to 28 wt% of plastic resin, and 2 to 5 wt% of crosslinking agent.
  • it may include 12 to 40 parts by weight of the plastic resin and 2.9 to 5.9 parts by weight of the crosslinking agent with respect to 100 parts by weight of the wood powder. More preferably, it may include 36 parts by weight of the plastic resin and 2.8 parts by weight of the crosslinking agent based on 100 parts by weight of the wood powder.
  • the second mixing step may be a step in which the rotary blade rotates at a faster speed than the first mixing step and mixes wood flour and plastic and other raw materials.
  • the rotary blade may rotate at 800 RPM, and the internal temperature of the rotary device may rise to 150 ° C to 200 ° C.
  • the plastic resin When the mixing is carried out at such a temperature, the plastic resin may be melted and coated on the surface of the wood powder to achieve uniform mixing.
  • the vaporized moisture may be discharged to the outside of the mixing apparatus through a separate steam discharge nozzle provided in the mixing apparatus.
  • Extrusion step (S15) may be a step of producing a compound by heating and pressing the mixed raw material mixed by the mixing step (S13).
  • the extrusion step S15 may include a heating step S151, an input step S153, a pressing step S155, and a mixing step S157.
  • the extrusion step S15 may be performed by the extrusion apparatus 200 (see FIG. 5).
  • the extrusion apparatus 200 is formed with an inlet 210 through which a mixed raw material is input at one side, and a body 250 including an inner space 255 through which extrusion is performed, and for raising the temperature of the inner space 255. Ends of the pair of screws 220a and 220b and the screws 220a and 220b which are provided in the heating unit (not shown) and the internal space 255 and rotate about the axes Ca and Cb in parallel directions, respectively. It may include a mixing block (222a, 222b) for mixing the mixed raw material is coupled to the input. In this case, the screw 220 and the mixing block 222 may be provided in plural along the longitudinal direction of the internal space 255.
  • a heating step S151 may be performed to first heat the temperature of the internal space 255 into which the mixed raw material is input by the heating unit to 125 ° C. to 250 ° C.
  • an input step S153 of injecting the mixed raw material into the internal space 255 through the inlet 210 may be performed.
  • the mixed raw material introduced into the inner space 255 may be heated to 125 ° C to 250 ° C.
  • the stirrer 215 provided inside the inlet is rotated, and the mixed raw material passes through the stirrer 215 and may be introduced into the internal space 255.
  • a pressurizing step S155 of pressurizing the mixed raw material introduced into the inner space 255 may be performed.
  • the pair of screws 220 provided in the inner space 255 and whose outer circumference is processed in a spiral shape may rotate by the operation of the motor 230.
  • the mixed raw material injected by the rotation of the screw 220 may be compressed and moved from the screw 220 having a large spacing between the spirals to the screw 220 having a narrow spacing between the spirals.
  • the mixed raw material heated and compressed in the inner space 255 may be mixed by the rotation of the mixing block 222 provided at the end of the screw 220 (mixing step S157).
  • the content of the plastic resin is about 40% of the mixed raw material, but in the present invention, since the plastic resin is contained 10 to 28% by weight of the mixed raw material, and the ratio of wood powder is large, the mixing block 222 ),
  • the mixing space is preferably formed wide according to the ratio of wood powder.
  • the mixed raw material is again compressed through the screw 220 narrowly spaced between the spiral, screw 220 wide spaced between the spiral, screw 220 narrow spaced between the spiral, and then screw 220
  • the mixed raw material compressed by the terminal mixing block 222 may be mixed again. That is, the pressing step (S155) and the mixing step (S13) may be performed a plurality of times on the mixed raw material.
  • the compound formed by mixing and extruding wood flour and plastic resin at high temperature and high pressure may have viscosity and fluidity, and the wood flour contained in the compound manufactured through the extrusion process is semi-carbonized, WPC plate produced using can be improved antibacterial and hygroscopic.
  • Compound molding step (S17) may be a step of forming a cylindrical shape having a diameter and height of a predetermined size by passing the compound generated through the extrusion step (S15) through a perforated mold of 0.5mm to 35mm in diameter.
  • the compound molded through the compound molding step S17 may be molded into a pellet shape or briquette shape, for example.
  • Compound formed through the compound molding step (S17) may have a predetermined diameter as shown in the following table (Table 1) based on the target thickness of the plate to be manufactured.
  • Target thickness of plate [mm] Diameter [mm] 3 0.5 to 11 6 1 to 15 10 2 to 18 20 3 to 25 35 4 to 35
  • the cutting step S19 may be a step of cutting the compound formed by the compound molding step S17 to a predetermined length along the height direction. For example, it can be cut to have a length of 30mm to 70mm.
  • the temperature of the compound is 190 ° C. to 210 even when the compound forming step S17 and the cutting step S19 are performed. It is preferable to keep it at ° C.
  • the compound is uniformly mixed, having a diameter and height of a predetermined size
  • the generated compounds may be transferred to the flattening apparatus 300 through the belt conveyor 500.
  • the belt conveyor 500 is surrounded by a cover (not shown), and the cover can prevent a temperature drop of the compounds moving to the flattening device 300 through the belt conveyor 500.
  • FIGS. 6 and 9 are schematic views showing a state of the first planarization apparatus 300 of the present invention as viewed from the side.
  • 7 is a schematic view showing a state of the first planarization apparatus 300 of the present invention as viewed from the front.
  • 8 is a perspective view schematically showing a second flattening apparatus of the present invention.
  • 9 is a perspective view schematically showing a third planarization apparatus of the present invention.
  • the planarization step S20 will be described with reference to FIGS. 6 and 9.
  • the first planarization apparatus 300 includes a main body 305 including a planarization space 315, an inlet 310 through which compounds are introduced into the planarization space 315, and compounds introduced into the planarization space 315. It may include a transfer unit 350 for transferring to.
  • the planarization step S20 is a step of planarizing the compound group such that the compound group in which the compounds generated in the compound generation step S10 are integrated in the planarization space 315 has a predetermined height.
  • the planarization step S20 may include an alignment step and a height adjustment step.
  • the alignment step is a step of uniformizing the upper portion of the compound group introduced into the planarization space (315).
  • Compounds having a diameter of 0.5 mm to 35 mm, a height of 30 mm to 70 mm, and a surface temperature of 120 ° C. to 200 ° C. generated by the compound generating step S10 are transferred to the inlet 310 through the belt conveyor 500, and the like. Compounds may be dropped into the inlet 310 is gradually narrowed in the inlet may be injected into the flattening space (315).
  • the height of the upper part may not be uniform as in the conical sand, and the alignment may be a step of leveling the upper part of the compound group.
  • the alignment step is performed by the alignment pins 320 and 330 extending downward from the upper side of the compound group to the compound group, and the alignment pins 320 and 330 may move the compounds above the compound group. By dividing, it may be a step of leveling the top of the compound group.
  • the alignment pins may include first alignment pins 320 disposed at a lower end of the inlet 310 and arranged along a transport direction A in which the compound group is transferred to the belt press 400.
  • the first alignment pins 320 may align the upper portion of the compound group evenly by the first alignment pins 320 separating the compounds above the compound group by the reciprocating motion in the direction in which the inlet 310 crosses the transport direction A.
  • FIG. A reciprocating alignment step may be included (see FIG. 8).
  • the first insertion pins 320 may align the upper part of the compound group by cutting the upper part of the compound group by the reciprocating motion of the inlet 310 itself.
  • the alignment pins may be fixed on the transport path where the compound group is transported to the belt press 400, and the second alignment pins arranged along the direction crossing the transport direction in which the compound group is transported to the belt press 400 ( 330.
  • the alignment step may include a transfer alignment step of evenly arranging the upper portion of the compound group by dividing the compounds above the compound group during the transfer of the compound group.
  • the compound group may be transferred to the belt press 400 by the transfer unit and may be divided by the second alignment pins 330 and may have an even height.
  • the reciprocating sorting step and the transport sorting step may be performed together, and the upper portion of the compound group is evenly aligned while the alignment pins 320 and 330 are divided in the direction crossing the conveying direction A and the conveying direction. can do.
  • the height adjusting step may be a step of adjusting the height of the compound group such that the compound group having an even level by the alignment step has a predetermined height.
  • the height adjustment step is formed in a rod shape extending in the direction crossing the conveying direction (A), the third alignment pins 340 listed along the conveying direction (A), the predetermined height to the minimum height
  • the height of the compound group may be adjusted.
  • the third alignment pins 340 may be hinged to the upper side of the compound group to be transferred to pendulum movement.
  • the predetermined height may be preset as shown in the following table (Table 2) based on the target thickness of the plate.
  • Target thickness of plate Predetermined height [mm] 3 20.9 to 50.8 6 31.2 to 64.7 10 42.9 to 80.7 20 69.6 to 115.5 35 106.6 ⁇ 162.2
  • the compound group introduced into the planarization space 315 of the planarization apparatus 300 may be transferred to the belt press 400 in a state in which a predetermined predetermined height is evenly formed through the alignment step and the height adjustment step.
  • planarization step S20 using the second planarizer 360 or the third planarizer 380 instead of the first planarizer 300 will be described.
  • the planarization step (S20) using the second planarization device 360 may be a step of flattening the compound group having a predetermined height by pressing the compound group and passing it through a hole having a predetermined height.
  • the second planarization apparatus 360 may include an inlet (not shown), a planarization space 365, a pressing part 361, and a mold part 368.
  • Compounds having a diameter of 0.5 mm to 35 mm, a height of 30 mm to 70 mm, and a surface temperature of 120 ° C. to 200 ° C. generated by the compound generating step S10 may be introduced into the planarization space 365 through the inlet.
  • the pressing part 361 moves toward the mold part 368 and presses the compounds introduced into the planarization space 365, and the compounds pressed by the pressing part 361 are formed through the holes 369 formed in the mold part 368.
  • the belt press 400 may be discharged.
  • the hole 369 may be formed in a rectangular shape having a constant width and height h.
  • the discharged compounds are formed along the shape of the hole 369, and the height of the hole 369 may be preset as shown in the table (Table 2) based on the target thickness of the plate so that the height is a predetermined height.
  • the compound group is pressurized by passing through a hole having a predetermined height by pressing the compound group through a plurality of horizontally arranged extrusion screws to planarize the compound group having a predetermined height. It may be a step.
  • the third planarization apparatus 380 may include an inlet (not shown), a plurality of extrusion screws 385, and a mold 388.
  • Compounds having a diameter of 0.5 mm to 35 mm, a height of 30 mm to 70 mm, and a surface temperature of 120 ° C. to 200 ° C. generated by the compound generating step S10 may be introduced into the plurality of extrusion screws 385 through the inlet.
  • the injected compounds can be extruded inside a plurality of extrusion screws 385 arranged horizontally.
  • the extruded screws 385 may be formed in a spiral shape of the outer circumference, and the extruded screws 385 may rotate and extrude the compound groups individually.
  • the number of extruded screws 385 is not particularly limited.
  • the mold portion 388 is formed at the outlet side of the plurality of extruded screws 385, includes a hole 389, and may accommodate a compound group discharged from the plurality of extruded screws 385.
  • the compound group discharged from the plurality of extrusion screws and passed through the hole 389 may be discharged to the belt press 400.
  • the hole 369 may be formed in a rectangular shape having a constant width and height h. At this time, the compound group discharged is formed along the shape of the hole 369, the height of the hole 369 may be preset as shown in the above table based on the target thickness of the plate to be a predetermined height.
  • the third planarizer 380 uses a plurality of extruded screws 385, for example, 10 extruded screws 385, and through the mold portion 388 formed at the ends of the plurality of extruded screws 385. Since the compounds are discharged, a plate having a large width can be produced using the extrusion screw 385 having a small diameter.
  • Forming step (S30) is a step of pressing the conveyed compound group through the belt press 400 to form a plate.
  • 10 is a schematic diagram showing a belt press 400 of the present invention. Hereinafter, the molding step S30 will be described with reference to FIG. 10.
  • the molding step S30 may be performed by a double belt press including the upper belt 410 and the lower belt 490, and the transferred compound group may be transferred to the upper surface of the lower belt 490.
  • Forming step (S30) may be a step of pressing the compound group having a temperature of 170 ° C to 210 ° C through the belt press 400 to form a plate. If the temperature of the compound group transferred to the belt press 400 is too low, it may be difficult to form a homogeneous plate material is low fluidity. On the other hand, if the temperature of the compound group is too high, the compound may stick to the belt of the belt press 400 may occur.
  • the molding step (S30) is performed only by pressing the transferred compound group without heating. Can be.
  • the molding step S30 may include a first pressing step and a second pressing step.
  • the first pressing step may be a step of pressing the conveyed compound group at a first pressure.
  • the first pressure may be 31 kgf / cm 2 to 100 kgf / cm 2 .
  • the first pressing step is to form the shape of the plate by pressing the conveyed compound group between the upper drum 411 provided on the upper belt 410 and the lower auxiliary drum 492 provided on the lower belt 490. Can be.
  • the lower belt 490 may further include a lower drum 491, and a heating device for heating the belt is provided at the upper drum 411 and the lower drum 491 to prevent a temperature drop of the compound group being transferred. May be
  • the second pressing step may be a step of pressing the second pressure lower than the first pressure after the first pressing step.
  • the second pressing step is to press the plate formed by the first pressing step between the pressure rollers 413 and 493 provided on the upper belt 410 and the lower belt 490, respectively, to process the surface of the plate.
  • the second pressure is 5 kgf / cm 2 To 30 kgf / cm 2 .
  • the thickness molding rate is formed at a level of about 85% to 95% of the molding target thickness
  • the second pressurization step molding is performed at the target thickness with the homogenization of the smoothness and density of the plate.
  • the height of the upper belt 410 may be adjusted for the lower belt 490.
  • the incident angle (a) in which the compound group conveyed by the height adjustment of the upper belt 410 is inserted between the upper belt 410 and the lower belt 490 can be adjusted.
  • the incident angle (a) is a tangent and the reference position (G) drawn from the reference position (G), which is a position corresponding to the center of the lower auxiliary drum (492) of the upper surface of the lower belt (490), to the upper belt (410). It may be an angle defined by an extension line extending along the upper surface of the lower belt 490 in.
  • the incident angle (a) is preset as shown in the following table (Table 3) based on the target thickness of the plate to be manufactured, the height of the upper belt 410 can be adjusted according to the set incident angle (a).
  • the plate formed by the molding step S30 may be cooled through the cooling step S40.
  • the cooling step S40 may be a step of cooling the plate while pressing the plate at 3 kgf / cm 2 to 10 kgf / cm 2 to prevent deformation of the plate.
  • the plate may be warped or warped in the process of cooling the plate formed to a certain thickness, and the plate may be fixed while pressing the plate at a predetermined pressure, thereby preventing deformation of the plate.
  • the cooling method is not particularly limited.
  • it may be performed by air-cooled cooling of an indirect heat exchange type by surface bearings (not shown) provided in the upper belt 410 and the lower belt 490, or water-cooled cooling by spraying coolant.

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Abstract

WPC 판재 제조 방법은, 천연목재와 플라스틱 수지가 혼합되어 형성된 컴파운드를 생성하는 컴파운드 생성단계, 컴파운드 생성단계에서 생성된 컴파운드들이 집적되어 있는 컴파운드군이 소정 높이를 갖도록 컴파운드군을 평탄화하는 평탄화단계, 및 평탄화단계에서 평탄화된 컴파운드군을 벨트프레스를 통해 가압하여 판재로 성형하는 성형단계를 포함한다.

Description

WPC 판재 제조 방법 및 평탄화장치
본 발명은 WPC 판재 제조 방법 및 평탄화장치에 관한 것이다.
일반적으로 장식 벽 또는 바닥 패널, 건축 내외장재에 사용되는 합판 및 MDF 등의 복합목재는 접착제에 포함된 유해물질로 인하여 인체에 악영향을 끼치고, 수분에 의한 수축 팽창, 부패 등의 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 합성목재의 개발이 활발히 진행되었고, 특히 천연목재와 올레핀계 고분자수지를 혼합하여 고온, 고압에서 제품 형태로 압출 또는 사출 성형시켜 목재의 장점과 고분자의 장점을 모두 갖춘 WPC 판재가 친환경 무독성 제품으로 주목을 받고 있다.
그러나 종래의 WPC 판재 제조 방법은 성형과정에서 복합재를 녹이기 위해 성형과정에서 열원이 추가로 들어가고 성형에 필요한 열원에 기인하여 생산된 제품의 두께가 한정적이다.
뿐만 아니라 냉각된 컴파운드를 이용하여 다양한 두께의 판재를 생산하고자 할 경우 필요에 따라 두꺼운 높이로 컴파운드를 충진하고 벨트프레스에서 성형이 이루어져야 하나, 컴파운드 입자의 크기가 작은 경우 두꺼운 높이로 충진하지 못하고 입자의 크기가 클 경우 가열 시 낮은 열전달에 기인하여 컴파운드의 온도 편차로 인해 유동성이 확보되지 못하는 문제로 컴파운드 입자의 크기가 제한적이었다.
또한, 성형 시 가열을 통해 합성목재 혼합물을 연화시켜야 하므로 플라스틱 수지의 양이 40% 이상 첨가되지 않을 경우 플라스틱 수지가 목재와 제대로 혼합되지 않아 생산된 제품의 부위별 기공율, 흡수율, 강도 등의 편차가 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 더블벨트프레스 상에 열을 가해 플라스틱 수지와 목분을 결합하는 구조의 특성상 추가열원이 필요하며 생산속도가 한정되는 단점이 있었고, 가열, 성형, 냉각이 더블벨트프레스 내부에서 일어나므로 설비가 대형화 되는 단점이 존재했다.
본 발명의 일 과제는 천연목재와 플라스틱 수지가 각 부위별로 균일한 물성을 가지는 WPC 판재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 판재의 성형과정에서 별도의 가열장치를 사용하지 않아도 고온의 컴파운드 원료가 가지는 점성과 유동성으로 인해 생산되는 판재의 두께 정밀도를 향상시킬 수 있고 생산성이 향상된 WPC 판재 제조 방법을 제공하는 것이다.
일 예에서, WPC 판재 제조 방법은, 천연목재와 플라스틱 수지가 혼합되어 형성된 컴파운드를 생성하는 컴파운드 생성단계, 컴파운드 생성단계에서 생성된 컴파운드들이 집적되어 있는 컴파운드군이 소정 높이를 갖도록 컴파운드군을 평탄화하는 평탄화단계, 및 평탄화단계에서 평탄화된 컴파운드군을 벨트프레스를 통해 가압하여 판재로 성형하는 성형단계를 포함한다.
다른 예에서, 평탄화장치는, 천연목재와 플라스틱 수지가 혼합되어 형성된 컴파운드들이 모여 형성된 컴파운드군의 상측에서 컴파운드군까지 하측으로 연장되고, 컴파운드군이 이송되는 이송방향을 따라 배열된 제1 정렬핀들 및 컴파운드군이 이송되는 이송방향을 가로지르는 방향으로 연장된 봉 형상으로 형성되고, 이송방향을 따라 나열된 제3 정렬핀들을 포함하고, 제1 정렬편들이 이송방향을 가로지르는 방향으로 왕복 운동하며 컴파운드군 상부의 컴파운드들을 가르는 것에 의해 컴파운드군의 상부를 고르게 정렬하고, 제3 정렬핀들이 소정 높이를 최저 높이로 하여 진자 운동을 하며 상부가 고르게 정렬된 컴파운드군의 상부를 깎아내는 것에 의해 컴파운드군의 높이를 조절하여 컴파운드군을 평탄화한다.
또 다른 예에서, 평탄화장치는, 천연목재와 플라스틱 수지가 혼합되어 형성된 컴파운드들이 모여 형성된 컴파운드군이 공급되어 내부에서 컴파운드군을 압출하고, 수평방향으로 배열된 복수 개의 압출 스크루 및 복수 개의 압출 스크루의 출구 측에 형성되고, 복수 개의 압출 스크루에서 배출된 컴파운드군이 수용되며, 소정 높이를 갖는 홀을 포함하는 몰드부를 포함하고, 복수 개의 압출 스크루에서 배출되어 홀을 통과한 컴파운드군은 소정 높이를 가지며 평탄화된다.
본 발명에 의하면 벨트프레스에서 가압되는 컴파운드군이, 평탄화단계를 통해 균일한 높이를 갖도록 하여, 전체적으로 균일한 물성을 가지는 WPC 판재를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 고온의 컴파운드들이 집적된 컴파운드군이 벨트프레스에서 가압되기 때문에, 판재의 성형과정에서 별도의 가열장치가 이용되지 않아 생산성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 WPC 판재 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 WPC 판재 제조 방법을 실시하기 위한 장치들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 컴파운드 생성단계를 나타내는 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 압출단계를 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 압출장치를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제1 평탄화장치를 측면에서 바라본 상태를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제1 평탄화장치를 정면에서 바라본 상태를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제2 평탄화장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제3 평탄화장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 벨트프레스를 나타내는 개략도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해서 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 WPC 판재 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 WPC 판재 제조 방법을 실시하기 위한 장치들을 개략적으로 도시한 도면이다. 이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 WPC 판재 제조 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 WPC 제조 방법은 컴파운드 생성단계(S10), 평탄화단계(S20), 성형단계(S30) 및 냉각단계(S40)를 포함한다. 각 단계에서 수행되는 공정을 간략하게 설명하면, 압출장치(200)를 통해 컴파운드 생성단계(S10)에서 생성된 컴파운드(균일하게 혼합되어 덩어리진 혼합원료)가 벨트 컨베이어(500)를 통해 평탄화장치(300)로 이송되고, 이송된 컴파운드들은 평탄화장치(300)를 통해 평탄화단계(S20)가 수행되어 상부면이 평평하고, 균일한 높이를 가진 상태로 벨트프레스(400)로 이송되며, 이송된 컴파운드군은 벨트프레스(400)에서 성형단계(S30)를 통해 판재 형상으로 성형되고, 성형된 판재가 냉각단계(S40)를 통해 냉각되어 최종적으로 판재가 완성된다. 이하에서는 각 단계에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
컴파운드 생성단계(S10)
도 3은 본 발명의 컴파운드 생성단계를 나타내는 플로우차트이다. 도 4는 본 발명의 압출단계를 나타내는 플로우차트이다. 도 5는 본 발명의 압출장치를 나타내는 개략도이다. 이하에서는 도 3 내지 도 5를 참조하여 컴파운드 생성단계에 대해 설명한다.
컴파운드 생성단계(S10)는 천연목재와 플라스틱 수지가 혼합되어 형성된 컴파운드를 생성하는 단계이다. 컴파운드란, 천연목재와 플라스틱 수지가 균일하게 혼합되어, 예를 들어 원통 형상으로 덩어리진 혼합원료를 말한다.
도 3을 참조하면 컴파운드 생성단계(S10)는 분쇄단계(S11), 혼합단계(S13), 압출단계(S15), 컴파운드 성형단계(S17) 및 절단단계(S19)를 포함할 수 있다.
먼저 분쇄단계(S11)에 대해 설명한다.
분쇄단계(S11)는 천연목재를 목분으로 분쇄하는 단계이다. 목재란 우드 칩, 우드 펠릿, 반탄화 목분, 기타 셀룰로오스를 함유하고 있는 목질계 원료를 포함할 수 있다.
분쇄단계(S11)는 목분의 입자크기가 0.05mm 내지 1.5mm가 되도록 천연목재를 분쇄하는 단계일 수 있다. 더욱 바람직하게는 목분의 입자크기가 0.05mm 내지 1.0mm가 되도록 분쇄하는 단계일 수 있다.
목분의 입자크기를 0.05mm 이하로 분쇄하려면, 분쇄 성능이 뛰어난 특수 장치가 필요하게 되고, 많은 시간과 비용이 지출되는 문제가 있다. 분쇄된 목분의 입자크기가 1.5mm 이상이면 목분이 WPC 판재 기타 제품으로 성형된 후 목분 사이에 기공이 형성될 수 있어 목분 사이에 결합력이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 목분에 플라스틱 수지를 코팅하는 경우에도 표면을 완전히 코팅하지 못해 제품의 물성이 떨어지는 현상이 발생할 수 있다.
다음으로 혼합단계(S13)에 대해 설명한다.
혼합단계(S13)는, 준비단계, 제1 혼합단계 및 제2 혼합단계를 포함할 수 있다.
준비단계는, 혼합하기 위한 원료를 준비하는 단계이다. 가장 기본적으로 목분과 플라스틱 수지를 준비할 수 있다. 여기에 더해서 목분과 플라스틱 수지의 결합력을 증대시키는 가교제와, 무기질 충진제, 산화방지제, 자외선 안정제 등을 준비할 수 있다.
특히 자외선은 플라스틱 수지의 노화의 주요인으로 작용할 수 있다. 빛에 의해 야기되는 물성 저하를 방지하기 위해 자외선 안정제로서 벤조페놀계(2-[0030]hydroxyl benzophenone 등), 벤조트리아졸계(2-hydroxy phenyl benzotriazole 등), 힌더스 아민류(hindered amines, 4-벤조일옥시-2,2,6,6-테트라메틸비페리딘, 2,4-디-tert-부틸페닐-3,5-디-tert-부틸-하이드록시벤조이드 등), 유기니켈 화합물 등을 사용할 수 있다.
그리고 산화방지제는, 제조된 판재가 실용환경 조건하에서 산소, 열, 빛 등의 영향에 의해 열화 또는 물성의 저하, 균열, 변색되는 것을 억제하기 위하여 사용하며, 예를 들어 아민류의 산화방지제가 사용될 수 있다.
다음으로 제1 혼합단계는, 혼합장치(미도시)에 구비된 회전날의 회전에 의해 목분과 플라스틱 수지 기타 준비된 원료들을 혼합하는 단계일 수 있다. 제1 혼합단계는, 내부 온도가 120℃ 내지 200℃인 혼합장치에서, 5분 내지 20분 동안 혼합하는 단계일 수 있다. 제1 혼합단계에서 회전날은 400RPM으로 회전하면서 투입된 원료들을 혼합할 수 있다.
이때 가교제가 함께 혼합되면 목분과 플라스틱 수지 간의 결합력과 밀도가 증가할 수 있다. 예를 들어, 목분, 플라스틱 수지 및 가교제를 목분 70 내지 85 중량%, 플라스틱 수지 10 내지 28 중량%, 가교제 2 내지 5 중량 %의 비율로 포함할 수 있다.
상대적으로는, 목분 100 중량부에 대하여 플라스틱 수지 12 내지 40 중량부, 가교제 2.9 내지 5.9 중량부로 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는 목분 100 중량부에 대하여 플라스틱 수지 36 중량부, 가교제 2.8 중량부로 포함할 수 있다.
제2 혼합단계는 회전날이 제1 혼합단계보다 빠른 속도로 회전하며 목분과 플라스틱 기타 투입된 원료들을 혼합하는 단계일 수 있다. 예를 들어 제2 혼합단계에서 회전날은 800RPM으로 회전할 수 있고, 이때 회전장치 내부 온도는 150℃ 내지 200℃까지 상승할 수 있다.
이와 같은 온도에서 혼합이 이루어지면 목분 표면에 플라스틱 수지가 녹아 코팅되어 균일한 혼합이 이루어질 수 있다. 또한 이와 같은 온도 상승에 의해 원료들에 함유된 잔류 수분이 기화되면, 기화된 수분은 혼합장치에 구비된 별도의 수증기 배출 노즐을 통해 혼합장치의 외부로 배출될 수 있다.
다음으로 도 4를 참조하여 압출단계(S15)에 대해 설명한다.
압출단계(S15)는 혼합단계(S13)에 의해 혼합된 혼합원료를 가열 및 가압하여 컴파운드를 생성하는 단계일 수 있다. 압출단계(S15)는, 가열단계(S151), 투입단계(S153), 가압단계(S155) 및 혼합단계(S157)를 포함할 수 있다. 압출단계(S15)는 압출장치(200)에 의해 수행될 수 있다(도 5 참조).
압출장치(200)는 일측에 혼합원료가 투입되는 투입구(210)가 형성되고, 압출이 수행되는 내부공간(255)을 포함하는 본체(250)와, 내부공간(255)의 온도를 상승시키기 위한 가열부(미도시), 내부공간(255)에 구비되고, 평행한 방향의 축(Ca, Cb)을 중심으로 각각 회전하는 한 쌍의 스크루(220a, 220b) 및 스크루(220a, 220b)의 말단에 결합되어 투입된 혼합원료를 혼합하는 혼합 블록(222a, 222b)을 포함할 수 있다. 이때 스크루(220)와 혼합 블록(222)은 내부공간(255)의 길이 방향을 따라 복수 개 구비될 수 있다.
압출단계(S15)는 먼저 가열부에 의해 혼합원료가 투입되는 내부공간(255)의 온도를 125℃ 내지 250℃로 가열하는 가열단계(S151)가 수행될 수 있다.
내부공간(255)의 온도가 상승하면, 투입구(210)를 통해 혼합원료를 내부공간(255)으로 투입하는 투입단계(S153)가 수행될 수 있다. 내부공간(255)으로 투입된 혼합원료는 125℃ 내지 250℃로 가열될 수 있다. 이때 내부공간(255)으로 혼합원료를 정량 공급하기 위해, 투입구의 내부에 구비된 교반기(215)가 회전하고 혼합원료는 교반기(215)를 통과하며 내부공간(255)으로 투입될 수 있다.
다음으로 내부공간(255)으로 투입된 혼합원료를 가압하는 가압단계(S155)가 수행될 수 있다. 내부공간(255)에 구비되고, 외주가 나선 형상으로 가공된 한 쌍의 스크루(220)는 모터(230)의 작동에 의해 회전할 수 있다. 스크루(220)의 회전에 의해 투입된 혼합원료는 나선 사이의 간격이 넓은 스크루(220)에서 나선 사이의 간격이 좁은 스크루(220)로 이동되며 압착될 수 있다.
다음으로 내부공간(255)에서 가열되고 압축된 혼합원료는 스크루(220)의 말단에 구비된 혼합 블록(222)의 회전에 의해 혼합될 수 있다(혼합단계(S157)). 일반적으로 WPC 판재를 제조하는 경우 플라스틱 수지의 함량이 혼합원료의 40% 정도 되지만, 본 발명의 경우 플라스틱 수지가 혼합원료의 10 내지 28 중량% 포함되고, 목분의 비율이 크기 때문에, 혼합 블록(222)의 혼합 공간은 목분의 비율에 따라 넓게 형성되는 것이 바람직하다.
혼합된 혼합원료는 다시 나선 사이의 간격이 좁은 스크루(220), 나선 사이의 간격이 넓은 스크루(220), 나선 사이의 간격이 좁은 스크루(220)를 순차적으로 통과하며 압착되고, 스크루(220) 말단의 혼합 블록(222)에 의해 압착된 혼합원료가 다시 혼합될 수 있다. 즉, 투입된 혼합원료에 대해 가압단계(S155) 및 혼합단계(S13)가 복수 회 수행될 수 있다.
이와 같이 고온 및 고압의 상태에서 목분과 플라스틱 수지를 혼합하고 압출하여 형성된 컴파운드는 점성과 유동성을 가질 수 있고, 또한 이와 같은 압출공정을 통해 제조된 컴파운드에 포함된 목분은 반탄화되어, 이 컴파운드를 사용하여 제조된 WPC 판재는 향균성 및 흡습성이 향상될 수 있다.
다음으로 컴파운드 성형단계(S17) 및 절단단계(S19)에 대해 설명한다.
컴파운드 성형단계(S17)는 압출단계(S15)를 통해 생성된 컴파운드를 직경 0.5mm 내지 35mm의 타공형 몰드에 통과시켜, 소정 크기의 직경과 높이를 가지는 원통 형상으로 성형하는 단계일 수 있다.
컴파운드 성형단계(S17)를 통해 성형된 컴파운드는, 예를 들어 펠릿 형상 또는 브리켓 형상으로 성형될 수 있다. 컴파운드 성형단계(S17)를 통해 성형된 컴파운드는, 제조하고자 하는 판재의 목표하는 두께에 기초하여 아래 표(표 1)와 같이 기 설정된 직경을 가질 수 있다.
판재의 목표 두께[mm] 직경[mm]
3 0.5 ~ 11
6 1 ~ 15
10 2 ~ 18
20 3 ~ 25
35 4 ~ 35
절단단계(S19)는 컴파운드 성형단계(S17)에 의해 성형된 컴파운드를 높이 방향을 따라 소정 길이로 절단하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 30mm 내지 70mm의 길이를 갖도록 절단할 수 있다.
컴파운드들은 후술할 평탄화단계(S20)를 거쳐 성형단계(S30)에서도 고온을 유지할 필요가 있기 때문에, 컴파운드 성형단계(S17) 및 절단단계(S19)가 수행되는 경우에도 컴파운드의 온도를 190℃ 내지 210℃로 유지하는 것이 바람직하다.
이와 같은 분쇄단계(S11), 혼합단계(S13), 압출단계(S15), 컴파운드 성형단계(S17) 및 절단단계(S19)를 통해, 균일하게 혼합되고, 소정 크기의 직경과 높이를 갖는 컴파운드가 생성되며, 생성된 컴파운드들은 벨트 컨베이어(500)를 통해 평탄화장치(300)로 이송될 수 있다. 벨트 컨베이어(500)는 커버(미도시)에 의해 둘러싸여 있고, 커버는 벨트 컨베이어(500)를 통해 평탄화장치(300)로 이동하는 컴파운드들의 온도 저하를 방지할 수 있다.
평탄화단계(S20)
도 6은 본 발명의 제1 평탄화장치(300)를 측면에서 바라본 상태를 나타내는 개략도이다. 도 7은 본 발명의 제1 평탄화장치(300)를 정면에서 바라본 상태를 나타내는 개략도이다. 도 8은 본 발명의 제2 평탄화장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 9는 본 발명의 제3 평탄화장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 이하에서는 도 6 및 도 9를 참조하여 평탄화단계(S20)에 대해 설명한다.
먼저 제1 평탄화장치(300)를 이용한 평탄화단계(S20)에 대해 설명한다. 제1 평탄화장치(300)는 평탄화공간(315)을 포함하는 본체(305), 컴파운드들이 평탄화공간(315)으로 투입되는 투입구(310) 및 평탄화공간(315)에 투입된 컴파운드들을 벨트프레스(400)로 이송시키는 이송부(350)를 포함할 수 있다.
평탄화단계(S20)는 컴파운드 생성단계(S10)에서 생성된 컴파운드들이 평탄화공간(315)에 집적되어 있는 컴파운드군이 소정 높이를 갖도록 컴파운드군을 평탄화하는 단계이다.
평탄화단계(S20)는 정렬단계와 높이조절단계를 포함할 수 있다.
먼저 정렬단계에 대해 설명한다.
정렬단계는 평탄화공간(315)으로 투입된 컴파운드군의 상부를 고르게 하는 단계이다.
컴파운드 생성단계(S10)에 의해 생성된 직경 0.5mm 내지 35mm, 높이 30mm 내지 70mm, 표면온도 120℃ 내지 200℃의 컴파운드들이, 벨트 컨베이어(500) 등을 통해 투입구(310)로 이송되고, 이송된 컴파운드들은 입구가 점차 좁아지는 투입구(310)로 낙하되어 평탄화공간(315)으로 투입될 수 있다.
평탄화공간(315)으로 투입된 컴파운드들이 집적되어 있는 컴파운드군은 원뿔 형상의 모래성과 같이 상부의 높이가 균일하지 않을 것이고, 정렬단계는 컴파운드군의 상부를 고르게 하는 단계일 수 있다.
보다 구체적으로 정렬단계는 컴파운드군의 상측에서 컴파운드군까지 하측으로 연장된 정렬핀(320, 330)들과 컴파운드군 사이의 상대적인 이동에 따라, 정렬핀(320, 330)들이 컴파운드군 상부의 컴파운드들을 가르는 것에 의해, 컴파운드군의 상부를 고르게 하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 정렬핀들은, 투입구(310)의 하단에 구비되고 컴파운드군이 벨트프레스(400)로 이송되는 이송방향(A)을 따라 배열된 제1 정렬핀(320)들을 포함할 수 있다. 그리고 정렬단계는, 투입구(310)가 이송방향(A)을 가로지르는 방향으로 왕복 운동하는 것에 의해 제1 정렬핀(320)들이 컴파운드군 상부의 컴파운드들을 가르는 것에 의해, 컴파운드군의 상부를 고르게 정렬하는 왕복정렬단계를 포함할 수 있다(도 8 참조).
즉, 투입구(310) 자체가 왕복 운동함으로써 제1 정렬핀(320)들이 컴파운드군의 상부를 가르는 것에 의해 컴파운드군의 상부를 고르게 할 수 있다.
또한, 정렬핀들은, 컴파운드군이 벨트프레스(400)로 이송되는 이송경로 상에 고정되고, 컴파운드군이 벨트프레스(400)로 이송되는 이송방향을 가로지르는 방향을 따라 배열된 제2 정렬핀(330)들을 포함할 수 있다. 그리고 정렬단계는, 제2 정렬핀(330)들이 컴파운드군의 이송 중에 컴파운드군 상부의 컴파운드들을 가르는 것에 의해, 컴파운드군의 상부를 고르게 정렬하는 이송정렬단계를 포함할 수 있다.
즉, 컴파운드군은 이송부에 의해 벨트프레스(400)로 이송되며 제2 정렬핀(330)들에 의해 갈라지며 높이가 고르게 될 수 있다.
왕복정렬단계와 이송정렬단계는 함께 수행될 수 있고, 컴파운드군 상부의 컴파운드들을 이송방향(A) 및 이송방향을 가로지르는 방향으로 정렬핀(320, 330)들이 가르면서 컴파운드군의 상부가 고르게 정렬할 수 있다.
다음으로 높이조절단계에 대해 설명한다.
높이조절단계는, 정렬단계에 의해 상부가 고르게 된 컴파운드군이 소정 높이를 갖도록 컴파운드군의 높이를 조절하는 단계일 수 있다.
보다 구체적으로, 높이조절단계는 이송방향(A)을 가로지르는 방향으로 연장된 봉 형상으로 형성되고, 이송방향(A)을 따라 나열된 제3 정렬핀(340)들이, 소정 높이를 최저높이로 하여, 진자 운동을 하며 컴파운드군의 상부를 깎아내는 것에 의해, 컴파운드군의 높이를 조절하는 단계일 수 있다. 제3 정렬핀(340)들은 이송되는 컴파운드군의 상측에 힌지 결합되어 진자 운동을 할 수 있다.
이때 소정 높이는 판재의 목표하는 두께에 기초하여 아래 표(표 2)와 같이 기 설정될 수 있다.
판재의 목표 두께[mm] 소정 높이[mm]
3 20.9 ~ 50.8
6 31.2 ~ 64.7
10 42.9 ~ 80.7
20 69.6 ~ 115.5
35 106.6 ~ 162.2
이와 같이 평탄화장치(300)의 평탄화공간(315)으로 투입된 컴파운드군은, 정렬단계와 높이조절단계를 거치면서 기 설정된 소정 높이를 고르게 형성한 상태로 벨트프레스(400)로 이송될 수 있다.
다음으로 제1 평탄화장치(300)를 대신하여 제2 평탄화장치(360) 또는 제3 평탄화장치(380)를 이용한 평탄화단계(S20)에 대해 설명한다.
제2 평탄화장치(360)를 이용한 평탄화단계(S20)는 컴파운드군을 가압하여 소정 높이를 갖는 홀에 통과시킴으로써 소정 높이를 갖는 컴파운드군으로 평탄화하는 단계일 수 있다.
제2 평탄화장치(360)는 투입구(미도시), 평탄화공간(365), 가압부(361) 및 몰드부(368)를 포함할 수 있다.
컴파운드 생성단계(S10)에 의해 생성된 직경 0.5mm 내지 35mm, 높이 30mm 내지 70mm, 표면온도 120℃ 내지 200℃의 컴파운드들은 투입구를 통해 평탄화공간(365)으로 투입될 수 있다.
가압부(361)는 몰드부(368) 측으로 이동하며 평탄화공간(365)에 투입된 컴파운드들을 가압하고, 가압부(361)에 의해 가압된 컴파운드들은 몰드부(368)에 형성된 홀(369)을 통해 벨트프레스(400)로 배출될 수 있다. 홀(369)은 일정한 폭과 높이(h)를 갖는 직사각형 형태로 형성될 수 있다.
이때 배출되는 컴파운드들은 홀(369)의 형상을 따라 형태가 형성되며, 홀(369)의 높이는 소정 높이가 되도록 판재의 목표하는 두께에 기초하여 상기 표(표 2)와 같이 기 설정될 수 있다.
한편, 제3 평탄화장치(380)를 이용한 평탄화단계(S20)는, 수평하게 배열된 복수 개의 압출 스크루를 통해 컴파운드군을 가압하여 소정 높이를 갖는 홀에 통과시킴으로써 소정 높이를 갖는 컴파운드군으로 평탄화하는 단계일 수 있다.
제3 평탄화장치(380)는, 투입구(미도시), 복수 개의 압출 스크루(385) 및 몰드부(388)를 포함할 수 있다.
컴파운드 생성단계(S10)에 의해 생성된 직경 0.5mm 내지 35mm, 높이 30mm 내지 70mm, 표면온도 120℃ 내지 200℃의 컴파운드들은 투입구를 통해 복수 개의 압출 스크루(385)로 투입될 수 있다.
투입된 컴파운드들은 수평하게 배열된 복수 개의 압출 스크루(385)의 내부에서 압출될 수 있다. 압출 스크루(385)는 외주가 나선 형상으로 형성될 수 있고, 압출 스크루(385)는 각각 회전하며 개별적으로 컴파운드군을 압출할 수 있다. 압출 스크루(385)의 개수는 특별히 한정되지 않는다.
몰드부(388)는 복수 개의 압출 스크루(385)의 출구 측에 형성되고, 홀(389)을 포함하며, 복수 개의 압출 스크루(385)에서 배출된 컴파운드군을 수용할 수 있다.
복수 개의 압출 스크루에서 배출되어 홀(389)을 통과한 컴파운드군은 벨트프레스(400)로 배출될 수 있다. 홀(369)은 일정한 폭과 높이(h)를 갖는 직사각형 형태로 형성될 수 있다. 이때 배출되는 컴파운드군은 홀(369)의 형상을 따라 형태가 형성되며, 홀(369)의 높이는 소정 높이가 되도록 판재의 목표하는 두께에 기초하여 상기 표와 같이 기 설정될 수 있다.
한 개의 압출 스크루를 사용하면 제조하고자 하는 판재의 폭의 크기에 대응되는 크기의 직경을 갖는 압출 스크루를 사용할 필요가 있는데, 제조하고자 하는 판재의 폭이 너무 커지면 그에 따라 압출 스크루의 직경도 커져야 하기 때문에 압출 스크루가 대형화되는 문제가 있다.
그러나, 제3 평탄화장치(380)는 복수 개의 압출 스크루(385), 예를 들어 10 개의 압출 스크루(385)를 사용하고, 복수 개의 압출 스크루(385)의 말단에 형성된 몰드부(388)를 통해 컴파운드들을 배출시키기 때문에, 직경이 작은 압출 스크루(385)를 이용하여 큰 폭을 갖는 판재를 제조할 수 있다.
성형단계(S30)
성형단계(S30)는 이송된 컴파운드군을 벨트프레스(400)를 통해 가압하여 판재로 성형하는 단계이다. 도 10은 본 발명의 벨트프레스(400)를 나타내는 개략도이다. 이하에서는 도 10을 참조하여 성형단계(S30)에 대해 설명한다.
성형단계(S30)는 상부 벨트(410)와 하부 벨트(490)를 포함하는 더블벨트프레스에 의해 행해질 수 있고, 이송된 컴파운드군은 하부 벨트(490)의 상부면으로 이송될 수 있다.
성형단계(S30)는 170℃에서 210℃의 온도를 갖는 컴파운드군을 벨트프레스(400)를 통해 가압하여 판재로 성형하는 단계일 수 있다. 벨트프레스(400)로 이송된 컴파운드군의 온도가 너무 낮으면 유동성이 떨어져 균질한 판재를 성형하기 어려울 수 있다. 반면 컴파운드군의 온도가 너무 높으면 컴파운드가 벨트프레스(400)의 벨트에 들러 붙는 문제가 발생할 수 있다.
컴파운드 생성단계(S10)와 평탄화단계(S20)를 거쳐 이송된 컴파운드군이 170℃에서 210℃의 온도를 유지하고 있기 때문에 성형단계(S30)는 이송된 컴파운드군을 가열하지 않고 가압하는 공정만으로 수행될 수 있다.
따라서, 벨트프레스(400)에 별도의 가열장치가 구비되지 않거나, 벨트프레스(400)에 의해 이송되는 컴파운드군의 온도 저하를 방지하기 위한 정도의 가열장치만 마련될 수 있기 때문에 시간 당 8톤 이상의 판재 생산이 가능하고, 폭이 매우 넓은 WPC 판재도 제조할 수 있어, 생산성이 크게 향상될 수 있다.
성형단계(S30)는 제1 가압단계와 제2 가압단계를 포함할 수 있다.
제1 가압단계는 이송된 컴파운드군을 제1 압력으로 가압하는 단계일 수 있다. 예를 들어 제1 압력은 31 kgf/cm2 내지 100 kgf/cm2일 수 있다.
제1 가압단계는 상부 벨트(410)에 구비된 상부 드럼(411)과 하부 벨트(490)에 구비된 하부 보조 드럼(492) 사이에서, 이송된 컴파운드군을 가압하여 판재의 형상을 형성하는 단계일 수 있다.
이때 하부 벨트(490)는 하부 드럼(491)을 더 포함할 수 있고, 상부 드럼(411)과 하부 드럼(491)에는 이송되는 컴파운드군의 온도 저하를 방지 하기 위해 벨트를 가열하는 가열 장치가 마련될 수도 있다.
제2 가압단계는 제1 가압단계 이후에 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 가압하는 단계일 수 있다.
제2 가압단계는 상부 벨트(410) 및 하부 벨트(490)에 각각 구비된 가압롤러(413, 493) 사이에서, 제1 가압단계에 의해 형성된 판재를 가압하여, 판재의 표면을 가공하는 단계일 수 있다. 예를 들어 제2 압력은 5 kgf/cm2 내지 30 kgf/cm2일 수 있다.
이송된 컴파운드군을 제1 가압단계에 의해 고압으로 가압하여 판재의 형상을 형성하고, 판재의 형상이 형성되면 제2 가압단계에 의해 저압으로 판재를 가압하여 판재 표면의 평활도를 향상시키고, 판재의 밀도 편차를 줄일 수 있다.
제1 가압단계에서 두께 성형률은 성형 목표 두께의 약 85% 내지 95%의 수준으로 성형이 이루어지고 제2 가압단계에서 판재의 평활도 및 밀도의 균질화 과정과 함께 성형 목표 두께로 성형이 이루어진다.
이때, 상부 벨트(410)는 하부 벨트(490)에 대한 높이가 조절될 수 있다. 그리고 상부 벨트(410)의 높이 조절에 의해 이송되는 컴파운드군이 상부 벨트(410)와 하부 벨트(490) 사이로 삽입되는 입사각(a)이 조절될 수 있다. 여기서 입사각(a)이란, 하부 벨트(490)의 상부면 중 하부 보조 드럼(492)의 중심에 대응되는 위치인 기준위치(G)에서 상부 벨트(410)로 그어지는 접선과 기준위치(G)에서 하부 벨트(490)의 상부면을 따라 연장하는 연장선에 의해 정의되는 각도일 수 있다.
입사각(a)은, 제조하고자 하는 판재의 목표하는 두께에 기초하여 아래 표(표 3)와 같이 기 설정되고, 설정된 입사각(a)에 따라 상부 벨트(410)의 높이가 조정될 수 있다.
판재의 목표 두께[mm] 입사각(a)[°]
3 5
6 7.1
10 9.2
20 12.9
35 16.9
냉각단계(S40)
성형단계(S30)에 의해 성형된 판재는 냉각단계(S40)를 거쳐 냉각될 수 있다.
냉각단계(S40)는 판재의 변형을 방지하기 위해, 판재를 3 kgf/cm2 내지 10 kgf/cm2로 가압하면서 냉각시키는 단계일 수 있다. 일정한 두께로 성형한 판재를 냉각하는 과정에서 판재가 뒤틀어지거나 휘어질 수 있는데, 판재를 소정의 압력으로 가압하면서 고정시킴으로써, 판재의 변형을 방지할 수 있다.
이때 냉각 방식은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상부 벨트(410) 및 하부 벨트(490)에 각각 구비된 면 베어링(미도시)에 의한 간접 열교환 방식의 공냉식 냉각 또는 냉각수 분사에 의한 수냉식 냉각에 의해 수행될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (25)

  1. 천연목재와 플라스틱 수지가 혼합되어 형성된 컴파운드를 생성하는 컴파운드 생성단계;
    상기 컴파운드 생성단계에서 생성된 컴파운드들이 모여 형성된 컴파운드군이 소정 높이를 갖도록 상기 컴파운드군을 평탄화하는 평탄화단계; 및
    상기 평탄화단계에서 평탄화된 상기 컴파운드군을 벨트프레스를 통해 가압하여 판재로 성형하는 성형단계를 포함하는, WPC 판재 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 평탄화단계는,
    상기 컴파운드군의 상부를 고르게 정렬하는 정렬단계; 및
    상기 컴파운드군이 상기 소정 높이를 갖도록 상기 컴파운드군의 높이를 조절하는 높이조절단계를 포함하는, WPC 판재 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 정렬단계는, 상기 컴파운드군의 상측에서 상기 컴파운드군까지 하측으로 연장된 정렬핀들과 상기 컴파운드군 사이의 상대적인 이동에 따라, 상기 정렬핀들이 상기 컴파운드군 상부의 컴파운드들을 가르는 것에 의해, 상기 컴파운드군의 상부를 고르게 정렬하는 단계인, WPC 판재 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 정렬핀들은, 상기 컴파운드군이 상기 벨트프레스로 이송되는 이송방향을 따라 배열된 제1 정렬핀들을 포함하고,
    상기 정렬단계는, 상기 제1 정렬핀들이 상기 이송방향을 가로지르는 방향으로 왕복 운동하며 상기 컴파운드군 상부의 컴파운드들을 가르는 것에 의해, 상기 컴파운드군의 상부를 고르게 정렬하는 왕복정렬단계를 포함하는, WPC 판재 제조 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 정렬핀들은, 상기 컴파운드군이 상기 벨트프레스로 이송되는 이송경로 상에 고정되고, 상기 컴파운드군이 상기 벨트프레스로 이송되는 이송방향을 가로지르는 방향을 따라 배열된 제2 정렬핀들을 포함하고,
    상기 정렬단계는, 상기 제2 정렬핀들이 상기 컴파운드군의 이송 중에 상기 컴파운드군 상부의 컴파운드들을 가르는 것에 의해, 상기 컴파운드군의 상부를 고르게 정렬하는 이송정렬단계를 포함하는, WPC 판재 제조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 평탄화단계는, 상기 컴파운드군을 가압하여 상기 소정 높이를 갖는 홀에 통과시킴으로써 상기 소정 높이를 갖는 컴파운드군으로 평탄화하는 단계인, WPC 판재 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 평탄화단계는, 수평하게 배열된 복수 개의 압출 스크루를 통해 상기 컴파운드군을 가압하여 상기 소정 높이를 갖는 홀에 통과시킴으로써 상기 소정 높이를 갖는 컴파운드군으로 평탄화하는 단계인, WPC 판재 제조 방법.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 높이조절단계는, 상기 컴파운드군이 상기 벨트프레스로 이송되는 이송방향을 가로지르는 방향으로 연장된 봉 형상으로 형성되고, 상기 이송방향을 따라 나열된 제3 정렬핀들이, 상기 소정 높이를 최저 높이로 하여, 진자 운동을 하며 상기 컴파운드군의 상부를 깎아내는 것에 의해, 상기 컴파운드군의 높이를 조절하는 단계인, WPC 판재 제조 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 소정 높이는 상기 판재의 목표하는 두께에 기초하여 기 설정되는, WPC 판재 제조 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 컴파운드 생성단계는, 상기 천연목재를 목분으로 분쇄하는 분쇄단계, 상기 목분과 상기 플라스틱 수지를 혼합하는 혼합단계, 및 상기 혼합단계에 의해 혼합된 혼합원료를 가열 및 가압하여 컴파운드를 생성하는 압출단계를 포함하는, WPC 판재 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 혼합단계는,
    회전날의 회전에 의해 상기 목분과 상기 플라스틱 수지를 혼합하는 제1 혼합단계; 및
    상기 제1 혼합단계보다 상기 회전날이 빠른 속도로 회전하며 상기 목분과 상기 플라스틱 수지를 혼합하는 제2 혼합단계를 포함하는, WPC 판재 제조 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 분쇄단계는, 상기 목분의 입자크기가 0.05mm 내지 1.5mm 가 되도록 상기 천연목재를 분쇄하는 단계인, WPC 판재 제조 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 혼합단계는, 상기 목분과 상기 플라스틱 수지의 결합력을 증대시키는 가교제를 더 혼합하는 단계이고,
    상기 혼합원료는, 상기 목분 70 내지 85 중량%, 상기 플라스틱 수지 10 내지 28 중량%, 상기 가교제 2 내지 5 중량%를 포함하는, WPC 판재 제조 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 혼합단계는, 상기 목분과 상기 플라스틱 수지의 결합력을 증대시키는 가교제를 더 혼합하는 단계이고,
    상기 혼합원료는, 상기 목분 100 중량부에 대하여, 상기 플라스틱 수지 12 내지 40 중량부, 상기 가교제 2.9 내지 5.9 중량부로 포함하는, WPC 판재 제조 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 압출단계는,
    상기 혼합원료가 투입되는 내부공간의 온도를 125℃ 내지 250℃로 가열하는 가열단계;
    상기 내부공간으로 상기 혼합원료를 투입하는 투입단계;
    상기 내부공간에 구비되고, 평행한 방향의 축을 중심으로 각각 회전하는 한 쌍의 스크루의 회전에 의해 상기 혼합원료를 가압하는 가압단계; 및
    상기 스크루의 말단에 구비된 혼합 블록에 의해 상기 혼합원료를 혼합하는 혼합단계를 포함하는, WPC 판재 제조 방법.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 컴파운드 생성단계는,
    상기 압출단계에서 생성된 컴파운드를 소정 크기의 직경과 높이를 가지는 원통 형상으로 성형하는 컴파운드 성형단계와, 상기 컴파운드 성형단계에서 성형된 컴파운드를 높이 방향을 따라 소정 길이로 절단하는 절단단계를 더 포함하는, WPC 판재 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 컴파운드 성형단계는, 상기 컴파운드를 펠릿 형상 또는 브리켓 형상으로 성형하는 단계이고,
    상기 펠릿 형상 또는 브리켓 형상은, 상기 판재의 목표하는 두께에 기초하여 기 설정된 직경을 갖는, WPC 판재 제조 방법.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 성형단계는, 상기 컴파운드군을 제1 압력으로 가압하는 제1 가압단계와, 상기 제1 가압단계 이후에 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력으로 가압하는 제2 가압단계를 포함하는, WPC 판재 제조 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 성형단계는, 상부 벨트와 하부 벨트를 포함하는 더블벨트프레스에 의해 행해지고,
    상기 제1 가압단계는, 상기 컴파운드군을 상기 상부 벨트에 구비된 상부 드럼과 상기 하부 벨트에 구비된 하부 보조 드럼 사이에서 31 kgf/cm2 내지 100kgf/cm2로 가압하여, 상기 판재의 형상을 형성하는 단계이고,
    상기 제2 가압단계는, 상기 상부 벨트 및 상기 하부 벨트에 각각 구비된 가압롤러 사이에서 5 kgf/cm2 내지 30kgf/cm2로 상기 판재를 가압하여, 상기 판재의 표면을 가공하는 단계인, WPC 판재 제조 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 상부 벨트는, 상기 하부 벨트의 상부면 중 상기 하부 보조 드럼의 중심에 대응되는 위치인 기준위치에서 상기 상부 벨트로 그어지는 접선과, 상기 기준위치에서 상기 하부 벨트의 상부면을 따라 연장하는 연장선에 의해 정의되는 입사각이, 상기 판재의 목표하는 두께에 기초하여 조절되도록, 상기 하부 벨트에 대한 높이가 조절되는, WPC 판재 제조 방법.
  21. 청구항 1에 있어서,
    상기 성형단계는, 170℃에서 210℃의 온도를 갖는 컴파운드군을 상기 벨트프레스를 통해 가압하여 상기 판재로 성형하는 단계인, WPC 판재 제조 방법.
  22. 청구항 1에 있어서,
    상기 성형단계를 통해 성형된 판재를 냉각하는 냉각단계를 포함하고,
    상기 냉각단계는, 상기 판재의 변형의 방지하기 위해, 상기 판재를 3 kgf/cm2 내지 10 kgf/cm2로 가압하면서 냉각시키는 단계인, WPC 판재 제조 방법.
  23. 천연목재와 플라스틱 수지가 혼합되어 형성된 컴파운드들이 모여 형성된 컴파운드군의 상측에서 상기 컴파운드군까지 하측으로 연장되고, 상기 컴파운드군이 이송되는 이송방향을 따라 배열된 제1 정렬핀들; 및
    상기 컴파운드군이 이송되는 이송방향을 가로지르는 방향으로 연장된 봉 형상으로 형성되고, 상기 이송방향을 따라 나열된 제3 정렬핀들을 포함하고,
    상기 제1 정렬편들이 상기 이송방향을 가로지르는 방향으로 왕복 운동하며 상기 컴파운드군 상부의 컴파운드들을 가르는 것에 의해 상기 컴파운드군의 상부를 고르게 정렬하고, 상기 제3 정렬핀들이 소정 높이를 최저 높이로 하여 진자 운동을 하며 상부가 고르게 정렬된 상기 컴파운드군의 상부를 깎아내는 것에 의해 상기 컴파운드군의 높이를 조절하여 상기 컴파운드군을 평탄화하는, 평탄화장치.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 컴파운드군이 이송되는 이송경로 상에 고정되고, 상기 컴파운드군이 이송되는 이송방향을 가로지르는 방향을 따라 배열된 제2 정렬핀들을 더 포함하고,
    상기 제1 정렬편들이 상기 이송방향을 가로지르는 방향으로 왕복 운동하며 상기 컴파운드군 상부의 컴파운드들을 가르고, 상기 제2 정렬핀들이 상기 컴파운드군의 이송 중에 상기 컴파운드군 상부의 컴파운드들을 가르는 것에 의해 상기 컴파운드군의 상부를 고르게 정렬하고, 상기 제3 정렬핀들이 소정 높이를 최저 높이로 하여 진자 운동을 하며 상부가 고르게 정렬된 상기 컴파운드군의 상부를 깎아내는 것에 의해 상기 컴파운드군의 높이를 조절하여 상기 컴파운드군을 평탄화하는, 평탄화장치.
  25. 천연목재와 플라스틱 수지가 혼합되어 형성된 컴파운드들이 모여 형성된 컴파운드군이 공급되어 내부에서 상기 컴파운드군을 압출하고, 수평방향으로 배열된 복수 개의 압출 스크루; 및
    상기 복수 개의 압출 스크루의 출구 측에 형성되고, 상기 복수 개의 압출 스크루에서 배출된 컴파운드군이 수용되며, 소정 높이를 갖는 홀을 포함하는 몰드부를 포함하고,
    상기 복수 개의 압출 스크루에서 배출되어 상기 홀을 통과한 컴파운드군은 상기 소정 높이를 가지며 평탄화되는, 평탄화장치.
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