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KR101882670B1 - 다중 초음파를 이용한 폴리우레탄 발포 성형용 믹싱헤드 - Google Patents

다중 초음파를 이용한 폴리우레탄 발포 성형용 믹싱헤드 Download PDF

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KR101882670B1
KR101882670B1 KR1020170117943A KR20170117943A KR101882670B1 KR 101882670 B1 KR101882670 B1 KR 101882670B1 KR 1020170117943 A KR1020170117943 A KR 1020170117943A KR 20170117943 A KR20170117943 A KR 20170117943A KR 101882670 B1 KR101882670 B1 KR 101882670B1
Authority
KR
South Korea
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foaming agent
raw material
supply port
mixing
ultrasonic wave
Prior art date
Application number
KR1020170117943A
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English (en)
Inventor
이효상
Original Assignee
(주)에이아이엠텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

본 발명은 발포 성형용 믹싱헤드에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 폴리우테탄의 성형원료와 발포제를 동시에 투입하여 발포 성형 폼을 제작하기 위한 믹싱헤드를 개선하여 발포성형물의 독립된 기포의 크기 및 기포가 차지하는 성형폼의 단면 밀도를 조밀하면서 균일한 형태가 되게 발포 성형하여 양질의 성형폼 제작이 가능하도록 한 다중 초음파를 이용한 폴리우레탄 발포 성형용 믹싱헤드에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 발포 성형을 위한 원료 공급구 및 발포제 공급구, 토출구가 마련된 헤드몸체와, 상기 헤드몸체 일측에 설치되어 각 혼합된 발포물을 토출시키기 위한 피스톤 실린더와, 상기 원료 공급구 및 발포제 공급구가 만나는 헤드몸체에 설치되어 토출구측으로 혼합물의 유입량 조정 및 차단하는 공급제어부로 구성된 다중 초음파를 이용한 폴리우레탄 발포 성형용 믹싱헤드에 있어서, 상기 헤드몸체의 원료 공급구 및 발포제 공급구가 만나는 중간지점에 초음파의 진동 발생으로 원료와 발포제의 균일한 혼합 및 조밀한 밀도를 갖게 하는 혼합 초음파 발생기가 설치되며, 상기 원료 공급구 및 발포제 공급구에 각각의 원료 초음파 발생기 및 발포제 초음파 발생기가 구비되어 원료 및 발포제의 투입시 원료 및 발포제를 미세화하여 원료와 발포제의 조밀한 혼합이 이루어지도록 구비됨을 특징으로 한다.

Description

다중 초음파를 이용한 폴리우레탄 발포 성형용 믹싱헤드{Polyurethane foaming mixing head for promulgation correction of deformities by using ultrasonic}
본 발명은 발포 성형용 믹싱헤드에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 폴리우테탄의 성형원료와 발포제를 동시에 투입하여 발포 성형 폼을 제작하기 위한 믹싱헤드를 개선하여 발포성형물의 독립된 기포의 크기 및 기포가 차지하는 성형폼의 단면 밀도를 조밀하면서 균일한 형태가 되게 발포 성형하여 양질의 성형폼 제작이 가능하도록 한 다중 초음파를 이용한 폴리우레탄 발포 성형용 믹싱헤드에 관한 것이다.
일반적으로 발포 성형 폼은 대표적으로 많이 사용하고 있는 스펀지, 스티로폼, 라텍스 등과 같이 다양한 제품이 있다.
발포 성형 폼은 농수산물 포장용 상자, 건축용 판넬, 가전제품 포장재, 건축 내장재 및 단열재, 신발 밑창 등과 같이 다양한 분야에 사용되고 있으며, 일 예로 폴리우레탄폼(polyurethane foam; PUF) 단열재는 다른 합성수지에 비해 뛰어난 단열성능이 있는 것으로, 폴리우레탄 폼은 우레탄의 원료가 되는 이소시아네이트와 폴리올에 발포제와 촉매, 계면활성제 등을 혼합하여 반응시켜, 반응 중 발생하는 반응열에 의해 발포제가 기화되어 폼이 형성된 연질이나 경질의 제품을 얻을 수 있다.
발포 성형 폼은 이산화탄소를 이소시아네이트 초기중합체 기재 미세다공성 폴리우레탄 포옴 제제의 수지측 또는 이소측 중의 어느 하나 또는 둘 다에 용해시켜 제조된다.
폴리우레탄 폼 제품의 제조 방법에는 저압 발포방식과 고압 발포방식으로 대별되며, 상기 저압 발포방식은 원료를 저압으로 노즐을 통하여 혼합실에 공급한 후 임펠러(Impeller)를 고속으로 회전시켜 혼합한 다음, 이를 몰드(Mold)에 주입하는 방식이 있으며, 상기 고압 발포방식은 원료를 노즐을 통하여 고압으로 분사하여 충돌력(Impingement Force)에 의해 혼합한 후, 이를 몰드에 주입하는 방식이 있다.
상기 고압 발포기의 구성은 원료 탱크(Tank) 및 펌프(Pump), 믹싱 헤드와 구동 유압 장치, 전기 전자 제어장치로 구성되며, 상기 믹싱 헤드는 발포성 원료를 혼합하여 주입하는 기구로 발포 제품의 품질을 결정하는 가장 핵심이 되는 부분이다.
상기와 같은 믹싱헤드는 간단한 구조로서, 원료 공급구 및 발포제 공급구, 토출구가 마련된 헤드몸체와, 헤드몸체 일측에 설치되어 각 혼합된 발포물을 토출시키기 위한 피스톤 실린더와, 원료 공급구 및 발포제 공급구가 만나는 중간지점에 설치되어 유입량을 조정 및 차단하는 공급제어부로 구성된다.
즉, 헤드몸체의 양방향에서 원료공급구로 유입된 원료와 발포제의 혼합이 이루어지고, 피스톤 실린더 작동에 의해 토출구측으로 혼합물을 내보내 성형하고자 하는 몰드측으로 공급하여 요구하는 제품의 발포 성형이 이루어지도록 한다.
상기와 같은 방식으로 성형 몰드측으로 발포 성형이 이루어진 성형 폼은 동일한 기본 배합으로 성형되어 균일한 기포 구조 및 밀도를 가져야 하나 단순히 원료들의 충돌에 의해 혼합되는 종래의 혼합방식은 그 혼합율이 떨어져 기포구조가 균일하지 못한 성형 폼을 생산하게 된다.
이와 같은 관점에서 발포 성형 폼은 전반적으로 물리적 성질이 떨어지기 때문에 시험성적표를 기준으로 하는 제품적용시 품질이 떨어지는 문제점이 있다.
본 출원인은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 특허등록 제10-1286906(초음파를 이용한 폴리우레탄 발포 성형용 믹싱헤드(2013.07.10))를 제안한바있다.
이를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 발포 성형을 위한 원료 공급구(12) 및 발포제 공급구(14), 토출구(18)가 마련된 헤드몸체(10)와, 상기 헤드몸체(10) 일측에 설치되어 각 혼합된 발포물을 토출시키기 위한 피스톤 실린더(20)와, 상기 원료 공급구(12) 및 발포제 공급구(14)가 만나는 헤드몸체(10)에 설치되어 토출구(18) 측으로 혼합물의 유입량 조정 및 차단하는 공급제어부(30)로 구성된 발포 성형용 믹싱헤드(100)에 있어서,
상기 헤드몸체(10)의 원료 공급구(12) 및 발포제 공급구(14)가 만나는 중간지점에 초음파의 진동 발생으로 원료와 발포제의 균일한 혼합 및 조밀한 밀도를 갖게 하는 초음파 발생기(40)가 설치되어 원료와 발포제의 조밀한 혼합이 이루도록 구성된다.
상기와 같이 본 출원인이 선출원한 믹싱헤드는 초음파 발생기에서 발진되는 진동파로 하여금 발포성 원료 및 발포제의 혼합에 따른 기포 미세화 및 균일한 상태로 만들어 몰드를 통한 발포 성형 폼의 단면을 조밀한 형태로 제작할 수 있기 때문에, 내충격에 강하고, 내구성을 요하는 성형 폼을 생산할 수 있는 효과가 있다.
그러나, 종래의 믹싱헤드는 하나의 초음파 발생기에 의해 원료와 발포제가 혼합되는 중간부분에만 초음파를 발생함으로 원료 및 발포제의 미세화 정도에 따라 균일한 혼합 및 조밀한 밀도가 떨어질 수 있다.
본 발명은 상기와 같이 제반되는 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 그 목적은 폴리우테탄의 성형원료와 발포제를 동시에 투입하여 발포 성형 폼을 제작하기 위한 믹싱헤드를 개선하여 발포성형물의 독립된 기포의 크기 및 기포가 차지하는 성형폼의 단면 밀도를 조밀하면서 균일한 형태가 되게 발포 성형하여 양질의 성형폼 제작이 가능하도록 한 다중 초음파를 이용한 폴리우레탄 발포 성형용 믹싱헤드를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 원료 및 발포제 투입단계에서 초음파에 의해 원료 및 발포제를 미세화하여 혼합시 성형폼의 단면 밀도를 더욱 조밀하면서 균일한 형태가 되게 발포 성형하여 양질의 성형폼 제작이 가능하도록 한 다중 초음파를 이용한 폴리우레탄 발포 성형용 믹싱헤드를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 발포 성형을 위한 원료 공급구(12) 및 발포제 공급구(14), 토출구(18)와 혼합공간(16)이 마련된 헤드몸체(10)와, 상기 헤드몸체(10)의 일측에 설치되어 각 혼합된 발포물을 토출시키기 위한 피스톤 실린더(20)와, 상기 원료 공급구(12) 및 발포제 공급구(14)가 만나는 헤드몸체(10)에 설치되어 토출구(18)측으로 혼합물의 유입량 조정 및 차단하는 공급제어부(30)를 포함하는 폴리우레탄 발포 성형용 믹싱헤드에 있어서,
상기 헤드몸체의 원료 공급구와 발포제 공급구가 만나는 중간지점에 설치되며, 초음파에 의한 진동 발생을 통해 원료와 발포제의 균일한 혼합 및 조밀한 밀도를 갖게 하는 혼합 초음파 발생기와; 상기 원료 공급구의 입구측에 설치되며 원료 투입시 초음파에 의한 진동 발생을 통해 원료를 미세화하여 발포제와의 조밀한 혼합이 이루어지도록 하는 원료 초음파 발생기와; 상기 발포제 공급구의 입구측에 설치되며 발포제 투입시 초음파에 의한 진동 발생을 통해 발포제를 미세화하여 원료와의 조밀한 혼합이 이루어지도록 하는 발포제 초음파 발생기와; 상기 원료 공급구와 발포제 공급구가 만나 원료와 발포제가 혼합되는 혼합공간으로 상기 원료 초음파 발생기에 의해 미세화되어 막힘없이 공급된 원료를 주입하도록 상기 원료 공급구에 구비되는 제1노즐과; 상기 원료 공급구와 발포제 공급구가 만나 원료와 발포제가 혼합되는 혼합공간으로 상기 발포제 초음파 발생기에 의해 미세화되어 막힘없이 공급된 발포제를 주입하도록 상기 발포제 공급구에 구비되는 제2노즐;을 포함하고,
상기 원료 공급구에 구비된 제1노즐과 발포제 공급구에 구비된 제2노즐이 5˚~ 30˚의 경사각으로 상호 마주보는 형태로 대칭되게 설치되어, 상기 원료 초음파 발생기에 의해 1차적으로 미세화된 원료와 상기 발포제 초음파 발생기에 의해 1차적으로 미세화된 발포제가 분사압력 및 경사각에 의해 혼합공간 내에서 서로 혼합된 후, 상기 혼합 초음파 발생기에서 인가되는 초음파에 의해 발생하는 진동에 의해 원료와 발포제가 균일하게 혼합되고 혼합물이 조밀한 밀도를 갖게 하는 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 따른 다중 초음파를 이용한 폴리우레탄 발포 성형용 믹싱헤드는 다중 초음파 발생기에서 발진되는 진동파로 하여금 발포성 원료 및 발포제 및 원료와 발포제의 혼합에 따른 기포 미세화 및 균일한 상태로 만들어 몰드를 통한 발포 성형 폼의 단면을 조밀한 형태로 제작할 수 있기 때문에, 내충격에 강하고, 내구성을 요하는 성형 폼을 생산할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 발포 성형용 믹싱헤드를 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 발포 성형용 믹싱헤드를 도시한 단면도.
도 4는 도 3의 요부확대 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다중 초음파를 이용한 폴리우레탄 발포 성형용 믹싱헤드를 상세히 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 제품을 생산하는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 발명은, 도 1에 도시된 바와 같이 발포 성형을 위한 원료 공급구(12) 및 발포제 공급구(14), 토출구(18)가 마련된 헤드몸체(10)와, 상기 헤드몸체(10) 일측에 설치되어 각 혼합된 발포물을 토출시키기 위한 피스톤 실린더(20)와, 상기 원료 공급구(12) 및 발포제 공급구(14)가 만나는 헤드몸체(10)에 설치되어 토출구(18) 측으로 혼합물의 유입량 조정 및 차단하는 공급제어부(30)로 구성된 통상의 발포 성형용 믹싱헤드(100)로 구비된다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 헤드몸체(10)의 원료 공급구(12) 및 발포제 공급구(14)가 만나는 중간지점에 초음파의 진동 발생으로 원료와 발포제의 균일한 혼합 및 조밀한 밀도를 갖게 하는 혼합공간(16)에 혼합용 초음파 발생기(40)가 설치되어 원료와 발포제의 조밀한 혼합이 이루도록 구성되며,
상기 원료 공급구 및 발포제 공급구에 각각의 원료 초음파 발생기(40-1) 및 발포제 초음파 발생기(40-2)가 구비되어 원료 및 발포제의 투입시 원료 및 발포제를 미세화하여 원료와 발포제의 조밀한 혼합이 이루어지도록 구비된다.
아울러, 상기 원료 공급구(12) 및 발포제 공급구(14)에는 각각 원료와 발포제를 주입하기 위한 제1노즐(N1) 및 제2노즐(N2)이 상호 경사를 이루며 대응되게 설치되어 공급이 이루어지도록 구비됨이 바람직하다.
구체적으로, 상기 제1노즐(N1)과 제2노즐(N2)은 5˚~ 30˚의 경사를 이루며 상호 마주보게 구비됨이 바람직하다.
그리고, 상기 원료 공급구(12) 및 발포제 공급구(14)는 각각의 원료 초음파 발생기(40-1) 및 발포제 초음파 발생기(40-2)에 의한 초음파에 의해 원료 및 발포제가 미세화를 이루기 위해 길이로 연장되어 상기 제1노즐(N1) 및 제2노들(N2)로 원료 및 발포제가 공급되게 구비됨이 바람직하다.
상기와 같이 구비된 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 각각의 원료 및 발포제가 원료 공급구(12) 및 발포제 공급구(14)를 통해 투입될 때 원료 공급구(12) 및 발포제 공급구(14)에 구비된 원료 초음파 발생기(40-1) 및 발포제 초음파 발생기(40-2)에서 발생하는 초음파에 의해 1차적으로 미세화를 이룬 상태로 제1노즐(N1)과 제2노즐(N2)을 통해 혼합공간(16)으로 공급된다.
이때, 상기 제1노즐(N1)과 제2노즐(N2)이 상호 경사를 이루며 대응되게 구비됨으로 경사를 따라 상기 제1노즐(N1)과 제2노즐(N2)에 의해 토출되는 원료 및 발포제는 상기 제1노즐(N1)과 제2노즐(N2)의 분사압력 및 경사각에 의해 1차적으로 미세화 된 원료 및 발포제의 혼합이 용이하게 이루어진다.
또한, 1차적으로 초음파에 의해 미세화된 원료 및 발포제는 제1노즐(N1)과 제2노즐(N2)에 의한 공급시 제1노즐(N1)과 제2노즐(N2)에 막힘없이 공급됨으로 더욱더 용이하게 원료 및 발포제의 공급을 이루고 제1노즐(N1)과 제2노즐(N2)의 막힘을 방지할 수 있다.
그리고, 혼합공간에 구비되는 혼합 초음파 발생기(40)에 의한 초음파에 의해 2차적으로 원료 및 발포제가 더욱 조밀하고 미세화된 상태로 혼합을 이루게 된다.
아울러, 상기 혼합 초음파 발생기(40), 원료 초음파 발생기(40-1), 발포제 초음파 발생기(40-2)는 내부에 진동자(도면에서 생략함)가 구비되고, 이 진동자가 동작시키는 부스터(도면에서 생략함)가 설치된 것으로서 28khz의 주파수를 갖는 초음파를 발생하게 된다. 상기 원료 초음파 발생기(40-1)와 발포제 초음파 발생기(40-2)는 원료 및 발포제가 공급되는 공급구의 입구측에 각각 설치되어 원료 및 발포제를 미세화하여 공급 밀도를 더욱 높여주고, 상기 혼합 초음파 발생기(40)는 발포성 원료와 발포제의 혼합이 이루어지는 중간지점에 설치되어 혼합된 원료와 발포제가 조밀하게 혼합되도록 함으로써 원료와 발포제의 혼합 밀도를 더욱 높게 한다.
참고로 각각의 초음파 발생기(40,40-1,40-2))를 통한 마이크로 진동파는 발포물의 조직 깊은 곳까지 운동작용을 발생시켜 그 조직을 치밀한 형태로 만들어 준다.
이는 초음파에 의한 미세 떨림 작용(초음파 가진(假振)작용)이 발포성형이 이루어지기 전의 기포 크기를 비교적 미세한 크기로 작게 만들어주는 효과와 동일한 크기로 균일화하여 발포 성형 폼의 단면이 조밀한 형태로 성형을 이루는 것으로서, 이러한 방식에 의해 제조된 발포 성형 폼은 특히 내구성을 요하는 포장재 및 단열재 및 방음재 등과 같은 발포 성형제품에 매우 적합하다.
통상 상기 토출구(18)측에 설치되는 공급노즐을 통해 성형하고자 하는 몰드에 혼합이 이루어져 피스톤 실린더의 작동으로 하여금 공급되는 발포물은 향후 완성된 발포 성형 폼에 있어, 독립된 기포 발생이 균일화되어 안정된 밀도의 단면을 갖는 발포 성형폼을 생산할 수 있게 된다.
즉, 단면의 기포 밀도가 균일한 제품은 외압 및 온도를 차단하는 단열재의 경우에 있어서도 어느 한쪽의 기포밀도가 편중되지 않기 때문에 해당 제품으로의 적용시 안정된 작용을 가지게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명의 다중 초음파를 이용한 발포 성형용 믹싱헤드를 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 헤드몸체 12: 원료 공급구
14: 발포제 공급구 16: 혼합공간
18: 토출구
20: 피스톤 실린더 30: 공급제어부
40: 혼합 초음파 발생기
40-1: 원료 초음파 발생기
40-2: 발포제 초음파 발생기

Claims (2)

  1. 발포 성형을 위한 원료 공급구(12) 및 발포제 공급구(14), 토출구(18)와 혼합공간(16)이 마련된 헤드몸체(10)와, 상기 헤드몸체(10)의 일측에 설치되어 각 혼합된 발포물을 토출시키기 위한 피스톤 실린더(20)와, 상기 원료 공급구(12) 및 발포제 공급구(14)가 만나는 헤드몸체(10)에 설치되어 토출구(18)측으로 혼합물의 유입량 조정 및 차단하는 공급제어부(30)를 포함하는 폴리우레탄 발포 성형용 믹싱헤드에 있어서,
    상기 헤드몸체(10)의 원료 공급구(12)와 발포제 공급구(14)가 만나는 중간지점에 설치되며, 초음파에 의한 진동 발생을 통해 원료와 발포제의 균일한 혼합 및 조밀한 밀도를 갖게 하는 혼합 초음파 발생기(40)와;
    상기 원료 공급구(12)의 입구측에 설치되며 원료 투입시 초음파에 의한 진동 발생을 통해 원료를 미세화하여 발포제와의 조밀한 혼합이 이루어지도록 하는 원료 초음파 발생기(40-1)와;
    상기 발포제 공급구(14)의 입구측에 설치되며 발포제 투입시 초음파에 의한 진동 발생을 통해 발포제를 미세화하여 원료와의 조밀한 혼합이 이루어지도록 하는 발포제 초음파 발생기(40-2)와;
    상기 원료 공급구(12)와 발포제 공급구(14)가 만나 원료와 발포제가 혼합되는 혼합공간으로 상기 원료 초음파 발생기(40-1)에 의해 미세화되어 막힘없이 공급된 원료를 주입하도록 상기 원료 공급구(12)에 구비되는 제1노즐(N1)과;
    상기 원료 공급구(12)와 발포제 공급구(14)가 만나 원료와 발포제가 혼합되는 혼합공간으로 상기 발포제 초음파 발생기(40-2)에 의해 미세화되어 막힘없이 공급된 발포제를 주입하도록 상기 발포제 공급구(14)에 구비되는 제2노즐(N2);을 포함하고,
    상기 원료 공급구(12)에 구비된 제1노즐(N1)과 발포제 공급구(14)에 구비된 제2노즐(N2)이 5˚~ 30˚의 경사각으로 상호 마주보는 형태로 대칭되게 설치되어, 상기 원료 초음파 발생기(40-1)에 의해 1차적으로 미세화된 원료와 상기 발포제 초음파 발생기(40-2)에 의해 1차적으로 미세화된 발포제가 분사압력 및 경사각에 의해 혼합공간(16) 내에서 서로 혼합된 후, 상기 혼합 초음파 발생기(40)에서 인가되는 초음파에 의해 발생하는 진동에 의해 원료와 발포제가 균일하게 혼합되고 혼합물이 조밀한 밀도를 갖게 하는 것을 특징으로 하는 다중 초음파를 이용한 폴리우레탄 발포 성형용 믹싱헤드.
  2. 삭제
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