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KR20200028879A - 초임계 유체에 의한 무몰드 입체 구조 발포 제품의 제조방법 - Google Patents

초임계 유체에 의한 무몰드 입체 구조 발포 제품의 제조방법 Download PDF

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KR20200028879A
KR20200028879A KR1020197029996A KR20197029996A KR20200028879A KR 20200028879 A KR20200028879 A KR 20200028879A KR 1020197029996 A KR1020197029996 A KR 1020197029996A KR 20197029996 A KR20197029996 A KR 20197029996A KR 20200028879 A KR20200028879 A KR 20200028879A
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윈핑 펑
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광동 스피드 뉴 머티리얼 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 초임계 유체에 의한 폴리머 무몰드 입체 구조 발포 제품 제조방법을 제공하며, 여기에는 초임계 유체 이송 시스템, 입체 발포 시스템 및 예열 시스템이 포함되고, 폴리머 원료를 가압 성형하여 발포 프리폼을 얻은 후, 발포 프리폼을 예열 시스템 내에서 예열하고, 예열 온도까지 승온시킨 후 발포 프리폼을 입체 발포 시스템 내에 넣고, 초임계 유체를 붓고, 초임계 유체가 폴리머로 팽윤 확산이 완료된 후 방압하면 된다. 본 발명은 합리적인 공정 기술과 파라미터를 개선하여 입체 발포 탱크 내에서 단일 단계법을 채택해 고온 중간압의 초임계 유체를 폴리머로 팽윤시키고, 자유 무몰드 입체 방압 발포 성형을 진행하여 제품 형상, 사이즈 정밀도, 셀의 공극률과 제품 밀도를 제어할 수 있는 폴리머 미세다공성 발포 제품을 얻는다. 이는 셀의 핵 형성률이 비교적 높고 형성되는 미세다공성 발포 재료의 셀이 더욱 작으며 홀 밀도가 더욱 높고 성능이 더욱 우수하다.

Description

초임계 유체에 의한 무몰드 입체 구조 발포 제품의 제조방법
본 발명은 고분자 재료의 발포 가공 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초임계 유체를 물리적 발포제로 이용해 폴리머 무몰드 입체 구조 발포 제품을 제조하는 방법에 관한 것이며, 열가소성 플라스틱, 열가소성 엘라스토머 또는 고무 재료 등의 초임계 유체 발포 입체 구조 제품으로 사용될 수 있다.
초임계 유체를 물리적 발포제로 이용한 폴리머 발포 성형 방법에는 주로 연속 압출 발포, 사출 발포 및 회분식 반응기 압력 발포 방법이 있다. 연속 압출 성형은 일정한 단면 형상을 갖는 발포 재료를 연속 압출시키는 데 적합하며, 제품의 발포율은 높으나 형상이 단일하다. 사출 발포 성형은 형상이 복잡한 발포 제품을 사출할 수 있으나 제품의 발포율이 낮으며, 양자 모두 생산효율은 비교적 높다. 회분식 반응기 압력 발포 방법은 폴리머의 비드 발포에 많이 사용되며, 발포 비드는 발포 비드의 성형 설비를 이용하여 다양한 형태의 발포 제품으로 성형되는데, 생산효율이 낮고 생산주기가 길며 설비 투자가 크다.
중국 특허 CN102167840A는 초임계 몰드 프레싱 발포에 의한 폴리머 미세다공성 발포 재료의 제조방법을 개시하였으며, 여기에는 몰드 프레싱기 상의 발포 몰드를 승온시키고 발포 온도에 도달하면 폴리머를 몰드에 넣어 몰드 프레싱기를 닫고 몰드를 밀봉시키며, 몰드 내에 초임계 유체를 채워 초임계 유체를 폴리머로 팽윤 확산시킨 후, 몰드 프레싱기를 열어 방압 및 발포시켜 폴리머 미세다공성 발포 재료를 얻는 단계가 포함된다.
중국 특허 CN104097288A는 초임계 유체에 의한 폴리머 몰드 프레싱 발포 보조 장치를 개시하였다. 상기 장치는 초임계 유체 이송 시스템, 몰드 시스템, 온도 측정 장치, 압력 측정 장치, 압력 방출 장치, 표시 및 제어 시스템 등을 포함하고, 초임계 유체 이송 시스템은 몰드 시스템에 연결되고, 온도 측정 장치, 압력 측정 장치, 압력 방출 장치는 각각 몰드 시스템에 연결된다. 몰드 시스템은 몰드 프레싱기의 상부 및 하부 열판에 의해 가열된다. 초임계 유체의 초강력 투과 및 확산 능력을 이용하여 일정한 온도의 초임계 유체 압력 작용 하에서 일정한 시간이 경과되면 초임계 유체가 폴리머 매트릭스 내로 점차 확산된 후 몰드 내 압력을 신속하게 방출하여 일정한 형상의 발포 재료를 얻는다. 상기 장치는 자유 발포, 제어 가능 발포에 사용할 수 있다.
상기의 초임계 유체를 물리적 발포제로 이용하여 폴리머 성형 발포 제품을 제조하는 성형 방법은 일부 규칙적인 발포판재, 시트재 및 단순 형상의 제품만 생산할 수 있으며, 일부 형상이 비교적 복잡한 발포 제품의 대량 생산은 구현하기 어렵다.
3차원 발포 제품 제조에 사용되는 중국 특허 CN107073767A는 비균일 형상의 3차원 폼 제품을 제조하는 방법을 개시하였으며, 상기 방법은 2단계 질소 압력기 방법을 채택하고 하나 이상의 사이즈 상에 불균일한 단면의 프리폼이 있다. 특허는 2단계법을 사용하는데, 첫 번째는 프리폼을 먼저 고압 탱크에서 고압 함침시키는 단계이며, 두 번째는 냉각 후 저압 탱크에서 팽창시키는 단계이다. 그 공정 흐름은 다음과 같다. 즉, 사출 성형 프리폼은 γ선을 거쳐 재료를 가교시킨다. 가교된 사출 성형 부재를 고압 반응기 내의 트레이 위에 놓고, 폴리머가 기체에 의해 완전히 포화될 때까지 400bar, 165℃에서 질소 가스 고압 함침시킨다. 이어서 압력을 170bar까지 낮춰 셀 구조에 핵을 형성한 후, 압력 반응기를 주위 온도로 냉각시킨다. 일단 주위 온도가 되면, 잔류 압력을 방출시키고 고압 반응기에서 기체를 포함한 사출 성형 부재를 꺼낸다. 제2단계는 팽창 사출 성형 부재를 -40℃ 냉장고에 하룻밤 동안 넣어 팽창하기 전의 모든 기체 손실을 최소화한다. 다음날 사출 성형 부재를 실온으로 되돌린 후, 비교적 낮은 압력의 압력 반응기 내의 트레이 위에 놓는다. 이어서, 14bar의 질소 압력 하에서 예비 발포 사출 성형 부재를 167℃의 균일한 온도로 가열한 후, 압력을 대기압으로 방출시켜 성형 부재가 팽창해 3차원 발포 제품을 형성하도록 한다. 상기 성형 방법의 결함은 공정이 복잡하고, 발포 재료는 방사선 가교를 거치며, 재료를 회수 및 재활용할 수 없어 친환경적이지 않다는 것이다. 또한 사용하는 성형 압력이 높아 압력 설비에 대한 요구 기준이 높다. 그 외 함침 온도가 연화점 근처에 있고, 함침 온도가 낮으며, 기체 함침에 의한 프리폼 용해 및 확산 균형에 오랜 시간이 걸리고, 2단계 생산 방법을 채택해 생산주기가 길며 생산효율이 낮고 발포 제품 가공 비용은 높다.
본 발명은 형상이 복잡하고 다변하는 발포 제품의 생산 수요를 충족시킬 수 없는 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여, 초임계 유체에 의한 폴리머 무몰드 입체 발포 제품의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 단일 단계 성형법을 채택하며, 폴리머 발포 프리폼은 사전 가교 방식 필요 없이 곧바로 발포 탱크에서 함침 발포시키며, 성형 몰드가 필요 없고, 입체 발포 탱크는 작업을 진행하는 동안 목표 온도를 폴리머 융해 온도 또는 융점 온도보다 1.0 내지 50℃ 낮도록 항상 유지하고, 압력은 15MPa 미만이며, 함침 발포 시간은 30 내지 120분만 필요하고 생산주기가 매우 짧으며, 생산된 제품은 입체 발포 구조이고 형상은 제어 가능하며 사이즈가 정확하다. 열가소성 플라스틱, 열가소성 엘라스토머 또는 고무 재료 등의 초임계 유체 입체 발포 제품에 사용할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하기의 기술방안을 채택한다.
초임계 유체에 의한 폴리머 무몰드 입체 구조 발포 제품의 제조방법은, 초임계 유체 이송 시스템, 입체 발포 시스템 및 예열 시스템을 포함하고, 여기에서 초임계 유체 이송 시스템은 초임계 CO2 또는 초임계 N2 이송 시스템이거나, 또는 N2/CO2 혼합 기체이고; 입체 발포 시스템은 입체 발포 탱크, 온도 제어 장치, 압력 제어 장치, 압력 방출 장치를 포함하고, 상기 초임계 유체 이송 시스템은 입체 발포 시스템에 연결되고; 상기 예열 시스템은 예열 탱크, 가열 순환 장치, 온도 제어 장치를 포함하고;
단일 단계 성형법을 채택하며, 고온 중간압의 초임계 유체를 통해 폴리머를 팽윤 함침시켜, 곧바로 입체 발포 탱크에서 자유 무몰드 입체 방압 발포 성형을 진행하며, 구체적인 단계는 다음과 같다. 즉, 폴리머 원료를 가압 성형하여 발포 프리폼을 얻은 후, 발포 프리폼을 예열 시스템 내에서 예열하고, 예열 온도까지 승온시킨 후 발포 프리폼을 입체 발포 탱크 내에 넣고 입체 발포 탱크 밀봉 뚜껑을 닫고, 가스 유입 밸브를 열어 초임계 유체를 붓고, 목표 온도와 압력으로 조절하여 초임계 유체를 폴리머로 30 내지 120분간 팽윤 확산시키고, 압력 방출 장치를 열어 방압 발포를 진행함으로써, 제품 형상, 사이즈 정밀도, 셀의 공극률과 제품 밀도를 제어할 수 있는 폴리머 미세다공성 발포 제품을 얻는다.
바람직하게는, 상기 폴리머는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA: Poly(methyl methacrylate)), 폴리카보네이트(polycarbonate), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리아미드(polyamide), 폴리이미드(polyimide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리에테르설폰(poly (ether sulfone)), 폴리에테르에테르케톤(Polyether Ether Keton), 고무, 실리콘 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체(EPDM: Ethylene Propylene Diene monomer), 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체(ethylene-vinyl acetate copolymer), 열가소성 폴리우레탄(polyurethane), 열가소성 엘라스토머(elastomer)로 이루어진 군에서 임의 선택된 하나 또는 조성물이다.
바람직하게는, 폴리머는 비정질 폴리머에서 선택하고, 상기 목표 온도는 폴리머 융해 온도보다 1.0 내지 50℃ 낮고, 압력은 5 내지 15MPa이다.
바람직하게는, 폴리머는 결정질 폴리머에서 선택하고, 상기 목표 온도는 폴리머 융점 온도보다 1.0 내지 50℃ 낮고, 압력은 5 내지 15MPa이다.
바람직하게는, 상기 입체 발포 탱크 압력 방출 장치의 방압 속도는 1 내지 1000MPa/s이다.
바람직하게는, 상기 초임계 CO2 이송 시스템은 CO2 액상 저장 탱크, CO2 가압 스테이션을 포함하고, 상기 초임계 N2 이송 시스템은 N2 액상 저장 탱크, N2 가압 스테이션을 포함한다.
바람직하게는, 상기 초임계 CO2 이송 시스템은 N2/CO2 혼합 기체이며, 여기에서 N2의 부피 백분율은 50 내지 99%이다.
바람직하게는, 폴리머 미세다공성 발포 제품은 부피 팽창률이 2 내지 60배이고, 평균 홀 직경은 0.1 내지 100μm이고, 및 홀 밀도는 1.0×106-1.0×1015개/cm3이다.
먼저 일반적인 플라스틱 가공 성형 수단을 이용해 폴리머 발포 성형 프리폼을 제조하고, 발포 프리폼은 발포 후 각 사이즈 정확도를 충족시키며, 가공할 발포 프리폼은 예열 탱크에서 예열하고, 예열 온도는 폴리머 연화 온도 또는 융점 온도 이하 구간에 있고, 예열 온도에 도달한 후, 랙과 함께 입체 발포 탱크에 넣고 입체 발포 탱크 밀봉 뚜껑을 닫으며, 입체 발포 탱크는 작업 진행 동안 목표 온도를 폴리머 융해 온도 또는 융점 온도보다 1.0 내지 50℃ 낮도록 항상 유지한다. 가스 유입 밸브를 열어 초임계 유체를 붓고 목표 온도와 작업 압력 5 내지 15MPa 하에서 초임계 유체를 폴리머로 30 내지 120분 동안 팽윤 확산시키고, 압력 방출 장치를 열어 배기, 방압 및 발포를 진행하여 제품 형상, 사이즈 정밀도, 셀의 공극률과 제품 밀도를 제어할 수 있는 폴리머 미세다공성 발포 제품을 얻을 수 있다. 입체 발포 탱크 내에 기체가 완전히 배출된 후, 입체 발포 탱크 밀봉 뚜껑을 빠르게 열어 제품을 입체 발포 탱크에서 꺼낸 후 다음 생산 주기로 진입한다.
본 발명은 입체 발포 탱크 내에 초임계 유체를 도입함으로써 미세다공성 발포를 구현한다. 입체 발포 탱크의 온도 시스템은 탱크 내부 온도를 제어할 수 있기 때문에, 입체 발포 탱크 내에서 초임계 유체 상태를 구현하여 폴리머를 고온 고압의 초임계 유체 환경에 놓이도록 하고, 초임계 유체가 폴리머 매트릭스 내로 용해 및 확산 균형을 이루도록 만든 후 압력을 신속하게 낮추어 폴리머 매트릭스 내 셀의 핵 형성, 성장 및 발포 정형을 유발하며, 압력, 온도 및 방압 속도를 정확하게 제어해 입체 발포 구조로서 형상 제어가 가능하고 사이즈가 정확한 미세다공성 발포 제품을 얻는다.
상기 기술방안을 채택함에 따른 본 발명의 유익한 효과는 하기와 같다.
1. 입체 발포 탱크 내에서 단일 단계법 고압 중간압의 초임계 유체 팽윤 폴리머를 채택하여 자유 무몰드 입체 방압 발포 성형을 진행함으로써 입체 발포 제품을 얻는다.
2. 발포 재료 방사선 가교가 필요 없으며 재료는 회수 및 재활용이 가능하다.
3. 사용하는 성형 압력이 비교적 낮고, 기체 함침 프리폼 온도가 높으며, 함침 온도는 융해 또는 융점 온도에 가깝고, 기체 함침 프리폼의 용해 및 확산 균형에 필요한 시간이 짧아 성형주기가 크게 단축된다.
4. 형상이 단일한 미세다공성 발포 제품만 제조할 수 있는 종래 기술의 단점을 극복하였으며, 입체 발포 구조로서 형상이 제어 가능하며 사이즈가 정확한 미세다공성 발포 제품을 제조할 수 있다.
5. 입체 발포 탱크을 열 때 방압 속도가 비교적 크기 때문에, 셀 핵형성률이 비교적 높고, 형성된 미세다공성 발포 재료의 홀이 더 작으며, 홀 밀도가 더욱 높고, 성능이 더욱 우수하다.
6. 입체 발포 탱크 세트는 다층으로 발포할 제품을 거치할 수 있어, 대량생산에 적합하다.
본 발명 실시예의 기술방안을 보다 명확하게 설명하기 위하여, 이하에서는 실시예를 설명하는데 사용되는 도면에 대해 간략하게 소개한다. 이하에서 설명하는 도면은 본 발명의 일부 실시예에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 당업자는 창조적인 노동 없이도 이러한 도면을 기반으로 다른 도면을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에서 초임계 유체 이송 시스템 및 입체 발포 시스템의 구조적 흐름도이다.
도 2는 본 발명에서 예열 시스템의 모식도이다.
도 3은 실시예 1에 따른 PLA 발포 제품의 전자 현미경 주사도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 POP COHERE 8102 발포 제품의 전자 현미경 주사도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 TPU 58315 발포 제품의 전자 현미경 주사도이다.
본 발명 실시예의 목적, 기술방안 및 장점을 보다 명확하게 설명하기 위하여, 이하에서는 본 발명 실시예를 통해 본 발명 실시예 중의 기술방안을 명확하고 완전하게 설명한다. 본 발명의 실시예를 기반으로 본 발명이 속한 기술분야의 당업자가 창조적인 노동 없이 얻은 기타 실시예는 모두 본 발명의 보호범위에 속한다.
초임계 유체에 의한 폴리머 무몰드 입체 구조 발포 제품의 제조방법은, 초임계 유체 이송 시스템, 입체 발포 시스템 및 예열 시스템을 포함하고, 여기에서 초임계 유체 이송 시스템은 초임계 CO2 또는 초임계 N2 이송 시스템이거나, N2/CO2 혼합 기체이고, 입체 발포 시스템은 입체 발포 탱크, 온도 제어 장치, 압력 제어 장치, 압력 방출 장치를 포함하고, 온도 제어 장치, 압력 제어 장치, 압력 방출 장치는 각각 입체 발포 탱크에 연결되고, 상기 초임계 유체 이송 시스템은 입체 발포 시스템에 연결되고, 상기 예열 시스템은 예열 탱크, 가열 순환 장치, 온도 제어 장치를 포함한다.
구체적인 조작 단계는 다음과 같다. 즉, 폴리머 원료를 가압 성형하여 발포 프리폼을 얻은 후, 발포 프리폼을 예열 시스템 내에서 예열하고, 폴리머 연화 온도 또는 융점 온도 이하 30 내지 50℃까지 승온시킨 후 발포 프리폼을 입체 발포 탱크 내에 넣고, 입체 발포 탱크 밀봉 뚜껑을 닫고 가스 유입 밸브를 열어 초임계 유체를 붓고,목표 온도와 압력으로 조절하여 초임계 유체를 폴리머로 30 내지 120분간 팽윤 확산시키고, 압력 방출 장치를 열어 방압 발포를 진행함으로써, 제품 형상, 사이즈 정밀도, 셀의 공극률과 제품 밀도를 제어할 수 있는 폴리머 미세다공성 발포 제품을 얻을 수 있다.
실시예 1:
수평균 분자량이 10만이고, 융점이 120℃인 폴리락트산 입자를 사출성형기 몰드를 통해 사출을 진행하여 발포할 폴리락트산 프로파일 프리폼을 제조하고, 가공할 발포 폴리락트산 프로파일 프리폼을 예열 탱크 내에서 예열하며, 예열 온도는 폴리락트산 융점 온도 이하 105℃ 구간으로 한다. 예열 온도에 도달한 후 랙과 함께 입체 발포 탱크에 넣고 입체 발포 탱크 밀봉 뚜껑을 닫으며, 입체 발포 탱크는 작업 진행 동안 목표 온도 125℃를 항상 유지한다. 가스 유입 밸브를 열어 초임계 유체를 붓고 초임계 이산화탄소와 초임계 질소 혼합 기체 비율은 30:70으로 하고, 목표 온도로 입체 발포 탱크 작업 압력 10MPa 하에서 초임계 유체를 폴리머로 80분간 팽윤 확산시키고, 압력 방출 장치를 열어 배기, 방압 및 발포를 진행하고, 입체 발포 탱크 압력 방출 장치의 방압 속도는 5MPa/s이며, 이를 통해 제품 형상, 셀의 공극률과 제품 밀도를 제어할 수 있는 폴리머 미세다공성 발포 제품을 얻을 수 있다. 부피 팽창률은 14배이며, 폴리머 중량을 100부로 계산할 때, 확산 균형에 도달한 후 폴리머 내에 융해된 초임계 유체의 함량은 15.0부이다. 그 내부 셀 형태를 주사 전자 현미경으로 측정한 결과, 평균 홀 직경은 6.3μm이고 계산을 통해 셀 밀도가 3.8×109개/cm3인 것으로 나타났다. 폴리락트산 프로파일 프리폼의 팽창은 모든 방향 상에서 기본적으로 균일하고, 선형 팽창률은 2.33±0.15이며, 최종적으로 90kg/m3의 폼 밀도 제품을 수득하였다.
실시예 2:
폴리올레핀(polyolefin) 플라스틱 POP COHERE 8102은 밀도가 902kg/m3, 융점이 98℃이다. 사출성형기 몰드를 통해 사출을 진행하여 발포할 폴리올레핀 플라스틱 프로파일 프리폼으로 제조하고, 예열 탱크 내에서 발포할 폴리락트산 프로파일 프리폼을 예열하고, 예열 온도는 융점 온도 이하 80℃ 구간에 있다. 예열 온도에 도달한 후 랙과 함께 입체 발포 탱크에 넣고 입체 발포 탱크 밀봉 뚜껑을 닫으며, 입체 발포 탱크는 작업 진행 동안 목표 온도 100℃를 항상 유지한다. 가스 유입 밸브를 열어 초임계 유체를 붓고 초임계 이산화탄소와 초임계 질소 혼합 기체 비율은 20:80으로 하고, 목표 온도로 입체 발포 탱크 작업 압력 12MPa 하에서 초임계 유체를 폴리머로 100분간 팽윤 확산시키고, 압력 방출 장치를 열어 배기, 방압 및 발포를 진행하고, 입체 발포 탱크 압력 방출 장치의 방압 속도는 200MPa/s이며, 이를 통해 제품 형상, 셀의 공극률과 제품 밀도를 제어할 수 있는 폴리머 미세다공성 발포 제품을 얻을 수 있다. 부피 팽창률은 20배이며, 폴리머 중량을 100부로 계산할 때, 확산 균형에 도달한 후 폴리머 내에 융해된 초임계 유체의 함량은 18.0부이다. 그 내부 셀 형태를 주사 전자 현미경으로 측정한 결과, 평균 홀 직경은 32.5μm이고 계산을 통해 셀 밀도가 5.2×108개/cm3인 것으로 나타났다. 폴리올레핀 플라스틱 프로파일 프리폼의 팽창은 모든 방향 상에서 기본적으로 균일하고, 선형 팽창률은 2.62±0.15이며, 최종적으로 45kg/m3의 폼 밀도 제품을 수득하였다.
실시예 3:
TPU 58315는 밀도가 1120kg/m3, 융해 온도가 135℃이고, 사출성형기 몰드를 통해 사출을 진행하여 발포할 TPU 프로파일 프리폼으로 제조하고, 예열 탱크 내에서 발포할 TPU 프로파일 프리폼을 예열하고, 예열 온도는 융점 온도 이하 120℃ 구간에 있다. 예열 온도에 도달한 후 랙과 함께 입체 발포 탱크에 넣고 입체 발포 탱크 밀봉 뚜껑을 닫으며, 입체 발포 탱크는 작업 진행 동안 목표 온도 140℃를 항상 유지한다. 가스 유입 밸브를 열어 초임계 유체를 붓고 초임계 이산화탄소와 초임계 질소 혼합 기체 비율은 50:50으로 하고, 목표 온도로 입체 발포 탱크 작업 압력 13MPa 하에서 초임계 유체를 폴리머로 90분간 팽윤 확산시키고, 압력 방출 장치를 열어 배기, 방압 및 발포를 진행하고, 입체 발포 탱크 압력 방출 장치의 방압 속도는 60MPa/s이며, 입체 발포 탱크는 압력 방출 장치를 통해 장치 내의 초임계 유체 압력을 2MPa까지 방출시킨 후 다시 대기압까지 방압한 다음 밀봉 뚜껑을 열고, 이를 통해 제품 형상, 셀의 공극률과 제품 밀도를 제어할 수 있는 폴리머 미세다공성 발포 제품을 얻을 수 있다. 부피 팽창률은 11배이며, 폴리머 중량을 100부로 계산할 때, 확산 균형에 도달한 후 폴리머 내에 융해된 초임계 유체의 함량은 12.0부이다. 그 내부 셀 형태를 주사 전자 현미경으로 측정한 결과, 평균 홀 직경은 72μm이고 계산을 통해 셀 밀도가 4.6×107개/cm3인 것으로 나타났다. TPU 프로파일 프리폼의 팽창은 모든 방향 상에서 기본적으로 균일하고, 선형 팽창률은 2.22±0.15이며, 최종적으로 101kg/m3의 폼 밀도 제품을 수득하였다.
상기 실시예는 본 발명의 기술방안을 설명하기 위한 것으로서 본 발명을 제한하지 않는다. 전술한 실시예를 참조해 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 전술한 각 실시예에 기재된 기술방안을 수정하거나, 그 중 일부 기술특징에 대해 동등한 수준의 치환을 진행할 수 있으며, 이러한 수정 또는 치환은 상응하는 기술방안의 본질이 본 발명 각 실시예 중 기술방안의 사상과 범위를 벗어나지 않는다는 것을 이해하여야 한다.
본 명세서의 설명에서 "일 실시예", "예시", "구체적인 예시" 등의 용어의 설명은 상기 실시예 또는 예시에서 설명된 구체적인 특징, 구조, 재료 또는 특성이 본 발명에서 하나 이상의 실시예 또는 예시에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서에서 상기 용어의 개략적인 표현은 반드시 동일한 실시예 또는 예시를 의미하는 것은 아니다. 또한 설명된 구체적인 특징, 구조, 재료 또는 특성은 어느 하나 이상의 실시예 또는 예시에서 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
상기에 개시된 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명의 설명을 보조하기 위한 것에 불과하다. 바람직한 실시예는 모든 세부 사항을 상세하게 설명하지 않았으며 구체적인 실시방식으로서 본 발명을 제한하지 않는다. 본 명세서의 내용에 의거하여 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 본 명세서에서는 이러한 실시예를 선별하여 구체적으로 설명하였으며, 이는 본 발명의 원리와 실제 응용에 대한 해석을 돕기 위한 것으로, 본 발명이 속한 기술분야의 당업자는 이를 통해 본 발명을 잘 이해하고 이용할 수 있다. 본 발명은 청구범위 및 그 모든 범위와 동등물에 의해서만 제한된다.
1: 초임계 유체 이송 시스템
2: N2 액상 저장 탱크
3: N2 가압 스테이션
4: CO2 액상 저장 탱크
5: CO2 가압 스테이션
6: 가스 유입 밸브
7: 입체 발포 시스템
8: 압력 제어 장치
9: 온도 제어 장치
10: 압력 방출 장치
11: 소음기
12: 가스 배출 밸브
13: 예열 시스템
14: 온도 제어 장치
15: 가열 순환 장치

Claims (8)

  1. 초임계 유체 이송 시스템, 입체 발포 시스템 및 예열 시스템을 포함하고, 여기에서 초임계 유체 이송 시스템은 초임계 CO2 또는 초임계 N2 이송 시스템이거나, 또는 N2/CO2 혼합 기체이고; 입체 발포 시스템은 입체 발포 탱크, 온도 제어 장치, 압력 제어 장치, 압력 방출 장치를 포함하고, 상기 초임계 유체 이송 시스템은 입체 발포 시스템에 연결되고; 상기 예열 시스템은 예열 탱크, 가열 순환 장치, 온도 제어 장치를 포함하고;
    단일 단계 성형법을 채택하며, 고온 중간압의 초임계 유체를 통해 폴리머를 팽윤 함침시켜, 곧바로 입체 발포 탱크에서 자유 무몰드 입체 방압 발포 성형을 진행하며, 구체적인 단계는, 즉, 폴리머 원료를 가압 성형하여 발포 프리폼을 얻은 후, 발포 프리폼을 예열 시스템 내에서 예열하고, 예열 온도까지 승온시킨 후 발포 프리폼을 입체 발포 탱크 내에 넣고, 입체 발포 탱크 밀봉 뚜껑을 닫고, 가스 유입 밸브를 열어 초임계 유체를 붓고, 목표 온도와 압력으로 조절하여 초임계 유체를 폴리머로 30 내지 120분간 팽윤 확산시키고, 압력 방출 장치를 열어 방압 발포를 진행함으로써, 제품 형상, 사이즈 정밀도, 셀의 공극률과 제품 밀도를 제어할 수 있는 폴리머 미세다공성 발포 제품을 얻는 것을 특징으로 하는 초임계 유체에 의한 폴리머 무몰드 입체 구조 발포 제품의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA: Poly(methyl methacrylate)), 폴리카보네이트(polycarbonate), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리아미드(polyamide), 폴리이미드(polyimide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리에테르설폰(poly (ether sulfone)), 폴리에테르에테르케톤(Polyether Ether Keton), 고무, 실리콘 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체(EPDM: Ethylene Propylene Diene monomer), 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체(ethylene-vinyl acetate copolymer), 열가소성 폴리우레탄(polyurethane), 열가소성 엘라스토머(elastomer)로 이루어진 군에서 임의 선택된 하나 또는 조성물인 것을 특징으로 하는 초임계 유체에 의한 폴리머 무몰드 입체 구조 발포 제품의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    폴리머는 비정질 폴리머에서 선택하고, 상기 목표 온도는 폴리머 융해 온도보다 1.0 내지 50℃ 낮고, 압력은 5 내지 15MPa인 것을 특징으로 하는 초임계 유체에 의한 폴리머 무몰드 입체 구조 발포 제품의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    폴리머는 결정질 폴리머에서 선택하고, 상기 목표 온도는 폴리머 융점 온도보다 1.0 내지 50℃ 낮고, 압력은 5 내지 15MPa인 것을 특징으로 하는 초임계 유체에 의한 폴리머 무몰드 입체 구조 발포 제품의 제조방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 입체 발포 탱크 압력 방출 장치의 방압 속도는 1 내지 1000MPa/s인 것을 특징으로 하는 초임계 유체에 의한 폴리머 무몰드 입체 구조 발포 제품의 제조방법.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 초임계 CO2 이송 시스템은 CO2 액상 저장 탱크, CO2 가압 스테이션을 포함하고, 상기 초임계 N2 이송 시스템은 N2 액상 저장 탱크, N2 가압 스테이션을 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체에 의한 폴리머 무몰드 입체 구조 발포 제품의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 초임계 CO2 이송 시스템은 N2/CO2 혼합 기체이며, 여기에서 N2의 부피 백분율은 50 내지 99%인 것을 특징으로 하는 초임계 유체에 의한 폴리머 무몰드 입체 구조 발포 제품의 제조방법.
  8. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    폴리머 미세다공성 발포 제품은 부피 팽창률이 2 내지 60배이고, 평균 홀 직경은 0.1 내지 100μm이고, 및 홀 밀도는 1.0×106-1.0×1015개/cm3인 것을 특징으로 하는 초임계 유체에 의한 폴리머 무몰드 입체 구조 발포 제품의 제조방법.
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