KR930000742B1 - 인발 성형방법, 그 장치 및 그 제품 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

인발 성형방법, 그 장치 및 그 제품

제1도는 본 발명의 방법에서 사용된 한 다발의 로빙(roving)의 사시도.

제2도는 한 다발의 로빙을 다이에 의하여 시이트로 성형하는 것을 도시한 사시도.

제3도는 제2도에 도시한 선Ⅲ-Ⅲ을 따라 절취한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 설명

R : 로빙 F : 섬유

1 : 플레어 입부(flared inlet) 2 : 가변성 두께 갭

3 : 시이트

본 발명은 인발 성형에 의하여 연속 장 섬유(long fiber)로 강화된 열가소성 중합체 성형품의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 열가소성 수지로 함침된 로빙의 성형전에, 로빙의 기본 섬유가 용융상태에서 열가소성 수지로 함침된 시이트를 형성하도록 로빙을 압축하는 단계를 포함한다. 로빙을 열가소성 수지로 함침시킨 후에 가열된 직사각형의 평 다이(flat die)에 통과시켜 압축시킴으로써 용융수지가 섬유들 사이에 침투하도록 하여 시이트를 성형한다. 본 발명의 방법은 일반적으로는 열가소성 중합체에 적용할 수 있지만, 연속 장 섬유로 강화된 폴리비닐 클로라이드로 이루어진 신규한 성평품을 수득하는 것도 가능하게 한다.

일반적으로 인발 성형에 의하여 열가소성 수지로 프로파일(profile)을 제조하는 방법은 공지되어 있다. 이러한 공지 방법은 통상 로빙을 수지로 함침시키고 수득된 괴상물질을 중합체 용융에 충분한 온도에서 있는, 예를들어 고온 공기 또는 적외선 조사를 사용하는 가열턴넬에 통과시키는 단계로 이루어진다. 턴넬 출구에서, 수지로 피복된 로빙은 수득되는 제품의 최종 현상을 부여하는 가열장치에 도입되고, 그 장치로 부터 토출시키면서 냉각시킨다. 그러나, 이러한 방법은 열가소성 수지를 로빙내에서 용융 및 균질 분산시키는 것이 어렵다고 하는 심각한 단점을 가지고 있다.

로빙은 수개의 연속 기본 섬유들의 배합물로 부터 제조한다. 인발 성형 공정에서는 수개의 로빙을 함침시킨 다음 이를 가열된 턴넬에 통과시키고, 여기서 이들을 서로 괴상으로 배합시켜 부피가 큰 섬유 다발 또는 그룹을 제조한다. 조사 가열은 다발의 코어에서 열가소성 수지의 용융 및 이에 의한 기본 섬유의 함침이 곤란하다. 함침 균일성의 결핍 및 이에 따르는 비-함침 섬유간의 공기 잔류는 최종 제품의 기계적 특성의 결함원인으로 될 수 있다. 이러한 효과는 로빙의 갯수가 증가하고 최종 성형물이 대형화 할수록 더욱 현저해지게 된다.

또한, 상기의 방법은 폴리비닐 클로라이드의 성질때문에 연속장 섬유로 강화된 폴리비닐 클로라이드 강성성형품의 제조를 불가능하게 한다. 상기 공정의 조건하에서, 폴리비닐 클로라이드의 겔화, 특히 가소제가 없는 경우의 겔화는 단순히 온도 상승만에 의하여 이를 행할 경우 항상 열분해의 위험이 있다. 현재, 겔화는 이를 위해 필수적인 재료의 전단을 발생시키는 혼연 장치내에서 수행한다. 공지의 가공 조건하에서 고도로 불완전한 매트릭스의 겔화는 강화섬유의 결함있는 피복물을 야기시켜 중간품질의 성형물을 초래하거나 심지어는 성형물의 연신시 섬유 파단등을 초래한다.

본 발명에 따른 방법은 인발 성형 기술을 사용함으로써 로빙의 성형을 가능케 하는데, 여기서는 섬유들 사이에 잔류된 공기를 최대로 제거한 후에 기본섬유를 열가소성 수지로 실질적으로 전부 함침시킨다.

본 발명의 방법은 로빙, 즉 연속섬유 타래를 공지방법에 의하여 열가소성 수지로 함침시키고, 수득된 배합물을 가열 조립품에 통과시켜 열가소성 수지를 용융시킨 다음, 적당한 다이내에서 성형품을 고온 성형하여 두번째 냉각 다이에 통과시키기 전에 성형품을 최종현상을 부여하는 단계로 이루어진다. 본 발명 방법의 특징은 플래어 입구가 초기 부피의 로빙 다발을 다이내의 가변성 두께 갭에 통과시키도록 충분한 너비를 갖고 함침된 배합물을 성형전에 최소 두께의 시이트 형상으로 축소시킬 수 있도록 평 다이로 이루어진 가열 조립품내에서 로빙의 다발을, 즉 열가소성 수지로 함침된 타래의 군을 압축시키는 것이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 더 상세히 기술하고자 한다.

첨무 도면은 본 발명 방법의 특징을 상세히 설명한다. 제1도는 로빙(R)의 다발을 도시한 것인데, 각각의 로빙은 수개의 섬유(F)로 이루어진다. 언급된 로빙은, 본 발명에 따라서 배합시키기 전에 열가소성 수지로 함침시킨다.

상기의 다발은 플래에 입구(1)을 통할여 제2도의 다이에 삽입시켜 가변성 두께 갭(2)에서 연신 압축시킨다. 용융 열가소성 수지로 함침된 섬유로 이루어진 시이트(3)는, 이것이 다이로 부터 토출되었을 때, 전술된 통상의 성형기(도시되어 있지 않음)로 이송시킨다. 제3도에 도시한 바와같이, 거의 직사각형의 단면의 갭을 갖는 평다이로 부터 토출되는 시이트는 기본 섬유가 열가소성 수지로 함침되어 있고 서로 견고히 배합된 압축 로빙의 형태를 갖는다. 균일한 함침은 압축의 결과인데, 이는 열교환 면적의 증가 및 로빙내와 로빙간에 갇혀있는 공기를 가급적 많이 제거할 수 있도록 해준다. 거의 직사각형 단면을 갖는 갭은 출구지역에서 거의 직육면체의 기하학적 형상을 갖는다.

제2도에 도시되어 있는 교각 a는 다이갭의 수평 부위와 외측간의 입구지역의 기울기에 해당되는데, 이는 일종의 윤활제로 작용하는 중합체 표면의 점전적 용융을 보장한다.

입구지역으 길이과 교각의 값은 문제되는 중합체 및 삽입되는 예비 함침된 로빙의 부피에 따라 변화할 수 있다. 구체적으로 35 내지 50mm의 길이와 1내지 20。의 교각이 특히 적합한 것으로 생각되어 진다.

다이의 길이는 열가소성 중합체의 열파단 온도이하의 범위내에서 온도에 따라 열가소성 중합체가 다이로 부터 토출될때 코어에서 용융되도록 할 정도이어야 한다.

다이 갭의 두께는 더 크거나 더 작은 부피의 프로파일을 제공하는 다양한 두께의 시이트가 제조되도록 조절할 수 있다. 이러한 두께 조절은 이격시킬 수 있는 모든 통상의 수단, 예를들어 다이의 반대측부를 이격 또는 근접이동시킬 수 있는 스크류 또는 스프링 시스템에 의하여 달성할 수 있다.

본 발명에 따라서 로빙은 공지의 방법, 예를들어 미분 형태의 열가소성 중합체의 유동층상에서 로빙을 풀어내면서 함침시킨다. 또한, 중합체층으로 피복시킬 수 있는 수단에 의하여 크로스 헤드 다이(crossheaddie)를 통해 로빙을 압출하여 피복시킬 수도 있고, 로빙을 중합체 라텍스로 피복시킬 수도 있다. 이미 설명한 바와같이, 로빙은 수개의 기본섬유의 배합물로 이루어진 연속 타래의 형태를 취한다. 이들 로빙은, 플라스틱 물질의 강화용으로 통상 사용되는 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유 등의 무기 또는 유기섬유로 부터 제조될 수 있다. 다발로 배합된 함침 로빙은 중합체를 용융시킬 수 있도록 가열된 상기의 다이에 도입시킨다. 중합체를 용융상태로 남아 있도록 하는 온도로 유지시킨 다이로 부터 토출되는 시이트는 통상의 성형용 다이로 이송되고, 여기서 시이트에 최종 성형품의 형상이 부여된다.

물론, 상기의 두번째 다이는 중합체를 성형에 충분한 정도의 유체 상태로 유지시키기에 충분히 높은 온도에 있다. 특히 복잡하고 부피가 큰 성형품을 제조하는 경우, 시이트를 최종적으로 성형하기 전에 점진적 예비 성형시키는 것은 재론의 여지가 없다. 프로파일의 성형용 다이로 부터 토출되었을때, 이를 입구의 기하학적 형상이 성형용 다이의 출구의 기하학적 형상과 거의 동일한 냉각 성형기에 통과시킨다. 이어서 성형물을 연신용 벤치(drawing bench)로 취출하고, 여기서 소망하는 치수로 절단한다.

본 발명에 따른 방법은 연속 장 섬유로 강화된 열가소성 수지를 주성분으로 하는 다양한 형상의 고체 또는 중공 성형품의 인발 성형에 특히 적합하다. 특히 바람직한 열가소성 수지는 고-밀도와 저-밀도 및 저-밀도-선형 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 : 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 : 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 폴리비닐 클로라이드, 6,11,12,6-6 및 6-10 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리(에테르 아미드) 연속 공중합체, 불소화 중합체, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌에테르 또는 그의 혼합물 및 공시약과 중 부가반응 또는 중 축합 반응하는 작용성 열가소성 올리고머 등의 폴리올레핀류로 부터 선택될 수 있다.

본 발명 방법의 다른 잇점은 연속 장 섬유, 특히 유리 장 섬유로 강화된 강성 폴리비닐 클로라이드의 일관적인 단면 성형물이라고 하는 신종 제품의 제조이다. 장 섬유로 강화된 얇은 폴리비닐 클로라이드로 프로파일은 공지되어 있지만, 폴리비닐 클로라이드의 성질과 관련하여 위에서 설명한 이유에서 강화섬유의 길이가 제품 길이에 상응하는 일관적인 단면 성형물을 제조할 수 없다.

본 발명에 따라서 수득된 성형물은 매우 높은 강성을 가짐을 특징으로 한다. 또 비드(bead), 스트립 또는 로드 형상의 성형물로 부터 강화섬유의 길이가 성형물 요소의 길이에 상응하는 다양한 길이의 성형물 요소로 절단해 내는 것이 가능하다. 이들 절단된 성형물 요소는 일단 용융되면 압출, 사출 / 압축 또는 압축에 의하여 바람직하게 전환되어 섬유의 최종 길이를 유지한다. 잇점은 강성, 내충격성 및 치수 안정성의 특성의 실질적 증가 및 고온에서 이들 특성의 보유에 있다.

본 발명은 하기의 실시예와 관련하여 더 설명될 것이다. 그러나, 하기의 실시예는 예시의 목적으로 제공 된 것이다.

[실시예 1]

유리섬유 로빙을 외부로 부터 권출하고, 유동층에 통과시켜 폴리아미드 6분말(Oragasol 1002 D)로 함침시킨다.

중합체를 평 다이에서 용융시키고, 이어서 10×4mm의 최종 프로파일을 280℃의 온도로 유지시킨 고온의 예비 성형용 다이에서 성형시킨 다음, 22℃로 유지시킨 냉각용 다이에 도입시킨다.

용융을 위하여 사용된 평 다이는 하기의 기하학적 형상을 갖는다:

(i) 길이 : 300mm

(ii) 너비 : 100mm

(iii) 교각 : 15。

(iv) 도입지역의 길이 : 35mm

(v) 갭 : 1mm

(vi) 다이 출구의 너비 : 0.45mm

예비 성형용 다이와 냉각용 다이는 입구길이 5mm에 걸쳐 20。의 교각을 갖는다. 상기 성형물을 제조하기 위하여 24개의 2400-텍스 로빙(Vetrotex R 099 5122×1)을 사용한다. 유동층 분말 함침 수준은 46부피%로 일정하게 유지시킨다.

유리섬유 로빙 1개의 함침전 부피는 약 0.45×4.5mm이다. 함침 후에 로빙은 약 8∼10mm의 다발 형태이다. 토출 연신 속도는 1m/분이다.

상기 방법에 따라 제조된 프로파일의 강성은 ASTM표준 D 790에 따른 3점 변형방법에 의하여 측정한다. 탄성도 E의 모듈러스와 최대응력

를 측정한다. 비교를 위하여, 폴리아미드 6으로 함침된 로빙의 다발을 고온공기 턴넬에 통과시켜 이들이 토출되었을 때 수지가 다발의 코어에서 용융되도록 하는 직접 성형 방법에 의하여 동일한 프로파일을 제조한다. 용융 폴리아미드 6으로 피복된 섬유의 덩어리를 280℃의 온도로 유지시킨 성형용 다이로 도입시킨다.

프로파일은 토출되었을때 22℃로 유지시킨 냉각용 다이내로 취입한다. 수득된 결과는 하기와 같다:

[실시예 2]

실시예 1의 장치와 공정조건을 사용하여, 연속 장 유리섬유로 강화된 폴리비닐 클로라이드로 이루어진 10×4mm단면 프로파일을 제조한다.

본 실시예에 특정한 조건은 하기와 같다:

(i) 폴리비닐 클로라이드 분말의 평균직경 : 100㎛

(ii) 폴리비닐 클로라이드의 함침량 : 63.1부피%

(iii) 평 다이의 온도 : 200℃

(iv) 성형용 다이의 온도 : 190℃

(v) 냉각용 다이의 온도 : 15℃

용융형 평 다이는 하기의 기하학적 형상을 갖는다:

(i) 길이 : 200mm

(ii) 너비 : 100mm

(iii) 교각 : 1

(iv) 입구지역의 길이 : 50mm

(v) 갭 : 1mm

(vi) 다이 출구의 두께 : 0.45mm

비교 시험을 위하여 실시예 1에서 사용된 장치 조건하에서는 적합한 장 섬유 프로파일을 제조할 수 없었다. 로빙 다발의 겔화는 코어 부분에서 불충분하였다.

고온 공기 턴넬 온도의 증가는 함침된 로빙 다발의 주위에서 열 분해를 초래하였다. 이러한 조건하에서 최종 프로파일의 다공도는 지나치게 높으며, 기계적 특성은 중간 정도이고 일정치 않다.

유리 섬유의 36.9부피%에서 본 발명에 따른 단면에 관하여 하기의 결과를 수득하였다:

변형 모듈러스 E(Gpa) : 25.2

최대응력

(MPa) : 476

[실시예 3]

실시예 1의 장치와 공정 조건을 사용하여 분자량 4000의 폴리아비드 Ⅱ 예비 중합체 분말로 부터 10×4mm단면 프로파일을 제조한다. 분말의 입도는 80 내지 200㎛이다. 18개의 2400-tex R 099 P 103 로빙(Vetrotex)을 사용하였다. 연신 속도는 0.5m/분이다.

예비 중합체의 점도는 성형용 다이 앞에서 제거한 물로 평다이에서 가열하여 동일조건에서 상승시킨다.

본 실시예에 특정한 조건은 하기와 같다:

(i) 폴리아미드 Ⅱ의 함침량 : 57.4부피%

(ii) 평 다이의 온도 : 270℃

(iii) 성형용 다이의 온도 : 240℃

(iv) 냉각용 다이의 온도 : 22℃

평 다이의 기하학적 형상은 하기와 같다:

(i) 길이 : 300mm

(ii) 너비 : 100mm

(iii) 교각 : 15。

(iv) 입구지역의 길이 : 35mm

(v) 갭 : 1mm

(vi) 다이 출구의 두께 : 0.45mm

유리 섬유 42.6부피%에서 단면에 관하여 하기의 결과를 수득하였다.

변형 모듈러스 E(Gpa) : 26.0

최대응력

(MPa) : 450

이상, 본 발명을 특정의 바람직한 태양과 관련하여 설명하였지만, 본 발명의 범위가 그 특정 형태로 제한 되는 것은 아니다. 본 발명은 하기 특허청구의 범위에서 정의되는 본 발명의 범위와 사상내에서 포함시킬 수 있는 모든 대체 형태, 변형 형태 및 균등 형태를 망라한다.

Claims (9)

1. 섬유 타래를 열가소성 수지로 함침시키고, 수득된 함침 타래의 배합물을 가열 조립품내에서 순환시켜 수지를 용융시킨 다음, 성형품을 적당한 다이에서 고온 성형하여 이를 두번째 냉각용 다이에 통과시키기 전에 거의 최종 형상을 부여하는 것으로 이루어진, 인발 성형에 의하여 연속 장 섬유로 강화된 열가소성 중합체 성평품의 제조방법에 있어서, (1) 함침된 타래의 집합물은 입구지역과 출구지역이 있는 평 다이로 주로 구성된 가열 조립품내에서 압축되며, (2) 상기 입구지역은 초기 부피의 함침된 타래를 가변성 두께의 수평갭에 통과시키기에 충분한 정도로 넓으며, (3) 토출되는 함침 타래의 배합물은 성형전에 최소 두께의 시이트 형상으로 수득될 수 있도록 한것을 특징으로 하는 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 단면이 거의 직사각형인 평 다이의 갭이 출구지역에서 직육면체의 기하학적 형상을 가지는 방법.
3. 제2항에 있어서, 입구지역의 외측과 평 다이 갭의 수평 부분간의 도입부 기울기에 해당하는 교각이 1내지 20。인 방법.
4. 제1 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 섬유는 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드 섬유 중에서 선택하는 방법.
5. 입구 수단, 출구 수단, 및 이들 입구 수단과 출구 수단을 연결하는 통로수단으로 주로 이루어지며, 통로 수단은 거의 직사각형 단면인 수평 갭을 조절 및 한정할 수 있고 그의 출구지역에서 거의 직육면체의 기하학적 형상을 지니며, 입구지역의 외측과 갭의 수평 부분간의 기울기에 해당하는 교각은 1 내지 20。임을 특징으로 하는, 배합물의 성형전에 연속 장 섬유의 타래를 함침시킨 열가소성 수지를 용융시키기 위한 인발 성형에서 사용되는 평 다이.
6. 섬유 타래를 열가소성 수지로 함침시키고, 수득된 함침 타래의 배합물을 가열 조립품내에서 순환시켜 수지를 용융시킨 다음, 성형품을 적당한 다이에서 고온 성형하여 이를 두번째 냉각용 다이에 통과시키기 전에 거의 최종 형상을 부여하는 것으로 이루어진, 인발 성형에 의하여 연속 장 섬유로 강화된 열가소성 중합체 성형품의 제조방법에 있어서, (1) 함침된 타래의 집합물은 입구지역과 출구지역이 있는 평 다이로 주로 구성된 가열 조립품내에서 압축되며, (2) 상기 입구지역은 초기부피의 함침된 타래를 가변성 두께의 수평갭에 통과시키기에 충분한 정도로 넓으며, (3)토출되는 함침 타래의 배합물은 성형전에 최소 두께의 시이트 형상으로 수득될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 제조방법에 따라 제조한 연속 장 섬유형태로 섬유가 성형품의 전장에 걸쳐 존재하는 섬유 - 강화된 강성 폴리비닐 클로라이드 성형품.
7. 제6항에 있어서, 단면이 거의 직사각형인 평 다이의 갭이 출구지역에서 직육면체의 기하학적 형상을 가지는 섬유-강화된 강성 폴리비닐 클로라이드 성형품.
8. 제7항에 있어서, 입구지역의 외측과 평 다이 갭의 수평 부분간의 도입부 기울기에 해당하는 교각이 1내지 20。인 섬유-강화된 강성 폴리비닐 클로라이드 성형품.
9. 제6항 내지 8항중 어느 한 항에 있어서, 섬유는 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드 섬유 중에서 선택하는 섬유-강화된 강성 폴리비닐 클로라이드 성형품.

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