KR102111505B1 - 저경도, 고탄성, 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재와 그 내장재의 제조방법 - Google Patents

저경도, 고탄성, 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재와 그 내장재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저경도, 고탄성, 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재와 그 내장재의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 폴리올레핀 엘라스토머 및 에틸렌비닐아세테이트 공중합체의 혼합물을 주 기재로 하고, 내마모성을 향상시키기 위하여 실리콘 마스터 배치를 첨가한 후 첨가제, 가교제, 및 발포제를 첨가하여 밀폐형 혼련기에 투입하여 혼련한 후, 롤 및 가공을 거쳐 압출 공정을 거쳐서 사출 원료를 제조하고, 사출 장비로 발포성형함으로써 탄성, 충격흡수력을 향상시키고, 내구성을 극대화시킨 저경도, 고탄성, 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장제와 그 내장제의 제조방법에 관한 것이다.

Description

저경도, 고탄성, 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재와 그 내장재의 제조방법{Manufacturing method for low hardness, high elasticity, and wear-resistant wheelchair wheel foam embedded materials and their internal materials}
본 발명은 저경도, 고탄성, 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재와 그 내장재의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 폴리올레핀 엘라스토머 및 에틸렌비닐아세테이트 공중합체의 혼합물을 주 기재로 하고, 내마모성을 향상시키기 위하여 실리콘 마스터 배치를 첨가한 후 첨가제, 가교제, 및 발포제를 첨가하여 밀폐형 혼련기에 투입하여 혼련한 후, 롤 및 가공을 거쳐 압출 공정을 거쳐서 사출 원료를 제조하고, 사출 장비로 발포성형함으로써 탄성, 충격흡수력을 향상시키고, 내구성을 극대화시킨 저경도, 고탄성, 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장제와 그 내장제의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 휠체어는 신체 일부에 장애가 있어 거동이 불편한 사람들의 이동을 지원해주는 이동수단으로서, 바퀴에 연결된 휠을 직접 돌려 바퀴를 회전시키거나, 별도의 회전장치를 통해 회전시키는 구동방식을 가진다.
따라서, 휠체어용 바퀴는 노면으로부터 차체 프레임으로 전달되는 충격을 줄이고, 이동 중 요철면에 의해 쉽게 마모되지 않는 특성을 지니는 것이 중요하다.
종래의 휠체어 바퀴 내장재로는 폴리우레탄이 주로 사용되고 있는 데, 폴리우레탄은 폴리올, 이소시아네이트를 촉매 존재하에서 반응시켜 제조된다. 이때, 물성을 조절하기 위해서 디올, 디아민 등의 쇄연장제나 각종 첨가제를 사용하게 되는 데, 일반적인 우레탄 발포 공정으로는 저경도, 고탄성, 내마모성을 모두 충족시키기 어렵다. 또한, 제조공정이 복잡하여 일정한 조건 이상의 물성을 기대하기 어렵고, 가격적인 면에서도 비효율적이라는 문제점을 지니고 있다.
선행기술문헌 : KR 등록특허공보 제0224545호(1999.10.15.공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 폴리올레핀 엘라스토머 및 에틸렌비닐아세테이트 공중합체의 혼합물을 주 기재로 하고, 내마모성을 향상시키기 위하여 실리콘 마스터 배치를 첨가하여 저경도, 고탄성, 내마모성이 동시에 요구되는 휠체어 바퀴 발포 내장재 및 그 내장재의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 저경도, 고탄성, 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재은 폴리올레핀 엘라스토머 및 에틸렌 및 비닐아세테이트 공중합체를 포함하는 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 실리콘 마스터 배치 5 ~ 20 중량부, 산화아연 1 ~ 10 중량부, 스테아린산 0.5 ~ 5 중량부, 탄산칼슘 5 ~ 30 중량부, 가교제 0.2 ~ 2 중량부 및 발포제 1 ~ 15 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀 엘라스토머 및 10 ~ 50 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 50 ~ 90 중량부의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 실리콘 마스터 배치는 실리콘, 충전제, 실란 커플링제를 혼합하여 제조되고, 실리콘 100 중량부에 대하여, 침강 실리카, 콜로이드 실리카 중 선택된 어느 하나 이상의 충전제가 50 ~ 100 중량부, 아미노실란, 에폭시실란, 아크릴실란 중 선택된 어느 하나 이상의 실란 커플링제가 5 ~ 20 중량부 첨가되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 저경도, 고탄성, 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재의 제조방법은 (a) 폴리올레핀 엘라스토머, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 실리콘 마스터 배치, 산화아연, 스테아린산, 탄산칼슘, 가교제, 및 발포제를 밀폐형 혼합기에서 혼합하고, 80~110℃ 롤밀에서 소련(mastication)을 수행하는 단계; (b) 70℃ ~ 115℃ 압출기에서 800rpm ~ 1,500rpm 으로 압출하여 사출 원료를 제조하는 단계; (c) 사출성형기에서 70℃ ~ 115℃ 온도의 인젝터를 통과한 후 150 ~ 180℃로 가열된 금형에 사출한 후, 120~180 kgf/cm2 의 압력으로 5~15분간 프레스 한 후 압력을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 발포력이 우수한 에틸렌비닐아세테이트와 탄성력이 우수한 폴리올레핀 엘라스토머를 혼합한 혼합물을 주 기재로 하고, 폴리올레핀 엘라스토머와 에틸렌비닐아세테이트의 혼합을 보다 용이하게 하고, 내마모성을 향상시키기 위하여 실리콘 마스터 배치를 첨가하여 제조함으로써 저경도, 고탄성, 내마모성이 동시에 요구되는 휠체어 바퀴 발포 내장재를 제공할 수 있도록 하는 데 그 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저경도, 고탄성, 및 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재의 제조방법의 공정순서도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저경도, 고탄성, 및 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재의 개념도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저경도, 고탄성, 및 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재의 사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저경도, 고탄성, 및 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재의 일측단면의 확대도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저경도, 고탄성, 및 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재의 타측단면의 확대도, 및
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저경도, 고탄성, 및 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재와 또 다른 휠체어 바퀴 발포 내장재가 끼움결합된 상태를 도시화한 확대도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저경도, 고탄성, 및 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재의 제조방법의 공정순서도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저경도, 고탄성, 및 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재의 개념도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저경도, 고탄성, 및 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저경도, 고탄성, 및 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재의 일측단면의 확대도이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저경도, 고탄성, 및 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재의 타측단면의 확대도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저경도, 고탄성, 및 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재와 또 다른 휠체어 바퀴 발포 내장재가 끼움결합된 상태를 도시화한 확대도이다.
종래의 휠체어 바퀴 내장재로 이용되는 폴리우레탄(PU) 소재는 소재의 특성 상 상압방식에서 발포시키게 되어 비중이 높고, 무거워지며, 물성이 떨어지며, 셀(cell)이 균일하게 나오지 않는 단점이 있었다.
이에 따라, 본 발명은 발포력이 우수한 에틸렌비닐아세테이트 공중합체와 탄성력이 우수한 폴리올레핀 엘라스토머를 혼합하여 각 성분의 장점이 그대로 유지될 수 있도록 하되, 내마모성을 향상시키기 위해 실리콘 마스터 배치를 첨가하여 가압발포방식으로 고온 조건 하에서 발포시킴으로써 셀(cell)이 균일하게 나오고, 비중이 낮으며, 경량화되며, 내마모성이 우수한 발포 내장재를 제조할 수 있도록 하였다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저경도, 고탄성, 및 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재는 폴리올레핀 엘라스토머 및 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 100 중량부에 대하여, 실리콘 마스터 배치 5 ~ 20 중량부, 산화아연 1 ~ 10 중량부, 스테아린산 0.5 ~ 5 중량부, 탄산칼슘 1 ~ 30 중량부, 가교제 0.2 ~ 2 중량부 및 발포제 1 ~ 15 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 산화아연, 스테아린산, 탄산칼슘, 가교제, 발포제는 발포체 조성물에서 이미 널리 사용되고 있는 공지된 조성물로써 그 상세한 설명 및 임계적 의의는 생략하며, 발포체의 사용용도나 환경 등을 고려하여 이미 공지된 다양한 조성을 적용할 수 있다.
상기 올레핀 블록 공중합체 및 에틸렌비닐아세테이트 공중합체는 탄성 및 충격흡수가 우수한 소재로서, 스타이렌 (styrene)계 탄성체를 사용하거나, VA(vinylacetate) 계 함량이 10 ~ 50%인 EVA(ethylenevinylacetate) 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 본 발명에서는 주 베이스 폴리머로서, 폴리올레핀 엘라스토머와 에틸렌비닐아세테이트 공중합체를 혼합하여 이용하는 데, 이때, 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀 엘라스토머 10 ~ 50 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 50 ~ 90 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
폴리올레핀 엘라스토머 함량이 50 중량부 미만일 경우, 발포체의 탄성 특성을 저하시킬 우려가 있으며, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체의 함량이 50 중량부 미만일 경우, 발포력이 떨어질 우려가 있다.
만약, 폴리올레핀 엘라스토머만 단독으로 사용할 경우, 발포력이 떨어지고, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체를 단독으로 첨가할 경우, 탄성력이 떨어지는 문제점이 있으므로, 발포력이 우수한 에틸렌비닐아세테이트 공중합체와 탄성력이 우수한 폴리올레핀 엘라스토머를 상기의 함량 범위를 만족시키면서 동시에 이용하는 것이 바람직하다.
실리콘 마스터 배치는 실리콘, 충전제, 실란 커플링제를 혼합하여 제조되는 물질이다.
실리콘 마스터 배치는 실리콘 100 중량부에 대하여, 침강 실리카, 콜로이드 실리카 중 선택된 어느 하나 이상의 충전제가 50 ~ 100 중량부, 아미노실란, 에폭시실란, 아크릴실란 중 선택된 어느 하나 이상의 실란 커플링제가 5 ~ 20 중량부 첨가된다.
상기 충전제가 50 중량부 미만일 경우 매트리스 내에서 충전효과가 낮아 마모 특성이 저하되며, 100 중량부 초과일 경우, 실리콘 마스터 배치제조가 힘들다. 또한, 실란 커플링제가 5 중량부 미만일 경우, 매트리스와 실리콘 마스터 배치와의 분산이 용이하지 못하고 20 중량부 초과할 경우, 실리콘 마스터 배치 제조 시 작업성이 용이하지 못하다는 문제점이 있다.
실리콘 마스터 배치는 폴리올레핀 엘라스토머와 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 간의 혼합을 용이하게 하며, 마모도를 증가시켜 상용성을 높일 수 있도록 한다. 특히, 올레핀계 수지가 투입될 경우 탄성이 우수하나 사출 흐름성이 좋지 못한 단점이 있으므로, 사출 흐름성을 향상시키기 위하여 상기 실리콘 마스터 배치를 투입하도록 한다.
보다 구체적으로, 본 발명에서는 실리콘 마스터 배치의 경우 폴리올레핀 엘라스토머 및 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 100 중량부에 대하여, 5 ~ 20 중량부를 사용하는데, 5 중량부 미만일 경우, 실리콘 마스터 배치가 매트리스 상에 분산이 용이하지 못하여 마모 성능을 향상시키기가 어렵고, 20 중량부를 초과하면 이형성이 증가하여 니더 및 롤 가공성이 저하되는 문제점이 있으므로, 상술한 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 실리콘 마스터 배치는 시트(sheet), 칩(chip), 분말화(powder) 타입 중 선택된 어느 하나의 형태로 제작될 수 있다. 특히, 실리콘 마스터 배치를 상기타입 중 어느 하나로 형상화하여 투입하는 경우 분산효과를 획득할 수 있도록 하는 효과가 있다. 보다 바람직하게는 높은 비표면적을 가지는 파우더 타입이 바람직하다.
이때, 실리콘 마스터 배치는 니더에서 혼련한 후 롤 가공처리를 거쳐 시트타입은 카렌더에 의해 압연공정을 거치고, 칩 타입은 펠레타이징(pelletizing) 하여 펠렛으로 제작하며, 분말 타입은 압출 및 파쇄 처리를 거쳐 분말 형태로 제작할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 산화아연은 1 ~ 10 중량부를 사용하는데 1 중량부 미만일 경우, 첨가제의 효과를 기대하기 어렵고, 10 중량부를 초과하면 경도가 급격히 상승할 우려가 있으므로, 상술한 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 스테아린산은 0.5 ~ 5 중량부를 사용하는데 0.5 중량부 미만일 경우, 혼합물의 흐름성이 낮아 가공성 및 사출 성형 시 불량률이 상승하며, 5 중량부를 초과하면 경도 조절이 어렵다.
본 발명에서 사용되는 탄산칼슘은 5 ~ 30 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 5 중량부 미만일 경우, 가격적인 면에서 불리하며, 30 중량부를 초과하면 흐름성이 저하하여 가공성이 좋지 못하다.
본 발명에서 사용되는 가교제는 유기과산화물을 사용하며, 0.2 ~ 2 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 만약, 가교제의 함량이 0.2 중량부 미만일 경우, 가교가 부족하여 성형이 불가능하고, 2 중량부를 초과하면 과가교 현상이 발생하여 정상적인 발포체를 만들기 힘들다.
본 발명에서 사용되는 발포제는 아조디카본아마이드를 사용하며, 1 ~ 15 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 만약, 발포제의 함량이 1 중량부 미만일 경우, 발포가스가 부족하여 충분한 크기의 발포체를 만들기가 힘들고 15 중량부를 초과하면 급격한 팽창으로 발포체 셀(cell)의 불균일성, 터짐 현상, 경도 저하가 발생하여 정상적인 발포체를 만들기 힘들다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저경도, 고탄성, 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장제의 제조방법에 대하여 설명한다.
먼저, 폴리올레핀 엘라스토머, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 실리콘 마스터 배치, 산화아연, 스테아린산, 탄산칼슘, 가교제, 및 발포제를 밀폐형 혼합기에서 혼합한 후, 80~110℃ 롤밀에서 소련(mastication)을 수행한다.(S100)
이때, S100에서 각 원료의 함량은 폴리올레핀 엘라스토머 10~50 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 50~90 중량부에 대하여, 실리콘 마스터 배치 5~20 중량부, 산화아연 1~10 중량부, 스테아린산 0.5~5 중량부, 탄산칼슘 1~30 중량부, 가교제 0.2~2 중량부 및 발포제 1~15 중량부를 투입하여 혼합한다.
S100 이후, 70℃ ~ 115℃ 압출기에서 800rpm ~ 1,500rpm 으로 압출하여 사출 원료를 제조한다.(S200)
이때, S200은 70℃ 미만의 온도 조건에서는 소재가 녹지 않아 압출이 어려우며, 115℃ 를 초과하는 온도 조건에서는 압출기 내에서 조기 발포가 발생되어 제품화하기 힘들다는 문제점이 있으므로, 상기의 온도 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
IP 사출성형기에서 70℃ ~ 115℃ 온도의 인젝터를 통과한 후 150 ~ 180℃로 가열된 금형에 사출한 후, 150~180 kgf/cm2 의 압력으로 5~15분간 프레스 한 후 압력을 제거한다.(S300)
도 2 내지 도 5는 상술한 공정에 따라 제조된 내장제(1)로서, 그 전체 형태는 플랙시블한 일자형태를 이루되, 외주면은 소정 간격을 두고 다수개의 논슬립용 돌기(100)가 구비된다. 이때, 내장재(100)의 일측면은 돌출되게 형성되게 형성될 수 있다.
내장재(1)의 일측단면은 십자형 돌출부(300)와, 타측단면은 십자형 돌출부(300)에 대응되어 끼움결합될 수 있도록 십자형의 요홈이 형성되는 십자형 오목부(200)가 구비된다.
도 6을 참조하면, 내장재(1)의 양단에 형성된 십자형 돌출부(300)와 십자형 오목부(200)에 또 다른 내장재의 십자형 돌출부(300)와 십자형 오목부(200)가 바퀴의 폭에 따라 복수개 끼움결합되어 사용될 수 있다.
이하 본 발명을 아래 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
1. 발포체 조성물의 제조 방법
[실시예 1]
폴리올레핀 엘라스토머 50 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 50 중량부, 실리콘 마스터 배치 10 중량부, 산화아연 3 중량부, 스테아린산 1 중량부, 탄산칼슘 10 중량부, 가교제 1.1 중량부 및 발포제 3 중량부를 110℃ 밀폐형 혼합기에서 30 rpm 으로 혼합한 후, 90℃ 롤 밀에서 소련하고, 70℃~115℃ 압출기에서 800~1500 rpm으로 압출하여 사출 원료를 제조하였다. 그리고 IP 사출성형기에서 70℃~115℃ 온도의 인젝터를 통과한 후 150 ~ 180℃로 가열된 금형에 사출 후 120 ~ 180 kgf/cm2의 압력으로 5 ~ 15분간 프레스한 후 압력을 제거하여 발포체를 제조하였다.
[실시예 2]
폴리올레핀 엘라스토머 30 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 70 중량부, 실리콘 마스터 배치 10 중량부, 산화아연 5 중량부, 스테아린산 2 중량부, 탄산칼슘 20 중량부, 가교제 1 중량부 및 발포제 3 중량부를 110℃ 밀폐형 혼합기에서 30 rpm 으로 혼합한 후, 90℃ 롤 밀에서 소련하고, 70℃~115℃ 압출기에서 800~1500 rpm으로 압출하여 사출 원료를 제조하였다. 그리고 IP 사출성형기에서 70℃~115℃ 온도의 인젝터를 통과한 후 150 ~ 180℃로 가열된 금형에 사출 후 120 ~ 180 kgf/cm2의 압력으로 5 ~ 15분간 프레스한 후 압력을 제거하여 발포체를 제조하였다.
[실시예 3]
폴리올레핀 엘라스토머 10 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 90 중량부, 실리콘 마스터 배치 10 중량부, 산화아연 3 중량부, 스테아린산 1 중량부, 탄산칼슘 15 중량부, 가교제 1.2 중량부 및 발포제 5 중량부를 110℃ 밀폐형 혼합기에서 30 rpm 으로 혼합한 후, 90℃ 롤 밀에서 가교제 및 발포제를 투입하여 소련하고, 70℃~115℃ 압출기에서 800~1500 rpm으로 압출하여 사출 원료를 제조하였다. 그리고 IP 사출성형기에서 70℃~115℃ 온도의 인젝터를 통과한 후 150 ~ 180℃로 가열된 금형에 사출 후 120 ~ 180 kgf/cm2의 압력으로 5 ~ 15분간 프레스한 후 압력을 제거하여 발포체를 제조하였다.
[비교예 1]
에틸렌비닐아세테이트 공중합체 100 중량부, 산화아연 3 중량부, 스테아린산 1 중량부, 탄산칼슘 10 중량부, 가교제 1 중량부 및 발포제 3 중량부를 110℃ 밀폐형 혼합기에서 30 rpm 으로 혼합한 후, 90℃ 롤 밀에서 소련하고, 70℃~115℃ 압출기에서 800~1500 rpm으로 압출하여 사출 원료를 제조하였다. 그리고 IP 사출성형기에서 70℃~115℃ 온도의 인젝터를 통과한 후 150 ~ 180℃로 가열된 금형에 사출 후 120 ~ 180 kgf/cm2의 압력으로 5 ~ 15분간 프레스한 후 압력을 제거하여 발포체를 제조하였다.
[비교예 2]
폴리올레핀 엘라스토머 100 중량부, 산화아연 3 중량부, 스테아린산 1 중량부, 탄산칼슘 10 중량부, 가교제 1 중량부 및 발포제 3 중량부를 110℃ 밀폐형 혼합기에서 30 rpm 으로 혼합한 후, 90℃ 롤 밀에서 소련하고, 70℃~115℃ 압출기에서 800~1500 rpm으로 압출하여 사출 원료를 제조하였다. 그리고 IP 사출성형기에서 70℃~115℃ 온도의 인젝터를 통과한 후 150 ~ 180℃로 가열된 금형에 사출 후 120 ~ 180 kgf/cm2의 압력으로 5 ~ 15분간 프레스한 후 압력을 제거하여 발포체를 제조하였다.
아래의 표 1은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 비교예 2의 각 조성물의 함량을 도식화한 것이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
POE 50 30 10 - 100
EVA 50 70 90 100 -
실리콘 마스터 배치 10 10 10 - -
ZnO 3 5 3 3 3
St/a 1 2 1 1 1
CaCO3 10 20 15 10 10
가교제 1.1 0.9 1.2 1 1
발포제 3 2 5 3 3
2. 시험항목 및 방법
(1) 비중
KS M6519에 준하여 우에시마(Ueshima)사의 자동비중 측정 장치인 모델DMA-3을 이용하여 측정하였다.
(2) 경도
KS M6784에 준하여 아스커(Asker) C형 경도계를 사용하여 측정하였다.
(3) 압축영구줄음률
발포체를 두께가 10mm가 되도록 절단한 후, 지름이 30인 원기둥 형태로 제조한 시험편을 KS M6660에 준하여 측정하였다. 2장의 평행금속판 사이에 시험편을 넣고, 시험편 두께의 50%에 해당하는 스페이서를 끼운 후 압축시켜 50℃로 유지되는 오픈에서 6시간 열처리한 후 압축상태를 해제하고 실온에서 30분간 방치한 후 시험편의 두께를 측정하였으며, 영구압축줄음률은 다음 수학식에 의하여 계산하였다.
Figure 112018093930311-pat00001
t0 : 시험편의 초기 두께
t1 : 열처리 후 냉각되었을 때 시험편의 두께
t2 : 스페이서의 두께
(4) 인장강도
시편의 인장강도(tensile strength) 및 신장률(elongation)은 만능 인장 시험기를 사용하여 500 ±25㎜/min 속도로 5회 시험하여 평균값을 구하였다. 시편은 약 3mm 두께로 만든 후 KS M 6518에 따라 2호로 절단하여 물성 측정용 시편을 제작하였다.
(5) 인열강도
시편의 인열강도는 만능 인장 시험기를 사용하여 500 ±25㎜/min 속도로 5회 시험하여 평균값을 구하였다. 시편은 약 3mm 두께로 만든 후 KS M 6518에 따라 B형으로 절단하여 물성 측정용 시편을 제작 하였다.
(6) 열수축률
70℃의 항온조건에서 30분동안 열처리 후, 열처리 전과 후의 길이차이를 통해 측정하였다.
(7) 반발탄성
ASTM D2632에 준하여 측정하였다.
(8) NBS 마모
마모 시험은 NBS식에 의하여 두께 6.3 mm, 한 변의 길이가 25.4 mm인 정사각형 시편을 걸개에 걸어 연마지 (abrasive paper)가 부착된 드럼위에 위치시키고 45 ±5 rpm의 속도로 회전켜 마모가 2.54 mm될 때의 마모용 기준물 회전수와 시험편의 회전수의 비로 내마모율(anti abrasion rate)을 구하였다.
Figure 112018093930311-pat00002
A I : 내마모율(%)
R 1 : 시험하고자 하는 시험편이 2.54 mm 마모되는데 필요한 회전수
R 2 : 기준물 시험편이 2.54 mm 마모되는데 필요한 평균 회전수
물성 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
초기발포배율 (%) 171 163 183 165 151
최종발포배율 (%) 158 149 170 151 139
비중 0.25 0.31 0.15 0.29 0.37
경도 (Asker C) 41 38 34 57 60
압축영구줄음률 (%) 55 44 54 68 59
인장강도 (kgf/cm2) 23.2 19.4 15.3 40.9 25.7
인열강도 (kgf/cm) 9.8 7.8 7.1 15.5 14.9
신장률 (%) 313.9 265.2 363.4 352.1 329.9
반발탄성 (%) 70 69 50 49 55
NBS 마모 (%) 250 230 220 100 300
상기 [표 2]에 나타난 바와 같이, 주 베이스 폴리머로서, 폴리올레핀 엘라스토머와 에틸렌비닐아세테이트 공중합체를 사용하고, 사출 흐름성을 향상시키기 위하여 실리콘 마스터 배치를 첨가하여 휠체어 바퀴 발포 내장제의 시편을 제조한 실시예1 내지 실시예 3은 비교예 1 내지 비교예 2에 비해, 휠체어 바퀴 발포 내장재가 가지는 우수한 특성(저경도, 고탄성, 내마모성)을 동시에 지닐 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저경도, 고탄성, 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재는 종래의 휠체어 우레탄 바퀴 발포체를 대체할 수 있을 뿐만 아니라 건축 내장재, 산업용 부품 및 신발 부품 등 다양한 용도로 활용할 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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 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 (4)

  1. 폴리올레핀 엘라스토머 및 에틸렌비닐아세테이트 공중합체를 포함하는 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 실리콘 마스터 배치 5 ~ 20 중량부, 산화아연 1 ~ 10 중량부, 스테아린산 0.5 ~ 5 중량부, 탄산칼슘 5 ~ 30 중량부, 가교제 0.2 ~ 2 중량부, 및 발포제 1 ~ 15 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저경도, 고탄성, 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 폴리머 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀 엘라스토머 10 ~ 50 중량부, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 50 ~ 90 중량부의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 저경도, 고탄성, 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 내장재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 마스터 배치는 실리콘, 충전제, 실란 커플링제를 혼합하여 제조되고, 실리콘 100 중량부에 대하여, 침강 실리카, 콜로이드 실리카 중 선택된 어느 하나 이상의 충전제가 50 ~ 100 중량부, 아미노실란, 에폭시실란, 아크릴실란 중 선택된 어느 하나 이상의 실란 커플링제가 5 ~ 20 중량부 첨가되는 것을 특징으로 하는, 저경도, 고탄성, 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 내장재.
  4. (a) 폴리올레핀 엘라스토머, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 실리콘 마스터 배치, 산화아연, 스테아린산, 탄산칼슘, 가교제, 및 발포제를 밀폐형 혼합기에서 혼합하고, 80~110℃ 롤밀에서 소련(mastication)을 수행하는 단계;
    (b) 70℃ ~ 115℃ 압출기에서 800rpm ~ 1,500rpm 으로 압출하여 사출 원료를 제조하는 단계; 및
    (c) 사출성형기에서 70℃ ~ 115℃ 온도의 인젝터를 통과한 후 150 ~ 180℃로 가열된 금형에 사출한 후, 120~180 kgf/cm2 의 압력으로 5~15분간 프레스 한 후 압력을 제거하는 단계
    를 포함하는, 저경도, 고탄성, 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 내장재 제조방법.

KR1020180112776A 2018-09-20 2018-09-20 저경도, 고탄성, 내마모성이 우수한 휠체어 바퀴 발포 내장재와 그 내장재의 제조방법 KR102111505B1 (ko)

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