KR102244334B1

KR102244334B1 - 상이한 금속을 적용한 소진탄피 제조용 금형

Info

Publication number: KR102244334B1
Application number: KR1020200078500A
Authority: KR
Inventors: 주형욱; 오민석; 권태수
Original assignee: 주식회사 풍산
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2020-06-26
Publication date: 2021-04-26
Also published as: KR20210002034A

Abstract

본 발명은 상이한 금속을 적용한 소진탄피 제조용 몰딩기의 하부 금형에 관한 것으로서, 몰딩공정에서 외부 형상부 및 바닥 평면부를 포함하는 금형에 미세 타공 및 상이한 특징의 금속을 포함함으로써 건조특성 및 작업 효율을 개선시키는 효과가 있다.

Description

상이한 금속을 적용한 소진탄피 제조용 금형{A mold with different metal for manufacturing combustible cartridge case}

본 발명은 상이한 금속을 적용한 소진탄피 제조용 몰딩기의 하부 금형에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 상기 금형은 몰딩기 하부 금형으로서, 서로 상이한 금속으로 이루어진 외부 형상부 및 바닥 평면부를 구비하고, 상기 바닥 평면부에 0.1 mm ~ 3.0mm 크기인 미세 구멍의 타공을 형성함으로써, 소진탄피의 건조특성 및 작업 효율을 개선시키는 것을 특징으로 하는 상이한 금속을 적용한 소진탄피 제조용 몰딩기의 하부 금형에 관한 것이다.

소진탄피(=소진용기, CCC, combustible cartridge case)는 군 병기에 사용되어 온 약포나 금속탄피를 대체하는 제품으로, 주성분인 니트로셀룰로오스(nitrocellulose, NC)가 연소함으로써 탄에 추진에너지를 추가로 부여하고, 탄 발사 후 완전 연소하는 특성을 가진 탄피를 말한다.

상기 소진탄피는 에너지를 부여하는 니트로셀룰로오스와 강도를 보강하는 펄프를 해리시킨 뒤, 이들을 접착시키는 레진(resin)과 함께 물이 담긴 혼합기에서 혼합하고, 이를 3차원 형태의 금망 위에서 탈수시켜 원하는 형태로 소진탄피를 가성형하는 펠팅공정(felting)과, 이어서 상기 펠팅공정에서 가성형된 소진탄피를 고온에서 가열 및 압착하여 최종 건조시키는 몰딩공정(molding)을 거침으로써 제작된다.

한국 공고특허 제1996-0004228호에서는 연소성 탄피를 제공하기 위해, 구성 원료들이 혼합된 슬러리를 암·수 금형으로 이루어진 압착금형과 유압프레스에 넣고, 스팀, 진공 및 고온 처리하여 습펠트 상태인 상기 슬러리를 동시에 압착하고 건조시키는 방법을 통해 완전연소되어 소멸되는 연소성 탄피에 관하여 개시하고 있으나, 슬러리를 넣어 압착 및 건조를 동시에 시키는 금형에 종래 기술이 적용된 금형을 이용한 것이며, 한국 공고특허 제90-002150호, 공고특허 제90-001344호 및 공개특허공보 제10-2004-0073822호에 개시하고 있는 바와 같이, 종래에는 형조립체나 펄프몰드 성형용 금형등의 주형(鑄型, mold)에 내식성, 가공성 및 열전도율이 높은 알루미늄과 같은 금속을 적용한 것으로서, 치수안전성에 있어서 개선하면서, 동시에 우수한 열전도특성을 통해 제품의 건조 처리를 보완할 필요가 있었다.

이와 같이, 통상적인 펠팅공정이나 몰딩공정에서는 소진탄피를 완전히 건조시키지 못하였을 때, 소진탄피의 강도가 상대적으로 약해지고, 작업 또는 사용 시 제품의 파손이 발생할 가능성이 높아져, 소진탄피 제조공정 시의 운전성(runnability) 및 작업성과 함께 성형품의 품질에 크게 영향을 끼치게 된다.

또한 플라스틱 성형품의 사출성형용 금형에 관한 일본 공개특허공보 특개2005-111700호에서는 열전도율 및 강도가 다른 복수의 재질을 조합한 사출성형용 금형으로, 상기 금형 내의 압력과 온도분포를 균일하게 함으로써 플라스틱 제품의 형상 및 치수 정밀도를 개선시키는 방법에 관하여 개시하고는 있으나, 이러한 열처리로는 슬러리의 수분을 효율적으로 건조시키지는 못하였고, 복잡한 금형 구조로 비용 및 효율에 있어서 개선의 여지가 있었다.

이에 따라, 소진탄피의 강도를 높이기 위해 소진탄피의 섬유 사이에 포함되는 수분을 효율적으로 건조시키고, 반복적인 소진탄피의 공정에도 소진탄피의 형상 및 치수가 변하지 않도록 하는 금형을 통하여 소진탄피 제조공정의 비용 및 작업효율을 개선시키는 방법을 고안하게 되었다.

대한민국 특허공보 제10-1996-0004228호(1996.03.28.) 일본 공개특허공보 특개2005-111700호(2005.04.28.) 대한민국 공고특허 제1990-002150호(1990.04.02.) 대한민국 공고특허 제1990-001344호(1990.03.08.) 대한민국 공개특허 제10-2004-0073822호(2004.08.21.)

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 니트로셀룰로오스(Nitrocellulose, NC) 섬유와 크라프트 펄프(Softwood Bleached Kraft Pulp, SwBKP)를 포함한 소진탄피 제조 시, 몰딩공정에서 외부 형상부(122) 및 바닥 평면부(121)를 구비하는 하부금형에서, 상기 바닥 평면부는 0.1mm~3.0mm 크기의 미세 구멍을 형성하고, 치수안전성 및 기계적 강도가 우수한 특징을 가지는 제1 금속부로 이루어지는 상기 외부 형상부 및 열전도율 및 가공성 우수한 특징을 가지는 제2 금속부로 이루어지는 상기 바닥 평면부를 조합한 몰딩기의 하부금형인 상기 금형을 제조함으로써, 소진탄피의 건조특성 및 작업 효율을 개선시키는 것을 특징으로 하는 상이한 금속을 적용한 소진탄피 제조용 몰딩기의 하부 금형을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 금형을 이용하여 미세조직의 나일론 섬유 메쉬(mesh) 또는 스테인레스 재질의 금속 매쉬가 적용된 소진탄피 성형품을 최종 성형하는 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 외부 형상부(122) 및 바닥 평면부(121)에 각각 서로 상이한 금속을 이용하는 방식을 적용하는 것을 특징으로 하는 상이한 금속을 적용한 소진탄피 제조용 몰딩기의 하부 금형에 관한 것이다.

상기 외부 형상부(122)의 경우는 일반적으로 적용되는 알루미늄 대신 스테인리스 금속(SUS 등), 플라스틱 금형강으로서의 크롬몰리브덴강(KP4 등), 니켈크롬몰리브덴강(KP4M 등), Ni-Al-Cu계 금형강(NAK 80 등), Ni-Al-Cu계 금형강(NAK 55 등), 기계구조용탄소강(KP1 등), 신강종 고합금강(ASSAB718 등), 크롬합금스테인레스 금형강(STAVAX 등), 동합금 금형강(HR750 등) 또는 합금공구강(SKD11, SKD 61 등) 중에서 선택되는 어느 하나를 제1 금속부로하여 상기 외부 형상부(122)에 적용함으로써, 열적 변형이 상기 알루미늄 보다 극히 낮고, 기계적 강도도 높아 제품의 치수 안정성을 도모할 수 있다.

상기 바닥 평면부(121)의 경우는 구리 단독 또는 구리 합금강을 제2 금속부로하여 상기 바닥 평면부(121)에 적용되고, 상기 구리 합금강의 경우, 청동, 황동, 니켈황동, 망간황동, 인청동, 신진, 델타메탈, 네이벌황동, 모넬메탈, 큐프로니켈 등이 있을 수 있으며, 기존 알루미늄 및 타 금속류에 비해 이러한 열전도율이 높은 구리 합금계 소재로 제품에 포함된 수분을 제거하여 건조 특성을 향상시킬 수 있다.

상기 바닥 평면부(121)에는 0.1mm ~ 3.0mm 직경의 구멍(123)을 천공함으로써, 제품의 최종 성형에서 제품의 건조 시 발생하는 수증기등을 제거할 수 있고, 제품의 빠른 건조, 탈형, 형상 및 치수 안정성과 건조특성을 증대시킬 수 있다.

본 발명의 금형은 소진탄피의 몰딩공정에서 사용되는 몰딩기의 하부금형으로서, 상기 금형의 외부 형상부(122)는, 치수안전성 및 기계적강도가 우수한 특징을 가지는 제1 금속부로 이루어지고, 펠팅된 소진탄피의 가성형체가 삽입되기 위한 성형공간을 상기 외부 형상부(122) 내의 중앙에 포함하며, 상기 성형공간은 상기 소진탄피 제품의 형상을 따르고, 외부 형상부(122)의 상기 성형공간의 바닥면은 상기 바닥 평면부(121)가 위치하여 물리적 결합을 하기위해 빈 공간으로 뚫려 있다.

상기 바닥 평면부(121)는 상기 외부 형상부(122) 중 펠팅처리된 가성형체(110)가 삽입될 성형공간의 바닥면이 되는 것으로서, 상기 금형의 바닥 평면부(121)는, 열전도율 및 가공성이 우수한 특징을 가지는 제2 금속부로 이루어지고, 최종 제품의 형상을 따르며, 상기 외부 형상부(121) 중 성형공간 내의 바닥면에 삽입 및 위치하여, 상기 외부 형상부(122)와 물리적인 억지 끼워맞춤 형태(interference fit)로 결합된다.

상기 바닥 평면부(121)의 두께는 열전도율이 저하되지 않는 한에서 특별히 한정되지는 않는다.

상기 바닥 평면부(121)는 구멍(123)을 구비하며, 그 개수는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 상기 바닥 평면부(121)만을 본 발명의 금형으로부터 분리할 수 있다.

본 발명의 상기 금형을 이용하여 소진탄피를 제조하는 방법에 있어서, 고해 된 침엽수 크라프트 펄프(SwBKP)에 니트로셀룰로오스(NC)를 투입 및 혼합하고, 이어서 레진 및/또는 내수성 증대제의 첨가제를 투입 및 혼합하는 1 단계;

상기 1 단계의 혼합물을 0.2%~10%로 희석하고, 소포제 및 탈기제를 투입하는 2 단계;

상기 2 단계의 혼합물(100)을 펠팅공정에 투입하여 가성형하는 3 단계;

상기 3 단계의 펠팅된 가성형체(110)를 본 발명의 몰딩공정 금형에 넣어 최종 성형하는 4 단계; 및

상기 4 단계의 몰딩된 성형체를 조립 및 건조시켜 완성하는 5 단계를 포함한다.

상기 1 단계에서 니트로셀룰로오스 섬유는 평균 섬유길이가 1.0~5.0mm이고, 평균 섬유폭이 5.0~50.0㎛이고, 여수도(고해도)는 1.0~500ml CSF인 고해된 상태를 사용하고, 상기 고해 된 침엽수 크라프트 펄프는 평균 섬유길이가 1.0~5.0 mm이고, 평균 섬유 폭이 5.0~50.0 ㎛이고, 여수도(고해도)는 1.0~1,000 ml CSF인 고해된 상태를 사용한다.

상기 침염수 크라프트 펄프는 최종 슬러리 고형분의 중량을 기준으로 5 ~ 50%를 물과 혼합하여 해리기의 고속회전 칼날을 이용하여 완전하게 해리시켜 섬유의 비표면적을 증가시키고, 고해가 잘 되지 않는 니트로셀룰로오스를 상기 침염수 크라프트 펄프의 최종 슬러리 고형분의 중량을 기준으로 50 ~ 90%를 투입하여 균일하게 혼합시킨다.

상기 니트로셀룰로오스 섬유 및 크라프트 펄프의 섬유길이는, 상호 간의 섬유길이에 차이를 둠으로써, 최종 슬러리 고형분에서 충진밀도를 높이게 되며, 최종 제품의 기계적 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 1 단계의 레진은, 일반적으로 종이의 강도를 증대시키기 위해 사용하는 CMC(carboxymethyl cellulose), 전분 같은 천연고분자, PAM(polyacrylamide)과 같은 단일고분자 시스템 대신 표 1의 화합물인 고분자를 1종 또는 2 종을 이용하는 단일 혹은 이중고분자 시스템(dual-polymer system) 또는 상기 고분자의 2종 이상을 이용하는 고분자 시스템을 통해 섬유 표면에 흡착된 고분자 층이 두꺼워짐에 따라 결합되는 섬유 사이의 빈 공간을 결합시키는 것이 쉬워지며, 두 고분자의 전하밀도 및 투입량을 적절히 조절하여 투입량(즉, 섬유 표면에의 흡착량)을 계속 증가시켜 사용할 수 있으며, CMC, 전분과 같은 천연고분자 또는 PAM을 이용하는 단일 고분자 시스템에서 상기와 같은 하나의 양이온성 고분자의 과량 첨가 시 생기는 섬유 표면의 전하 역전 현상 및 첨가량 한계를 극복할 수 있다.

상기 레진은, 양이온성 고분자인 폴리아마이드아민-에피클로로히드린(PAE), 제지업계에서 보류향상제로 사용되는 음이온성 고분자인 마이크로폴리머(MP), 음이온, 양이온 또는 비이온성을 가지는 폴리우레탄(PU)을 이용하나, 비이온성인 폴리우레탄 또는 비이온성이지만 양이온성 물질의 접촉을 통해 음이온성을 약하게 가질 수 있는 폴리비닐알콜(PVA) 및 폴리비닐아세테이트(PVAc)를 상기 이온성 고분자 화합물의 조합에 첨가하여 이용할 수 있으나, 양이온성을 가지게 된 고분자 및 음이온성을 가지게 된 고분자의 조합이라면 본 발명의 레진으로 사용할 수 있다.

본 발명은 상기 레진을 니트로셀룰로오스 및 크라프트 펄프 혼합물에 혼합 또는 외부첨가하는 것이며, 상기 혼합 시, 단순 혼합하거나, 양이온성, 음이온성, 비이온성 고분자를 상기 니트로셀룰로오스 및 크라프트 펄프 혼합물에 순차적으로 투입하거나, 상기 혼합물에 상기 음이온성 고분자 및 양이온성 고분자를 포함하는 2개 이상의 고분자를 선혼합하여 제조한 복합체를 투입할 수 있으며, 이를 통해 상기 NC-SwBKP로 구성된 소진탄피의 습윤강도 및 건조강도를 향상시킬 수 있다.

상기 마이크로폴리머는, 유기마이크로파티클(organic micropartilce)로서, 대부분 선형구조를 가지는 PAM에 소수성 관능기를 붙여 개질시켜 제조하며, 아크릴아마이드를 구성으로 하는 폴리머나 아크릴아마이드 및 아크릴산의 수용성의 음이온 공중합체와 같이, 50nm 정도 크기의 고도로 구조화된 3차원 네트워크 구조를 가지는 전하를 띄는(음이온성) 유기 중합체 마이크로비드(charged organic polymer microbead) 또는 유기 마이크로파티클(organic microparticle)을 의미하는 것으로서, 본 발명의 상기 MP는 MP에 이온성을 부여하여 이용하는 방법을 개시하고 있는 US 8308902 B2, Christopher Lewis 및 Marco Polverari(2008) 및 Dan S.Honig 외(2000).와 같이, 대부분 선형구조를 가지는 PAM에 분자간 상호작용을 활성화하는 소수성 관능기를 붙여 개질시킴으로써 이온성을 가지게 되는 3차원 구조의 음이온성 유기 중합체(anionic organic polymer)를 이용하였고, 이에 따라, 클레이 및 탄산칼슘의 보류에 매우 효과적이고, 분자량이 작고, 전하밀도가 높아 작은 응집체를 형성하여 섬유에 흡착시킬 수 있다.

상기 레진을, 고해 된 침엽수 크라프트 펄프 및 상기 니트로셀룰로오스가 혼합된 혼합물에 단순 혼합하거나, 레진으로서의 양이온성 고분자 및 음이온성 고분자를 순차적으로 투입하거나, 상기 양이온성 고분자 및 음이온성 고분자를 선혼합한 복합체로서 투입할 수 있다.

상기 레진은 균일하게 혼합된 NC-SwBKP 슬러리에 단독으로 또는 두 물질 이상을 혼합하여 상기 균일하게 혼합된 NC-SwBKP 슬러리 고형분의 중량을 기준으로 0.2~15%까지 투입하여 균일하게 혼합함으로써 섬유표면에 도포할 수 있다.

상기 내수성 증대제(내수제)로는 로진(Rosin), 알럼(Alum), 알킬케텐다이머(AKD, Alkyl Ketene dimers), 알켄닐숙신산 무수물(ASA, Alkenyl succinic anhydride), CaCO₃, 실리콘, 전분, 메틸셀룰로오스(MC, Methyl cellulose), 카복시메틸셀룰로오스(CMC, carboxymethyl cellulose), 카복시셀룰로오스(CC, Carboxy cellulose), 폴리아크릴아마이드(PAM, polyacrylamide), 스타이렌-아크릴산-양이온성 단량체(Stylene-acrylate-cationic monomer), 또는 불소계 레진 중 어느 하나 이상을 포함하는 물질이다.

상기 내수성 증대제(내수제)를 소진용기(탄피)의 제조 시, 원재료 투입과 함께 혼합 또는 제품 성형 후 외부에 표면처리하여, NC-SwBKP로 구성된 소진탄피를 친수성에서 소수성으로 변화시킴으로써, 물에 대한 저항성을 갖도록 한다.

상기 외부에 표면처리하는 방법으로는 함침, 스프레이 및 코팅 등의 방법이 있을 수 있다.

상기 2 단계는, 혼합물은 펠팅시키기 전에, 첨가제로서 소포제 또는 탈기제를 0.2~10% 이내의 농도가 되도록 과량의 물로 희석시킨 상기 1 단계의 혼합물에 첨가할 수 있으며, 희석된 농도에 따라 성형시간을 조정하여 제품의 최종 중량을 조정할 수 있다.

상기 3 단계는 상기 2 단계의 혼합물을 펠팅시키는 것으로서, 나일론(nylon)을 포함하는 소재로서의 나일론 6, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 46, 나일론 66, 나일론 610, 나일론 612, 나일론-MXD 6, 나일론 공중합체 및 투명 나일론 수지중에서 선택된 어느 하나의 나일론 메쉬(mesh) 또는 눈금 크기(opening size)가 0.1㎛ ~ 100㎛인 스테인레스(stainless) 재질의 금속 메쉬로 펠팅처리한다.

상기 4 단계는 상기 3 단계에서 펠팅된 가성형체를 본 발명의 금형에 삽입하여 몰딩공정 처리함으로써 최종성형한다.

상기 5 단계에서 성형체를 조립하고, 이어서 필요할 경우, 내수성 증대제를 추가 처리하는 것으로서, 그 방법에는 내수성 증대제에 소진탄피 성형체를 완전히 담구어 표면도포에 이어서 이를 건조 또는 경화시키거나, 소진탄피를 진공상태의 챔버에 두고, 상기 챔버에 연결된 탱크에 내수성 증대제를 넣어, 상기 진공상태의 챔버로 내수성 증대제를 주입함으로써 도포하는 방법 등이 있으며, 상기 내수성 증대제를 레진의 종류에 따라 레진보다 먼저 투입해 도포하거나, 최종제품을 제조한 후에 상기 최종제품의 표면에 도포할 수도 있다.

상기 제 4 단계에서 나일론 메쉬를 이용하는 경우, 금속 메쉬에 비해 눈금 크기가 작아 길이가 짧은 섬유질도 성형이 가능하며, 펠팅 금형에 메쉬를 용접등을 통한 접합이 필요없기 때문에, 접합으로 인한 제품 성형체 중량 편차를 최소화하여 제품의 중량을 균일하게 제조할 수 있다.

또한, 최종제품의 중량을 결정하게 되므로, 상기 5 단계의 몰딩(molding) 공정에서 제품의 치수와 일치하는 금형을 적용해 성형함으로써, 트리밍(절단공정) 등의 최종단계에 해당하는 후처리 공정을 생략하여 제조공정의 감소에 따른 제조비용 및 작업효율을 증대시킬 수 있다.

따라서 상기 과제 해결 수단에 따른 본 발명의 상이한 금속을 적용한 소진탄피 제조용 몰딩기의 하부 금형은 타공 및 구리 합금에 의한 건조특성의 향상 및 반복적인 제조공정에 있어서의 효율성을 개선시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 상이한 금속을 적용한 소진탄피 제조용 몰딩기의 하부 금형에 대한 모사도.
도 2는 본 발명의 소진탄피 제조방법에 대한 개략적인 공정도.
도 3은 본 발명의 펠팅장비에 대한 개략적인 부분확대도.
도 4는 본 발명의 펠팅장비에 대한 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명의 금형을 이용한 몰딩공정에 대한 흐름도.
도 6는 종래의 금형을 이용한 몰딩공정에 대한 흐름도.
도 7은 본 발명의 금형을 이용해 제조한 소진탄피에 대한 사시도.

상술한 바와 같이, 본 발명은 상이한 금속을 적용한 소진탄피 제조용 금형을 이용하여 소진탄피를 제조하는 것이며, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같으나, 본 발명의 권리 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 단위는 특별한 표시가 없는 한, 중량을 기준으로 한다.

본 발명의 상기 금형을 이용하여 소진탄피를 제조하는 방법에 있어서, 1 단계로, 고해된 침엽수 크라프트 펄프(SwBKP)에 니트로셀룰로오스(NC)를 투입 및 혼합하고, 이어서 레진 및/또는 내수성 증대제의 첨가제를 상기 혼합물에 투입하여 혼합한다.

본 발명의 펄프로서, 침엽수 크라프트 펄프(SwBKP, 캐나다산)와 니트로셀룰로오스(NC) 섬유를 혼합하는데, 먼저 표준 해리기(Pulp disintegrator, L&W, Sweden)에서 최종 슬러리 고형분의 중량을 기준으로 상기 크라프트 펄프 20~30% 및 니트로셀룰로오스 67~77%가 되도록 물과 혼합하여 10분 간 각각 해리한다.

상기 해리된 침엽수 크라프트 펄프는 평균 섬유길이가 1.0~5.0 mm이고, 평균 섬유 폭이 5.0~50.0 ㎛으로서, 고해기(Valley beater)를 통해 1% 농도에서 30분간 고해하여, 여수도 440~460 mL CSF로 조절하였고, 평균 섬유길이가 1.0~5.0mm이고, 평균 섬유폭이 5.0~50.0㎛인 상기 해리된 니트로셀룰로오스 섬유는, 상기 해리된 침엽수 크라프트 펄프와 같이, 고해하여 여수도(고해도) 1.0~500ml CSF인 고해된 상태를 만들어 이를 이용하였다.

이후 상기 고해된 침엽수 크라프트 펄프와 니트로셀룰로오스를 20:80의 비율로 혼합한 후, 지료농도 0.5%로 조절하였다.

상기 레진은, 단일고분자 시스템 대신 표 1의 고분자를 1종 또는 2 종을 이용하는 단일 혹은 이중고분자 시스템(dual-polymer system) 또는 상기 고분자의 2종 이상을 이용하는 고분자 시스템을 통해 섬유 표면에 흡착된 고분자 층이 두꺼워짐에 따라 결합되는 섬유 사이의 빈 공간을 줄여 결합시키기 쉬워지게 하였으며, 고분자 간의 전하밀도 및 투입량을 적절히 조절하여 투입량(즉, 섬유 표면에의 흡착량)을 계속 증가시켜 사용할 수 있으며, 단일고분자 시스템에서 하나의 양이온성 고분자의 과량 첨가 시 발생하는 섬유 표면의 전하 역전 현상 및 첨가량 한계를 극복할 수 있다.

이러한 상기 레진으로는, 양이온성 고분자인 폴리아마이드아민-에피클로로히드린(PAE), 제지업계에서 보류향상제로 사용하는 음이온성 고분자인 마이크로폴리머(MP), 음이온, 양이온 또는 비이온성을 가지는 폴리우레탄(PU)을 이용하나, 비이온성인 폴리우레탄 또는 비이온성이지만 양이온성 물질의 접촉을 통해 음이온성을 약하게 가질 수 있는 폴리비닐알콜(PVA) 및 폴리비닐아세테이트(PVAc)를 상기 이온성 고분자 화합물의 조합에 첨가하여 이용할 수 있으나, 상기 고분자의 조합이라면 본 발명의 레진으로 사용할 수 있다.

양이온성 고분자인 PAE, 보류향상제로 사용되기도 하는 폴리비닐알콜(PVA), 마이크로폴리머, 폴리비닐아세테이트(PVAc) 및 폴리우레탄(PU) 중에서 선택되는 하나 이상과 함께, 상기 니트로셀룰로오스 및 크라프트 펄프 혼합물에 혼합시키거나는 외부첨가하는 것이며, 상기 혼합 시, 단순 혼합하거나, 상기 고분자들을 상기 니트로셀룰로오스 및 크라프트 펄프 혼합물에 순차적으로 투입하거나, 상기 혼합물에 상기 2개 이상의 고분자를 선혼합하여 제조한 복합체로 투입할 수 있으며, 이를 통해 상기 NC-SwBKP로 구성된 소진탄피의 습윤강도 및 건조강도를 향상시킬 수 있다.

상기 레진은, 균일하게 혼합된 NC-SwBKP 슬러리에 혼합하여 상기 균일하게 혼합된 NC-SwBKP 슬러리 고형분의 중량을 기준으로 0.5~1.5%까지 투입하여 균일하게 혼합함으로써 섬유표면에 도포할 수 있다.

상기 내수성 증대제(내수제)를 소진용기(탄피)의 제조 시, 원재료 투입과 함께 혼합 또는 제품 성형 후 외부에 표면처리하여, NC-SwBKP로 구성된 소진탄피를 친수성에서 소수성으로 변화시킴으로써, 물에 대한 저항성을 갖도록 할 수 있으며, 최종 슬러리 고형분의 중량을 기준으로 0.5~1.5%를 투입할 수 있다.

본 발명의 2 단계로, 상기 1단계에서 혼합된 혼합물을 0.2~10중량%로 희석하고, 상기 희석된 혼합물에서 기포를 제거하여 제품의 탈수 및 건조에 영향을 주는 소포제 및 탈기제를 투입한다.

첨가제로서, 상기 소포제 또는 탈기제는, 최종 슬러리 고형분의 중량을 기준으로 0.7~1.3중량%의 농도로 과량의 물과 희석시킨 상기 1 단계의 혼합물에 첨가할 수 있으며, 희석된 농도에 따라 성형시간을 조정하여 제품의 최종 중량을 조정하게 된다.

본 발명의 3 단계로, 상기 2 단계의 중량 조정된 혼합물(100)을 펠팅공정에 투입하여 펠팅시키는 1차 성형으로서, 나일론(nylon)을 포함하는 소재로서의 나일론 6, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 46, 나일론 66, 나일론 610, 나일론 612, 나일론-MXD 6, 나일론 공중합체 및 투명 나일론 수지중에서 선택된 어느 하나의 나일론 메쉬(mesh) 또는 눈금 크기(opening size)가 0.1㎛ ~ 100㎛인 스테인레스(stainless) 재질의 금속 메쉬로 펠팅처리한다.

상기 나일론 메쉬는 일반적인 스타킹과 같은 탄력성 재질이어서, 펠팅 금형의 틀 또는 표면을 덮어서 형상에 맞게 억지끼움이 가능하나, 기존의 스테인리스 금속(SUS)재질의 금형 메쉬를 적용하게 되면, 상기 형상에 고정시키기 어려워져 메쉬를 용접하여 고정시키는 별도의 작업이 필요하게 된다.

메쉬(102)는 상기 펠팅공정에 투입되는 혼합물에 포함된 섬유질의 섬유폭이 최대 50.0㎛이므로, 상기 메쉬의 구멍이 너무 크게 되면 그 구멍사이로 섬유질이 과량 빠져나가게 되어 제품 손실이 커질 뿐 아니라 제품의 불균일성을 유발할 수 있고, 상기 메쉬크기가 너무 작으면, 물에 희석된 슬러리를 메쉬 하부에서 진공으로 수분을 제거하면서 섬유질을 나이론 표면에 균일하게 흡착시킴에 있어서 진공 능력이 떨어지게 되어 요구 정량을 흡착시키기 어려워지고, 불균일성이 유발될 수 있다.

상기 펠팅처리는 이용할 펠팅 장비에 상기 2단계의 원료 혼합물(슬러리, 100)을 주입하여 나일론 또는 금속 메쉬(102)에 흡착시킴으로써 가성형을 하는 것이고, 이때 탱크(104)안의 슬러리(100)는 균일하게 분포되어야 하며, 음각 또는 양각으로 설치된 펠팅 금형의 밑(펠팅장비 내부)으로 공기를 흡입(suction, 105)하여 상기 펠팅 금형 상에서 국소적인 진공상태를 유도하고, 상기 펠팅 금형에서 공기가 흡입되는 진공방향의 반대쪽인 상기 펠팅 금형의 외부 표면에 나일론 메쉬(nylon mesh, 102)를 고정시킴으로써, 홉입에 따른 진공상태를 이용해 슬러리를 상기 나일론 메쉬에 일정량 흡착시킴으로써 제품을 가성형(펠팅 처리)한다([도 3], [도 4]).

본 발명의 4 단계로, 상기 펠팅처리 된 가성형체(110)를 몰딩공정을 위한 본 발명의 금형에 삽입하여 최종 성형(몰딩처리)한다. 상기 4단계의 몰딩공정에 대한 개략적인 모습은 도 5와 같다.

구체적으로는, 상기 펠팅 처리된 가성형체(110)를 몰딩 프레스(111, 112)로 이동시키고, 이때 상기 가성형체(110)는 음각 혹은 양각되어 있는 펠팅 금형(101)에서 상기 펠팅 금형(101)을 따라 이동하면서 슬러리(100)가 제품의 형상대로 가성형된다.

종래 금형을 이용한 몰딩 공정을 위한 몰딩 프레스는 도 6과 같이 일반적으로 프레스 상부(111)·하부(112)에 몰딩 금형(114, 115)을 각각 연결하고, 상기 프레스 상하부에 연결된 몰딩 금형에서 열원(열전대, 핫오일, 스팀, 온수 등), 에어, 진공을 이용하여 제품을 최종 성형하게 된다.

상기와 같이 일반적인 몰딩 처리는, 먼저 1차 성형된 슬러리(가성형체)를 몰딩 장비로 이동시키고, 이어서, 상/하부에 열원이 공급되는 프레스의 몰딩 장비로 이동된 상기 가성형체를 압착하게 되는데, 이때 고온 압착으로 인해 슬러리 섬유질에 포함된 수분 및 증기를 상기 프레스에 각각 연결된 몰딩 금형 상/하부에 천공된 구멍으로 공기를 흡입하여 [도 6]의 진공방향(113)으로 제거하게 된다.

1차 몰딩된 제품은 2차 혹은 3차를 거쳐 최종 제품으로 성형하게 되며 제품의 두께를 조금씩 줄여나갈 수 있고, 만일 다단으로 두께를 조금씩 줄이지 않게 되면 제품 성형시 섬유질 사이가 찢어지게 된다.

도 5와 같은 본 발명의 금형의 경우, 외부 형상부(122)에 바닥 평면부(121, 노란색으로 표시)가 물리적으로 끼워 맞춰진 형태로 이루어지는 하부 금형으로서, 상기 외부 형상부(122) 중 상기 펠팅처리된 가성형체(110)가 위치할 성형공간의 바닥면이 상기 바닥 평면부(121)에 위치함으로써 상기 외부 형상부(122)와 물리적 결합을 하게 되며, 이어서 상기 외부 형상부(122)와 바닥 평면부(121)로 이루어진 성형공간에 상기 펠팅처리된 가성형체(110)가 로딩된다.

상기 외부 형상부의 경우는 일반적으로 적용되는 알루미늄 대신 제1 금속부로서 스테인리스 금속(SUS 등), 플라스틱 금형강으로서의 크롬몰리브덴강(KP4 등), 니켈크롬몰리브덴강(KP4M 등), Ni-Al-Cu계 금형강(NAK 80 등), Ni-Al-Cu계 금형강(NAK 55 등), 기계구조용탄소강(KP1 등), 신강종 고합금강(ASSAB718 등), 크롬합금스테인레스 금형강(STAVAX 등), 동합금 금형강(HR750 등) 또는 합금공구강(SKD11, SKD 61 등) 중에서 선택되는 어느 하나를 이용하여 제조하였다.

상기 바닥 평면부(121)의 경우는 구리 단독 또는 구리 합금강의 제2 금속부가 적용되며, 상기 구리 합금의 경우, 청동, 황동, 니켈황동, 망간황동, 인청동, 신진, 델타메탈, 네이벌황동, 모넬메탈, 큐프로니켈 등에서 선택된 어느 한 종을 사용할 수 있으며, 기존 알루미늄 및 타 금속류에 비해 이러한 열전도율이 높은 구리 합금계 소재로 제품에 포함된 수분을 제거하여 건조 특성을 향상시킬 수 있다.

상기 몰딩공정에서 사용하던 기존 금형은 알루미늄 소재로 주로 이루어지는데, 이는 알루미늄의 높은 열전도율과 물에 대한 부식저항성 및 가공성이 우수하여 생산단가를 많이 낮출 수 있기 때문이었으나, 제품의 건조시간과 직접적인 연관이 있는 열전도율은 직접열이 아닌 열전대, 열매체유 또는 스팀등의 간접 열전달 방식을 사용함에 따라 열손실이 발생하고, 이로 인한 제조비용이 상승하게 되는 문제가 있다.

또한, 상기 기존 알루미늄 소재의 금형은 열전도율이 높아 종이용기와 같은 일반 펄프몰드 제품에는 우수한 특성을 가질 수 있으나, 알루미늄 소재의 강도가 약해 외부 충격등에 의한 변형이 심하고, 열팽창률이 커 치수 안전성이 좋지 못해 금형 탈/부착 및 소진탄피와 같은 정밀 치수 제품의 제조시 불량률을 높이게 된다.

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 기존 펄프 몰드에서는 Al 금형을 사용하였으나, 본 발명에서는 SUS와 같은 열팽창계수가 낮고, 기계적 강도인 비커스경도가 높은 제1 금속부 및 열전도율 및 가공성이 우수한 Cu 계열의 제2 금속부를 사용한다. 제품의 성형온도는 약 140 ~ 170℃의 고온에서 이루어진다.

상기 Al은 열팽창계수가 커서 고온에서의 성형 시 치수변화가 클 뿐 아니라 경도도 낮아 제품 성형 시 높은 압력으로 인해 금형의 변형이 쉽게 발생할 수 있다. 즉, 종래의 펄프 몰드 상·하부 금형 사이에 가성형체인 제품이 놓여지고, 고온인 140 ~ 170℃ 및 높은 압력으로 제품을 압착하여 성형할 시, 상기 Al은 경도가 낮아 변형이 쉽게 올 수 있다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위해, 서로 다른 장점을 가진 상이한 금속 종류를 이용하는 방식을 소진탄피 제조용 몰딩기의 하부 금형에 적용하는 것으로서, 보다 구체적으로는, 상기 금형의 외부 형상부(122)에 금형강을 사용하여, 열전도율은 낮지만 열팽창률이 작고, 기계적 강도가 높아 치수 안정성이 우수한 특징을 가지게 하였고, 상기 바닥 평면부(121)에 가공성이 우수하고 열전도율이 알루미늄보다 뛰어난 구리 또는 구리 합금강을 적용함으로써, 제품의 건조특성을 유지할 수 있는 효과를 가진다.

즉, 본 발명은 상기 SUS와 같은 제1 금속부는 열팽창계수가 낮고, 경도도 높아 상기 언급한 치수변화 및 변형이 낮으며, 낮은 열전도도 특성을 보완하기 위한 Cu계열의 제2 금속부를 통하여 열적 특성을 보완하였다.

또한, 상기 바닥 평면부(121)의 구멍(123)이 미세하고 경도가 높은 소재를 적용할수록 가공성이 좋지 못하게 되어 타공하기 어려우므로, 상기 바닥 평면부(121)에 제2 금속부를 적용함으로써, 보다 구체적으로는, 외부 형상부(122)에 적용하는 금속(steel)보다 무른 금속을 적용하여, 구멍(123)을 용이하게 천공 할 수 있게 되고, 구멍(123)의 천공을 통해, 제품 건조 시 발생되는 수증기를 진공조건을 이용해 빠르게 제거 할 수 있어 제품 생산성 향상에 큰 도움을 줄 수 있다.

또한 천공된 구멍(123)을 통해 공기를 공급하여 성형 완료 된 제품을 손쉽게 탈형하여 분리 할 수 있고, 소진용기를 몰딩 시, 불가결적으로 섬유가 구멍(123)에 누적되어 구멍을 막거나 변형시킬 수 있는 문제점을, 상이한 금속을 적용함에 따라, 바닥 평면부(121)만 탈착하여 세척 및 재가공을 할 수 있어 빠른 시간 내에 공정을 원상복구 시킬 수 있는 이점이 있다.

상기 구멍(123)은 제품의 건조를 촉진하고, 제품의 탈형을 위한 공기를 불어넣는 역할로서, 상기 구멍(123)의 크기가 0.1mm보다 작을수록 제품의 수분제거 등이 어려워져 건조특성이 저하되어 제조시간이 증가되고, 상기 구멍(123)의 크기가 3.0mm보다 클수록 압착 진공시 섬유질이 구멍을 통해 빨려들어가 구멍을 막게되거나 제품이 뜯어지게 되어 불량률이 증가하게 된다.

본 발명의 5 단계로, 상기 몰딩된 성형체를 조립하고, 이어서 필요할 경우, 내수성 증대제를 추가 처리한 뒤, 이를 표면건조 및 경화시키며, 상기 내수성 증대제는 레진의 종류에 따라 레진보다 먼저 혼합물에 투입시키거나, 최종제품을 제조한 후에 상기 최종제품의 표면에 도포할 수도 있다.

도 7과 같이, 상기 최종제품은 상기 몰딩공정의 금형에서 미세 천공된 구멍으로 수분 및 공기를 흡입하여 제거함에 따라 상기 최종제품에 미세한 spot이 남을 수 있고, 최종제품의 상부용기(132)에 추진제 투입구(124) 및 그 마개(133)를 만들어, 추진제(화약류)를 투입할 수 있고, 뚜껑으로서의 상기 최종제품의 상부용기(132)는 상기 추진제를 투입 후 밀봉하기 위해 제조되었다.

또한, 상기 내수성 증대제를 표면에 도포하는 경우에는, 일반적으로 이용하는 방법으로 도포하며, 특별한 방법으로 한정하진 않는다.

펄프 몰드는 1차 예비성형(펠팅처리)된 섬유(슬러리)를 금형을 사용하여 요구하는 형상으로 제작하게 되는 것이며, 섬유질에 포함된 수분은 상기 금형의 열원 공급과 진공을 통해, 증기의 형태로 흡입(suction)됨으로써 슬러리를 건조시게 되나, 일반적으로 알루미늄 금형은 열 팽창 및 수축값이 높은 편에 속하기 때문에, 제품의 정밀 성형이 어려운 단점이 있어 소진탄피(용기)와 같은 정밀 제작품을 제작하는 데에는 적합하지 않음에도 불구하고 높은 열전도율과 물에 대한 부식저항성 그리고 우수한 가공성(상·하부에 미세기공 가공)으로 인해 생산 단가를 많이 낮출 수 있어 알루미늄 소재의 금형을 사용하였다.

또한, 소진탄피(용기)는 제품 특성상 장기보관이 되더라도 제품에 문제가 발생하지 않아야 하지만, 기존 몰딩 공정에서는 양산성에 중점을 두어 초기 두꺼운 섬유질(수분을 포함하고 있어 두꺼움)을 순서대로 조금씩 두께를 조정하는 다단작업을 수행함으로써 두께를 줄였고, 이때 제품의 불량률 최소화 및 이송 편의성을 위해 도 6상의 붉은색 원형 점선이 가리키는 금형의 기울어진 벽면(116)과 같이, 바닥면의 직각을 기준으로 하여 약 3 ~ 6°정도 바깥으로 기울어진 벽면(116)을 가진 소진탄피(용기)를 제작하였다.

그러나, 소진탄피(용기)는 상·하부용기를 접착제로 조립해야 하기 때문에, 상·하부용기의 벽면이 바닥면의 수직으로부터 약 3 ~ 6도 기울어 벌어지게 되면서 장기 보관시 응력에 의해 접착됐던 면이 떨어지게 될 뿐만 아니라, 수직 하중에 의해 제품이 쉽게 더 벌어져 찢어질 수 있게 되는 단점이 있고, 몰딩공정에서 상부금형(114)이 하부금형(115)으로 내려와 슬러리를 압축하게 되면, 상기 상부 및 하부금형 사이의 틈을 따라 올라오는 버(Burr, 잔털같은 필요없는 부분, 117)가 발생하게 되므로, 상기 버(117)의 제거를 위한 제품의 추가적인 2차 가공이 필요하게 된다.

상기 문제점을 해소하기 위해, 본 발명의 금형은, 정밀 치수 성형을 위하여, 분리된 상·하부 금형에 각각 열팽창 계수가 적은 소재를 적용하였고, 상기 상부금형(124)에는 열원 공급(에어/진공 천공 없음)만 이루어질 수 있는 소재를 이용했으며, 상기 하부금형(120)에서는 외부 형상부(122)에 치수안전성이 우수한 열팽창계수가 낮고, 기계적 강도가 높은 금속 소재를 사용하였고, 바닥 평면부(121)에는 고온 압착시 빠른 건조 및 내부에서 발생하는 수증기를 제거하기 위해 열전달이 우수하고, 가공성이 좋은 구리합금계열의 소재를 이용하는 방식의 소재를 적용한 하부 금형을 통해, 제조되는 소진탄피(용기)의 건조를 촉진시키고자 하였다.

이를 통해, 본 발명의 금형에서는 상기 2가지(기울기, 버)문제점을 해소하기 위해, 치수 안정성이 우수한 금형을 사용하고, 벽면이 바닥면으로부터 87°~ 90°(직각) 구조인 금형으로 두꺼운 섬유질을 내부에 치구를 이용해 1차 예비 압축을 하고, 상·하부금형이 제품 치수와 동일하게 제작되므로, 버(Burr, 117)가 발생되지 않도록 성형할 수 있게 되어, 제조의 효율성을 증가시킬 수 있게 된다.

종래기술의 금형은 성형우수성을 위해 일반적으로 바닥면의 직각으로부터 3~6도 구배를 주어 몰딩을 하며, 이때 상/하부의 금형이 완전 밀폐되지 않고 제품의 치수(높이)보다 높게 설계되어 섬유질이 그 틈으로 올라가 버(Burr)가 발생하게 된다. 이렇게 발생한 버(Burr)는 제품에서 요구하는 치수를 맞추기 위해 추가적인 2차 가공공정을 거치게 되나, 본 발명의 금형은 상기 금형의 벽면 각도로 84~90도 모두 가능하며, 특히, 본 발명의 금형에서는 종래 금형의 벽면의 각도보다 수직에 가깝게 제조할 수 있는 것으로서, 보다 바람직하게는 본 발명의 금형의 벽면 각도는 87~90도가 바람직하다. 이를 통해 상/하부 금형이 섬유질을 몰딩 시 상/하부 금형이 제품치수에 정확히 일치하고 완전 밀폐되어 제품이 틈을 통해 올라오지 못하도록 차폐하는 방식으로 인해 상기 버가 발생하지 않게 되어, 이를 제거하기 위한 2차 가공공정이 필요하지 않게 된다.

이는 종래 기술의 금형의 소재인 알루미늄으로 완전 밀폐 시 제품의 밀도가 증가하게 되면서 제품으로 인해 알루미늄 금형이 변형 될 수 있는 소지가 크나, 본 발명의 금형은 SUS 소재와 같은 제1 금속부로 인해 강도가 우수하면서 치수 등의 변형이 거의 없고, 제2 금속부의 구리(銅) 소재는 강도가 낮은 편이나 첨가물로 강도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 제품의 두께를 통해 이를 보완할 수 있기 때문에 가능하다.

100 : 원료 슬러리(혼합물)
101 : 펠팅 금형
102 : 메쉬(Mesh)
103 : 펠팅 구멍
104 : 펠팅기 탱크
105 : 펠팅기 진공방향
110 : 펠팅처리된 가성형체
111 : 몰딩 프레스 상부
112 : 몰딩 프레스 하부
113 : 몰딩기 진공방향
114 : 종래 몰딩기의 상부금형
115 : 종래 몰딩기의 하부금형
116 : 벽면
117 : 버(Burr)
120 : 본 발명의 몰딩기의 하부금형
121 : 바닥 평면부
122 : 외부 형상부
123 : 구멍
124 : 본 발명의 몰딩기의 상부금형
131 : 소진탄피의 하부용기
132 : 소진탄피의 상부용기
133 : 추진제 투입구 마개
134 : 추진제 투입구

Claims

제1 금속부로 이루어지는 외부 형상부(122) 및 제2 금속부로 이루어지는 바닥 평면부(121)를 구비하고,
상기 바닥 평면부(121)는 상기 외부 형상부(122) 중 펠팅처리된 가성형체(110)가 삽입될 성형공간의 바닥면을 형성하고, 상기 외부 형상부(122) 및 바닥 평면부(121)는 물리적인 끼워맞춤 형태로 결합되며,
상기 바닥 평면부(121)에는 0.1mm ~ 3.0mm 직경의 구멍(123)이 형성된 것을 특징으로 하는 상이한 금속을 적용한 소진탄피 제조용 몰딩기의 하부 금형.
제1항에 있어서, 상기 제1 금속부는 스테인리스 금속, 플라스틱 금형강으로서의 크롬몰리브덴강, 니켈크롬몰리브덴강, Ni-Al-Cu계 금형강, 기계구조용탄소강, 크롬합금스테인레스 금형강, 동합금 금형강 또는 합금공구강 중에서 선택되는 어느 하나를 적용하는 것을 특징으로 하는 상이한 금속을 적용한 소진탄피 제조용 몰딩기의 하부 금형.
제1항에 있어서, 상기 제2 금속부는 구리 단독 또는 구리 합금강을 적용하는 것을 특징으로 하는 상이한 금속을 적용한 소진탄피 제조용 몰딩기의 하부 금형.
제1항에 있어서, 상기 바닥 평면부(121)는 상기 몰딩기의 하부 금형으로부터 탈착할 수 있는 것을 특징으로 하는 상이한 금속을 적용한 소진탄피 제조용 몰딩기의 하부 금형.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 소진탄피 제조용 몰딩기의 하부 금형을 이용하여 소진탄피 제조방법으로서, 나일론 6, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 46, 나일론 66, 나일론 610, 나일론 612, 나일론-MXD 6, 나일론 공중합체, 투명 나일론 수지중에서 선택된 어느 하나의 나일론 메쉬 또는 눈금 크기가 0.1㎛ ~ 100㎛인 스테인레스 재질의 금속 메쉬로 펠팅된 소진탄피 가성형체를 최종 성형하는 것을 포함하는 소진탄피 제조방법.