KR20090051337A - 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형방법 및 성형장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형방법 및 성형장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형방법은 (ⅰ) 압출기의 공급부(Feed Zone)에 열가소성 수지 펠렛, 강화섬유로 보강된 열가소성 수지 펠렛 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 수지 펠렛을 공급하는 단계; (ⅱ) 연속된 강화섬유가 열가소성 수지에 함침되고, 강화섬유를 10 내지 80wt% 포함하는 장섬유-열가소성 수지 복합체를 압출기의 용융부(Melting Zone) 또는 계량부(Metering Zone)에 공급하는 단계; (ⅲ) '단계 (ⅰ)'에서 공급된 펠렛을 용융 및 혼련하고 이를 '단계 (ⅱ)'에서 공급된 장섬유-열가소성 수지 복합체와 혼합하여 용융 및 혼련한 후에 형상화부로 이송하는 단계; 및 (ⅳ) '단계 (ⅲ)'에서 이송된 혼합물을 형상화하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 의할 경우, 최종 성형품에 충분히 긴 강화섬유가 포함됨으로써, 강화섬유에 의한 물성보강 효과를 극대화 할 수 있게 된다.
장섬유, 강화섬유, 열가소성 수지, 성형
Description
본 발명은 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형방법 및 성형장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 성형과정에서 장섬유의 손상을 최소화하여 최종 성형품 내에 장섬유의 함량이 높게 되어 장섬유에 의한 물성 보강효과를 극대화할 수 있는 성형방법 및 성형장치에 관한 것이다.
산업계 전반에 걸쳐 합성수지의 사용은 광범위하게 이루어지고 있으며, 합성수지를 이용한 성형품은 금속 등이 적용되던 분야에서 그 사용이 빠른 속도로 증가하고 있다.
합성수지를 이용한 연속 성형법은 크게 사출성형법과 압출성형법으로 구분할 수 있으며, 이러한 기본적인 성형법에 부가적인 수단을 가미하여 가스사출성형, 발포사출성형, 압축사출성형, 가스압출성형, 발포압출성형, 압축압출성형 등으로 세분하기도 한다.
이러한 연속 성형법들은 종류에 따라 조금씩의 차이는 있지만 크게 ① 외부로부터 원료 수지를 공급하는 단계 → ② 외부로부터 공급된 수지를 용융 및 혼련하는 단계 → ③ 용융 및 혼련된 수지를 몰드(Mold), 사이징 다이(Sizing Die) 등을 이용하여 형상화하는 단계로 이루어진다. 이러한 기본공정에 냉각 등을 통한 안정화 단계 등이 부가적으로 이루어지기도 한다.
도 1은 합성수지를 연속적으로 성형하기 위한 장치의 개략도이다. 도면에 나타난 바와 같이 합성수지의 연속성형장치는 크게 제어부(10), 용융·혼련부(압출기)(20), 수지투입부(30), 형상화부(40)로 이루어진다.
용융·혼련부(20)는 수지투입부(30)로부터 유입된 고형의 수지를 용융하고 균일하게 혼합하여 형상화부(40)로 공급하는 역할을 수행하는 곳으로서 통상 압출기가 사용된다(이하에서는 압출기라 통일하여 지칭한다).
압출기(20)는 크게 구동부(21), 배럴(22), 스크류(23), 히터(24)를 포함하여 이루어진다. 구동부(21)는 배럴(22) 내부에 장착되어 있는 스크류(23)를 회전시키며, 히터(24)는 배럴(22)의 외벽에 장착되어 내부로 열을 전달한다. 스크류(23)는 사용하는 수지 및 목적하는 성형물에 따라 다양한 설계가 가능하며, 수지투입부(30)로터 유입된 고형의 수지는 히터(24)에서 전달되는 열과 스크류(23)의 회전에 의하여 용융 및 혼련되면서 형상화부(40)로 이송된다.
압출기(20)는 스크류(23) 핏치의 크기, 각도, 간격 등에 의해서 공급부(Feed Zone, A), 용융부(Melting Zone, B), 계량부(Metering Zone, C)의 세부분으로 나뉘어진다. 공급부(Feed Zone, A)에는 수지투입부(30)로부터 고형의 수지가 유입되며 히터(24)로부터 전달받는 열과 스크류의 회전에 의하여 용융 및 혼련이 이루어지나, 완전한 용융 및 혼련이 되지는 않는다. 용융부(Melting Zone, B)에서 수지는 거의 용융되고, 혼련도 충분히 이루어지며, 계량부(Metering Zone, C)에서는 용융부에서 용융 및 혼련이 불완전하게 이루어졌다면 이를 완전하게 하고, 또한 형상화부(40)로 공급되는 수지의 양을 미세하게 조절한다.
수지투입부(30)는 통상 펠렛(Pellet) 형상의 수지를 압출기(10)의 공급부(Feed Zone, A)로 투입하는 역할을 수행한다.
형상화부(40)는 공정의 종류에 따라 몰드(Mold), 사이징 다이(Sizing Die) 등이 사용되며, 여기에 다양한 부대설비가 설치되기도 한다.
합성수지를 이용하여 제조한 성형품은 전통적인 분야 외에 다양한 첨단산업분야에서도 사용이 증가하고 있다. 이러한 합성수지 성형품이 해결해야할 과제는 크게 경량화와 물성의 향상에 관한 것으로 요약할 수 있다. 적용분야에 따라 차이는 있지만 점차 가벼우면서도 강도가 강한 재질이 요구되고 있으며, 특히 자동차, 전자, 정밀기계 부품 등의 영역에서 이러한 요구가 증대하고 있다.
다양한 합성수지 중에서도 열가소성 수지는 내약품성 및 성형성이 우수한 특성을 갖지만, 내열성이나 기계적 강도는 상대적으로 취약하다. 이러한 열가소성 수지의 특성으로 인하여 고강도가 요구되는 분야에는 그대로 적용할 수 없으며, 다양한 유기물 및 무기물로 강도를 보강하여 사용하여 왔다.
특히 강화섬유를 이용하여 강도를 보강하는 것에 관하여 다양한 시도가 있어 왔는데, 강화섬유를 이용하여 강도를 보강함에 있어서는 강화섬유의 함량 조절과 더불어 최종 성형품에 강화섬유가 파손이 되지 않고 길이가 긴 형태로 함유되는 것이 매우 중요하다.
강화섬유를 이용하여 강도를 보강하는 방법의 전형적인 예는 압출기 등의 혼련장비에 열가소성 수지와 강화섬유를 같이 투입 및 혼합하여 강도를 보강하는 것이다. 그러나 이러한 방법의 경우 용융 및 혼련 과정에서 압출기 내의 스크류에 의하여 대부분의 강화섬유가 현저히 파손되어 1mm 이하의 강화섬유가 열가소성 수지에 혼합되므로 강도가 충분히 개선되지 못하는 문제점이 있다.
또한 펄트루젼(Pultrusion) 공법에 의해 강화섬유로 보강된 열가소성 수지 펠렛(길이는 6 내지 13mm임)을 이용하여 성형하기도 한다. 그러나 이 경우에도 용융 및 혼련과정에서 발생하는 높은 기계적 응력에 의하여 섬유의 파손이 많이 발생하며, 또한 펠렛에 함유된 섬유의 길이 자체도 충분히 길지 못하다는 단점이 있다.
이외에도 다양한 방법들이 시도되고 있으나, 성형장치가 매우 복잡해지는 문제점이 있으며, 또한 최종 성형품에 충분히 긴 강화섬유를 포함하여 물성을 만족시키기에는 아직 부족한 실정이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 최종 성형품에 충분히 긴 강화섬유를 포함할 수 있도록 하여, 강화섬유에 의한 물성보강 효과 를 극대화할 수 있는 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형방법을 제공하고자 하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 최종 성형품에 충분히 긴 강화섬유를 포함할 수 있도록 하는 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형방법을 제공하는데, 본 발명에 따른 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형방법은,
(ⅰ) 압출기의 공급부(Feed Zone)에 열가소성 수지 펠렛, 강화섬유로 보강된 열가소성 수지 펠렛 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 수지 펠렛을 공급하는 단계;
(ⅱ) 연속된 강화섬유가 열가소성 수지에 함침되고, 강화섬유를 10 내지 80wt% 포함하는 장섬유-열가소성 수지 복합체를 압출기의 용융부(Melting Zone) 또는 계량부(Metering Zone)에 공급하는 단계;
(ⅲ) '단계 (ⅰ)'에서 공급된 펠렛을 용융 및 혼련하고 이를 '단계 (ⅱ)'에서 공급된 장섬유-열가소성 수지 복합체와 혼합하여 용융 및 혼련한 후에 형상화부로 이송하는 단계; 및
(ⅳ) '단계 (ⅲ)'에서 이송된 혼합물을 형상화하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 열가소성 수지는 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지 및 이들의 혼합물 로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 한다.
상기 강화섬유는 천연섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 그래파이트섬유, 금속섬유, 아라미드섬유, 초고분자량PE(Ultra High Molecular Weight Polyethylene)섬유, PAN(Polyacrylonitrile)섬유, 아릴레이트섬유, PEEK(Poly Ether Ether Ketone)섬유, 레이온 섬유, 현무암을 주성분으로 하는 바살트섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 강화섬유는 평균 직경이 0.3 내지 300㎛인 것이 바람직하다.
상기 장섬유-열가소성 수지 복합체는 띠 형상을 가지며, 이때 상기 장섬유-열가소성 수지 복합체의 두께는 0.1 내지 5mm이고, 넓이는 1 내지 50mm 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
상기 압출기의 용융부(Melting Zone) 또는 계량부(Metering Zone)에 공급되는 장섬유-열가소성 복합체는 연속적으로 공급될 수도 있고, 최종 성형품의 크기에 맞게끔 미리 절단되어 공급될 수도 있으며, 예열이 된 후에 공급될 수도 있다.
또한 본 발명은 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치를 제공하는데, 본 발명에 따른 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치는,
제어부; 구동부, 배럴, 스크류, 히터를 포함하며, 공급부(Feed Zone), 용융부(Melting Zone), 계량부(Metering Zone)로 구분되는 압출기; 상기 압출기의 공급부(Feed Zone)에 합성수지를 투입하는 수지투입부; 및 형상화부를 포함하여 이루어지는 열가소성 수지의 성형장치에, 장섬유-열가소성 수지 복합체 투입장치가 연결 되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 장섬유-열가소성 수지 복합체 투입장치는, 상기 압출기의 용융부(Melting Zone) 또는 계량부(Metering Zone)의 배럴에 형성되는 투입구; 상기 장섬유-열가소성 수지 복합체가 감겨있는 공급롤; 상기 투입구에 인접하여 형성되며, 상기 장섬유-열가소성 수지 복합체가 투입될 수 있도록 안내하는 가이드채널; 및 상기 공급롤과 상기 가이드채널 사이에 위치하는 가이드롤을 포함하여 이루어진다.
상기 투입구에 상기 장섬유-열가소성 수지 복합체가 소정 길이로 절단되어 투입될 수 있도록 하기 위하여 상기 가이드채널의 상부에 절단장치가 추가로 형성될 수 있으며, 상기 투입구에 상기 장섬유-열가소성 수지 복합체가 예열된 상태로 투입될 수 있도록 하기 위하여 상기 가이드채널에 예열장치가 추가로 설치될 수도 있다.
또한 상기 장섬유-열가소성 수지 복합체 투입장치는, 상기 압출기의 용융부(Melting Zone) 또는 계량부(Metering Zone)의 상부에 형성되는 호퍼(Hopper)이거나, 상기 압출기의 용융부(Melting Zone) 또는 계량부(Metering Zone)에 연결되는 또 다른 압출기일 수도 있다.
상술한 본 발명에 따른 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형방법에 의할 경우, 최종 성형품에 충분히 긴 강화섬유가 포함됨으로써, 강화섬유에 의한 물성보강 효과를 극대화할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따른 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치는 기존의 성형장치를 그대로 활용하면서, 간단한 장치만을 추가하여 완성될 수 있으므로 설비투자비 등을 최소화할 수 있게 된다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
먼저 본 발명에 따른 정섬유 강화 열가소성 수지의 성형방법은,
(ⅰ) 압출기의 공급부(Feed Zone)에 열가소성 수지 펠렛, 강화섬유로 보강된 열가소성 수지 펠렛 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 수지 펠렛을 공급하는 단계;
(ⅱ) 연속된 강화섬유가 열가소성 수지에 함침되고, 강화섬유를 10 내지 80wt% 포함하는 장섬유-열가소성 수지 복합체를 압출기의 용융부(Melting Zone) 또는 계량부(Metering Zone)에 공급하는 단계;
(ⅲ) '단계 (ⅰ)'에서 공급된 펠렛을 용융 및 혼련하고 이를 '단계 (ⅱ)'에서 공급된 장섬유-열가소성 수지 복합체와 혼합하여 용융 및 혼련한 후에 형상화부로 이송하는 단계; 및
(ⅳ) '단계 (ⅲ)'에서 이송된 혼합물을 형상화하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 열가소성 수지는 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 한다.
상기 강화섬유는 열가소성 수지를 보강하기 위한 것이라면 어느 것을 사용하여도 무방하나, 천연섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 그래파이트섬유, 금속섬유, 아라미드섬유, 초고분자량PE(Ultra High Molecular Weight Polyethylene)섬유, PAN(Polyacrylonitrile)섬유, 아릴레이트섬유, PEEK(Poly Ether Ether Ketone)섬유, 레이온 섬유, 현무암을 주성분으로 제조되는 바살트섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
열가소성 수지를 보강하기 위하여 사용하는 상기 강화섬유의 크기는 제한이 없으나, 평균 직경이 0.3 내지 300㎛ 범위에 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 강화섬유의 평균 직경이 0.3㎛보다 작은 경우에는 성능발현에 불리하고, 또한 인체에 유해할 수 있으며, 상기 강화섬유의 평균 직경이 300㎛보다 큰 경우에는 성형에 어려움이 있을 수 있어, 성능발현이 원하는 만큼 이루어지지 않을 수 있기 때문이다.
상기 장섬유-열가소성 수지 복합체에는 강화섬유가 10 내지 80wt% 함유되는 것이 바람직하다. 장섬유-열가소성 수지 복합체에 강화섬유가 10wt% 미만이 함유되면 원하는 만큼의 물성향상을 기대하기 어려우며, 장섬유-열가소성 수지 복합체에 강화섬유가 80wt%를 초과하여 함유되면 열가소성 수지에 의한 강화섬유의 충분한 함침이 어렵게 되어, 강화섬유가 연속적으로 열가소성 수지에 의하여 함침되어 있는 장섬유-열가소성 수지 복합체를 형성하기 어렵게 되기 때문이다.
상기 장섬유-열가소성 수지 복합체의 형태 및 크기는 특별한 제한을 두지는 않으나, 장섬유-열가소성 수지 복합체의 제조 및 압출기에 공급되어 용융 및 혼련 되는 과정 등을 고려할 때, 도 2에 도시된 것과 같은 띠 형상을 가지는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 바와 같이 장섬유-열가소성 수지 복합체는 길이방향으로 연속된 강화섬유가 열가소성 수지에 의하여 함침되어 있다. 이때 상기 장섬유-열가소성 수지 복합체의 두께(T)는 0.1 내지 5mm이고, 넓이(W)는 1 내지 50mm 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 장섬유-열가소성 수지 복합체의 두께(T) 및 넓이(W)가 0.1mm와 1mm보다 작을 경우에는 충분한 물성보강이 이루어지지 않을 수 있으며, 장섬유-열가소성 수지 복합체의 두께(T) 및 넓이(W)가 5mm와 50mm보다 클 경우에는 충분한 용융 및 혼련이 이루어지지 않을 수 있어, 성형에 어려움이 있을 수 있기 때문이다.
상기 압출기의 용융부(Melting Zone) 또는 계량부(Metering Zone)에 공급되는 장섬유-열가소성 수지 복합체는 연속적으로 공급될 수도 있고, 최종 성형품의 크기에 맞게끔 미리 절단되어 공급될 수도 있다.
또한 압출기의 용융부(Melting Zone) 또는 계량부(Metering Zone)에 공급되는 장섬유-열가소성 수지 복합체는 예열과정을 거친 후에 공급될 수 있다. 장섬유-열가소성 수지 복합체가 계량부(Metering Zone), 특히 형상화부와 인접한 곳에 공급이 될 경우에는 충분한 용융이 이루어지지 않을 수 있으며, 이러한 것을 방지하기 위하여 예열과정을 거칠 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
성형품의 제조
폴리프로필렌 펠렛을 압출기의 공급부(Feed Zone) 공급하고, 폴리프로필렌에 유리섬유 50wt%가 연속적으로 함침된 장섬유-열가소성 수지 복합체를 압출기의 용융부(Melting Zone)에 공급하여 유리섬유의 함량이 20wt%, 25wt%, 30wt%가 되는 판 형상의 성형품을 제조하였다.
또한 폴리프로필렌 펠렛, 유리섬유로 보강된 폴리프로필렌 펠렛(유리섬유 함량 20wt%, 25wt%, 30wt%)을 압출기의 공급부(Feed Zone)에 공급하여 판 형상의 성형품을 제조하였다. 각각의 구체적인 조성은 하기의 표 1과 같다.
[표 1] 성형품의 조성
물성 측정
상기 각 실시예 및 비교예에 의한 성형품을 대상으로 굴곡강도, 굴곡탄성율 과 IZOD 충격강도를 측정하여 하기 표 2 및 도 3 내지 도 5에 나타내었다. 물성의 측정은 ASTM D 790과 ASTM D 256에 규정된 방법에 의하였다.
[표 2] 측정된 물성 값
상기의 결과로부터 예상했던 바와 같이 순수한 폴리프로필렌 펠렛만을 이용하여 성형한 것에 비하여, 유리섬유로 보강하여 성형하는 경우에는 굴곡탄성율과 IZOD 충격강도가 모두 향상됨을 알 수 있었다. 그러나 본 발명에 따른 실시예의 경우, 동일한 함량의 유리섬유가 함유된 비교예 1 내지 3에 비하여 굴곡강도, 굴곡탄성율과 IZOD 충격강도가 모두 월등히 향상됨을 알 수 있었다. 동일한 함량의 유리섬유가 함유된 비교예 1 내지 3과 비교하여 볼 때, 굴곡강도는 약 10 내지 20%, 굴곡탄성율은 약 30 내지 35%, IZOD 충격강도는 약 40 내지 50%가 향상됨을 확인할 수 있었다.
또한 본 발명은 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치를 제공하는데, 이하에서는 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치를 나타내는 도면이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치(100)는 제어부(110); 구동부(121), 배럴(122), 스크류(123), 히터(124)를 포함하며, 공급부(Feed Zone, A), 용융부(Melting Zone, B), 계량부(Metering Zone, C)로 구분되는 압출기(120); 상기 압출기의 공급부(Feed Zone, A)에 합성수지를 투입하는 수지투입부(130); 및 형상화부(140)를 포함하여 이루어지는 열가소성 수지의 성형장치에, 장섬유-열가소성 수지 복합체 투입장치(150)가 연결되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 장섬유-열가소성 수지 복합체 투입장치(150)는, 상기 압출기(120)의 용융부(Melting Zone. B) 또는 계량부(Metering Zone, C)의 배럴(122)에 형성되는 투입구(151); 상기 장섬유-열가소성 수지 복합체가 감겨있는 공급롤(152); 상기 투입구(151)에 인접하여 형성되며, 상기 장섬유-열가소성 수지 복합체가 투입될 수 있도록 안내하는 가이드채널(153); 및 상기 공급롤(152)과 상기 가이드채널(153) 사이에 위치하는 가이드롤(154)을 포함하여 이루어진다.
상기 가이드롤(154)에는 공지된 수단, 즉 모터 등이 연결되어 상기 공급 롤(152)에 감겨져 있는 상기 장섬유-열가소성 수지 복합체를 일정한 속도로 투입구(151)로 공급할 수 있다.
장섬유-열가소성 수지 복합체는 필요에 의하여 소정 길이로 절단되어 상기 투입구(151)에 공급될 수 있는데, 이를 위하여 상기 가이드채널(153)의 상부에 절단장치(155)가 추가로 형성될 수 있다.
또한 장섬유-열가소성 수지 복합체가 예열단계를 거친 다음 공급하게 되는 경우를 위하여 상기 가이드채널(153)에 예열장치(156)가 추가로 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치에 의하여 성형되는 과정을 살펴보면, 수지투입부(130)를 통하여 압출기의 공급부(Feed Zone, A)에 공급된 수지 펠렛이 용융 및 혼련되면서 용융부(Melting Zone. B) 및 계량부(Metering Zone, C)로 이동하면서, 장섬유-열가소성 수지 복합체 투입장치(150)에 의하여 압출기(120)의 용융부(Melting Zone. B) 또는 계량부(Metering Zone, C)에 공급되어지는 장섬유-열가소성 수지 복합체와 혼합되어 완벽한 용융 및 혼련이 된 후에 형상화부(140)로 이송되어 최종 성형품이 완성된다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치(200)는 도 7에 도시된 바와 같이 제어부(210); 구동부(221), 배럴(222), 스크류(223), 히터(224)를 포함하며, 공급부(Feed Zone, A), 용융부(Melting Zone, B), 계량부(Metering Zone, C)로 구분되는 압출기(220); 상기 압출기의 공급부(Feed Zone, A)에 합성수지를 투입하는 수지투입부(230); 및 형상화부(240)를 포함하여 이루어지는 열가소성 수지의 성형장치에, 장섬유-열가소성 수지 복합체 투입장치(250)가 연결되어 형성되며, 상기 장섬유-열가소성 수지 복합체 투입장치(250)는 상기 압출기(220)의 용융부(Melting Zone) 또는 계량부(Metering Zone)의 상부에 위치하는 호퍼(Hopper)이다.
본 발명에 따른 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치는 그 구성이 간단하고, 특히 기존의 성형장치를 그대로 이용할 수 있는 장점을 지니게 된다.
본 발명은 상기한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 개념 및 범위 내에서 상이한 실시예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 이와 균등한 것들에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지는 않는다.
도 1은 종래의 합성수지 연속성형장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 장섬유-열가소성 수지 복합체를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 유리섬유 함량별 굴곡강도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 유리섬유 함량별 굴곡탄성율을 나타낸 그래프이다.
도 5 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 유리섬유 함량별 IZOD 충격강도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치를 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 설명>
100, 200 : 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치
110, 210 : 제어부
120, 220 : 압출기
121, 221 : 구동부
122, 222 : 배럴
123, 223 : 스크류
124, 224 : 히터
130, 230 : 수지투입부
140, 240 : 형상화부
150, 250 : 장섬유-열가소성 수지 복합체 투입장치
151 : 투입구
152 : 공급롤
153 : 가이드채널
154 : 가이드롤
155 : 절단장치
156 : 예열장치
Claims (13)
- (ⅰ) 압출기의 공급부(Feed Zone)에 열가소성 수지 펠렛, 강화섬유로 보강된 열가소성 수지 펠렛 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 수지 펠렛을 공급하는 단계;(ⅱ) 연속된 강화섬유가 열가소성 수지에 함침되고, 강화섬유를 10 내지 80wt% 포함하는 장섬유-열가소성 수지 복합체를 압출기의 용융부(Melting Zone) 또는 계량부(Metering Zone)에 공급하는 단계;(ⅲ) '단계 (ⅰ)'에서 공급된 펠렛을 용융 및 혼련하고 이를 '단계 (ⅱ)'에서 공급된 장섬유-열가소성 수지 복합체와 혼합하여 용융 및 혼련한 후에 형상화부로 이송하는 단계; 및(ⅳ) '단계 (ⅲ)'에서 이송된 혼합물을 형상화하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형방법.
- 제1항에 있어서,상기 열가소성 수지는 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형방법.
- 제1항에 있어서,상기 강화섬유는 천연섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 그래파이트섬유, 금속섬유, 아라미드섬유, 초고분자량PE(Ultra High Molecular Weight Polyethylene)섬유, PAN(Polyacrylonitrile)섬유, 아릴레이트섬유, PEEK(Poly Ether Ether Ketone)섬유, 레이온 섬유, 바살트섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형방법.
- 제1항에 또는 제3항에 있어서,상기 강화섬유는 평균 직경이 0.3 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형방법.
- 제1항에 있어서,상기 장섬유-열가소성 수지 복합체는 띠 형상을 가지며, 장섬유-열가소성 수지 복합체의 두께는 0.1 내지 5mm이고, 넓이는 5 내지 50mm인 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형방법.
- 제1항에 있어서,상기 압출기의 용융부(Melting Zone) 또는 계량부(Metering Zone)에 공급되는 장섬유-열가소성 복합체는 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 장섬유-강화 열가소성 수지의 성형방법.
- 제1항에 있어서,상기 압출기의 용융부(Melting Zone) 또는 계량부(Metering Zone)에 공급되는 장섬유-열가소성 복합체는 최종 성형품의 크기에 맞게 길이를 절단하여 공급되는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형방법.
- 제1항에 있어서,상기 압출기의 용융부(Melting Zone) 또는 계량부(Metering Zone)에 공급되는 장섬유-열가소성 복합체는 예열이 된 후에 공급되는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형방법.
- 제어부; 구동부, 배럴, 스크류, 히터를 포함하며, 공급부(Feed Zone), 용융부(Melting Zone), 계량부(Metering Zone)로 구분되는 압출기; 상기 압출기의 공급 부(Feed Zone)에 합성수지를 투입하는 수지투입부; 및 형상화부를 포함하여 이루어지는 열가소성 수지의 성형장치에,장섬유-열가소성 수지 복합체 투입장치가 연결되어 형성되는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치.
- 제9항에 있어서,상기 장섬유-열가소성 수지 복합체 투입장치는,상기 압출기의 용융부(Melting Zone) 또는 계량부(Metering Zone)의 배럴에 형성되는 투입구;상기 장섬유-열가소성 수지 복합체가 감겨있는 공급롤;상기 투입구에 인접하여 형성되며, 상기 장섬유-열가소성 수지 복합체가 투입될 수 있도록 안내하는 가이드채널;상기 공급롤과 상기 가이드채널 사이에 위치하는 가이드롤을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치.
- 제10항에 있어서,상기 투입구에 상기 장섬유-열가소성 수지 복합체가 소정 길이로 절단되어 투입될 수 있도록 하기 위하여 상기 가이드채널의 상부에 절단장치가 추가로 설치 되는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치.
- 제10항에 있어서,상기 투입구에 상기 장섬유-열가소성 수지 복합체가 예열된 상태로 투입될 수 있도록 하기 위하여 상기 가이드채널에 예열장치가 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치.
- 제9항에 있어서,상기 장섬유-열가소성 수지 복합체 투입장치는,상기 압출기의 용융부(Melting Zone) 또는 계량부(Metering Zone)의 상부에 형성되는 호퍼(Hopper)인 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지의 성형장치.
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