| JP2005186585 | METHOD FOR PRODUCING RESIN FIBER MOLDED ARTICLE |
| JP2004299322 | KENAF BOARD |
| JP04216041 | MANUFACTURE OF COMPOSITE PANEL |
김희연 (경상남도 김해시 주촌면 내삼리 926, 621-841 Kyongsangnam-do, 621-841, KR)
YANG, Jin Young (#101-703, Hanwha Ggumegreen Apt.Techno Vally, Kwanpyoung-dong, Yuseong-gu, Daejeon-si 305-741, 305-741, KR)
양진영 (대전시 유성구 관평동 테크노 벨리 한화꿈에그린 101동 703호, 305-741 Daejeon, 305-741, KR)
한화엘앤씨 주식회사 (서울시 중구 장교동 1 한화 빌딩, 100-797 Seoul, 100-797, KR)
KIM, Hee Yeon (926 Naesam-ri, Jucheon-myeonKimhae-si, Kyongsangnam-do 621-841, 621-841, KR)
김희연 (경상남도 김해시 주촌면 내삼리 926, 621-841 Kyongsangnam-do, 621-841, KR)
YANG, Jin Young (#101-703, Hanwha Ggumegreen Apt.Techno Vally, Kwanpyoung-dong, Yuseong-gu, Daejeon-si 305-741, 305-741, KR)
| 목분과 합성수지 혼합하여 성형되는 외층과, 이중 압출에 의해 상기 외층에 일체로 성형되는 내층과, 상기 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 배치되는 장섬유 다발을 구비하는 인조목재의 제조 방법에 있어서, 상기 장섬유 다발은, 상기 내층을 성형하기 위한 금형의 외부로부터 금형 내부 전방을 향해 경사지게 배치되는 경사부와 상기 금형 내부에 평행하게 배치되는 투입 안내부가 일체로 형성된 장섬유 투입파이프를 통해, 금형 내부에 투입됨으로서 상기 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 배치되는 것을 특징으로 하는 인조목재 제조방법. |
| 제 1 항에 있어서, 상기 장섬유 다발은 상기 내층과 견고히 결합되어 일체화된 상태가 될 수 있도록, 합성수지로 코팅되되, 상기 코팅 합성수지가 연화된 상태로 상기 내층 내부에 투입되는 것을 특징을 하는 인조목재 제조방법. |
| 제 2 항에 있어서, 상기 장섬유 다발은 복수의 장섬유 가닥이 서로 꼬아진 상태로 금형에 투입되되, 가닥과 가닥사이에 상기 코팅용 합성수지가 스며들 수 있도록 섬유 가닥사이에 간격이 존재하는 상태로 느슨하게 꼬아진 상태로 투입되는 것을 특징을 하는 인조목재 제조방법. |
| 제 1 항에 있어서, 상기 내층 성형용 금형과 상기 외층 성형용 금형이 일체로 형성되어, 내층 성형용 재료는 상기 금형의 전방에서 투입되고, 외층 성형용 재료는 상기 금형의 압출 방향에 수직으로 투입되는 것을 특징으로 하는 인조목재 제조방법. |
| 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장섬유 다발은, 유리섬유, 미네랄 섬유, 폴리에틸린테레프탈레이트 섬유, 아라미드 섬유, 천연 섬유, 엔지니어링 플라스틱 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인조목재 제조방법. |
| 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내층은, 중공 형태로 성형되는 것을 특징으로 인조목재 제조방법. |
| 제 6 항에 있어서, 상기 내층의 중공부에는 적어도 하나 이상의 보강 리브가 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 인조목재 제조방법. |
| 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내층은 재생 합성수지재에 목분을 혼합하여 성형되는 것을 특징으로 하는 인조목재 제조방법. |
| 제 8 항에 있어서, 상기 외층은, 폴리프로필렌수지, 폴리에틸렌수지 및 폴리비닐수지로부터 선택되는 하나 이상의 합성수지 30~40중량부와, 목분 50~70중량부와, 안료 5~10중량부와, 자외선 차단제 1~5중량부와, 왕겨 1~5중량부를 포함하며, 상기 내층은, 재생 합성수지 30~40중량부와, 목분 50~70중량부와, 석회석, 방해석, 납석, 활석, 운모로부터 선택되는 하나 이상의 분말 5~10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인조목재 제조방법. |
| 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내층은, 목분과 합성수지의 혼합물을 발포제와 함께 발포하여 성형되는 것을 특징으로 하는 인조목재 제조방법. |
| 제 10 항에 있어서, 상기 외층은, 목분 50~70중량부와, 폴리프로필렌수지와 폴리에틸렌수지로부터 선택되는 하나 이상의 합성수지 30~40중량부에 안료 5~10중량부를 부가하여 성형되며, 상기 내층은, 목분 50~70중량부와, 폴리프로필렌수지, 폴리염화비닐수지, 폴리에틸렌수지, ABS수지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 합성수지 30~40중량부에 발포제 5~10중량부, 분산제 5~10중량부를 부가하여 발포 성형되는 것을 특징으로 인조목재 제조방법. |
| 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 인조목재. |
본 발명은 인조목재의 제조방법 및 그에 의해 제조된 인조 목재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외층과 내층의 복합재로 형성되어 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 장섬유가 배치된 인조 목재를 간단한 구성으로, 효율적으로 연속 압출할 수 있도록 하는 인조목재 제조방법 및 그에 의해 제조된 인조목재에 관한 것이다.
최근 천연목재에 대한 소비자의 선호도가 크게 증가하고 있으며 또한 목재의 벌목에 따른 이산화탄소 증가에 대한 환경파괴 우려가 증폭되면서 목재의 대체 소재 개발 목소리가 높아지고 있다. 특히 목재의 수요가 많은 건축자재 경우 더욱 그러하다.
이러한 배경 하에 최근 천연목재와 유사한 질감 및 외관을 가진 다양한 종류의 인조목재가 개발되어 시판되고 있는 데, 폴리염화비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 등의 열가소성 수지에 목분을 복합 압출하여 성형된 인조목재(WPC; Wood Plastic Composite)가 일반적으로 사용되고 있다.
상기와 같이 합성수지와 목분을 복합압출 성형하여 제조된 종래의 인조목재는 천연 목재에 비해 가격이 저렴하면서도, 다양한 색상 및 질감을 표현할 수 있기 때문에 마루판, 문틀, 걸레받이, 문선 몰딩, 창호재 등 각 종 건축 자재로 점차 그 사용 범위가 늘어 가고 있다.
상기와 같이 합성수지와 목분을 복합압출 성형하여 제조된 종래의 인조목재는 천연 목재에 비해 가격이 저렴하면서도, 다양한 색상 및 직감을 표현할 수 있기 때문에 마루판, 문틀, 걸레받이, 문선 몰딩, 창호재 등 각 종 건축 자재로 점차 그 사용 범위가 늘어 가고 있으나, 다음과 같은 근본적인 문제점을 안고 있었다.
먼저, 종래의 인조목재는, 천연 목재에 비해 온도에 따른 선팽창계수가 커서, 시공후 수축 팽창의 반복으로 인해 뒤틀림 또는 파손이 발생할 소지가 많으며, 그에 따라 목재의 시공 방법인 못으로 하는 시공 방법은 적용하기 어려우며, 별도의 시공부재를 사용함으로서 시공비가 상승한다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 인조 목재는, 천연 목재에 비해 휨강도가 낮아 처짐 등의 문제점이 있었으며, 바닥재로 적용하는 경우 하부에 받침목의 간격을 좁게 해야 하므로 시공비 상승의 원인이 된다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 인조목재는 그 비중이 천연 목재에 비해 커서, 중량이 많이 나가고 그에 따라 취급의 편의성 및 시공성이 좋지 않다는 문제점이 있었다.
이는 목분과 합성수지의 복합압출 공정에 의해 불가피하게 나타나는 문제점으로, 압출 공정 중 목재의 공극 사이로 합성수지가 함침됨으로서 발생한다. 즉, 목재의 비중은 0.6 내지 0.7이고, 합성수지의 경우 그 비중이 0,8 내외이나, 이들을 복합 압출하는 과정 중 목재의 미세 공극사이로 합성수지가 함침되어, 결과물인 인조목재의 비중은 목재 비중의 약 2배인 1.1 내지 1.2 수준이 달하게 된다.
한편, 최근 들어, 환경 보호 및 자원의 재활용 측면에서, 폐 목재와 폐 합성수지를 주 원료로 한 인조 목재가 관심을 끌고 있는 바, 폐 목재로는 주택 해체시 배출되는 폐재 등의 목질계 원료가 이용되며, 폐 합성수지로는 PP 트레이, 시트 등을 후레이크 상태로 부순 합성수지계 원료가 재활용 되어 이용되므로 저렴한 비용으로 제조할 수 있다는 장점이 있으나, 강도가 낮고 외관 품질이 낮아 장식재나 구조재로는 적용하기 곤란하다는 단점이 있었다.
상기와 같은 인조 목재의 여러 단점을 보완하기 위해, 인조 목재를 외층과 내층의 복합재로 형성하되, 선팽창 팽창 계수나 구조 강도를 보완하기 위해 유리 섬유나 등의 보강재를 적용한 인조 목재가 제안된 바 있다.
합성수지 봉상물에 유리 섬유 등의 장섬유를 길이 방향으로 연속적으로 배치하는 방식으로는, 이른 바 연속 풀트루전 방식(Continuous Pultrusion Method)이 일반적으로 적용된다.
이 방법에 의하면, 금형으로 후단으로부터 도입되는 유리 섬유 등의 장섬유를 둘러싸도록 금형 내에 수지를 압출한 후, 수지를 금형내에서 경화시키면서 한쌍의 무한 벨트 구조나 구동 프레스 롤러 등에 의해 금형 전단에서 인취하게 된다.
그러나, 유리섬유를 금형 전단에서 공급하고 또, 금형 후단에 인취 장치를 설치해야 하므로 제조라인의 길이가 길어질 뿐만 아니라 구조가 복잡하다는 문제점이 있었으며, 인취력이나 인취 속도 등의 조건이 엄격하게 됨에 따라 제품의 품질에 균일하게 제어하기 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, 외층과 내층으로 이루어지는 복합재의 성형시, 장섬유가 매몰되어 있는 내층을 먼저 성형한 후, 성형된 내층의 외부에 외층을 성형해야 하므로, 공정시간이 길어져 생산성이 낮을 뿐만 아니라 내층과 외층의 성형에 별도의 금형이 필요하므로 장치비가 금형비 및 금형의 유지비가 상승한다는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 종래 인조 목재 및 그 제조 방법의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 외층과 내층의 복합재로 형성되어 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 장섬유가 배치된 인조 목재를 간단한 구성으로, 효율적으로 연속 압출할 수 있도록 하는 인조목재 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 목재와 유사한 비중을 가져 경량이면서, 휨강도가 높고, 선팽창계수가 낮아, 시공성이 우수하며, 시공후 구조 강도가 높고, 비틀림이나 파손의 발생을 최소화할 수 있는 인조목재를 제공하는 데 있다.
본 발명이 또 다른 목적은, 폐 합성수지 재료를 활용하여 저렴한 비용으로 제조할 수 있으면서도, 우수한 외관 특성을 갖으며, 휨강도가 높고, 선팽창계수가 낮아 시공성이 우수하고, 시공후 구조 강도가 높아 비틀림이나 파손의 발생을 최소화할 수 있는 인조목재를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인조목재 제조방법은, 목분과 합성수지 혼합하여 성형되는 외층과, 이중 압출에 의해 상기 외층에 일체로 성형되는 내층과, 상기 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 배치되는 장섬유 다발을 구비하는 인조목재의 제조 방법에 있어서, 상기 장섬유 다발은, 상기 내층을 성형하기 위한 금형의 외부로부터 금형 내부 전방을 향해 경사지게 배치되는 경사부와 상기 금형 내부에 평행하게 배치되는 투입 안내부가 일체로 형성된 장섬유 투입파이프를 통해, 금형 내부에 투입됨으로서 상기 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이러한 특징에 따르면, 장섬유 투입파이프를 통해, 내층 내부에 배치되는 장섬유 다발을 내층 성형용 금형의 출구측에 인접한 부분에 투입됨으로서, 어느 정도 경화된 상태의 내층 성형물이 투입된 장섬유 다발을 끌고 금형으로부터 배출될 수 있도록 함으로서, 간단한 구성으로, 또한 효율적으로, 압출 성형되는 내층의 내부에 길이 방향으로 장섬유 다발을 배치할 수 있게 된다.
장섬유 다발은 상기 내층과 견고히 결합되어 일체화된 상태가 될 수 있도록, 합성수지로 코팅되되, 상기 코팅 합성수지가 연화된 상태로 상기 내층 내부에 투입되는 것이 바람직하며, 복수의 장섬유 가닥이 서로 꼬아진 상태로 금형에 투입되되, 가닥과 가닥사이에 상기 코팅용 합성수지가 스며들 수 있도록 섬유 가닥사이에 간격이 존재하는 상태로 느슨하게 꼬아진 상태로 투입되는 것이 바람직하다.
이를 위해서는 꼬여져 있지 않은 상태의 장섬유를 적용하는 경우에는 이를 꼬면서 코팅하고, 긴밀하게 꼬여져 있는 상태로 제품화 되어 있는 장섬유를 적용하는 경우에는, 이를 어느 정도 풀어 장섬유 내부까지 코팅용 합성수지가 스며들 수 있도록 한다.
한편, 본 발명에 따르면, 내층 성형용 재료는 금형의 전방에서 투입되고, 외층 성형용 재료는 금형의 압출 방향에 수직으로 투입되도록 함으로서, 외층 성형용 금형과 상기 외층 성형용 금형을 일체로 형성하는 것이 가능하다. 외층이나 내층의 초기 성형 부분에 장섬유 투입파이프가 관통되는 상태로 배치되지만, 투입파이프를 벗어난 지점은 내층 및 외층이 아직 완전히 경화되지 않은 상태이기 때문에, 금형 내의 압력에 의해 투입파이프에 해당되는 부분이 메꾸어져 투입파이프의 흔적은 사라지게 된다.
장섬유 다발은, 유리섬유외에, 미네랄 섬유, 폴리에틸린테레프탈레이트 섬유, 아라미드 섬유, 천연 섬유, 엔지니어링 플라스틱 섬유 등이 적용될 수 있다.
내층은 플레이트나 봉과 같은 솔리드 형태로 형성하는 것도 가능하나, 동일 체적으로 충분한 휨 강성을 확보하기 위해서는 중공 형태로 성형하는 것이 바람직하며, 필요에 따라서는, 내층의 중공부에 적어도 하나 이상의 보강 리브를 일체로 성형한다.
내층과 외층은 서로 마주보는 판 형태로 성형하는 것도 가능하나, 경도가 낮은 내층을 외부로부터의 긁힘 등으로부터 보호하기 위해 외층이 내층을 감싸는 형태로 성형하는 것이 바람직하며, 바닥재과 같이 외부로부터의 손상될 우려가 없는 부분이 있는 부재에 적용되는 경우에는, 외층이 내층의 일부를 감싸도록 성형하는 것이, 원가 절감의 측면에서 바람직하다
한편, 본 발명의 또 다른 특징은, 인조 목재의 외부 노출 부분은 물성이 우수하고 상대적으로 고가인 순원료 상태의 합성수지를 포함하는 외층으로 구성하여 외관 품질을 확보하고, 내층은 재생 합성수지재에 재상 목분이나 저가의 목분을 적용함으로서 전체적인 제조 원가를 낮추되, 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 배치되는 장섬유 다발을 배치함으로서, 외관의 질감에 악영향을 미치지 않으면서 인조 목재의 전체적인 선팽창 팽창 계수 및 구조 강도를 개선하는 데 있는 바, 본 발명의 이러한 특징에 따르면, 저렴한 비용으로 제조할 수 있으면서도, 우수한 외관 특성을 갖으며, 휨강도가 높고, 선팽창계수가 낮아 시공성이 우수하고, 시공후 구조 강도가 높아 비틀림이나 파손의 발생을 최소화할 수 있는 인조목재를 제공할 수 있게 된다.
이 경우, 외층은, 폴리프로필렌수지, 폴리에틸렌수지 및 폴리비닐수지로부터 선택되는 하나 이상의 합성수지 30~40중량부와, 목분 50~70중량부와, 안료 5~10중량부와, 자외선 차단제 1~5중량부와, 왕겨 1~5중량부를 포함하며, 내층은, 재생 합성수지 30~40중량부와, 목분 50~70중량부와, 석회석, 방해석, 납석, 활석, 운모로부터 선택되는 하나 이상의 분말 5~10중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 특징은, 외부로부터 빈번한 접촉이 있는 외층은 긁힘에 의한 손상을 방지하기 위해 종래 인조목재와 같이 솔리드형으로 성형하되, 긁힘과 관계없는 내부는 발포 성형함으로서, 인조목재의 전체적인 비중을 천연목재와 거의 동등한 수준으로 형성할 수 있게 되며, 발포 성형된 내층에 장섬유 다발을 길이 방향으로 연속되게 배치함으로서, 온도에 따른 선팽창 계수 및 휨강도를 보강할 수 있도록 하는 데 있는 바, 본 발명의 이러한 특징에 따르면, 목재와 유사한 비중을 가져 경량이면서, 휨강도가 높고, 선팽창계수가 낮아, 시공성이 우수하며, 시공후 구조 강도가 높고, 비틀림이나 파손의 발생을 최소화할 수 있는 인조목재를 제공할 수 있게 된다.
이 경우, 외층은, 목분 50~70중량부와, 폴리프로필렌수지와 폴리에틸렌수지로부터 선택되는 하나 이상의 합성수지 30~40중량부에 안료 5~10중량부를 부가하여 성형되며, 내층은, 목분 50~70중량부와, 폴리프로필렌수지, 폴리염화비닐수지, 폴리에틸렌수지, ABS수지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 합성수지 30~40중량부에 발포제 5~10중량부, 분산제 5~10중량부를 부가하여 발포 성형되는 것이 바람직하다.
본 발명의 인조목재 제조 방법에 따르면, 장섬유 투입파이프를 통해, 내층 내부에 배치되는 장섬유 다발을 내층 성형용 금형의 출구측에 인접한 부분에 투입됨으로서, 어느 정도 경화된 상태의 내층 성형물이 투입된 장섬유 다발을 끌고 금형으로부터 배출될 수 있도록 함으로서, 간단한 구성으로, 또한 효율적으로, 압출 성형되는 내층의 내부에 길이 방향으로 장섬유 다발을 배치할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 폐 합성수지 재료를 활용하여 저렴한 비용으로 제조할 수 있으면서도, 우수한 외관 특성을 갖으며, 휨강도가 높고, 선팽창계수가 낮아 시공성이 우수하고, 시공후 구조 강도가 높아 비틀림이나 파손의 발생을 최소화할 수 있는 인조목재를 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 목재와 유사한 비중을 가져 경량이면서, 휨강도가 높고, 선팽창계수가 낮아, 시공성이 우수하며, 시공후 구조 강도가 높고, 비틀림이나 파손의 발생을 최소화할 수 있는 인조목재를 제공할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 인조목재의 실시예를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 인조목재 제조 공정을 나타내는 공정도.
도 4는 내층성형용 금형의 내부에 장섬유 다발을 투입하는 구성을 설명하는 개념도.
도 5는 내외층 일체성형용 금형의 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 인조목재의 단면도로, 본 발명의 일 실시예에 따른 인조목재는, 목분과 합성수지를 혼합하여 성형되는 외층(1)과, 이중 압출에 의해 외층(1)에 일체로 성형되되, 재생 합성수지재에 목분을 혼합하여 성형되는 내층(2)과, 상기 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 배치되는 장섬유 다발(3)을 구비한다.
외층(1)은 일반적인 인조목재와 같이 순원료 상태의 합성수지를 적용하여 성형되는 바, 폴리프로필렌수지(PP), 폴리에틸렌수지(PE), 폴리비닐수지(PVC)로부터 선택되는 하나 이상의 합성수지 30~40중량부와, 목분 50~70중량부에 안료 5~10중량부, 자외선 차단제 1~5중량부, 왕겨 1~5중량부를 부가하여 성형되며, 1차적으로 성형되어 금형으로부터 배출되는 내층(1)의 외부에 이중 압출 공정에 의해 일체로 성형된다.
내층(2)은, 외부로 노출되지 않는 부분으로 상대적으로 저가의 재료로 구성되되, 외관 품질에 악영향을 미치지 않는 부분으로서 장섬유 등의 보강재가 배치되어 인조 목재의 전체적인 선팽창 팽창 계수나 구조 강도를 향상시키는 부분으로, 재생 합성수지 30~40중량부와, 목분 50~70중량부에 석회석, 방해석, 납석, 활석, 운모로부터 선택되는 하나 이상의 분말 5~10중량부를 부가하여 성형된다.
내층(2)에 적용되는 폐 합성수지는 PP 트레이, 시트 등을 후레이크 상태로 부순 합성수지계 원료가 재활용되며, 목분은 외층에 비해 상대적으로 저가의 목분을 적용하거나, 폐 목재를 분쇄하여 제조된 재생 목분을 적용한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 인조목재는, 목분과 합성수지를 혼합하여 성형되는 외층(1)과, 이중 압출에 의해 외층(1)에 일체로 성형되되, 목분과 합성수지의 혼합물을 발포제와 함께 발포하여 성형되는 내층(2)과, 상기 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 배치되는 장섬유 다발(3)을 구비한다.
외층(1)은 긁힘에 의한 손상을 방지하기 위해 종래 인조목재와 같이 솔리드형으로 성형되는 바, 목분 50~70중량부와, 폴리프로필렌수지와 폴리에틸렌수지로부터 선택되는 하나 이상의 합성수지 30~40중량부에 안료 5~10중량부를 부가하여 성형되며, 발포 성형되어 금형으로부터 배출되는 내층(1)의 외부에 이중 압출 공정에 의해 일체로 성형된다.
내층(2)은, 외부로부터의 긁힘에 영향을 받지 않는 부분에 해당되는 부분으로, 목분과 합성수지를 발포 성형함으로서, 인조목재의 전체적인 비중을 천연목재와 거의 동등한 수준으로 형성할 수 있도록 하는 층으로, 목분 50~70중량부와, 폴리프로필렌수지, 폴리염화비닐수지, 폴리에틸렌수지, ABS수지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 합성수지 30~40중량부에 발포제 5~10중량부, 분산제 5~10중량부를 부가하여 발포 성형된다.
상기 실시예들에 있어서, 합성수지와 타 재료 즉 목분과의 결합성을 향상시키기 위해 내층과 외층의 성형시 결합제를 1~5중량부 포함시키는 것이 바람직하며, 내층(2)은 플레이트나 봉과 같은 솔리드 형태로 형성하는 것도 가능하나, 동일 체적으로 충분한 휨 강성을 확보하기 위해서는, 도 1 및 도 2의 실시예에 도시된 바와 같이, 중공 형태로 성형하는 것이 바람직하며, 필요에 따라서는, 내층의 중공부에 적어도 하나 이상의 보강 리브(2a)를 일체로 성형한다.
내층(2)과 외층(1)은 서로 마주보는 판 형태로 성형하는 것도 가능하나, 외관 품질을 확보함과 동시에 상대적으로 경도가 낮은 내층을 외부로부터의 긁힘 등으로부터 보호하기 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이 외층(1)이 내층(2)을 전체적으로 감싸는 형태로 성형하는 것이 바람직하며, 바닥재과 같이 외부로부터의 손상될 우려가 없는 부분이 있는 부재에 적용되는 경우에는, 외층(1)이 내층(2)의 일부를 감싸도록 성형한다.
장섬유 다발(3)은, 온도에 따른 선팽창 계수 및 휨강도를 보강하기 위한 것으로서, 유리섬유, 미네랄 섬유, 폴리에틸린테레프탈레이트(PET) 섬유, 아라미드(Aramid) 섬유, 천연 섬유(Jute, Kenaf, Hemo, Flax 등), 엔지니어링 플라스틱 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 섬유로 이루어지되, 내층과 견고히 결합되어 일체화된 상태가 될 수 있도록, 합성수지에 의해 코팅된 상태로 상기 내층 내부에 배치되는 것이 바람직하다.
복수의 장섬유 가닥이 서로 꼬아진(twin) 상태로 형성되어. 코팅용 합성수지가 꼬인 상태의 내부까지 스며들도록 코팅되는 것이 바람직한 바, 이를 위해서는 꼬여져 있지 않은 상태의 장섬유를 적용하는 경우에는 이를 꼬면서 코팅하고, 긴밀하게 꼬여져 있는 상태로 제품화 되어 있는 장섬유를 적용하는 경우에는, 이를 어느 정도 풀어 장섬유 내부까지 코팅용 합성수지가 스며들 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 장섬유 다발(3)이 내층의 내부에 길이 방향으로 연속되게 배치되도록 하기 위해, 내층을 성형하기 위한 금형의 출구측에 인접한, 다시 말해, 성형물이 어느 정도 경화되어 투입된 장섬유 다발을 끌고 금형으로부터 배출될 수 있는 위치에서, 금형 외주면으로부터 금형 내부로 경사지게 투입되도록 함으로서, 간단한 구성으로, 압출 성형되는 내층의 내부에 길이 방향으로 장섬유 다발이 배치될 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 인조목재 제조 방법을 도 3의 공정도 및 도 4의 내층 성형용 금형의 단면도를 참조하여 상세히 설명한다.
공정도는 크게, 내층 성형공정(10), 장섬유 코팅공정(20), 외층 성형공정(30)으로 구분된다.
내층성형 공정(10)에서는, 내층의 압출공정과 내층 내부에의 장섬유 인서트 공정이 이루어지는 부분으로, 재생 합성수지 30~40중량부와, 목분 50~70중량부 및 분산제로서 탈크, 석회석, 방해석, 납석 활석, 운모 등의 규산염 광물이 5~10중량부가 투입된다.
목분과 합성수지를 마스터 배치(M/Batch)화하여, 다시 말해 비드화 하여 투입하거나 목분, 합성수지, 분산제 모두를 마스터 배치화 하여 투입한다.
압출 온도는, 금형의 도입부는 170~200℃, 성형부는 100~150℃, 냉각부 50~120℃로 조절되며, 장섬유 코팅공정(20)을 거친 장섬유 다발(3)은, 도 4에 도시된 바와 같이 내층(2)을 성형하기 위한 금형(11)에 설치되어 있는 장섬유 투입파이프(12)를 통해 투입된다.
장섬유 투입파이프(12)는 금형의 외부로부터 금형 내부 전방을 향해 경사지게 배치되는 경사부(12a)와 상기 금형 내부에 평행하게 배치되는 투입 안내부(12b)가 일체로 구성되어, 금형에 압입된다.
장섬유 투입파이프(12)를 통해 금형 내부에 투입된 장섬유 다발은 냉각부에 의해 어느 정도 경화된 상태의 성형물과 함께 금형(11)으로부터 배출된다.
미설명 부호 11a는 중공부를 형성하기 위한 코어를 나타낸다.
장섬유 코팅공정(20)은, 장섬유 다발이 내층과 견고히 결합되어 일체화된 상태가 될 수 있도록 합성수지로 코팅하는 공정으로, 장섬유로는 유리섬유, 미네랄 섬유, 천연 섬유, 엔지니어링 플라스틱 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 섬유가 적용되며, 폴리프로필렌수지 또는 폴리에틸렌수지를 결합보조제와 함께 투입하여 150~200℃의 온도로 가열(21)하여 내층 성형 공정(10)에 투입한다.
코팅된 장섬유 다발을 내층 성형 공정(10)에 직접 투입하지 않고 롤 형태로 권취하여 추후 사용하는 경우에는 50~100℃의 온도로 건조시켜 권취시킨다..
전술한 바와 같이, 복수의 장섬유 가닥이 서로 꼬아진(twin) 상태로 형성되어. 코팅용 합성수지가 꼬인 상태의 내부까지 스며들도록 코팅되는 것이 바람직한 바, 이를 위해서는 꼬여져 있지 않은 상태의 장섬유를 적용하는 경우에는 이를 꼬면서 코팅하고, 긴밀하게 꼬여져 있는 상태로 제품화 되어 있는 장섬유를 적용하는 경우에는, 이를 어느 정도 풀어 장섬유 내부까지 코팅용 합성수지가 스며들 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
외층 성형공정(30)은, 내층의 외부에 외층을 이중 압출에 의해 성형하는 공정으로, 폴리프로필렌수지와 폴리에틸렌수지로부터 선택되는 하나 이상의 합성수지 30~40중량부와, 목분 50~70중량부와, 안료 5~10중량부와, 자외선 차단제 1~5중량부와, 왕겨 1~5중량부를 투입하여 성형되는 바, 목분과 합성수지를 안료와 마스터 배치화하여 투입할 수도 있다.
압출온도는, 금형 도입부는 170~200℃, 성형부는 100~150℃, 냉각부 50~100℃로 조절되며, 각 안료의 베이스 수지의 점도차를 이용해 자연스런 물결무늬의 성형 또는 표면 엠보싱 성형하게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예로, 내외층 일체성형용 금형의 단면도를 나타내는 바, 외층(3) 성형용 금형과 내층(2) 성형용 금형이 일체로 형성되어, 내층 성형용 재료(2a)는 금형의 전방에서 투입되고, 외층 성형용 재료(3a)는 금형의 압출 방향에 수직으로 투입되는 실시예를 나타내는 바, 경사부(12a)와 투입 안내부(12b)가 일체로 형성된 장섬유 투입파이프(12)가 설치되는 것은 앞서의 실시예와 동일하며, 외층이나 내층의 초기 성형 부분에 장섬유 투입파이프가 관통되는 상태로 배치되지만, 투입파이프를 벗어난 지점은 내층 및 외층이 아직 완전히 경화되지 않은 상태이기 때문에, 금형 내의 압력에 의해 투입파이프에 해당되는 부분이 메꾸어져 투입파이프의 흔적은 사라지게 되며, 실험 결과에 따르면, 장섬유 투입파이프(12)의 설치에 영향을 받지 않고 매끈한 상태의 외관 표면을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.