본 논문은 EPP 비드폼에 대한 증기실 조형공정의 기본 원리들과 과정들에 대해 다루고 있습니다. 증기실 조형은 EPP 기술을 위한 필수적인 공정입니다. 그러나 증기실 조형의 공정조건에 대해 연구가 거의 이루어져 있지 않습니다. EPP 폼의 특징들은 에너지흡수, 다양한 충격보호, 가벼운 무게, 구조상의 견고성과 내구성 등이다. 본 연구에서는 증기실 조형에서 증기압을 변화시켜 EPP 폼 제작을 위한 최적조건을 찾고자 노력하였으며, 무엇보다 증기조형 제품의 수축을 방지하기 위하여 EPP 폼 조형후 노내 가열을 수행하였다. 다른 노내 가열 온도들에서 시간에 따라 무게가 바뀌는 것을 관찰함으로써 폼수축의 메커니즘을 확인하는 것이 가능하였다. 인장시험과 SEM 해석을 수행하여 이들 실험결과들을 뒷받침할 수 있었고, 다른 증기압들에서 조형된 제품들에 대해 치수안정성을 조사하였다.
본 논문은 EPP 비드폼에 대한 증기실 조형공정의 기본 원리들과 과정들에 대해 다루고 있습니다. 증기실 조형은 EPP 기술을 위한 필수적인 공정입니다. 그러나 증기실 조형의 공정조건에 대해 연구가 거의 이루어져 있지 않습니다. EPP 폼의 특징들은 에너지흡수, 다양한 충격보호, 가벼운 무게, 구조상의 견고성과 내구성 등이다. 본 연구에서는 증기실 조형에서 증기압을 변화시켜 EPP 폼 제작을 위한 최적조건을 찾고자 노력하였으며, 무엇보다 증기조형 제품의 수축을 방지하기 위하여 EPP 폼 조형후 노내 가열을 수행하였다. 다른 노내 가열 온도들에서 시간에 따라 무게가 바뀌는 것을 관찰함으로써 폼수축의 메커니즘을 확인하는 것이 가능하였다. 인장시험과 SEM 해석을 수행하여 이들 실험결과들을 뒷받침할 수 있었고, 다른 증기압들에서 조형된 제품들에 대해 치수안정성을 조사하였다.
This paper deals with the basic principles and procedures involved in the steam-chest molding process used for manufacturing expanded polypropylene (EPP) bead foam. Steam-chest molding is an integral process for EPP technology. However, little research has been carried out on the processing conditio...
This paper deals with the basic principles and procedures involved in the steam-chest molding process used for manufacturing expanded polypropylene (EPP) bead foam. Steam-chest molding is an integral process for EPP technology. However, little research has been carried out on the processing conditions for steam-chest molding this process. The characteristics of EPP foam are energy absorption, multiple-impact protection, low weight, structural strength, and durability. In this study, the steam pressure in steam-chest molding was varied to determine the optimum conditions for manufacturing EPP foam. Moreover, annealing was performed after EPP-foam molding to prevent the shrinkage of the steam-molded product. It was possible to verify the mechanism of foam shrinkage by observing the change in weight with time at different annealing temperatures. Moreover, a tensile test and scanning electron microscopy (SEM) analysis were performed to support these experimental results. The dimensional stability of each molded product was investigated at different steam pressures.
This paper deals with the basic principles and procedures involved in the steam-chest molding process used for manufacturing expanded polypropylene (EPP) bead foam. Steam-chest molding is an integral process for EPP technology. However, little research has been carried out on the processing conditions for steam-chest molding this process. The characteristics of EPP foam are energy absorption, multiple-impact protection, low weight, structural strength, and durability. In this study, the steam pressure in steam-chest molding was varied to determine the optimum conditions for manufacturing EPP foam. Moreover, annealing was performed after EPP-foam molding to prevent the shrinkage of the steam-molded product. It was possible to verify the mechanism of foam shrinkage by observing the change in weight with time at different annealing temperatures. Moreover, a tensile test and scanning electron microscopy (SEM) analysis were performed to support these experimental results. The dimensional stability of each molded product was investigated at different steam pressures.
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문제 정의
EPP 비드폼을 산업에 적용하기 위하여 기계적 성질과 치수 안정성이 중요하다는 것을 고려할 때, 본 연구은 증기실 조형의 원리를 이해하려고 하였고 최적의 성형조건들을 찾으려 노력하였다.
이 연구는 EPP 비드를 위한 증기실 조형공정의 원리와 절차에 대한 연구이다.
이후 세 종류의 EPP 비드 폼에 치수안정성 측정이 되었다. 이 연구에서 치수안정성을 비교하기 위한 방법으로, 비드폼의 비틀림 길이를 정의하고 측정하였다.
증기 조형후 조형된 폼의 시간 경과에 따른 무게 변화는 서로 다른 어닐링 온도에서 관찰되었다. 전자 주사 현미경(SEM) 분석은 내부 셀 구조 뿐만 아니라 증기 조형폼 비드 사이의 접점을 관찰하기 위해 실시되었다.
제안 방법
증기압이 최종 비드 폼에 기계적 성질에 미치는 효과를 연구하기 위해, Table 2 에 나타난 것처럼 다양한 값의 스팀 분사압이 사용되었다. 45 배 EPP 비드는 증기조형 후 3 시간 동안 80 ℃ 어닐링 처리 되었고, 그 후 비드폼을 시편으로 사용하여 인장시험이 실행되었다. Fig.
마지막으로 증기 압력이 치수 안정성에 미치는 영향은 EPP 비드의 증기실 조형을 통해 실험적으로 조사하였다.
본 연구에서 사용된 증기실 조형기계는(다보정밀, 한국) 실험실 규모의 기계로 고압 증기, 냉각수, 압축공기 파이프를 연결해 설치되었다. 금형 캐비티의 크기는 30 cm × 30 cm × 10 cm 였다.
이러한 현상의 원인을 규명하기 위하여, EPP 비드들은 SEM 분석되었다. Fig.
이론/모형
증기 압력이 기계적 성질에 미치는 효과를 연구하기 위한 목적으로 인장 실험이 ASTMD638-03 에 따라 실시되었다.
성능/효과
증기실 조형의 기본 과정 구성: 1) 주형 캐비티 안에 비드를 채움, 2) 고정된 주형으로 부터 1 차 스팀 분사, 3) 이동하는 주형으로 부터 2차 스팀 분사, 4) 주형의 양면에서 3차 증기 분사 5) 감압, 6) 수냉, 7) 잔여 수분을 제거하기 위한 진공, 8) 주형 개방 및 배기 감압 단계는 압력차를 이용, 비드를 추가 확장하기 위함이다.
2(a)의 오른쪽에 보여진 것처럼, 증기실 조형 직후 폼이 3 시간 동안 80℃ 에서 어닐링된 경우는 수축현상이 나타나지 않았다. 수축현상이 심하게 나타났던 30 배 와 45 배 폼들의 경우 조형직후 어닐링을 통하여 완성된 비드폼에 큰 결함을 줄 수 있는 수축현상을 상당히 감소시킬 수 있었다. 흥미롭게도, Fig.
어닐링 처리과정이 특히 고도로 팽창된 EPP 비드폼들의 수축을 방지하기 위하여 필요하다는 것을 고려하면, 고온(95oC 이하)에서의 어닐링 처리가 공정시간을 줄이기 때문에 적합하다는 것이 밝혀졌다.
증기압력은 증기실 조형에서 중요한 매개 변수이기 때문에 본연구에서 증기압력을 다양하게 변화시키면서 결과를 살펴 보았고 성형된 비드폼은 기계적 성질과 치수 안정성 등이 테스트 되었다.
증기조형 후의 어닐링 처리는 성형된 비드폼의 수축을 방지할 수 있었다. 그럼에도 불구하고 증기압 상태에 따라 근소한 휨이 발생하였다.
후속연구
이 연구결과는 경험이 부족한 엔지니어에게 쉽게 증기실 조형을 위한 최적의 조건을 찾는데 많은 도움을 줄 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
증기실 조형의 기본 과정 구성은?
증기실 조형의 기본 과정 구성: 1) 주형 캐비티 안에 비드를 채움, 2) 고정된 주형으로 부터 1 차 스팀 분사, 3) 이동하는 주형으로 부터 2차 스팀 분사, 4) 주형의 양면에서 3차 증기 분사 5) 감압, 6) 수냉, 7) 잔여 수분을 제거하기 위한 진공, 8) 주형 개방 및 배기 감압 단계는 압력차를 이용, 비드를 추가 확장하기 위함이다.
비드 확장과 소결의 원동력은 무엇인가?
게다가 증기는 비드 안으로 잘 확산되어 들어가며 셀 안에서 액화된다. 감압이 조형 캐비티에 적용되었을 때, 셀안의 물이 기화하여 압력 차이 때문에 부드러운 세포구조를 확장한다. 이것이 비드 확장과 소결의 원동력이다.
발포 폴리 프로필렌 비드폼 제조를 위한 증기실 조형공정에서 고온의 증기는 어떤 기능이 있는가?
발포 폴리 프로필렌 비드폼 제조를 위한 증기실 조형공정에서 고온의 증기는 비드를 가열하고 3차원의 조형 캐비티에서 비드를 소결하는데 효과적인 열매체로 작용할 수 있다.(1~3)
참고문헌 (10)
Mills, N. J. and Gilchrist, A., 1999, Cell. Polym., Vol. 18, No. 3, p. 157.
Suh, K. W., 1991, Handbook of Polymeric Foams and Foam Technology, Klempner, D. and Frisch, C., Eds., Hanser Publishers, Munich, Chapter 8, pp. 151-186.
Mills, N. J., 1997, Cell. Polym., Vol. 16, p. 194.
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