폴리우레탄 성형공정에서 자동 밀도 조절 시스템 개발에 관한 연구 ( )...

폴리우레탄 성형공정에서 자동 밀도폴리우레탄 성형공정에서 자동 밀도폴리우레탄 성형공정에서 자동 밀도폴리우레탄 성형공정에서 자동 밀도

조절 시스템 개발에 관한 연구조절 시스템 개발에 관한 연구조절 시스템 개발에 관한 연구조절 시스템 개발에 관한 연구

최종보고서최종보고서최종보고서최종보고서( )( )( )( )

2003. 10.2003. 10.2003. 10.2003. 10.

주관기관주관기관주관기관주관기관 :::: 주 디유티코리아주 디유티코리아주 디유티코리아주 디유티코리아( )( )( )( )위탁기관위탁기관위탁기관위탁기관 :::: 한국신발피혁연구소한국신발피혁연구소한국신발피혁연구소한국신발피혁연구소

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 폴리우레탄 성형공정에서 자동 밀도 조절 시스템 개발에 관한 기술“

지원 개발기간 과제의 최종보고서로 제출합니다”( : 2001.9.1 2003.8.30) .～

2003.10.31.2003.10.31.2003.10.31.2003.10.31.

주관기관 : 기관명 주 디유티코리아( )( ) 대표자( ) 정 용 채 인( )

위탁기관 : 기관명 한국신발 피혁연구소( ) ㆍ 대표자( ) 유 종 선 인( )

총괄책임자 : 정용채

연 구 원 : 최영욱

“ : 신상준

위탁총괄책임자 : 김명훈

연 구 원 : 노숭우

“ : 손재혁

“ : 김정민

산업기술개발사업 운영요령 제 조에 따라 보고서 내용을 관련기관에 널리 배포함에29

동의합니다.

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산업기술개발사업 보고서 초록산업기술개발사업 보고서 초록산업기술개발사업 보고서 초록산업기술개발사업 보고서 초록

관리번호관리번호관리번호관리번호

과 제 명과 제 명과 제 명과 제 명 폴리우레탄 성형공정에서 자동 밀도 조절 시스템 개발

키 워 드키 워 드키 워 드키 워 드 폴리우레탄 자동밀도조절/ /

개발목표 및 내용개발목표 및 내용개발목표 및 내용개발목표 및 내용

최종목표1.

포뮬레이션에서 밀도 비중 그리고 가스의 양을 측정하고 제어하는 자동P.U starting , ,

밀도 조절 시스템을 설계하여 저 중 고압 발포기에 적용할 수 있도록 개발한다.ㆍ ㆍ

자가 모니터링 기능으로 최적의 운전 환경을 보장할 수 있는 시스템 설계 및 개발-

유체의 특성과 무관하게 다양한 몰질- (Chocolate, Oils, Acids, Suspensions, Gases,

등 의 체적과 질량을 정확하게 측정할 수 있는 유연한 시스템 설계 및 개Gas mixtures )

발

개발내용 및 결과2.

과 을 개발Prototype Gas Charging System Gas Measurement System

- Hollow shaft, separate circulating pump, sparger type, Pressure Reducing valve

에 의한 방법 연구type Gas Charging

의- 5 300 micro size N～ 2 및 개발, Dry air Gas Charging Sparger system

반도체 를 이용하여 가스주입용 측정 시스템 제어부 설계 및 제작- Gas Sensor

설계 및 제작- Gas Charging system

내부에 의 발생 장치 및 기- Polyurethane Starting Formulation Optimal size Bubblel

포 분산 교반 시스템 개발

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를 통과하는 최적 가스량 측정 및 자동 밀- Sparger Polyurethane Starting Formulation

도 제어 시스템 개발

기대효과 기술적 및 경제적 효과3. ( )

신발제조설비는 신발에 사용되는 재료와 밀접한 관계가 있는데 이 과제에서는 미래에

사용이 예측되는 공정의 설비를 개발하였으므로 설비가 판매되면 이에 대응하여 소재가

계속적으로 공급되어야 한다 따라서 국내의 소재 업체와 긴밀히 협조하면 신발 소재산.

업의 매출향상이 기대된다.

적용분야4.

본 연구 개발을 통하여 신발과 관련된 산업 이외어도 여러 가직 산업 분야 즉 자동차

내장재 건축자재 가전 등에서 기술향상 및 경쟁력 향상에 기여하고 기타 응용에도 사, , ,

용될 수 있을 것으로 사료된다.

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목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법2222

제 절 개발목표 및 내용제 절 개발목표 및 내용제 절 개발목표 및 내용제 절 개발목표 및 내용1111

제 절 폴리우레탄에 대한 이론적 고찰제 절 폴리우레탄에 대한 이론적 고찰제 절 폴리우레탄에 대한 이론적 고찰제 절 폴리우레탄에 대한 이론적 고찰2222

제 절 방법에 관한 이론적 고찰제 절 방법에 관한 이론적 고찰제 절 방법에 관한 이론적 고찰제 절 방법에 관한 이론적 고찰3 Gas Charging3 Gas Charging3 Gas Charging3 Gas Charging

제 절 시스템 설계제 절 시스템 설계제 절 시스템 설계제 절 시스템 설계4444

제 절 시스템 제작 및 시험제 절 시스템 제작 및 시험제 절 시스템 제작 및 시험제 절 시스템 제작 및 시험5555

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

부록부록부록부록

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제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

폴리우레탄 중합법이 개발된 이후 우레탄이 신발 소재로 개발되기 시작한 것은

년 경 부터이다 이러한 기술은 더욱 발전하여 매우 다양한 시스템으로 개발되1967 .

고 빠르게 변화하는 신발 시장에 부응하는 소재로서 그 자리를 차지하고 있다 최.

근 신발 산업은 제품의 라이프 사이클이 빠르게 변화하고 시장에서 소비자의 요구

성능이 날로 고급화 되어가고 있기 때문에 항상 새로운 신소재 개발에 대응하여 제

조 설비 및 제조 공정의 변화가 신속하게 부응할 수 있어야 한다.

폴리우레탄 몰드 폼의 생산 시 최초의 포뮬레이션에 함유된 의 양에 따라 몰, GAS

드 폼의 폼 구조와 품질에 중요한 영향을 미치게 된다 용해된 가스와 갖혀 있는.

가스 거품들은 성분 혼합물의 비중과 밀도를 변화시킨다 한편 가스 주입은 핵화를.

도와주는 역할도 한다 생산된 몰드 폼 파트의 가시적인 비교만으로도 가스 주입의.

효과로 결론지을 수 있다 의 밀도를 가진 연질 폼의 생산 그리고 빠른 반. 1 Ib/Ft ,

응 속도를 가진 엘라스토머 파트의 생산에 있어서의 원료를 균일하게 완전히 주입

시키기 위해 혹은 공정에 의한 구성 성분의 밀도를 낮추기 위, LD-RIM LD-RRIM

해 기타 를 다른 로 대체하기 위하여 폴리우레탄 포뮬레이션, CFCS Blowing Agent

에 가스를 적용 정확한 측정법이 필요하다, .

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세계적으로 사용되고 있는 발포 방식은 저압 발포 시스템과 고압 발포 시스템P.U

으로 대별되며 자동차 가전 건축자재 등 신발을 제외한 모든 분야에서 고압으로, ,

대부분 대체 되었고 일부 저압 발포 시스템도 점차 고압으로 전환될 전망이다 이.

들 기존 고압 발포 시스템은 많은 장점을 갖고 있으나 국내에서 기술 개발은 아직

까지 시도 된 적이 없으며 국내에서는 초기 설비 투자와 기술개발에 따른 비용이,

많은 이유로 영세한 국내 설비 제조 업체에서 자력으로 개발하기는 어려운 실정이

다 이에 따라 현재 디유티 코리아에서는 용 고효율 중압 발. Multi Foam Mid-sole

포 시스템을 개발 중에 있지만 보다 완전한 폴리우레탄 제품을 생산하기 위해서는

자동밀도 조절 시스템에서 정확한 가스 측정과 주입을 필요로 한다 이러한 보조장.

치를 개발하여 에 적용함으로써 국가 경쟁력을 상승시킬 수 있는Foaming system

시스템이 되리라 예상된다.

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제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법2222

제 절 개발목표 및 내용제 절 개발목표 및 내용제 절 개발목표 및 내용제 절 개발목표 및 내용1111

개발목표개발목표개발목표개발목표1.1.1.1.

가 에서 질소 불활성 가스 또는 등을. Polyurethane Starting Formulation , Dry air

주입하여 의 밀도를 자동으로 조절하고 측정하는 자동 밀도 조절 시스Polyurethane

템 개발

나 고점도 범위 상태에서. (2000~3000 cps ) Polyurethane Starting Formulation

와 고속으로 가능한 시스템 개발Iso Mixing

개발내용개발내용개발내용개발내용2.2.2.2.

가 개발. Prototype Gas Charging System

1) Hollow shaft, separate circulating pump, sparger type, Pressure Reducing

에 의한 방법 연구valve type Gas Charging

의2) 5~300 micro size N2 및 개발, Dry air Gas Charging Sparger system

반도체 를 이용하여 가스주입용 측정 시스템 제어부 설계 및 개발3) Gas Sensor

설계 및 제작4) Gas Charging System

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나 및 상품화 개발. Gas Charging System Gas Measurement System

내부에 의 발생 장치1) Polyurethane Starting Formulation Optimal size Bubble

및 기포 분산 교반 시스템 개발

를 통과하는 최적 가스량 측정 및2) Sparger Polyurethane Starting Formulation

자동 밀도 제어 시스템 개발

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제 절 폴리우레탄에 대한 이론적 고찰제 절 폴리우레탄에 대한 이론적 고찰제 절 폴리우레탄에 대한 이론적 고찰제 절 폴리우레탄에 대한 이론적 고찰2222

폴리머폴리머폴리머폴리머1. (Polyner)1. (Polyner)1. (Polyner)1. (Polyner)

모든 화학약품의 기본적인 골격은 원자 로 구성되어 있는데 개 이상의 원자(Atom) , 2

로 결합된 물질을 분자라고 부르고 있다 모든 화학약품은 분자단위로 형성되어 있.

다 예로써 물은 한 개의 산소원자와 두개의 수소원자가 결합되어 한개의 분자를.

만든다 분자를 구성하고 있는 각각의 원자들 간에는 서로 잡아당기는 전기적인 힘.

이 있는데 이를 결합력 이라고 한다 원자들 사이에 쌍의 전자를(Bond Strength) . 2

공유하고 있는 분자결합을 이중결합 이라고 부르며 이중결합으로 결(Double Bond) ,

합된 분자에 열과 압력을 가하면 결합이 끊어지면서 다른 분자와 새로운 결합을 시

킬 수 있게 된다 새로운 결합을 활성화시키기 위해 촉진제로써 촉매를 사용할 수.

있다 이러한 원리를 이용하여 단분자 인 물질을 복잡한 구조를 갖는 고. (Monomer)

분자 혹은 물질로 전환시킬 수 있다 를 사용하여(High Molecule Polymer) . Monomer

화 시키는 반응을 중합 반응이라고 하며 단일 들Polymer (Polymerization) , Monomer

만으로 만들어진 를 라 부른다Polymer Copolymer .

그림 분자와 폴리머의 구조그림 분자와 폴리머의 구조그림 분자와 폴리머의 구조그림 분자와 폴리머의 구조2-12-12-12-1

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폴리우레탄 기본화학폴리우레탄 기본화학폴리우레탄 기본화학폴리우레탄 기본화학2. (Polyurethane Chemistry)2. (Polyurethane Chemistry)2. (Polyurethane Chemistry)2. (Polyurethane Chemistry)

가 폴리우레탄 이란. (Polyurethane) ?

그림 에 나타낸 것처럼 우레탄결합 은 활성 수산기 를 갖2-2 (Urethane Bond) (-OH)

고 있는 알콜과 이소시아네이트기 를 갖고 있는 이소(Isocyanate Group, -N=C=0)

시아네이트 가 부가중합반응 에 의해(Isocyanate) (Addition Polymerization Reaction)

반응열을 발생시키면 형성된다.

그림그림그림그림 2-2 Urethane Bond2-2 Urethane Bond2-2 Urethane Bond2-2 Urethane Bond

그림 에서 나타낸 것처럼 개 이상의 이소시아네이트기 를 갖고2-3 1 (NCO Group)

있는 이소시아네이트류와 개 이상의 수산기 를 갖는 알콜류를 다관능기1 (-OH)

라고 하며 관능기가 적정조건 하에서 고온의 열을 발산시키면서(Polyfunctional) ,

의 구조를 가진 화합물질을 생성시키는데 이것을 우레탄 결합[-NHCoo-]n

이라고 하며 이상의 분자가 결합된 것을 폴리우레탄(Urethane Bond) , 1000

이라고 한다(Polyurethane) .

그림그림그림그림 2-3 Polyurethane Formation Reaction2-3 Polyurethane Formation Reaction2-3 Polyurethane Formation Reaction2-3 Polyurethane Formation Reaction

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나 폴리우레탄의 부가반응. (Side Reaction)

폴리우레아 반응1) (Polyurea Reaction)

다관능 알콜과 반응한 는 동시에 물Isocyanate (H2 와 반응하여 우레아 와 이O) (Urea)

산화탄소(CO2 를 생성한다) .

그림그림그림그림 2-4 Polyurea Formation Reaction2-4 Polyurea Formation Reaction2-4 Polyurea Formation Reaction2-4 Polyurea Formation Reaction

알로파네이트 반응과 뷰렛반응2) (Allophanate & Biuret Reaction)

생성된 우레탄과 우레아에 남아있는 활성수소는 적절한 조건 하에서 과잉의 이소시

아네이트와 반응하여 알로파네이트와 뷰렛을 생성시키는 가교반응(Cross linking

이 진행된다Reaction) .

그림그림그림그림 2-5 Biurel & Allophanate Formation Reaction2-5 Biurel & Allophanate Formation Reaction2-5 Biurel & Allophanate Formation Reaction2-5 Biurel & Allophanate Formation Reaction

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우레티딘디온 및 이소시아누레이트반응3) (Uretidinedion & Isocyanurate Reaction)

이소시아네이트들은 염기성 촉매하에서 반응하여 라는 우레티딘디온과Dimer Trimer

라는 이소시아누레이트가 만들어진다 는 방향족 이소시아네이트. Dimer (Aromatic

에서 생성되며 예로 인 디페닐메탄 디이소시아Isocyanate) , Monomeric MDI 4, 4' -

네이트 는 상온에서 방치시 천천히( 4, 4' -Diphenlymethane Diisocyanate) Dimer

화되어 고온에서도 불용성인 고분자 물질이 형성된다 그림(Polymer) ( 2-6).

그림그림그림그림 2-6 Dimer Formation Reaction2-6 Dimer Formation Reaction2-6 Dimer Formation Reaction2-6 Dimer Formation Reaction

이소시아누레이트 는 지방족 및 방향족 이소시아(Isocyanurate) (Aliphatic) (Aromatic)

네이트를 가열함으로써 생성되며 이 반응은 염기성 촉매에 의해 가속화된다 그림, (

2-7).

그림그림그림그림 2-7 Trimer Formation Reaction2-7 Trimer Formation Reaction2-7 Trimer Formation Reaction2-7 Trimer Formation Reaction

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폴리우레탄 원료3. (Polyurethane Raw Materials)

가 이소시아네이트 디페닐메탄 디이소시아네이트. (Isocyanate), (Diphenylmethane

diisocyanate(MDI)

아날린 과 포름알데히드 가 축합 되어 생성된(Anilne) (Formaldehyde) (Condensation)

디페닐메탄디아민 에 포스겐(MDA, Diphenylrnethane Diamine) (Phosgene, COC12)

을 처리 포스겐화 하여 얻어지는 물질이 이다 그림 반응생( , Phosgenation) MDI ( 2-8).

성물은 그림 에서와 같이 여러종류의 이성체 및 다핵체를 포함하지만 이것을2-9 ,

정제하면 혹은 로 분리된다 는 상온에서 백Pure MDI ( Crude MDI) . Monomeric MDI

색 고체이기 때문에 카르보디이미드 변성 혹은 우레톤이민(Carbodiimide) MDI

변성 와 같은 액상 으로 변성시켜 사용한다 그림(Uretonimine) MDI (Liquid) ( 2-10).

그림 제조공정그림 제조공정그림 제조공정그림 제조공정2-8 MDI2-8 MDI2-8 MDI2-8 MDI

그림 이성체그림 이성체그림 이성체그림 이성체9999

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그림 변성그림 변성그림 변성그림 변성10 MDI10 MDI10 MDI10 MDI

는 상온에서 액체이며 제품의 평균관능기수는 수준이고 점Polymeric MDI , 2.3~3.0

도 와 반응성 함량에 의해 특성화 된다 제품의 점도는 제품의 평(Viscosity) , NCO% .

균분자량 및 함량에 의해 좌우된다 는 스판덱스NCO% . Monomeric MDI (Spandex),

합성피혁 엘라스토머 코팅 및 실란트 등 주(Leather) (Elastomer), (Coating) (Sealant)

로 무발포 폴리우레탄에 사용된다 는 냉장고 컨테이너 스프레이. Polymeric MDI , ,

건축용 단열재 제조 및 자동차의 내장재 제조등 주로 발포 폴리우레탄 폼(Spray),

제조에 널리 사용된다 와 의 물성을 비교하면 다음. Polymer MDI Monomeric MDI

표 과 같다1 .

표 와 의 비교표 와 의 비교표 와 의 비교표 와 의 비교1 Polymer MDI Monomeric MDI1 Polymer MDI Monomeric MDI1 Polymer MDI Monomeric MDI1 Polymer MDI Monomeric MDI

Monomeric MDI Polymeric MDI

분자량 250.3 360~400

성상 실온( ) 고체 액체

색상 백색 담황색~ 갈색

비중 1.19 at 40℃ 1.24 at 25℃

점도(cps at 25 )℃ - 100~3000

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나 폴리올. (Polyol)

폴리올은 분자중에 수산기 혹은 아민기(Hydroxyl Group, -OH) (Amino Group,

를 개이상 갖는 다관능 알콜 또는 방향족 아민등의 개시제-NH2) 2 (Multifunctional)

와 산화프로필렌 또는 산화에틸렌(Initiator) (Propylene Oxide, PO) (Ethylene Oxide,

을 적정 조건하에서 반응시켜 얻어지는 물질로써 폴리우레탄 제조에 필수적인EO) ,

원료이다 폴리올은 크게 폴리에테르 폴리올 과 폴리에스테르 폴. (Polyether Polyol)

리올 로 분류하여 사용하는 용도에 알맞게 개시제 및 제품의 분자(Polyester Polyol)

량을 변화시켜 사용하고 있다 개시제와 산화알킬렌의 종류에 따라 다양한 의. User

요구에 알맞는 폴리올제품을 만들 수 있다 또한 사용하는 산화알킬렌의 투입량을.

조절함으로써 제품의 점도 및 분자량을 조절할 수 있다.

폴리에테르 폴리올1)

가 연질 및 엘라스토머 폴리우레탄용 폴리올)

기초 폴리올 (Base Polyol)①

이 분야에 사용되는 폴리올들은 주로 글리세린이나 트리메칠을 프로판과 같은 관3

능기인 제품이 주로 사용되며 고신율 폼과 엘라스토머 제조에는 글리콜과 같은, 2

관능기의 제품도 사용된다 사용되는 폴리올은 분자량이 수준이며 글. 3000~8000 ,

리세린과 같은 개시제에 산화프로필렌을 반응시켜 제조하나 일부제품은 까5-20%

지 산화에틸렌을 공중합시켜 제조하기도 한다 용도로는 슬래브스톡폼 시트 몰드. ,

폼 과 같은 접착제 코팅용으로 사용된다, TPU, RIM Elastomer, , .

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폴리머 폴리올 (Polymer Polyol)②

코폴리머 폴리올 이라고도 부르며 일반적으로 연질 몰드폼 또(Copolymer Polyol) ,

는 연질 슬래브스톡 고탄성 폼의 경도와 탄성을 높이기위해 분자량이 이상인4,800

글리세린을 개시제로 한 기초 폴리올에 폴리비닐 충전제 를 분산시(Polyvinyl Filler)

키거나 접붙이기 하여 제조한 불용해 안정성 현탁액을 폴리머 폴리올(Graft)

이라고 한다(Polymer Polyol) .

나 경질 및 엘라스토머 폴리우레탄용 폴리올)

단열재로써 뿐만아니라 구조재의 역할을 하고 있는 경질폴리우레탄은 사용되는 개

시제의 종류 분자량 관능기수 및 제품의 점도에 따라 사용분야를 달리한다 경질, , .

폴리우레탄용 폴리올은 지방족 폴리올 과 방향족 폴리올(Aliphatic Polyol) (Aromatic

로 구별된다Polyol) .

지방족 폴리올 (Aliphatic Polyol)①

건자재 컨테이너 냉장고 등의 단열재 가구류 및 건축용 판넬 등의 보강재, , , Spray ,

로 사용된다 단열성 향상보다는 기계적 강도개선 및 치수안정성 개선등에 사용된.

다 의 점도조절 및 생산성 향상을 위해 사용된다. System . Glycerine, Sorbitol,

등이 지방족 폴리올의 대표적인 개시제이다 그림Pentaerythritol ( 2-11).

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그림 대표적인 개시제그림 대표적인 개시제그림 대표적인 개시제그림 대표적인 개시제2-11 Aliphatic PoIyol2-11 Aliphatic PoIyol2-11 Aliphatic PoIyol2-11 Aliphatic PoIyol

방향족 폴리올(Aromatic Polyol)②

냉장고 컨테이너 및 분야에서 제품의 단열성능을 향상시키고자 사용한다, Spray .

등이 방향족 폴리올의 대표적인 개시제이Toluenediamine, Diaminophenylmethane

다 그림 단열재의 개발시에는 지방족 폴리올과 방향족 폴리올을 단독으로. ( 2-12).

사용하지 않고 이들 두가지 의 폴리올을 요구물성에 맞춰 적정한 비율로 혼합, Type

하여 처방 개발에 활용한다.

그림 대표적인 개시제그림 대표적인 개시제그림 대표적인 개시제그림 대표적인 개시제2-12 Aromatic Polyol2-12 Aromatic Polyol2-12 Aromatic Polyol2-12 Aromatic Polyol

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폴리에스테르 폴리올2) (Polyester Polyol)

일반적으로 널리 사용되고 있는 폴리에스테르 폴리올은 이염기산 아디핀산( , Adipic

과 글리콜 이나 트리올 과의 탈수축합반응에 의해 제조되며 얻어Acid) (Glycol) (Triol) ,

지는 폴리에스테르 폴리올의 성상 물성은 사용되는 산 폴리올의 종류 분자, (Acid), ,

량에 따라 다양하게 변화한다 아디핀산과 디에틸렌글리콜의 탈수축합반응 제조한.

폴리에스테르 폴리올은 액상이기 때문에 폴리우레탄폼용으로 사용하고 있다 폴리.

에스테르 폴리올의 일반적인 조성과 용도는 표 과 같다3 .

표 폴리에스테르 폴리올의 조성자 용도표 폴리에스테르 폴리올의 조성자 용도표 폴리에스테르 폴리올의 조성자 용도표 폴리에스테르 폴리올의 조성자 용도2222

조성 수산기가 용도

디올(Diol)

에틸렌아디페이트50~120 주형용 엘라스토머

부틸렌아디페이트 50~120 열가소성엘라스토머

에틸레 부틸렌아디페이트, 50~120 인조피혁 합성피혁,

헥산아디페이트1,6- 50~120 코팅제 접착제 도료 등, ,

디에틸렌아디페이트 30~64 연질폼 엘라스토머,

폴리올(PoIyol)

에틸렌클리콜 디에틸렌글리콜,130~140 도료

아디핀산 프탈산, 350~450 반경질폼 경질폼,

폴리에스테르 폴리올은 중에 에스테르기 를 반복단위로써 함유하는Chain (-CO-0-)

고분자화합물이고 말단에 수산기를 갖는 것을 말한다.

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폴리우레탄 발포기폴리우레탄 발포기폴리우레탄 발포기폴리우레탄 발포기4.4.4.4.

가 폴리우레탄 발포기의 분류.

수작업 실험용 발포1) Hand Mixing : ,

이동용 건축용 외부 벽체 지붕 등2) Spray machine : , ,

저압 발포기 고압 발포기3) /

연속식 발포라인4)

나 폴리우레탄 발포기의 특징.

1) Hand Mixing

영세한 업체에서 액 과 액 을 일정량 섞어서 전기 드A (Isocyanate) B (Poyol + others)

릴이나 모터의 회전을 이용해 기계적인 혼합하는 것으로 연구소 등에서 에Polyol

각종 부원료를 혼합하거나 두원액 을 간편하게 혼합하여 반응시간 기타 특성(A,B) ,

등을 확인할 때 이 방법을 사용한다 혼합비 및 용량을 육안 또는 전자저울 등으로.

확인할 수 있다.

이동용 설비2) Spray machine (Gusmer )

벽체나 창고 탱크 등 대부분 야외 작업이나 여건이 어려운 장소를 이동하면서 작,

업이 용이하고 가격이 저렴하나 부품 소모가 과다한 단점이 있다 또한 간단한 스, .

프레이 작업에 용이하나 온도 조절 및 믹싱부분의 잦은 고장으로 다소 불편한 점이

있으며 비율조정 및 용량 조절이 어렵다, .

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저압 발포기3)

가지 성분을 각각의 탱크에 저장이 가능하며 의 저압으로2 (POL+ISO) , 3 ~ 5 bar

의 정밀한 체적 단위 부피 이송할 수 있다 챔버안에서Viking Gear Pump ( ) . 6,000

의 모터에 의해 믹서를 회전시켜 기계적인 혼합하는 것으로~ 5,000 r.p.m Cream

이전에 혼합 후 챔버와 믹서 사이의 잔량을 세척해 주는 공정Time (Air Solvent→

순 이 반드시 필요하다 저압 발포기의 장점으로는 가격이 고압보다 상대적Air ) .→

으로 저렴하고 노즐에 호스 파이프 등의 연결사용 가능하며 메틸렌 크로라아, , , MC(

드 프레온 등의 대신 온수로 세척이 가능하다 또한), CFC( ) Solvent . Hand Mixing

및 보다 정확한 혼합을 할 수 있으며 용량 및 혼합 비율을 쉽게 조절하고 근Spray ,

사치 유지를 할 수 있다 저압 발포기의 단점은 발포 공정 후 반드시 헤드 내부를.

세척해야 된다는 것이고 등의 세척 공정으로 환경오염문제 정확한 용량MC, CFC ,

과 혼합비율이 고압보다 상대적으로 부정확하다 또한 원료 손실이 많고 세척에 필. ,

요한 세척제 가 별도로 소모되며 헤드 경화 및 불량률이 높다는 것이다(MC, CFC) .

고압 발포기4)

이중 쟈켓 탱크에 의한 온도 조절이 가능하며 독일 사Rexroth Axial Piston Pump

전세계 공통 로 정밀 이송을 할 수 있다 또한 믹싱 헤드에서 의( ) . 150 ~ 200 bar

고압으로 가지 원료를 혼합하며 혼합비의 미세 자동조절 완전 자동 공정이 가능2 ,

하다 고압발포기의 장점으로는 정확한 온도 조절 가능하고 발포 후 세척 공정이. ,

없다 또한 원료의 혼합 비율과 용량을 쉽게 조절할 수 있으며 한개의 발포기에 여.

러 개의 헤드를 장착할 수 있다 동시 발포 불가 고압발포기의 단점으로는 상대적( ).

으로 가격이 비싸며 중량이 무거워 이동이 자유롭지 않고 헤드 입구에 호스 등을,

연결하기 어렵다는 것이다.

- 22 -

제 절 방법에 관한 이론적 고찰제 절 방법에 관한 이론적 고찰제 절 방법에 관한 이론적 고찰제 절 방법에 관한 이론적 고찰3 Gas Charging3 Gas Charging3 Gas Charging3 Gas Charging

방법1. Existing Gas Charging

화학자들에 의해 초기에 제안된 가스를 주입하는 간단하고 값싼 방법은 믹싱 헤드

의 믹싱 챔버로 가스를 직접 주입하는 것이다 그러나 성분 혼합물은 믹싱 챔버내.

에 균일하지 않거나 세분화 가루 하는 방법으로 방치되고 이것은 균일하고 정확한( ) ,

유출에 불리한 영향을 미친다 그 결과 장비 개발업체는 신뢰성있는 방법으로 가스. ,

를 투입하는 수많은 설계를 개발했다 그림 은 믹서의 를 통한 가. 2-13 hollow shaft

스 주입 방법을 보여준다.

그림그림그림그림 2-13 Gas charging methods(1)2-13 Gas charging methods(1)2-13 Gas charging methods(1)2-13 Gas charging methods(1)

- 23 -

그림 는 의 앞 뒤 또는 내부에 가스를 주입하는2-14 Separate circulating pump ,

방법을 보여준다.


그림 은 인라인의 그때 그때 즉시 처리하는 믹서 앞부분의 펌퍼 흡입부에 위2-15 ( )

치한 살포기 의 마이크론의 작은 구멍을 통하여 가스를 주입하는 방법(sparger) 300

을 보여준다.


- 24 -

그림 는 압력 감소 벨브 를 사용하여 가스를 주입하2-16 (Pressure Reducing vavle)

는 방법을 보여준다.


각각의 방법은 가능한 한 빠르게 가스를 주입하려고 시도하였지만 기포의 크기 혹,

은 이산정도를 고려하지 못한 단점이 있다.

2. Existing Gas Concentration Measurement Systems2. Existing Gas Concentration Measurement Systems2. Existing Gas Concentration Measurement Systems2. Existing Gas Concentration Measurement Systems

포뮬레이션내에 가스의 양을 측정하는 방법은 매우 다양하다 그림 는 소스에. 2-17

서 물질을 통과하여 검출기에 이르도록 빔을 방사시키는 밀도 측정시스템을 보여준

다 밀도가 증가함으로써 검출 된 빔의 방사도 증가한다 이 장치는. . NRC(Nuclear

승인이 요구된다Regulatory Commission) .

- 25 -

그림그림그림그림 2-17 Gas concentration measuring system2-17 Gas concentration measuring system2-17 Gas concentration measuring system2-17 Gas concentration measuring system

그림 은 고정된 높이 의 크기의 용기에 가스가 주입된 액체를 주입함으로써2-18 h

밀도를 측정하는 방법을 보여준다.


- 26 -

수압기 는 자동적으로 압력계 에서 검출하고 이 압력계는p (pressure transducer) ,

증폭기와 를 통하여 아래 관계와 같이 밀도를 계산한다PLC .

그림 은 포인트2-19 X1에서 X2로 움직일 때 피스톤은 가스가 주입된 액체를 P1에

서 P2로 압축하는데 사용된다 보일러의 법칙을 사용하면 밀도 계산식은. ,

P1V1=P2V2 이다.


- 27 -

그림그림그림그림 2-20 Gas concentraion measuring system Coriolis density meter2-20 Gas concentraion measuring system Coriolis density meter2-20 Gas concentraion measuring system Coriolis density meter2-20 Gas concentraion measuring system Coriolis density meter

그림 은 코리올리 밀도 계량기를 보여준다 이 유닛은 저핵화 레벨에서는 정2-20 .

확하지 않다 앞에서 살펴본 모든 시스템과 장점들이 다 알려져 있음에도 대다수의.

화학자들은 밀도를 측정하는데 방법을 여전히 신뢰하고 있다 그 이유"open cup" .

는 다음과 같다.

가 실 대기압에서의 밀도를 제공하지 못함.

나 높은 가격.

다 불편함.

라 환경 친화적이지 않음.

마 저 핵화 레벨에서 과는 전혀 관련 없음. "open cup"

- 28 -

위 딜레마를 극복하기 위하여 은 아래의 특징을 제공하는 핵화 측, Gusmer-Admiral

정 시스템과 가스 주입 시스템을 개발하여 판매하고 있다.

가 방법을 주장. open cup"

나 마이크론 가스 기포의 주입과 제어 가능. 0.5

다 조정 불필요. (calibration)

라 시 고정밀도 제공. Higher Gas Loading

마 과 응용에 사용 가능. RIM R-RIM

바 환경 친화적.

사 작동에 경제적.

아 적절한 가격.

자 머신 시스템에 다시 적용 가능. Poly

핵화는 포뮬레이션에서 작고 동일한 기포를 형성함에 있어Polyurethane starting

최종 제품에 양호한 구조를 형성하는데 도움을 주기 위해서 불용해성 기포를 분산

시키는 것으로 정의할 수 있다.

핵화의 범위는 폴리머 매트릭스를 형성하는 수많은 요인들 중의 하나이며 다른 요,

인은 아래와 같다.

가 폴리머에 용해된 가스의 양.

나 반응동안에 생성된 가스의 양.

다 가스가 성장셀 에 돌입하는 비율. (growing cell)

라 양호한 상품을 얻기위한 셀의 겔화 시간. (freezing)

- 29 -

최종 폴리머 메트릭스에서 최종 셀 크기와 셀 카운트는 액체 폴리머에서 불용해성

가스의 적절한 분산과 직접적으로 관련이 있음을 보여준다 불용해성 가스에 거품.

이 생성된 성분중에 농축된 기포는 평균 기포 범위의 곡선에 반비례한다RIM .

켈빈은 년에 작은 가스 기포가 큰 가스 기포보다 더 빠르게 분산시킬 것이라1871

고 언급했다 라플라스는 가스 기포의 임계범위는 액체의 표면장력에 비례P.S. De

하고 압력은 만큼 떨어진 값에 반비례한다는 것을 언급했다, p .△

임계 범위보다 작은 기포는 흡수가 발생한다 임계 범위보다 큰 기포는 액체로부터.

가스의 확산작용이 발생한다 기포가 증가한다는 것을 나타내는 식은 아래와 같다. .

다음은 기포가 같은 크기를 유지하는 것을 나타낸다.

- 30 -

다음은 기포가 작아지는 것을 나타낸다.

그림 는 식에 도달하는데 요구되는 관계와 계산을 보여준다2-21 La Place .

그림그림그림그림 2-21 Insoluable gas bubble2-21 Insoluable gas bubble2-21 Insoluable gas bubble2-21 Insoluable gas bubble

PV work is needed to expand or contract the bubbleδ

PdV work for a spherical bubble = daδ δ

where : = surface tension of liquidδ

da = surface area of sphere = 8 rdrπ

da = volume of a sphere = 4π r2dr

Substitution : (Pi - Po)4 rπ2dr= δ rdrπ

- 31 -

rc = 2 overδ Pi - Po Laplace equation

위 식으로부터 결론은 용해되지 않는 가스를 효과적으로 주입하는 것은 아래와 같

은 점을 요구한다는 것이다.

가 마이크론 크기의 기포를 발생할 수 있는 장치.

나 기포가 공기와 유착하는 것을 막기 위하여 액체 표면 에. (on top of the liquid)

적어도 의 가스로 덮을 수 있을 것70 psig

다 폴리올내에 기포를 적절하게 분산시킬 수 있는 교반기와 같은 적절한 방법.

라 살포기 를 통과하는 적당한 양의 가스를 측정할 수 있는 장치. (sparger)

마 일정한 가스 압력을 유지할 수 있는 압력 레귤레이터.

- 32 -

그림 는 요구되는 가스 흐름 제어 스키메틱과 장치를 보여준다2-22 .

그림그림그림그림 2-22 Gusmer-Admiral, Inc. gas flow control schematic2-22 Gusmer-Admiral, Inc. gas flow control schematic2-22 Gusmer-Admiral, Inc. gas flow control schematic2-22 Gusmer-Admiral, Inc. gas flow control schematic

- 33 -

제 절 시스템 설계제 절 시스템 설계제 절 시스템 설계제 절 시스템 설계4444

시스템 개요1.

그림 은 발포기 전체 시스템을 나타낸 것이다 발포기 시스템은 아래2-23 P.U . P.U

그림과 같이 개의 로 구성된다11 Component .

그림 발포기 시스템그림 발포기 시스템그림 발포기 시스템그림 발포기 시스템2-23 P.U2-23 P.U2-23 P.U2-23 P.U

각 는 아래와 같다Component .

Mix Head①

Hydraulic Unit②

Control Panel③

Metering Pump④

Safety valve⑤

Filter⑥

Tank⑦

- 34 -

Heat Exchanger⑧

Refrigerating Machine⑨

N⑩ 2 Gas or Dry Air Insert

Auto filling from drum⑪

본 연구 과제에서 수행한 부분은 N⑩ 2 즉 자동밀도 조절Gas or Dry Air Insert ,

시스템을 개발하는 것으로 상세한 구성도는 그림 에 나타내었다2-24 .

그림 자동밀도 조절 시스템그림 자동밀도 조절 시스템그림 자동밀도 조절 시스템그림 자동밀도 조절 시스템2-242-242-242-24

그림 에 나타낸 것처럼 자동밀도조절 시스템은 개의 로 구성된2-24 17 Component

다 아래 각 를 나타내었다. Component .

Geared Motor①

Polyol Tank(60L)②

- 35 -

Ball Valve(50A)③

Edge Filter(240, 60M)④

Feeding Pump(Viking, HL-32, 40A)⑤

Motor(3PH, 6P, 0.75Kw)⑥

Pressure G/G (( 100, 10K)⑦ φ

Relief Valve(10K)⑧

Throttle Valve⑨

Flow Meter(PRO83M)⑩

Check Valve⑪

Hose⑫

Air Regulator(10K)⑬

N⑭ 2 Gas Tank(30K)

Homonizer(Rotor & Stator, 34)⑮ φ

Motor(3PH, 2P, 0.75Kw)⑯

Ultrasonic Horn(20-50KHz, 600-1200W)⑰

2. Coriolis mass flow meauring system(Promass 83M)

은 액체나 개스의 질량유량을Coriolis mass flow meauring system(Promass 83M)

측정하며 모든 산업 분야에 널리 사용이 가능한 신 질량유량계이다, . Promass

은 두개의 직관형으로 구조 된 탄탈륨 측정판 센서는 프로세스 공정의 압력 범83M

위가 까지 가능하다 의 적용 대상은 압축된 천연가스 무색350 bar. . Promass 83M ,

유독가스 프로겐 와 치약 식용 오일유 식초 및 식품첨( :Phosgene) , (Vegetable oils),

가제 케첩 마요네즈에 적용할 수 있는 질량유량계이다, , .

- 36 -

가 질량유량계의 특징.

모든 산업1) 문야의 프로세스에 맞는 최적의 시스템 장착Balanced dual-tube

높은 진동에 대한 면역성 을 가짐2) (High vibration immunity)

직경3) DN 8...100

간단한 셋업기능으로 공장의 생산원가 비용 절감4)

정밀한 디자인으로 설치 공간의 축소5)

측정 유체의 성질에 상관없이 정확한 측정이 가능6)

산업 현장에 알맞은 위생적 디자인을 갖춤 인증7) :3A

으로 양질의 우수한 제품의 생산이 가능8) CIP/SIP cleaning ,

견고한 필드하우징 알루미늄 스테인레스스틸9) : , , IP 67 protection

빠른 셋업 메뉴로 공장의 의 가속화10) commissioning

모든 프로세스 제어 시스템의 인터페이스 구현가능11) :HART,

PROFIBUS-PA/-DP, FOUNDATION Fieldbus

방폭인증12) (Ex approvals)

멀티기능 유량 질량 제적 밀도 온도의 동시 측정 가능13) (Multifunctional): ( , ), ,

높은 정확도 보장14) (High accuracy)

- 37 -

나 측정원리.

측정원리는 제어 가능한 코리올리스 힘을 바탕으로 하고 있다 이 힘은.

과 움직임이 동시에 발생할 경우에Translational(straight line) angular(rotational)

항상 나타난다 이 힘을 수식으로 표시하면 아래와 같다. .

= Coriolis force

= mass of moving body

= angular velocity

= radial velocity in a rotating or oscillating system

Schematic diagram of a measuring tubeSchematic diagram of a measuring tubeSchematic diagram of a measuring tubeSchematic diagram of a measuring tube

(longitudinal cut)(longitudinal cut)(longitudinal cut)(longitudinal cut)

그림그림그림그림 2-25 Coriolis forces2-25 Coriolis forces2-25 Coriolis forces2-25 Coriolis forces

- 38 -

코리올리스 힘의 크기는 질량 과 속도m over△ → v 의 움직임에 따른다 따라서.

이를 질량유량 라고 명한다 는 각속도 대신(mass flow) . Promass sensor over→ ω

에 진동 을 사용한다 그림 에서와 같이 에는 두개(oscillation) . 2-26 Promas sensor

의 측정 튜브가 있는데 이 튜브가 반대위상으로 진동한다 이때 측정 튜브Parallel , .

에서 생성되는 코리올리스 힘은 튜브 진동에 의해 발생되는 위상천이로 부터 측정

된다 질량의 흐름이 없을 경우에는 두개의 튜브는 그림 의 과 같은 위상으. 2-26 1

로 진동한다 또한 질량의 흐름이 생겼을 경우에는 튜브의 진동은 그림 의. 2-26 2

와 같이 에서 감속하고 과 같이 에서 가속된다inlet , 3 outlet .

그림 측정원리그림 측정원리그림 측정원리그림 측정원리2-262-262-262-26

- 39 -

위상차 는 질량 유량의 증가에 따라 동일하게 증가한다 일(phase difference(A-B)) .

렉트론다이나믹 센서는 과 에서 튜브 진동을 기록한다 시스템 밸런스는inlet outlet .

두개의 튜브의 반위상 진동에 의해서 보장된다 측정원리는 온도measuring .

압력 점도 전도율 그리고 유량(temperature), (pressure), (viscosity), (conductivity),

프로파일을 각각 독립적으로 동작하도록 설계되어있다.

다 측정시스템.

측정 시스템은 트랜스미터 와 센서 로 구성된다 이 시스템은 두(transmitter) (sensor) .

가지로 이용이 가능하다 하나는 이고 다른 하나는. compact version , remote

이다 컴팩 버전은 하나의 유닛에 트랜스미터와 센서가 같이 부착되어 있는version .

것이고 리모터 버전은 트랜스미터와 센서가 각각 분리되어 있는 것이다 트랜스미, .

터는 과 이 있다 센서는 의 네가지 종류Promass80 Promass83 . Promass F, M, A, I

가 있다 본 연구과제에서 트랜스미터는 을 센서는 형을 선. Promass83 , Promas M

정하였다 선정한 이유는 은 이고 은 이. Promass 80 Two-line , Promass83 four-line

기 때문이다.

입력1)

가 측정 변수)

위상차에 비례- Mass flow( )

측정튜브의 공진주파수에 비례- Fluid density( )

- Fluid temperature

- 40 -

나 측정 범위)

액체에 대한 측정범위-

가스에 대한 측정범위-

는 가스의 밀도에 좌우된다 를 계산하는 식은Full scale values . Full scale values

아래와 같다.

=

= Max. full scale value for gas (kg/h)

= Max. full scale value for liquid(kg/h)

= Gas density in (kg/m3) under process conditions

다 입력신호)

상태 입력 보조입력 은 동전기에 의하여( ) 3~30 V DC, Ri 으로 격리되어 있= 5 k Ω

다. totalizer(s) reset, positive zero return, error-message reset, zero point

로 구성할 수 있다adjustment .

- 41 -

입력전류도 동전기에 의하여 격리되어있고 를 선택 할 수 있으며, Active/passive

은 이다resolution 2 A .μ

- active : 4~20mA, Ri 150 , U≤ Ω out = 24 V DC

- passive : O/4~20mA, Ri 150 , U≤ Ω max = 30 V DC

출력2)

출력전류는 동전기에 의하여 격리되어있고, time constant (0.05~100s), fulle

를 선택할 수 있다 또한 온도계수는 전형적으로scale value, Active/passive .

이고 은 이다0.005% , resolution 0.5 A .μ

- active : 0/4~20mA, RL<700 (for MART : RΩ L 250≥ Ω

- passive : 4~20mA, max.30 V DC, Ri 150≤ Ω

가 펄스 주파수 출력) / (Pulse/frequency)

펄스 주파수 출력는 동전기에 의하여 격리되어있고 를 선택할 수 있/ , Active/passive

다.

- active : 24 V DC, 25mA,(max.250mA), RL>100Ω

- passive : open collector, 30 V DC, 250mA

나 스위칭출력)

스위칭출력은 또는 또는 또는Normally closed(NC break) Normally open(No

되어있고 디폴트로는 이다 최대make) , relay 1 = NO, relay 2 = NC . 30 V/ 0.5 A

이고 동전기에 의해 격리되어있다 입력 출력 그리고 파워 모두는 서로 각각 동전, . ,

기에 의해 격리되어있다.

- 42 -

3) Power supply

그림 은 측정시스템의 을 나타낸 것이다 와 는 각각2-27 electrical connection . A B

과 을 나타낸다 는 의 케이블field housing wall-mounted housing . a power supply

을 나타낸 것으로 터미널 은(85~260 V AC, 20-55 V AC, 16-62 V DC) number 1

를 터미널 는 를 연결하면된다 는 신호케이블로써L1(L+DC) number 2 N(L-DC) . b

는 상태입력 까지는 주파수출력 는 전류출력선을 연결하면된다21,22 , 22-25 , 26,27 .

와 는 그라운더 터미널을 나타낸 것이다c d .

그림그림그림그림 2-27 electrical connection2-27 electrical connection2-27 electrical connection2-27 electrical connection

- 43 -

3. Homonizer & Ultrasonic horn

고밀도 원액 은(PoIyol) N2 가스가 합류되어 를 통과하면서 일정한 덩어리 형태Fitter

로 혼합된다 이 덩어리 형태의 혼합물은. N2 가스의 체적이 가량 구형태를1mmφ

보이는데 자연상태에서 그대로 두면 N2 가스는 가스대로 은 원액대로 표면Polyol

장력 현상으로 쉽게 거대 덩어리로 변하게 된다 이를 방지하기 위하여 에서. Filter

나온 일정 덩어리의 혼합물을 에서와 같이 를 통과하게Component 15 Homonizer

하여 단위의 입자로 잘게 부수어 균질한 혼합물을 형성하도록 설계하였다0.01mm .

그림그림그림그림 2-28 Homonizer2-28 Homonizer2-28 Homonizer2-28 Homonizer

그림 과 같이 는 외부의 고정자 와 내부의 회전자로 구성된2-28 Homonizer (Stator)

다 의 회전자가 으로 회전하여서 혼합물을 균질화시킨다 여. Homonizer 3200 rpm .

기서 균질화된 입자 또한 비교적 크기 때문에 시간여 두게되면 마찬가지로 입자가1

성장하는 경향이 있다 이 입자를 더욱 잘게 부수기 위하여 의 초음. Component 17

파 가진장치 를 통과시켜서 단위로 입자를 조밀화시키도록(Ultrasonic Horn) micron

설계하였다.

- 44 -

그림그림그림그림 2-29 Homonizer & Ultrasonic Horn2-29 Homonizer & Ultrasonic Horn2-29 Homonizer & Ultrasonic Horn2-29 Homonizer & Ultrasonic Horn

그림 은 의 를 나타낸 것이다 그림에2-29 Homonizer & Ultrasonic Horn Assembly .

서 는 를 는 을 나타낸 것이다A Homonizer B Ultrasonic Horn .

- 45 -

제 절 시스템 제작 및 시험제 절 시스템 제작 및 시험제 절 시스템 제작 및 시험제 절 시스템 제작 및 시험5555

시스템 제작1.

아래 그림들은 본 연구과제에서 제작한 자동밀도 조절 시스템의 실물 사진을 나타

내었다 그림 은 와 을 보여준다 그림 은 자. 2-30 Homonizer Ultrasonic Horn . 2-31

동밀도 조절 시스템에 장착된 의 외관 모습을 보여준다Mass flow meter .

그림그림그림그림 2-30 Homonizer & Ultrasonic Horn2-30 Homonizer & Ultrasonic Horn2-30 Homonizer & Ultrasonic Horn2-30 Homonizer & Ultrasonic Horn

그림그림그림그림 2-31 Mass flow meter2-31 Mass flow meter2-31 Mass flow meter2-31 Mass flow meter

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그림 는 자동밀도 조절 시스템의 의 실물 사진을 나타내었고 그2-32 Control Panel ,

림 은 연결된 의 실물 사진을 나타내었다2-33 Metering pump .

그림그림그림그림 2-32 Control Panel2-32 Control Panel2-32 Control Panel2-32 Control Panel

그림그림그림그림 2-33 Metering Pump2-33 Metering Pump2-33 Metering Pump2-33 Metering Pump

- 47 -

(1) (2)

(3)

그림 자동밀도 조절 시스템 전체 외관 모습그림 자동밀도 조절 시스템 전체 외관 모습그림 자동밀도 조절 시스템 전체 외관 모습그림 자동밀도 조절 시스템 전체 외관 모습2-342-342-342-34

그림 는 자동밀도 조절 시스템의 전체 외관 모습을 나타낸 것으로 은 정면2-34 (1)

사진 는 측면 사진 은 대각 사진을 나타낸 것이다, (2) , (3) .

- 48 -

시험2.

본 과제에서는 온도의 변화에 따른 밀도의 변화와 의 의 변화에 따른Tank volume

밀도의 변화를 실험하였다 실험조건은 의 초기밀도는 이고. Polyol 0.995 , Tank

은 으로 고정한 후 온도와 의 변화를 주어 의 밀도를 측정volume 60L volume Polyol

하였다.

가 온도의 변화.

그림 는 온도가 일 경우 밀도의 변화를 그래프로 나타낸 것이다 그림2-35 23.5 .℃

은 온도가 일 경우 밀도의 변화를 그래프로 나타낸 것이다 그래프에서2-36 25 .℃

나타난 것처럼 온도의 변화에 따른 밀도의 변화는 거의 없는 것으로 판단할 수 있

음을 알 수 있었다.

그림 온도 밀도 변화 그래프그림 온도 밀도 변화 그래프그림 온도 밀도 변화 그래프그림 온도 밀도 변화 그래프2-35 / (1)2-35 / (1)2-35 / (1)2-35 / (1)

- 49 -

그림 온도 밀도 변화 그래프그림 온도 밀도 변화 그래프그림 온도 밀도 변화 그래프그림 온도 밀도 변화 그래프2-36 / (2)2-36 / (2)2-36 / (2)2-36 / (2)

나 의 변화. Volume

그림 그림 은 의 변화에 따른 밀도의 변화 그래프를 나타낸 것이2-37- 2-41 volume

다 그림 은 이 일 경우를 나타낸 것으로 밀도가 까지 도달하. 2-37 volume 10 0.85ℓ

는데 걸리는 시간이 분이였다4 .

그림 밀도 변화 그래프그림 밀도 변화 그래프그림 밀도 변화 그래프그림 밀도 변화 그래프2-37 volume/ (1)2-37 volume/ (1)2-37 volume/ (1)2-37 volume/ (1)

- 50 -

그림 은 이 일 경우를 나타낸 것으로 밀도가 까지 도달하는데2-38 volume 20 0.85ℓ

걸리는 시간이 일 경우와 마찬가지로 분이였다 그림 은 이 일10 4 . 2-39 volume 30ℓ ℓ

경우를 나타낸 것으로 밀도가 까지 도달하는데 걸리는 시간이 와 일 경0.85 10 20ℓ ℓ

우와는 달리 분이였다5 .



- 51 -

그림 은 이 일 경우를 나타낸 것으로 밀도가 까지 도달하는데2-40 volume 40 0.85ℓ

걸리는 시간이 일 경우와 마찬가지로 분이였다 그림 은 이 일30 5 . 2-39 volume 30ℓ ℓ

경우를 나타낸 것으로 밀도가 까지 도달하는데 걸리는 시간은 앞의 경우와는0.85

달리 분이였다 여기서 알 수 있는 것은 의 크기에 따라 밀도가 까지6 . volume 0.85

도달하는데 걸리는 시간이 다소 차이가 있을뿐 밀도의 변화는 선형적으로 변화하는

것을 알 수 있었다.



- 52 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

본 과제에서 개발한 자동밀도 조절 시스템을 밀도가 인 원액을 발0.995 Polyol P,U

포기에 적용해보니 분 후에 의 밀도가 으로 낮아졌다 또한 온도의 변5 Polyol 0.85 .

화에 따른 밀도의 변화와 의 변화 토출후 이 줄어들고Volume ( volume , Tank volume

이 하한선에 도달하였을 경우 에서 로 상한선까지 채움 에 따른 밀Refill Tank Tank )

도의 변화를 살펴보았다 여기서 밀도는 온도의 변화에는 거의 변화가 없었으며. ,

의 변화에 대해서는 밀도가 까지 도달하는 시간이 약간의 차이를 나타Volume 0.85

냈을 뿐이다 이는 발포기에 자동밀도 조절 시스템을 적용함으로써 밀도가. P.U 15%

정도 향상되었고 의 발포품질이 균일하게 되었으며 효율이 최상수준에, Cell , Mixing

도달함으로써 제품의 불량률을 낮출 수 있음을 확인할 수 있었다.

를 발포하는 경우에 이전의 시스템과 자동밀도 조절 시스템을 도입하여 원료Mat

절감의 효과를 비교하여 보았다 의 밀도가 이고 발포 몰드. Polyol 0.995 , 5kg (1.6:1

일 경우 의 소비량은 였다 그러나 위= Polyol : Isocyanate) Polyol 3.1kg/Mat sheet .

와 같은 조건에서 자동밀도 조절 시스템을 적용하여 의 밀도가 으로 낮Polyol 0.85

춘 경우 의 소비량은 였다 즉 대략 의 의 원액Polyol 2.6kg/mat sheet . 0.5kg Polyol

을 절감하는 효과가 있음을 알 수 있었다.

- 53 -

이와 같은 발포 품질이 향상 즉 의 발포품질이 균일화되고 효율이 좋, Cell , Mixing

아지며 원료를 절감할 수 있는 자동밀도 조절 시스템을 원료를 많이 소모하는,

등과 같은 시스템에 적용할 경우 생산성 향상과 원가절감의 효과Slabstock form

를 높여줌으로써 국가 경쟁력을 높이는데 일익을 담당하리라 기대된다.

현재 사용되고 있는 저 중 고압 발포기는 발포품질에 한계를 지니고 있기P.Uㆍ ㆍ

때문에 발포품질 및 원료절감에 탁월한 성능을 발휘하는 자동밀도 조절 시스템이

에서 상용화로의 개발을 완료할 경우 산업 전반에 확대될 것으로 기Prototype P.U

대된다.

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폴리우레탄 성형공정에서 자동 밀도 조절 시스템 개발에 관한 연구 ( )...

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