KR0185183B1 - 고방향성 폴리에스터 시트 제조 방법 및 장치 - Google Patents

고방향성 폴리에스터 시트 제조 방법 및 장치 Download PDF

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반 에르덴 도날드
씨. 엔리케즈 마뉴엘
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토마스 더블유. 벅맨
일리노이 툴 워크스 인코포레이티드
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Abstract

2단계 공정을 포함하는 방향성 폴리에스터 시트를 제조하기 위한 장치 및 방법이 개시되어 있다. 제1인발단계는 제로 간격 밀링 및 스트레칭 로울러 조립체 내에서 수행된다. 로울러 조립체는 닙을 한정하는 한쌍의 대향하는 로울러를 포함한다. 로울러들은 그들 사이에 소정의 인발 비가 한정되도록 각기 다른 선형 표면 속도로 반대 방향으로 회전된다. 비정질의 폴리에스터 시트는 대향하는 로울러의 닙을 통해서 안내되며, 그 결과 폴리에스터 시트를 동시에 압착하고 펼 수 있다. 비정질의 폴리에스터는 방향-유도 결정화의 결과로서 결정 폴리에스터로 변환된다. 결정 폴리에스터 시트는 한쌍의 대향하는 로울러 사이에 한정된 닙의 하류에서 유리 천이 온도(Tg) 이상의 온도로 가열된다. 그리고, 배출 브리들 조립체는 한쌍의 대향하는 로울러의 하류에 배치된다. 브리들 조립체의 로울러들은 제2인발 비가 한쌍의 대향하는 로울러의 하류 로울러에 대하여 한정되도록 한쌍의 대향하는 로울러의 하류 로울러의 선형 표면 속도보다 큰 선형 표면 속도로 회전된다. 결정 폴리에스터 시트의 가열은 장치의 제2인발 단계내에서 추가의 연신을 가능하게 하며, 전체적인 인발 비는 약 6:1 이다. 방향성 폴리에스터는 약 100,000 psi의 인장강도와 3,000,000 내지 5,000,000의 모듈러스 값을 갖는다.

Description

고방향성 폴리에스터 시트 제조 방법 및 장치
제1도는 본 발명에 따라 구성되고, 본 발명의 제로 갭(zero-gap)제조 공정 또는 기술에 따른 방향성 플라스틱 스트랩 생산 장치의 정면도.
제2도는 제1도의 제로 갭 롤러 조립체를 형성하거나 구성하는 압연 롤러의 부분 확대도.
제3도는 제1도의 3-3선을 따라 취한 제1도의 제로 갭 롤러 조립체를 형성하거나 구성하는 압연 롤러의 부분 확대 단면도.
제4도는 제1도의 3-3선과 평행한 방향으로 취한 제1도의 제로 갭 롤러 조립체를 형성하거나 구성하는 압연 롤러의 부분 축소 단면도.
제5도는 본 발명의 원리 또는 지시에 따라 방향성 폴리에스터 시트를 생산하거나 스트래핑하는 압연 장치 또는 시스템 구성을 개시한 제1도와 유사한 개략도.
제6도는 본 발명의 원리 또는 지시에 따라 개발된 독특한 가열 기구 또는 가열 관계를 개시하거나 예시한 제5도와 유사한 개략도.
제7a도 및 제7b도는 제5도 또는 제6도의 각각의 제로 갭 조립체내에 사용될 수 있는 상이한 2개의 압연 롤러의 실시예의 정면도.
제8a도 및 제8b도는 연부가 얇은 시트 가공물을 생산하는데 사용할 수 있는 사출 다이의 개략 단면도.
제9도는 제8a도 및 제8b도의 사출 다이에서 사출된 시트 가공물을 캐스팅하고 성형하기 위해 제8a도 및 제8b도의 사출 다이와 함께 사용되는 캐스팅 롤러의 정면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 제로 갭 조립체 2 : 시트 가공물
24 : 가공물 공급 조립체 26 : 출구 브라이들 조립체
28 : 프레임 30 : 사출기
32 : 입구 브라이들 조립체 34, 36, 38, 40 : 롤러
42 : 상부 롤러 44 : 하부 롤러
46 : 닙 48, 50 : 피동 샤프트
52, 54 : 샤프트 60, 62 : 구동 샤프트
66 : 커플링 68, 70 : 베어링
72, 74 : 액츄에이터 76, 78, 80, 82, 84, 86 : 롤러
본 발명은 일반적으로 방향성 플라스틱 시트를 생산하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인장 강도, 계수 특성, 매개 변수, 또는 가치가 향상된 고 방향성 폴리에스터 시트를 생산하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
예컨대, SIGNODE 공정과 같은 종래 기술의 압연 공정에 따라, 폴리프로필렌과 같은 열가소성 재료의 캐스트 시트를 반대 방향으로 회전하는 인접한 한 쌍의 밀링 롤러 또는 실린더를 통해 통과시켜 먼저 시트의 크기, 즉 두께를 감소시킨다. 시트의 두께를 감소시킨 후에, 일련의 정위 롤러 또는 브라이들 조립체로 밀링 롤러에서 시트를 빼내어 잡아당겨 소정의 크기 또는 두께로 시트를 완성한다.
스트레치된 시트 재료의 제조와 관련하여 통상 이용되는 다른 종래 기술의 공정으로는 쇼트 갭(short-gap) 방법으로 알려진 공정이 있으며, 그 공정은 입구 브라이들, 스트레칭 조립체, 및 출구 브라이들로 구성된다. 상기 공정에 따르면, 저속도의 가열된 입구 브라이들 조립체는 성형된 재료 시트, 통상적으로 필름을 일정한 간격을 두고 설치되는 한 쌍의 롤러 또는 실린더를 구비하는 스트레칭 조립체로 전진시킨다. 제1롤러는 입구 브라이들과 동일한 속도로 회전하는 반면에, 제2롤러는 제1회전 롤러 보다 빠른 속도로, 또한 출구 브라이들의 회전 속도와 동일한 속도로 회전한다. 따라서, 필름이 입구 브라이들을 통과하면, 필름은 소정의 크기 또는 두께로 펴진다.
이들 종래 기술의 방법 또는 공정에는 몇가지의 결점이 있다. 예를들면, 이들 방법 또는 공정으로 생산한 스트랩은 다른 바람직한 특성이 상당히 저감되지 않으면서 강도가 한정적으로 증가하는 특성이 있다. 게다가, 시트가 롤러 사이에 형성된 간격 또는 공간 이상으로 펴지기 때문에 실질적으로 시트의 네킹(necking)이 발생한다.
미합중국 특허 제5,387,388호로 등록된 미합중국 특허 출원 제07/958,803호에는 시트를 동시에 밀링하고 스트레칭하여 전술한 문제점을 최소화한 신구한 공정 및 장치가 개시되어 있다. 그러나, 이와 같은 공정 및 장치는 다른 소정의 특성을 나타내는 열가소성 재료 시트를 동시에 밀링 및 스트레칭하기 위하여 또한 조정을 필요로 하는 다른 작동상의 문제점이 발견되었다. 예컨대, 미합중국 특허 제5,387,388호에서 설명한 제로 갭 공정 및 장치에 따라 열가소성 재료를 동시에 밀링하고 스트레칭하여 시트를 제조하는 것과 관련하여 발견된 작동상의 문제점 또는 결함 하나는 제로 갭 조립체중 반대 방향으로 회전하는 롤러 사이에 형성된 닙(nip)을 통해 열가소성 시트를 안내하여 가공, 즉 밀링 및 스트레칭할 준비가 되면, 열가소성 시트의 양면이 상이한 표면 온도치를 나타낸다는 것이 발견되었다는 점이다. 그 이유는 제로 갭 롤러 조립체의 제1 또는 상류 롤러 주위로 열가소성 시트를 이송시킴에 따라, 열가소성 시트의 내면, 즉 롤러 조립체의 제1 또는 상류 롤러와 직접 접하도록 배치된 시트면에 제1 또는 상류 롤러에 의해 가열되거나, 적어도 표면이 주위 공기에 의해 사실상 냉각되지 않는데 그 이유는 상기 표면이 제1 또는 상류 롤러와 직접 접하도록 배치되어 주위 공기에 바로 노출되지 않기 때문이다. 반대로, 열가소성 시트의 외면, 즉 제1 또는 상류 롤러와 직접적으로 접하도록 배치되지 않은 시트면은 주위 공기에 노출되기 때문에 사실상 냉각된다. 전술한 열가소성 시트의 양면 사이의 온도차로 인해 열가소성 시트 전체에 걸쳐 밀도차가 발생하며, 그 밀도차는 가공된 시트의 여러 가지 특성, 예컨대, 인장 강도, 용접성 및 그와 관련된 특성, 그리고 내파열성에 나쁜 영향을 미친다.
동시에 밀링 및 스트레칭하는 전술한 제로 갭 장치 및 방법과 관련하여 발견한 다른 문제점 또는 결함은 열가소성 시트를 가공한 결과, 시트의 양 연부가 두꺼워졌다는 것이다. 달리 말하자면, 시트의 폭을 가로질러 두게가 균일하지 않거나 단면의 평평도가 균일하지 않다는 것이다. 따라서, 가공된 시트가 실질적으로 열가소성 스트랩으로 가공하려면, 시트를 추가로 가공하여 실재로 시트 연부의 두께를 이용가능한 스트랩의 두께로 감소시키지 않는 한, 스트랩을 제조하는데 두꺼운 연부를 사용할 수 없었다.
따라서, 미합중국 특허 출원 제08/352,721호에 개시된 발명은 제로 갭 조립체중 반대 방향으로 회전하는 롤러 사이에 형성된 닙을 통해 열가소성 시트 가공물을 통과시켜 동시에 밀링 및 스트레칭 가공되는 방향성 열가소성 스트랩을 생산하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 밀링 및 스트레칭된 시트의 말도차 및 두꺼운 연부와 관련하여 동시에 밀링 및 스트레칭하는 제로 갭 장치와 그 방법의 전술한 결함을 극복하기 위하여, 밀링 및 스트레칭된 시트와 관련하여 전술한 미합중국 특허 출원 제08/352,721호에 보다 상세하게 개시되어 있으며 그 내용을 본 명세서에 참고로 인용한 여러 가지 기술을 이용하여 전술한 결함을 극복하였다.
그러나, 미합중국 특허 제5,387,388호와 미합중국 특허출원 제08/352,721호에 개시하고 설명한 바와 같이, 상술한 기존의 제로 갭 기술에 대한 추가적인 연구 및 분석 결과, 폴리에스터 시트 또는 스트랩 제조, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 시트를 제조하는 것과 관련하여 이와 같은 기술을 적용하거나 이용하면, 생산된 시트 또는 스트랩은 인장강도 및 계수 특성이 높지 않고 매개 변수, 또는 값이 나타나지 않는다는 것을 알았다.
그러므로, 방향성 폴리에스터 시트 또는 스트랩을 생산하기 위한 장치 및 그에 부수하는 방법의 개발이 요구되고 있으며, 상기 장치 및 그에 부수하는 방법은 특별하거나 독특한 가열 기술과 함께 독특한 배향, 스트레칭, 또는 드로잉 기술을 이용함으로써 생산된 폴리에스터 시트 또는 스트랩의 인장 강도 및 계수의 특성, 특질, 또는 매개 변수가 증강된다.
따라서, 방향성 폴리에스터 시트 또는 스트랩을 생산하기 위한 신규하고 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 제1 목적이다.
본 발명의 제2목적은 종래 기술의 공정 및 장치의 여러 가지 결함, 결점, 단점, 및 문제점을 극복하고 방향성 폴리에스터 스트랩 또는 시트를 생산하기 위한 신규하고 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제3목적은 시트 가공물을 한 쌍의 제로 갭 롤러 사이에 형성된 닙을 통과하는 단일 통로로 안내하여, 소정의 두께로 시트 가공물을 밀링과 스트레칭을 동시에 하여 스트랩 또는 시트를 생산할 수 있으며, 방향성 폴리에스터 스트랩 또는 시트 생산을 위한 신규하고 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제4목적은 방향성 폴리에스터 시트 또는 스트랩을 생산하며, 생산된 시트 또는 스트랩이 공지된 종래 기술의 방법 및 장치에 의해 생산된 스트랩 또는 시트에 비해 인장 강도 및 계수치가 상당히 높게 나타나는 신규하고 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제5목적은 여러 가지 히팅, 롤링, 및 사출 기술이 원 시트 가공물 또는 재료에 실시된 결과 밀링 및 스트레칭되어 완성된 스트랩 또는 시트의 두께 및 평평도 특성이 균일하게 개선된 방향성 폴리에스터 시트 또는 스트랩을 생산하기 위한 신규하고 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
스트랩 패키지 등에 사용하기 위해 소정의 두께를 갖는 방향성 폴리에스터 시트 또는 스트랩을 생산하기 위한 방법 및 장치를 제공함으로써 본 발명에 따른 전술한 목적 및 다른 목적을 달성할 수 있으며, 상기 방법과 장치로 서로에 대래 가까이 이격되어 있는 한 쌍의 롤러 또는 실린더 사이에 형성된 닙을 통해 폴리에스터 시트 가공물을 통과시킨 결과 소정의 두께를 갖는 스트랩을 동시에 밀링하고 스트레칭 한다. 닙은 시트 가공물의 원래 두께보다 상당히 작은 공간을 갖고 있으며, 롤러들은 실제로 상이한 선형 면 속도로 반대 방향으로 회전한다.
동시에 밀링하고 스트레칭하여 제조된 방향성 시트 또는 스트랩의 여러 가지 특성, 예컨대, 인장 강도 및 계수 또는 강성도를 향상시키기 위하여, 본 발명의 기술에 따른 고형 시트 또는 스트랩은 독특한 안내 및 가열 과정을 겪게된다. 특히, 안내 과정은 실제로는 두 단계의 드로잉 단계로, 제1드로잉 작업은 제로 갭 롤러 조립체에서 효과적으로 실행되며, 제2드로잉 작업은 제로 갭 롤러 조립체의 상부 롤러와 협력하는 출구 브라이들 조립체에 의해 실행된다. 그에 부수하여, 가열 과정은 고형 폴리에스터 시트 또는 스트랩을 직접 가열하고 제로 갭 롤러 조립체의 상류 롤러에 대하여 특정 위치에서 고형 폴리에스터 스트랩 또는 시트를 직접 가열하여 폴리에스터 시트 또는 스트랩의 방향성을 정확하고 일관되게 조절하고 결정하는 소정의 가열 모드, 예컨대, 제로 갭 롤러 조립체의 상류 및 하류 롤러를 구비한다. 게다가, 동일한 폴리에스터 시트 또는 스트랩에 실시되거나 가해진 기계 가공은 제로 갭 롤러 조립체의 롤러들의 닙을 통해 유도되고 또한 스트랩 또는 시트를 추가로 가열하여 시트 또는 스트랩을 용이하게 스트레칭 하고 배향시킨다.
시트로 양이 증가한 스트랩을 생산할 수 있도록 동시에 밀링하고 스트레칭한 폴리에스터 시트의 평평도를 향상시키기 위하여, 제로 갭 밀링 롤러 사이에 형성된 닙내로 또는 제로 갭 밀링 롤러 사이에 형성된 닙내에서 폴리에스터 시트 가공물의 상류 또는 시트 가공물의 닙내로 들어가기 전에 폴리에스터 시트 가공물에 얇은 연부를 초기에 전달한다. 제로 갭 롤러 조립체 내에서 시트 가공물을 밀링과 스트레칭을 동시에 한 결과 가공물의 연부가 두꺼워지는 경향 때문에, 본 발명의 가공 기술에 따라 생성된 연부는 시트 가공물을 동시에 밀링하고 스트레칭 했을 때 시트 가공물의 폭을 가로질러 바라보면 시트 가공물의 중앙 부분의두께와 동일한 두께를 나타낸다. 시트 가공물이 통과하는 닙을 형성하는 제로 갭 롤러 조립체내에서 사용되는 특수한 형상의 밀링 롤러, 즉 사다리꼴 단면 형상을 갖는 닙을 효과적으로 형성하는 제로 갭 밀링 롤러로 시트 가공물의 연부를 얇게 제조할 수 있다. 유사하지만 다른 방법으로, 생성된 가공물 상에 얇은 연부를 형성하기 위한 제2방법 또는 모드에 따라, 특수한 형상의 사출 다이 및 캐스팅 롤러를 사용하여 시트 가공물의 연부가 테이퍼지도록 실질적으로 형상이 사다리꼴인 사출 형성된 시트를 마찬가지로 제공한다. 시트 가공물을 동시에 밀링하고 스트레칭한 결과, 시트 가공물의 테이퍼진 연부는 두께가 두꺼워져, 시트 가공물의 중앙 부분의 두께와 비슷해진다.
첨부한 도면과 관련하여 이하의 상세한 설명을 참조하면 본 발명의 다른 목적, 특징, 및 장점을 보다 완전하게 이해할 수 있을 것이다.
이제 도면, 특히 제1도를 참조하면, 통상 참조 번호(20)으로 나타내지며, 시트 가공물을 동시에 밀링하고 스트레칭하거나 연신하여 얇은 스트랩 원재료를 생산하는 제로 갭 롤러 조립체가 개략적으로 예시되어 있다. 조립체를 통해 안내되는 단일 시트 가공물(22)에 대해서만 본 발명을 논의하고 설명한다. 그러나, 하나 이상의 시트 또는 가공물(22)을 동시에 조립체(20)를 통과시킬 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 제로 갭(zero-gap)이라는 용어는 시트 가공물 밀링 단계와 시트 가공물 스트레칭 또는 연신 단계 사이의 갭을 실질적으로 제거한다는 개념을 일컫는 것이다. 다른 방식에서 고려한 바와 같이, 시트가공물의 밀링 단계 및 스트레칭 단계 또는 연신 단계는 실제로 동시에 달성된다. 게다가, 제1도에서 개시한 바와 같이, 제로 갭 조립체(20)는 시트 프레임 또는 지지부(22)상에 배치되거나 장착되는 시트 또는 가공물 공급 조립체(24)와 출구 브라이들 조립체(26) 사이에 배치된다는 것을 이해할 것이다.
공급 조립체(24)는 여러 가지 형태중 하나를 취할 수 있으며, 제1도에 도시한 바와 같이, 원료재 시트 또는 가공물(22)을 사출하는 사출기(30)와 입구 브라이들 조립체(32)를 구비한다. 사출기(30)는 예컨대 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 또는 그 유사물과 같은 알맞은 재료로 시트 가공물(22)을 생산하며, 시트 가공물(22)은 입구 브라이들 조립체(32) 내로 안내된 후, 입구 브라이들에 의해 제로 갭 롤러 조립체(20) 내로 공급된다. 시트 가공물(22)은 입구 브라이들 조립체(32)를 통과하는 동안에 시트 가공물(22)을 구성하는 재료의 가공 특성, 스트레칭 또는 연신 특성, 배향 특성, 및 결과된 특성을 향상시키기 위하여 제로 갭 롤러 조립체(20)내로 들어갈 때 효과적으로 예열되도록 가열된다. 제5도 및 제6도의 시스템 또는 장치에 대해 설명할 때 방향성 폴리에스터 시트 또는 스트랩 제조와 관련하여 이러한 가열 기술에 대해 보다 상세하게 설명하겠다.
입구 브라이들 조립체(32)는 도시하지 않았지만 샤프트와 같은 적절한 수단에 의해 프레임 또는 지지부(28)상에 장착되는 다수의 롤러 또는 실린더(34,36,38,40)를 구비한다. 롤러(34,36,38,40)는 실체 또는 중공형일 수 있으며, 바람직한 실시예에서는, 제1도에 예시한 바와 같이, 롤러(34,36,38,40)는 시트 가공물(22)을 제로 갭 조립체(20)내로 적절히 이송하거나 공급하는데만 사용되고, 실제로는 시트 가공물(22)의 스트레칭 또는 밀링에는 사용되지 않는다. 제1도에 도시한 롤러 수와 다른 수의 롤러를 사용할 수 있으며, 롤러(34,36,38,40)는 2개의 수직으로 이격된 열로 배열되어 있으며, 하부 열의 롤러(36,40)는 상부 열의 롤러(34,38) 사이에 배치되거나 또는 그에 대해 편심되어 있다. 롤러(34,38)는 또한 시계 방향으로 회전하도록 장착되어 있는 반면에, 롤러(36,40)는 반시계 방향으로 회전하도록 장착되어, 시트 가공물(22)은 입구 브라이들 조립체(32)에 감기거나 그 조립체를 통과하여 이송될 때, 롤러(34,36,38,40)의 회전 방향에 대하여 적절한 모드 또는 방향으로 롤러(34,36,38,40)를 통과하여 이동한다. 각각의 롤러(34,36,38,40)는 적절한 수단(도시안됨), 예컨대 모터 및 샤프트 구동 조립체에 의해 일정한 속도로 회전되며, 모든 롤러(34,36,38,40)는 이하에서 보다 상세하게 설명되는 제로 갭 조립체(20)의 상부 롤러(42)와 동일한 속도 또는 선형 면 속도로 회전한다.
계속해서, 시트 가공물(22)은 공급 조립체(24)를 통과한 후에, 소정의 두께를 가지는 마무리된 시트(22)로 동시에 밀링하고 스트레칭하는 제로 갭 조립체를 향해 전진한다. 제로 갭 조립체(20)는 대향 관계로 회전가능하게 장착된 한 쌍의 롤러 또는 실린더(42,44)를 구비한다. 닙(46), 즉 롤러(42,44) 사이에 형성된 간격은 완성된 시트(22)의 소정 두께에 따라 실제로는 가변적이다. 제로 갭 롤러(42,44)는 실체 또는 중공형일 수 있으며, 시트재의 스트레칭 특성을 증강시키기 위하여 가열된 유체를 롤러(42,44)를 통해 순환시키는 공지된 방법으로 제로 갭 롤러를 가열시킬 수 있다. 제로 갭 롤러(42,44)는 제1도 내지 제4도에서 도시한 바와 같이 또한 평탄하거나, 시트 가공물(22)이 제로 갭 조립체(20)의 롤러(42,44)를 통해 이동하여 소정 두께의 프로파일 특성을 가진 완성된 시트 가공물 제품을 제공함에 따라 시트 가공물(22)의 형상을 변경할 수 있도록 이하에서 보다 상세하게 예시하고 설명되는 바와 같은 형상일 수도 있다.
제2도에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 제로 갭 롤러 조립체(20)의 상부 롤러(42)는 그와 관련된 화살표로 나타낸 바와 같이 시계 방향으로 구동하는 반면에, 조립체(20)의 하부 롤러(44)는 그와 관련된 화살표로 유사하게 나타낸 바와 같이 반 시계 방향으로 구동한다. 따라서, 시트 가공물(22)은 먼저 상부 밀링 롤러(42)의 가장 큰 원주부 주위로 이동한 후, 밀링 롤러(42,44) 사이에 형성된 닙(46)을 통해 안내되고, 그후에 하부 롤러(44)의 가장 큰 원주부 주위로 안내된다. 특히, 시트 가공물(22)은 각각의 롤러(42,44)의 원주 길이의 반 보다 긴 원주 길이 이상으로 각각의 제로 갭 조립체 롤러(42,44)와 면접촉하도록 배치된다는 것을 이해할 것이다. 또한, 제로 갭 밀링 롤러(42,44) 사이에 형성된 닙을 통해 롤러(42,44)의 외주면 둘레로 시트 가공물(22)이 이동하기 때문에, 각각의 롤러(42,44)는 시트 가공물(22)의 양면 또는 측부와 접하도록 배치된다.
제1도 내지 제4도에 도시하고 이들 도면과 관련하여 상세하게 설명한 본 발명의 예시한 제로 갭 롤러 조립체에 따르면, 제로 갭 롤러 조립체(20)의 밀링 및 스트레칭 롤러(42,44)는 서로에 대해 상, 하로 배열되어 배치된다. 그러나, 롤러(42,44)는 나란한 배열로 교번하여 배치되며, 이 경우에 상부 롤러(42)는 하부 롤러(44)의 좌측을 향해 배치될 수 있으며, 롤러(42)는 시트 가공물(22)이 접하거나 조우하는 제1 또는 상류 롤러인 반면에, 실제로 우측 롤러인 하부 롤러(44)는 시트 가공물(22)이 접하거나 조우하는 제2 또는 하류 롤러이다. 제2도에 가장 잘 도시한 바와 같이, 롤러(42,44)는 회전 샤프트 또는 축(52,54)상에 각각 장착된다.
제4도를 특별히 참조하면, 롤러(42,44)구동 시스템이 개시되어 있으며, 롤러(42,44)의 축 또는 샤프트(52,54)가 베어링 수단(68,69)을 통해 피동 샤프트(48,50)에 작동가능하게 연결되어 있다. 예컨대, 전기 모터 같은 적절한 구동 수단(56,58)이 지지부(28)상에 장착되어 적절한 커플링(64,66)에 의해 샤프트(48,50)에 연결되는 구동 샤프트(60,62)를 통해 롤러(42,44)를 각각 구동시키며, 상기 커플링(66)은 유니버설 커플링을 포함하는 것이 바람직하다. 하부 롤러(44)는 베어링(68,70) 수단 및 커플링(66)을 통해 지지부(28)에 연결되며, 베어링(68,70)은 하부 롤러(44)가 액츄에이터(72,74)에 의해 지지부(28)에 대하여 이동할 수 있도록 한다. 이런 방식으로, 하부 롤러(44)는 고정된 상부 롤러(42)를 향해서 또는 그로 부터 이동하여 롤러(42,44) 사이에 형성된 닙(46)의 크기를 적절히 변경할 수 있다. 각각의 피동 샤프트(48,50)는 별도의 구동 수단(56,58)에 의해 독립적으로 구동되며, 하부 롤러(44)는 상부 롤러(52) 보다 빠른 속도로 구동된다. 특히, 본 발명의 개시 내용에 따르면, 예컨대 가공되는 시트 가공물(22)이 포리에스터인 경우, 하부 롤러(44)는 그 선형 면 속도는 상부 롤러(42)의 선형 면 속도 보다 7내지 12배 빠른 범위내에 있는 것이 바람직하다. 그러나, 이하에서 보다 상세하게 설명하고 개시한 바와 같이, 가공되는 시트 가공물이 폴리에스터, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)인 경우, 하부 롤러(44)의 선형 면 속도 또는 인발 속도는 상부 롤러(42)의 선형 면 속도 보다 4.5배 빠르다.
전술한 점을 고려하면, 시트 가공물(22)이 제로 갭 롤러 조립체의 강부 및 하부 롤러(42,44) 사이에 형성된 닙(46)을 통과함에 따라, 상부 롤러(44)는 브레이크로서 효과적으로 작동하며, 밀 축소 작업은 그 자체로 브레이크로서 시트 가공물(22)의 하면, 즉 상부 롤러(42)와 접하도록 배치된 면상에서 또한 효과적으로 작동하며, 하부 롤러(44)는 시트 가공물(22)를 당겨 가속시키고 시트 가공물(22)의 상면, 즉 롤러(44)와 접하도록 배치된 면상에서 효과적으로 작동한다. 시트 가공물은 롤러(42,44) 사이에 형성된 닙(46)을 빨리 통과하기 때문에, 롤러(42,44) 사이에 형성된 닙(46)의 공간 보다 실제로는 작을 수도 있는 소정 두께로 밀링 및 스트레칭 가공된다. 특히, 완성된 시트(22)의 두께는 상부 롤러(42)와 하부 롤러(44) 사이에서 한정되는 선형 면 속도의 차 또는 인발 속도에 따른다. 즉, 하부 롤러(44)가 상부 롤러(42)에 비해 빠르게 회전하면 할수록 완성된 시트(22)는 더욱 얇아진다. 한쌍의 롤러(42,44) 사이에 형성된 닙(46)이 롤러(42,44) 사이에서 한정되는 면 속도 차에 의존하기 바로 전, 후에 스트레칭이 일어날 수도 있다는 것을 또한 이해할 것이다. 따라서, 상술한 바와 같이, 시트 가공물(22)과 관련하여 실행된 밀링 작업 및 스트레칭 작업과 가공물을 완성된 시트로 가공하는 작업 사이에 제로 갭, 공간, 또는 타임 프레임이 있다. 동시에 밀링 가공 및 스트레칭 가공을 한 결과, 밀링 단계를 실행하여 완료한 후에만 시트를 스트레칭하는 종래 기술의 공정에 따라 스트레칭하거나 드로잉 가공한 시트의 변수에 비해 시트 폭의 네킹이 실제로 적다는 것을 알 것이다.
완성된 시트(22)가 제로 갭 롤러 조립체(20)에서 빠져나온 후에, 출구 브라이들 조립체(26)를 통해 안내된다. 출구 브라이들 조립체(26)는 몇 가지 형태중 하나를 취할 수 있으며, 제1도에서 도시한 바와 같이, 샤프트 또는 액슬과 과같은 적절한 수단에 의해 지지체(28) 상에 장착되는 다수의 롤러 또는 실린더(76,78,80,82,84,86)를 구비하는 것이 바람직하다. 제로 갭 롤러 조립체(20)에서 완성된 시트를 당기는데 조립체(26), 특히 롤러(76-86)가 사용된다. 롤러(76,78,80,82,84,86)는 실체 또는 중공형일 수 있으며, 개시한 롤러 보다 적은 수의 롤러를 사용해도 된다. 본 실시예의 롤러(76,78,80,82,84,86)는 실제로는 완성된 시트(22)를 스트레칭하는데 전혀 사용되지 않는다. 그러나, 이하에서 명확해지는 바와 같이, 방향성 폴리에스터 시트를 제조할 목적으로 제1도의 시스템을 개조하면, 이와 같이 개조된 장치 또는 시스템의 출구 브라이들 조립체의 롤러는 폴리에스터 시트의 제조와 관련된 매우 중요한 스트레칭, 연신 가공, 또는 드로잉 가공을 수행하여 소정의 인장 강도 및 계수 변수를 나타내는 폴리에스터 시트를 완성한다. 제1도의 실시예를 다시 참조하면, 롤러(76,78,80,82,84,86)는 두줄의 수직으로 이격된 열로 배열되는데, 하부 롤러(78,82,86)가 상부 롤러(76,80,84) 사이에 가로로 이격된다. 상부 롤러(76,80,84)는 모두 시계 방향으로 회전하는 반면에, 하부 롤러(78,82,86)는 모두 반 시계 방향으로 회전하여 출구 브라이들 조립체(26)를 통해 완성된 시트(22)를 적절히 안내한다.
롤러(76,78,80,82,84,86)는 적절한 구동 수단, 예컨대 모터 및 샤프트 조립체에 의해 일정한 속도로 회전하며, 롤러(76,78,80,82,84,86)의 속도는 본 발명의 실시예에 따라 선형면 속도가 제로 갭 롤러 조립체(20)의 하부 롤러(44)의 선형 면 속도와 같도록 한다.
본 발명의 다른 내용에 따른 쇼트 갭 스트레칭 장치, 시스템, 또는 조립체와 같은 다른 스트레칭 공정 및 이를 수행하는 장치를 제로 갭 조립체(20) 전, 후에 사용하여 완성된 시트(22)의 특성을 더욱 개질하거나 향상시킬 수 있으며, 전술한 바와 같이, 방향성 시트의 특별한 가공 또는 제조와 관련하여 이와 같은 추가 장치 또는 시스템 및 그에 수반하는 스트레칭 기술을 이하에서 보다 상세하게 개시하겠다. 본 발명의 제1실시예를 포함하는 장치의 특성을 개시하였으므로, 상기 장치에 의해 수행되고 본 발명에 따른 방법을 설명하겠다. 특히, 시트 가공물(22)은 사출기(30)에서 입구 브라이들 조립체(32)로 공급되어 입구 브라이들 조립체 롤러(34,36,38,40) 둘레에 권취된 후, 제로 갭 롤러 조립체(20)로 적절히 안내된다. 그후, 시트 가공물(22)은 제로 갭 조립체(20)의 상부 롤러(42) 주위로 공급되며, 롤러 조립체(20)의 상부 롤러(42)는 입구 브라이들 롤러(34,36,38,40)와 동일한 선형 면 속도로 구동된다. 시트 가공물(22)이 제로 갭 롤러 조립체(20)로 들어간 후, 상부 롤러(42)와 하부 롤러(44) 사이에 형성된 닙(46)에 이를 때까지 상부 롤러(42)의 외주면주위로 이동한다. 전술한 바와 같이, 회전하는 하부 롤러(44)가 닙(46)을 통해 시트 가공물(22)을 빠르게 당기면 당길수록, 회전하는 상부 롤러(42) 및 밀 축소 공정은 시트 가공물(22)의 하면, 즉 상부 롤러(42)와 접하도록 배치되는 가공물(22)의 표면 상에서 효과적으로 브레이크 역할을 한다. 따라서, 시트 가공물(22) 롤러(42,44) 사이에 형성된 닙(46)을 빠르게 통과하면서 소정의 두께로 동시에 밀링 및 스트래치 가공된다. 그후에 출구 브라이들 조립체(26)는 제로 갭 롤러 조립체(20)의 하부 롤러(44)로 부터 완성된 시트(22)를 당겨 빼낸다. 그러므로, 공지된 공정에 따라 스트랩 패키지에 사용하기 위해 요구되는 표면 처리 및/또는 열처리 및 얇은 스트랩으로 분할될 준비가 된 얇고 평평한 방향성 시트(22)를 본 발명의 방법에 따라 생산할 수 있다는 것을 알 것이다.
상술한 장치 및 방법으로 종래 기술에 따라 이전에 생산된 스트랩 보다 품질이 상당히 양호한 스트랩을 생산할 수 있으며, 다음의 표에 여러 가지 데이타를 또한 예시한다.
상기 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 제로 갭 방법에 의해 인장 강도가 높고 용접률이 높고 강한 스트랩이 생산된다. 또한, 상기 방법으로는 스트랩의 파열을 방지하면서도 인장강도를 높였으나, 종래 기술에 따른 제조 기술 및 방법으로는 인장 강도는 높일 수 있지만, 파열이 증가하고 용접 강도율이 낮아진다. 게다가, 제로 갭 공정에 따라 생산한 스트랩의 이장 강도가 종래 공정에 따라 생산한 스트랩의 인장 강도의 약 1.47배가 되고, 본 발명의 스트랩의 연신율이 종래 스트랩의 연신율의 0.5배가 되기 때문에, 양호한 변형 성능을 얻을 수 있다. 이러한 결과는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 폴리에스터 스트랩과 관련하여 몇 가지 마케팅 상의 잇점이 있다. 특히, 스트랩의 특별한 용도와 관련하여 스트랩의 파열 강도가 조절 인자라면, 재료의 높은 인장 강도로 인해 현재 사용되는 재료 또는 스트래핑의 약 70%를 구성하는 스트랩을 사용하거나 대체할 것이다. 유사하게, 강성도가 조절 인자, 특성, 또는 속성이라면, 스트래핑 기계의 안내 사면 주위로 본 발명에 따라 생산된 스트랩을 밀어넣음으로써 스트래핑 기계내로 용이하고 신뢰성 있게 공급할 수 있다. 또한, 스트랩의 용접 강도가 조절 인자 또는 특성이라면, 현재 또는 종래에 사용된 천연 재료를 1/2이하로 포함하는 스트랩은 등가의 결합 강도가 발생한다.
본 발명에 따른 공정으로 인해 생성된 다양한 특성은 다양한 용도와 관련하여 사용될 수 있는 스트랩에 구성상 상당한 융통성을 제공한다. 예컨대, 본 발명의 공정으로 생산한 스트랩은 전 조직을 강하게 결합하지만 그 조직을 가로질러 스트랩을 비교적 용이하게 파열시킨다고 생각된다. 또한, 본 발명의 제로 갭 방법으로 생산한 스트랩은 종래 기술의 스트랩의 특성인 구조적 박리를 보이지 않는다. 본 발명의 스트랩은 구조적 박리를 나타내지 않기 때문에, 또한 높은 용접 강도를 얻을 수 있다. 전술한 바와 같이, 입구 브라이들 조립체와 제로 갭 조립체 사이에서 프리스트레치 단계를 실행하거나, 제로 갭 조립체와 출구 브라이들 조립체 사이에서 포스트스트레치 단계를 실행하면, 제1도 내지 제4도의 시스템 및 공정과 관련하여 설명한 본 발명의 실시예에 따라 달성한 종합적인 특성이 달성된다. 그러나, 시트 가공물(22)상에서 프리스트레치 가공 단계를 실행하면, 높은 인장 계수를 얻을 수 있는 반면에, 완성된 시트(22)상에서 포스트스트레치 가공 단계를 실행하면, 시트를 포함하는 재료가 섬유화하는 경향이 다소 커진다.
제1도의 장치 또는 시스템을 다시 참조하면, 입구 브라이들 조립체(32)를 통해 시트 가공물(22)을 안내하면, 특히 상기 가공물(22)이 제로 갭 롤러 조립체(20)의 상부 밀링 및 스트레칭 롤러(42)에 도달하면, 시트 가공물(22)의 상부 또는 외측면이 대기에 직접 노출된다는 사실 때문에, 시트 가공물(22)의 상부 또는 외측면, 즉 제로 갭 조립체(20)의 상부 롤러(42)의 외주면과 접하도록 배치되지 않은 면이 제로 갭 조립체의 상부 롤러(42)의 외주변과 접하도록 배치된 시트 가공물(22)의 하면 또는 내측면 보다 빠른 속도로 냉각된다는 것을 알았다. 가공물의 표면이 불균일하게 냉각되거나, 시트 가공물(22)의 양면 사이에 온도차가 발생한 결과, 시트 가공물(22)은 그 전체 두께에 걸쳐 밀도차가 나타나, 시트 가공물의 특성중 몇몇에 나쁜 영향을 미친다. 따라서, 상기 문제점을 해소하기 위하여, 계류중인 상기 미합중국 특허 출원 제08/352,721호에 보다 상세하게 개시되어 있는 개량된 프리 히팅 시스템 또는 장치를 개발하였다. 이와 같이 개량된 프리 히팅 시스템 또는 장치는 본 특허 출원의 요지를 포함하고 있지 않기 때문에, 본 명세서에서는 이와 같은 시스템 또는 장치에 대해 상세히 설명하지 않았지만, 참고로 인용한다.
또한, 전술한 밀링 및 스트레칭 방법으로 시트 가공물(22)을 가공하는 동안에, 시트 가공물(22)의 측연부가 시트 가공물(22)의 중앙부 보다 두꺼워지기 쉽다.
이러한 현상에 대한 이유는 방향성 플라스틱 스트랩을 제조하기 위한 장치와 방법, 및 이에 의해 제조된 스트랩(METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING ORIENTED PLASTIC STRAP, AND STRAP PRODUCED THERBY)라는 발명의 명칭으로서 본 특허 출원과 동일자로 출원된 미합중국 특허 출원 제________호에 설명되어 있다. 그리고, 그러한 문제점을 해결하기 위한 해결책으로서 한쌍의 대향하는 로울러(42,44) 사이에 한정된 닙(46)의 바로 상류의 위치에서 시이트 가공물(22)의 측면 테두리부를 따라서 테두리 히터들을 설치하였다. 또한, 이와같은 테두리 히터들을 채용함에도 불구하고, 시이트 프로필내에 오목 부분들 및 천이 범프 지역들이 존재하는지의 여부를 결정하여야 하며, 상기한 테두리 히터들과 연결하여 추가의 스트립 히터들을 채용한 기술이 상기 계류중인 특허 출원에 개시되어 있다. 다시, 그와같은 테두리 가열 장치 및 기술들이 이러한 특정 특허 출원의 주제를 포함하지 않는다는 견지에서 볼 때, 그러한 장치 및 기술의 상세한 설명은 생략하였다. 본 발명의 특정한 기술, 추가의 비 가열 방법, 조립된 시이트의 측면 테두리를 감소 시키기 위한 구조적인 장치 및 이와 연관된 기술들이 하기에서 설명될 것이다.
또한, 제1도 내지 제4도에 도시된 제로-갭 밀링 및 스트레칭 장치는 본 특허 출원과 동리자로 출원된 미합중국 특허 출원 제_______호 및 1994년 12월 12일에 출원된 미합중국 특허 출원 제08/352,721호에 개시된 다양한 장치로 변경될 수 있으며, 폴리에스터, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함하는 조립된 시트 또는 스트래핑과 연관하여 추가의 연구들이 수행되었다. 제1도 내지 제4도에 도시된 장치는 종래의 방법에 따라서 작동하며, 방향성 폴리에스터 시트 또는 스트랩을 제조하지는 못한다. 예를들면 시이팅 또는 스트래핑은 100,000psi의 인장 강도와 3,000,000 내지 5,000,000psi 범위의 모듈러스를 나타낸다. 따라서, 장치 및 작동 모드는 제1도 내지 제4도에 도시된 것과 유사하며, 본 발명의 특정한 기술에 따라서 변경된다. 100,000psi의 인장 강도와 3,000,000 내지 5,000,000psi 범위의 모듈러스를 나타내는 방향성 폴리에스터 시트 또는 스트랩의 제조와 관련하여 설명된다.
폴리에스터는 2가지의 다른 상태로 존재한다. 즉, 비정질의 폴리에스터 또는 결정형 폴리에스터 이다. 본 발명은 비정질의 폴리에스터부터 파생되는 바와 같이 결정형 폴리에스터를 포함하는 시이팅 또는 스트래핑의 제조에 관련된다. 비정질의 폴리에스터는 열 유도 결정화 또는 방향 유도 결정화에 의해서 결정화 되거나 또는 결정형 폴리에스터로 변화한다. 1977년 5월 10일자로 토마스 제이. 카라스(Thomas J. Karass)등에게 허여된 미합중국 특허 제4,022,863호에는 폴리에스터의 열 유도 결정화가 개시되어 있다. 그러나, 제작된 폴리에스터 스트립은 밀키-화이트 형상을 가지며, 만족할 만한 스플릿 저항성을 나타내지는 못한다. 본 발명은 변경된 제로-갭 밀링 및 스트레칭 시스템을 채용하는 비정질의 폴리에스터의 방향-유도 결정화에 의해서 결정형 폴리에스터 시이팅에 관련된다.
특히, 제5도 및 6도를 참조하면, 변경된 폴리에스터 로울러 조립체 또는 장치(100)는 상부 로울러(142)와 하부 로울러(144)를 갖춘 제로-갭 로울러 조립체(120), 로울러(134,136,138)를 구비한 입구 브라이들 장치(132), 및 로울러(178,180,182)를 구비한 출구 브라이들 장치(126)를 포함한다. 입구 브라이들 장치(132)의 로울러(140)와 제로-갭 롤러 조립체(20)의 상부 로울러(120) 사이에는 무부하 로울러(141)가 배치된다. 그리고, 재로 갭 로울러 조립체(120)의 하부 로울러(144)와 출구 브라이들 장치(126)의 로울러(178) 사이에는 무부하 로울러(142)가 배치된다.
입구 브라이들 장치(132)를 통해서 제로-갭 밀링과 스트레칭 조립체(120)로 유도된 폴리에스터 시이트(122)의 열 유도 결정화를 방지하기 위해서, 결정화는 밀링 로울러(142)들 사이에 한정된 닙(146)을 총과하는 시이트(122)에 의해서 시이트(122)의 배향의 결과로서 유도되고, 시이트(122)의 온도는 소정의 기간동안에 약 80℃의 유리 천이 온도(Tg)이하로 유지되어야 한다. 만약 시이트(122)의 온도가 소정의 기간동안에 유리 천이 온도(Tg)이상으로 가열되는 경우 시트(122)는 결정화되거나 달라붙게 된다. 시트(122)는 입구 브라이들 장치(132)와 제로-갭 로울러 조립체(120)를 지나는 운반 경로를 따라서 적절하게 유도된다. 결과적으로, 본 발명에 따르면, 입구 브라이들 장치의 모든 로울러(134,136,138,140), 무부하 로울러(141) 및 제로-갭 로울러 조립체(120)의 상부 로울러(142)는 75℃의 온도로 가열되어 유지된다.
바람직한 인장 강도, 모듈러스, 크리이프 저항성, 스플리트 저항성과 다른 특징을 나타내는 방향성 폴리에스터 시트를 만들도록 폴리에스터 시트(122)를 적당하게 초리하기 위해서는, 장치의 운반 경로를 따라서 정확한 위치로 시트 가공물(122)의 방향성 부여를 용이하게 수행할 수 있어야 한다. 그러므로, 폴리에스터 시이팅의 분자 방향이 제로-갭 로울러 조립체(120)의 상부 로울러(142)와 하부 로울러(144) 사이에 한정된 닙(146)내에서 발생하기 때문에, 가장 바람직한 위치는 배향이 시작될 수 있고 제어가 상부 로울러(142)와 하부 로울러(144) 사이에 한정된 닙(146) 바로 직전의 위치이다. 제5도를 참조하여 작동의 관점에서 볼때, 만일 상부 로울러(142)의 단부도가 클록의 페이스라고 고려된다면, 시트(122)의 배향은 그와 같은 클록 면의 하부 우측 시분면내에서 바람직하게 착수된다. 달리 말하자면, 2시방향에서 6시방향의 범위내에서는 어느곳에서든지 착수된다. 상부 로울러(142)와 하부 로울러(144) 사이에 한정된 닙(146)의 위치를 포함하는 위치에서 6시 방향으로 그러한 배향을 착수하는 것은 어렵다. 그 결과, 6시 방향의 위치가 가능한한 그러한 위치에서의 배향을 착수하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따르면 적외선 히터(143)는 시트 가공물(122)을 가열하기 위해서 상부 로울러(142)의 주변부에 배치된다. 그와같은 위치에서의 시트 가공물(122)의 인장강도를 변화시키는 가열에 의해서, 시트 가공물(122)의 신장은 그러한 위치에서 보다 쉬워지고, 그 결과, 시트 가공물(122)의 배향은 그러한 위치에서 착수된다. 제5도 및 6도에 도시된 바와 같이, 적외선 히터(143)는 비록 2시 내지 5시 방향으로 배치될 지라도 5시 30분 위치에 배치된다. 또한, 히이터(143)는 조립체(12)를 통과하는 시트 가공물(122)이 속도에 따라서 시트 가공물(122)의 가열 지역을 연장하기 위해서 2시 내지 5시 30분 위치로 연속적으로 연장된 길이를 갖는다. 반면에, 적외선 히터(143)는 그러한 위치가 상부 로울러(142)와 하부 로울러(144) 사이에 한정된 닙(146)에 근접하기 때문에 시트 가공물(122)의 온도를 유리 천이온도(Tg)보다 높은 온도로 상승시킨다. 즉, 폴리에스터 시트의 방향 유도 결정화가 일어나고 열-유도 결정화가 최소화된다. 시트 가공물(122)의 온도를 유리 천이 온도(Tg) 보다 높은 온도로 상승시키면, 시트 가공물(122)은 제로-갭 로울러 조립체(120)에 달라붙는 경향을 나타낸다. 결론적으로, 시트 가공물(122)이 상부 로울러(142)에 고착되는 것을 방지하기 위해서, 입구 브라이들 무부하 로울러(141)의 상류의 위치에서 물, 공기 및 1 내지 2중량%의 오일을 함유하는 수용성 물 기지 에멀션을 분무 수단(145)으로부터 시트 가공물(122)의 하부 표면으로 분무한다. 제5도 및 6도에 도시된 바와같이, 시트 가공물(122)의 하부 표면은 제로-갭 로울러 조립체(120)의 상부 로울러(142)에 대한 내부 면이 된다. 그 결과, 그러한 에멀션은 제로-갭 로울러 조립체(120)의 상부 로울러(142)와 시트 가공물(122) 사이에서 일어나는 고착을 방지한다. 제로-갭 로울러 조립체(120)의 하부 로울러(144)상에 방향성 시트(122)가 고착되면, 제로-갭 로울러 조립체(120)의 상부 로울러(142)와 하부 로울러(144) 사이에 한정된 닙(146)내에서 폴리에스터 시트(122)가 방향 지워지기 때문에 문제가 발생하지 않는다. 비정질의 폴리에스터는 점착성을 나타내지 않는 결정형 폴리에스터로 전환된다. 제로-갭 로울러 조립체(120)의 상부 로울러(142)와 하부 로울러(144) 사이에 한정된 닙(146)내에서 시트 가공물(122)에 적당한 방향을 주기 위해서, 하부 제로-갭 로울러(144)는 그러한 로울러(144)의 선형 표면 속도가 회전 속도 및 제로-갭 로울러 조립체(120)의 유효 선형 표면 속도보다 크다. 본 발명에 따르면, 하부 제로 갭 로울러(144)의 선형 표면 속도는 시트 가공물의 인발 비가 4:1 내지 5:1의 범위내에 유지되도록 상부 제로-갭 로울러(142)의 선형 표면속도의 약 4 내지 5배로 설정된다. 유사한 방식으로, 배출 브리들 조립체 로울러(178,180,182,184)는 하부 제로-갭 로울러(144)의 회전 속도 보다 큰 회전 속도로 회전된다. 그러므로, 배출 브리들 조립체 로울러(178,180,182,184)의 인발비는 하부 제로-갭 로울러(144)의 선형 표면 속도의 곱이다. 특히, 본 발명에 따르면, 배출 브리들 조립체 로울러(178,180,182,184)의 선형 표면 속도는 하부 제로-갭 로울러(144)의 선형 표면 속도의 약 1.1 내지 1.5배 되도록 설정된다. 그리하여, 가공물에 작용하는 인발비는 1.1 내지 1.5:1 이다. 전술한 바와같이, 본 발명은 시트 가공물(122)에 작용하는 약 6:1의 전체 인발비내에서 2단계의 인발 공정을 포함한다. 예를들면, 하부 제로-갭 로울러(144)의 선형 표면 속도가 상부 제로-갭 로울러(142)의 선형 표면 속도의 4.5배가 되도록 하는 회전 속도로 하부 제로-갭 로울러(144)가 회전하고 배출 브리들 조립체 로울러(178,180,182,184)의 선형 표면 속도가 하부 제로-갭 로울러(144)의 선형 표면 속도의 1.34배가 되는 회전 속도로 회전하는 경우, 6.03의 전체 인발비가 달성되고 시트 가공물(122)상에 작용한다. 이와는 달리, 하부 제로-갭 로울러(144)와 상부 제로-갭 로울러(142)사이의 선형 표면 속도차 또는 인발비는 5:0 또는 5:1이 될 수 있다. 반면에, 배출 브리들 조립체 로울러(178,180,182,184)와 하부 제로-갭 로울러(144) 사이에 한정된 선형 표면 속도차나 인발비는 1.2 또는 1.2:1이 될 수 있다. 이에의해, 전체 인발비는 6:1이 된다. 배출 브리들 조립체 로울러(178,180,182,184)와 하부 제로-갭 로울러(144) 사이에 발전된 시트 가공물(122)의 2차 또는 2단계 스트레칭 및 배향을 용이하게 하기 위해서, 하부 제로-갭 로울러(144)는 150℃의 온도로 가열되고, 배출 브리들 조립체 로울러(178,180,182,184)는 상온(R)으로 유지된다. 2차 또는 2단계 스트레칭 및 배향을 거친 후, 합성 폴리에스터 시이팅은 100,000psi의 인장 강도와 3,000,000psi 내지 5,000,000psi 사이의 모듈러스를 나타낸다.
하기에 설명하는 바와같이, 본 발명에 따라 제로-갭 장치내에서 방향성 시트 가공물을 제작하는 동안에, 제작된 시트 가공물은 두꺼운 테두리 부분 또는 지역을 나타낸다. 따라서, 상기에서 적당하게 설명된 테두리 히터들 및 스트립 히터들의 설비는 계류중인 미합중국 특허출원 제____호에 개시된 바 있으며, 유용한 시이팅이나 스트래핑의 증가된 체적이 패키지 스트래핑의 제작을 위해서 만들어지는 것에 의해서 위에서 언급한 문제는 제거된다. 증가된 편평도를 가지거나 균등하게 편평화된 마감 시트는 다른 비가열의 구조적인 기초 제조 기술에 따라서 달성될 수 있다. 예를 들면, 제7a도 및 7b도를 참조하면, 2개의 각기 다른 곡률을 갖는 로울러가 정면도로서 도시되어 있다. 이러한 로울러는 환경 친화 폴리에스터 시이팅의 제조와 관련하여 제5도 및 6도의 장치의 제로-갭 로울러 조립체(120)내에 통합된다. 제7a도 및 7b도의 로울러(204)와 로울러(206)로 알 수 있듯이, 로울러(204)와 (206)의 중앙부는 (208) 및 (209)에서 오목 형상을 갖는다. 반면에, 측면 테두리 부분(211) 및 (213)은 직선 또는 수평 형상을 갖는다. 이러한 방식에 있어서, 시트 가공물(122)이 닙(146)내에서 압연되고 펴치는 경우, 시트 가공물(122)이 테두리 부분은 시트 가공물(122)의 중앙부 보다 큼 정도로 가공된다. 이에의해, 시트 가공물(122)의 테두리 부분은 얇은 상태로 된다. 닙(146) 내에서 처리되는 경우, 시트 가공물(122)의 테두리 부분은 상기한 바와같이 어느 정도의 두께화 과정을 거친다. 이에의해, 시트 가공물(122)의 최종적인 테두리 지역이나 마감된 시트 가공물(122)은 상기 테두리 스트립 가열 기술에 의해서 유사하게 달성되는 원하는 두께와 편평도의 균등성을 갖는다. 제7a도 및 7b도에 잘 도시된 바와같이, 밀링 로울러(204)와 (206)의 만곡의 차이는 제7a도의 로울러(204)의 경우와 유사하며, 중앙부는 인접한 축부가 위치(217)에서 테이퍼지거나 절두 원추형상을 갖는 반면에, 위치(215)에서와 같이 원통형상을 갖는다. 끝으로, 최외각 단부와 테두리 부분은 위치(219)에서 원통형을 가지며, 원통형 부분(219)이 직경은 중앙 원통형 부분(215)의 직경 보다 크다. 마찬가지로, 제7b도의 로울러(206)이 경우에서와 같이, 중앙부(209)는 오목한 아치형을 갖는 반면에, 최외각 단부(221)는 원통 형상을 가지며 중앙부(209)의 직경 보다 큰 직경을 갖는다.
제8a도, 8b도 및 9도를 참조하면, 시트의 폭에 걸쳐서 최종 시트가 편평도의 증가된 양이나 증가된 편평도를 달성하기 위해서 채용된 다른 제조 기술은 제8a도 및 8b도에 각각 도시된 돌출 다이(223) 및 (225)로부터 시트 가공물(122)의 돌출부를 포함한다. 도면을 통해서 잘 알 수 있는 바와같이, 각각의 다이(223) 및 (225)는 다이 마우스(227) 및 (229)를 갖는다. 다이 마우스(227) 및 (229)는 사다리꼴 형상을 갖는다. 따라서, 사다리꼴 형상을 갖는 폴리에스터 시트 가공물(122)을 만든다. 테두리 부분(231) 및 (233)은 시트 가공물(122)의 중앙부 보다 얇다. 이러한 방식에 있어서, 그와같은 사다리꼴 형상의 시트 가공물(122)이 압착되고 편지는 경우, 그들의 테두리 부분은 최외곽 8테두리 지역을 제외하고는, 시트 가공물(122)의 전체 폭에 걸쳐서 균등한 두께가 달성되도록 시트 가공물(122)이 중앙부의 두께와 동일한 두께를 갖는다. 다이(223)과 (225) 사이의 차는 다이(225)에 의해서 만들어지는 유사한 시트 가공물(122) 보다 큰 두께를 갖는 시트 가공물(122)을 만들어 낸다. 제9도에 있어서, 주로 로울러(235,237,239) 세트가 수직으로 배열된다. 상부 로울러(235)와 하부 로울러(239)는 로울러(204)와 (206)의 형상과 유사한 형상을 갖는다. 반면에, 중앙 로울러(237)는 원통 형상을 갖는다. 결론적으로, 로울러(235)와 로울러(237)사이, 로울러(237)와 로울러(239) 사이에 공간(241) 및 (243)이 형성되며, 사다리꼴 형상을 갖는다. 그래서, 시트 가공물(122)이 다이 마우스(227) 이나 (229)로부터 압출되는 경우, 시트 가공물(122)은 공간(241)내로 삽입되도록 주로 로울러 주위로 회전되며, 로울러(237) 주위로 싸이고 공간(243)으로부터 철회된다. 그 결과, 공간(243)의 사다리꼴 형상은 공간(241)의 사다리꼴 형상에 대하여 뒤집어진 상태이다. 로울러(235) 및 로울러(239)는 사다리꼴 형상의 공간(241) 및 (243)을 한정하는 수단으로서 원통형상을 이루며, 로울러(237)는 로울러(204) 및 로울러(206)와 유사한 형상을 갖는다. 시트 가공물(122)은 본 발명에 따라서 처리되도록 공간(241) 및 (243)을 통과한 후에 제로-갭 로울러 조립체(120) 쪽으로 이동한다. 상기에서는 본 발명에 따른 제조방법 및 장치를 설명하였다. 환경 친화적인 폴리에스터를 포함하는 마감되고 압착되어 펴진 시트는 향상된 인장 강도와 모듈러스 특성을 나타낸다. 또한, 시트들은 개선된 편평도 미ㅍ 편평도의 균등성을 나타낸다. 이에의해, 증가된 체적을 갖는 폴리에스터의 스트래핑이 달성된다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (22)

  1. 고 방향성 폴리에스터 시트 제조 장치로서, 폴리에스터의 경질 시트 가공물이 동시에 압착되고 펴지도록 하기 위해서 상기 시트 가공물을 단일 경로와 소정의 이동 방향을 따라서 통과 시키는 닙을 한정하는 한쌍의 대향하는 로울러; 상기 한쌍의 대향하는 로울러 사이에 한정된 상기 닙에서 상기 한쌍의 대향하는 로울러의 각기 다른 선형 표면 속도에 의해서 한정된 소정의 제1인발 비에 따라서 상기 시트 가공물을 동시에 압착하고 펴기 위하여 상기 한쌍의 대향하는 로울러를 상기 각기 다른 선형 표면 속도로 반대방향으로 구동시키기 위한 수단; 소정의 이송 방향으로 볼 때 상기 대향하는 로울러상의 하류 로울러의 하류에 배치되어 상기 압착하고 펴진 시트 가공물을 상기 한쌍의 대향하는 로울러로부터 멀어지는 방향으로 후퇴시키는 적어도 하나의 추가적인 로울러; 및 소정의 제2인발 비에 따라서 상기 압착 및 연신된 시트 가공물을 추가적으로 연신하기 위해서 상기 한쌍의 대향하는 로울러중 하류 로울러의 선형 표면 속도에 대하여 충분히 다른 선형 표면 속도로 상기 적어도 하나의 추가 로울러를 구동시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리에스터 시트 가공물은 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 제조되는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가적인 로울러는 상기 한쌍의 대향하는 로울러에 대하여 상기 시트 가공물을 압착하고 펴기위한 배출 브리들 조립체를 형성하는 한 세트의 로울러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1인발 비는 4:1 내지 5:1이고, 상기 제2인발비는 1.1:1 내지 1.5:1이며, 상기 폴리에스터 시트 가공물상에 적용되는 전체적인 인발 비는 6:1이고, 상기 방향성 폴리에스터 시트는 100,000psi의 인장 강도 및 3,000,000 내지 5,000,000 psi의 모듈러스 값을 나타내는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스터 시트 가공물은 상기 한쌍의 대향하는 로울러 사이에 한정된 상기 닙을 통해서 상기 시트 가공물을 이동시키기 전에 비정질 폴리에스터를 포함하며, 상기 한쌍의 대향하는 로울러 사이에 한정된 상기 닙을 통해 이동할 때 상기 시트 가공물은 결정 폴리에스테르를 포함하기 위해서 방향-유도 결정화를 거치며, 상기 제조 장치는, 상기 비정질의 폴리에스터 시트 가공물이 상기 한쌍의 대향하는 로울러들중 상류의 로울러에 고착되는 것을 방지하기 위해서 상기 상류의 로울러를 가열하여 상기 시트 가공물을 상기 시트 가공물의 유리 천이 온도(Tg) 이하의 온도로 예열시키는 수단; 및 결정질의 폴리에스터 시트 가공물을 추가적으로 펴기위한 공정을 용이하게 수행할 수 있도록 하기 위하여 상기 시트 가공물의 상기 유리 천이 온도(Tg)이상의 온도 수준으로 상기 한쌍의 대향하는 로울러들중 상기 하류의 로울러를 가열하기 위한 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 한쌍의 대향하는 로울러들 사이에 한정된 상기 닙내에서 상기 폴리에스터 시트를 압착하고 연신하여 상기 폴리에트서 시트의 배향을 제어하기 위하여 상기 한쌍의 대향하는 로울러들 사이에 한정된 상기 닙의 상류에서 상기 폴리에스터 시트의 상기 유리 천이 온도(Tg) 이상의 온도로 상기 가공물을 가열하기 위한 수단; 및 상기 폴리에스터 시트 가공물이 상기 유리 천이 온도(Tg) 이상의 상기 온도로 가열되는 경우에 상기 폴리에스터 시트 가공물이 상기 한쌍의 대향하는 로울러들중 상기 상류의 로울러에 고착되는 것을 방지하기 위하여 상기 한쌍의 대향하는 로울러들 사이에 한정된 상기 닙의 상류 위치에서 상기 폴리에스터 시트의 표면에 윤활유를 공급하기 위한 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 한쌍의 대향하는 로울러는, 동시에 압착되고 펴지는 시트 가공물의 편평도를 증가시키도록 상기 한쌍의 대향하는 로울러 사이에 한정된 상기 닙을 통해서 상기 시트 가공물이 유도되는 경우, 상기 시트 가공물의 가장자리 부분이 상기 시트 가공물의 중심부 보다 얇아지도록 하기 위해서 오목한 중앙부 및 원통형 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 한쌍의 대향하는 로울러의 상기 중앙부는 아치형상을 이루는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 한쌍의 대향하는 로울러의 상기 중앙부는 사다리꼴 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 시트 가공물을 압출하기 위한 다이 수단을 추가로 포함하며, 다이 수단은, 상기 한쌍의 대향하는 로울러가, 동시에 압착되고 펴진 상기 시트 가공물이 상기 한쌍의 대향하는 로울러 사이에 한정된 상기 닙을 통과한 후에 상기 동시에 압착되고 펴진 상기 시트 가공물의 폭을 가로지르는 편평도가 증가되도록 상기 압출된 시트 가공물의 가장자리 부분이 상기 시트 가공물의 중심부 보다 얇아지는 소정의 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 다이 수단의 소정의 단면 형상은 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 다이 수단에 의해서 제조된 사다리꼴 형상의 시트 가공물을 수용하기 위해 사다리꼴 형상을 갖는 공간을 한정하며 수직하게 배열된 다수의 주조 롤을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 장치.
  13. 고 방향성 폴리에스터 시트의 제조 방법으로서, 폴리에스터의 경질 시트 가공물이 동시에 압착되고 펴지도록 하기 위해서 상기 시트 가공물을 단일 경로와 소정의 이동 방향을 따라서 통과 시키는 닙을 한정하는 한쌍의 대향하는 로울러를 제공하는 단계; 상기 한쌍의 대향하는 로울러 사이에 한정된 상기 닙에서 상기 한쌍의 대향하는 로울러의 각기 다른 선형 표면 속도에 의해서 한정된 소정의 제1인발 비에 따라서 상기 시트 가공물을 동시에 압착하고 펴기 위하여 상기 한쌍의 대향하는 로울러를 상기 각기 다른 선형 표면 속도로 반대방향으로 구동시키는 단계; 이송 방향으로 볼 때 상기 대향하는 로울러쌍의 하류 로울러의 하류에 배치되어 상기 압착하고 펴진 시트 가공물을 상기 한쌍의 대향하는 로울러로부터 멀어지는 방향으로 후퇴시키는 적어도 하나의 추가적인 로울러를 제공하는 단계; 및 소정의 제2인발 비에 따라서 상기 압착 및 연신된 시트 가공물을 추가적으로 연신하기 위해서 상기 한쌍의 대향하는 로울러중 하류 로울러의 선형 표면 속도에 대하여 충분히 다른 선형 표면 속도로 상기 적어도 하나의 추가적인 로울러를 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 폴리에스터 시트 가공물은 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 제조되는 것을 특징으로 하는 고 방향성 폴리에스터 시트 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가적인 로울러는 상기 한쌍의 대향하는 로울러에 대하여 상기 시트 가공물을 압착하고 펴기 위한 배출 브리들 조립체를 형성하는 한 세트의 로울러로 이루어져 있으며, 상기 배출 브리들 조립체를 한정하는 상기 한세트의 로울러의 상기 로울러들 모두는 상기 제2인발 비로 상기 한쌍의 대향하는 로울러중 상기 하류의 로울러를 한정하기 위해서 회전 속도로 구동되는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 제1인발 비는 4:1 내지 5:1이고, 상기 제2인발비는 1.1:1 내지 1.5:1이며, 상기 폴리에스터 시트 가공물상에 가해지는 전체적인 인발 비는 6:1이고, 상기 방향성 폴리에스터 시트는 100,000psi의 인장 강도 및 3,000,000 내지 5,000,000psi의 모듈러스 값을 나타내는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 폴리에스터 시트 가공물은 상기 한쌍의 대향하는 로울러 사이에 한정된 상기 닙을 통해서 상기 시트 가공물을 이동시키기 전에 비정질 폴리에스테르를 포함하며, 상기 한쌍의 대향하는 로울러 사이에 한정된 상기 닙을 통해서 이동할 때 상기 시트 가공물은 결정 폴리에스테를 포함하기 위해서 방향-유도 결정화를 거치며, 상기 제조 방법은, 상기 비정질의 폴리에스터 시트 가공물이 상기 한쌍의 대향하는 로울러들중 상류의 로울러에 고착되는 것을 방지하기 위해서 상기 상류의 로울러를 가열하여 상기 시트 가공물을 상기 시트 가공물의 유리 천이 온도(Tg) 이하의 온도로 예열시키는 단계 및, 결정질의 폴리에스터 시트 가공물을 추가적으로 펴기위한 공정을 용이하게 수행할 수 있도록 하기 위하여 상기 시트 가공물의 상기 유리 천이 온도(Tg) 이상의 온도 수준으로 상기 한쌍의 대향하는 로울러들중 상기 하류의 로울러를 가열하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 한쌍의 대향하는 로울러들 사이에 한정된 상기 닙내에서 상기 폴리에스터 시트를 압착하고 연신하여 상기 폴리에스터 시트의 상기 방향을 제어하기 위하여 상기 한쌍의 대향하는 로울러들 사이에 한정된 상기 닙의 상류에서 상기 폴리에스터 시트의 상기 유리 천이 온도(Tg) 이상의 온도로 상기 가공물을 가열하는 단계; 및 상기 폴리에스터 시트 가공물이 상기 유리 천이 온도(Tg) 이상의 상기 온도로 가열되는 경우에 상기 폴리에스터 시트 가공물이 상기 한쌍의 대향하는 로울러들중 상기 상류의 로울러에 고착되는 것을 방지하기 위하여 상기 한쌍의 대향하는 로울러들 사이에 한정된 상기 닙의 상류 위치에서 상기 폴리에스터 시트의 표면에 윤활유를 공급하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 방법.
  19. 제13항에 있어서, 동시에 압착되고 펴지는 시트 가공물의 편평도를 증가시키도록 상기 한쌍의 대향하는 로울러 사이에 한정된 상기 닙을 통해서 상기 시트 가공물이 유도되는 경우, 상기 시트 가공물의 가장자리 부분이 상기 시트 가공물의 중심부 보다 얇아지도록 하기 위해서 오록한 중앙부 및 원통형 단부를 상기 한쌍의 대향하는 로울러에 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고방향성 시트 제조 방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 시트 가공물을 압출하기 위한 다이수단을 제공하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 다이수단은, 상기 한쌍의 대향하는 로울러가, 동시에 압착되고 펴진 상기 시트 가공물이 상기 한쌍의 대향하는 로울러 사이에 한정된 상기 닙을 통과한 후에 상기 동시에 압착되고 펴진 상기 시트 가공물의 폭을 가로지르는 편평도가 증가되도록 상기 압출된 시트 가공물의 가장자리 부분이 상기 시트 가공물의 중심부 보다 얇아지는 소정의 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 다이 수단의 소정의 단면 형상은 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 다이 수단에 의해서 제조된 사다리꼴 형상의 시트 가공물을 수용하기 위한 사다리꼴 형상의 공간을 한정하며 수직하게 배열된 다수의 주조 롤을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고방향성 폴리에스터 시트 제조 방법.
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