KR0185698B1

KR0185698B1 - 성형기용 스크류

Info

Publication number: KR0185698B1
Application number: KR1019960028920A
Authority: KR
Inventors: 준야 이시바시; 요시하루 우치다; 마사오 도시다; 가즈히로 아사이
Original assignee: 오카노 사다오; 도시바 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 1995-07-18
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 1999-05-15
Also published as: US5735599A; JPH0929812A; TW391922B; KR970005583A

Abstract

성형기용 스크류는 공급구역, 압축구역 그리고 미터링구역으로 구성되어 있다. 미터링구역(12)은 중간 믹싱요소(12b)와 전방끝 믹싱요소(12a)를 갖춘 스크류 요소로 구비되어 있고, 중간 믹싱요소의 상류측은 딥 플라이트 채널 스크류로 이루어져 있고 중간 믹싱요소의 하류측은 셀로우 플라이트 채널 스크류로 이루어져 있다.

Description

성형기용 스크류

제1도는 본 발명에 따른 단축 압출기를 위한 스크류의 구조를 설명하는 도면.

제2도는 종래의 스크류의 배럴내의 각각의 구역에서 압력의 검출치를 도시하는 다이어그램.

제3a도 내지 f는 제2도의 제1, 제2, …제6지점에서 압력 변동을 각각 도시하는 다이어그램.

제4도는 본 발명에 따른 스크류에서 배럴내의 각각의 구역에서 압력의 검출치를 도시하는 다이어그램.

제5a도 내지 f는 제4도의 제1, 제2, … 제6지점에서 압력 변동을 각각 도시하는 다이어그램.

제6도는 일반적인 단축 압출기의 구조를 도시하는 도면.

제7도는 둘메이지 타입 스크류의 측면도.

제8도는 유니멜트 타입 스크류의 측면도.

제9도는 종래의 단축 압출기용 스크류의 구성을 도시하는 도면.

[발명의 분야]

본 발명은 열가소성 수지 등으로 만든 제품을 성형하는 단일 압출기 및/또는 사출 성형기에 사용하는 스크류에 관한 것이다.

[발명의 배경]

풀라스틱 재료에 의해 제품의 성형을 행하기 위해서, 일반적으로 2가지 타입의 성형기가 사용되는데, 즉 하나는 플라스틱 재료가 용융되면서 혼련되고 그리고 다이로 사출되어 제품을 성형하는 압출기이고, 다른 하나는 상기한 용융된 플라스틱 재료가 형내에 사출하여 제품을 성형하는 사출 성형기이다.

제6도는 상기한 압축 성형기의 구조를 도시한 도면인데, 여기에서 호퍼(2)를 한끝에 구비한 배럴(3)이 베드(1)상에 지지되어 있고, 스크류(4)는 전방끝에서 다이(5)로 더 구비된 배럴(3)내에 공동축방향으로 삽입되어 있다. 더욱이, 상기한 배럴(3)은 배럴(3)을 따라 중간에 벤트 포트(6)로 구비되어 있다.

작동중에, 플라스틱 재료는 호퍼(2)내로 공급되고, 스크류(4)는 모터(7)에 의해 감속기구(8)를 통해 피구동되어, 공급된 재료는 회전하는 스크류(4)에 의해 전방으로 이송되고 배럴측으로부터 점차 가열되어, 연속적으로 용융 및 혼련된다. 용융된 재료가 벤트 포트(6)이 위치에 도달할 때, 압력강하가 일시적으로 발생하고 그리고 재료에 포함된 가스상 휘발분이 배출되며, 그후 용융된 재료는 다이(5)를 통과할 때까지 계속 혼련 및 가압되어 제품을 성형한다.

말하자면, 상기한 배럴(3)의 내부에서, 호퍼(2)가 구비된 위치로부터 길이방향으로 순차적으로 공급구역(10), 압축구역(11), 제1미터링구역(12), 벤트섹션(13), 제2압축구역(14), 그리고 제2미터링구역(15)으로 형성되어 있다.

그런데, 혼련 성능을 향상시키기 위해서 스크류의 형태가 중요하며, 스크류의 가장 기본적인 형태는 플라이트(fight)가 스크류의 시작부터 끝까지 일정한 피치로 나선형으로 뻗어 있는 소위 풀 플라이트형 스크류가 사용된다. 더욱이, 혼련 성능을 향상시키기 위해서, 믹싱요소로서 미터링구역은 제7도에 도시된 둘메이지(Dulmage) 타입 스크류로 되어 있고 또는 제8도에서 스크류의 전방끝에 도시된 바와 같이 플런저의 외주표면상에서 스트립형의 홈(9)을 갖춘 유니멜트(Unimelt) 타입 스크류로 될 수 있는데, 이 플런저는 양 끝쪽으로 뻗어 있지 않으며 한끝에서 통과할 수 없고 상기 스트립형홈(9)은 서로 연통하지 않도록 반대방향으로 교대로 배치되어 있다.

제7도에 도시된 둘메이지 타입 스크류는 Dow Chemical Co.에 의해 개발되었으며 축선에 대하여 경사지고 전체적인 주변 면적에 걸쳐 형성된 그루우브를 갖추고 있다. 이러한 둘메이지 타입 스크류는 온도와 압력의 증가없이 혼련효과를 풍부하게 할 수 있는 장점과 압출변동이 진압될 수 있는 장점을 갖추고 있다.

더욱이, 제8도에 도시된 유니멜트 타입 스크류는 예를 들면 일본 특허 공보 24493/1968호에는 개시된 바와 같이 수지의 분산혼련을 개선하고 압출성능의 저하를 방지하는 우수한 장점을 갖추고 있다.

제9도는 상기한 성형기용의 종래의 스크류를 도시한 도면인데, 이것은 호퍼(2)와 인접한 공급구역(10)으로부터 연속적으로 압축구역(11), 제1미터링구역(12), 벤트섹션(13), 제2압축구역(14), 그리고 제2미터링구역(15)으로 구성되어 있으며, 여기에서 제1 및 제2미터링구역(12, 15)은 각각 유니멜트 타입 스크류를 갖춘 전방끝 믹싱요소(12a, 15a)를 갖추어 전방 끝에 구비되어 있다.

하지만, 이러한 종래의 스크류에서, 압출량이 많은 경우 또는 다른 융점을 가진 원료 또는 버진(virgin) 원료와 분쇄품의 블랜드 원료를 압출할 경우, 낮은 융점을 가진 원료는 조기에 녹고 공급부와 압축부에서 높은 융점을 가진 원료를 둘러싸게 되어 홈의 내부가 고체로 막혀지는 브레이크-업(break-up) 현상을 야기한다. 그러므로 이러한 둘러 싸는 현상은 높은 융점을 가진 원료의 가소화를 지연시키고, 이렇게 지연된 원료는 녹지 않아서 피쉬 아이(fish eye)의 핵이 되어 압출된다. 그러므로 이러한 미소한 녹지 않은 것을 용융시키기 위해서는 높은 전단력이 필요하고, 스크류 속도의 증가는 수지의 온도의 증가, 압출양의 감소, 모터 용량의 증가가 생기는 등의 문제가 있다.

[발명의 개요]

본 발명의 목적은 스크류의 공급부와 압축부에서 발생하는 둘러싸는 현상을 파괴하고 세분화하여 미터링구역에서 용해를 촉진하고 적절한 점도로 혼합섹션에 공급하고 혼합 섹션에서 분쇄가 효과적으로 일어나는 단축(single screw) 압출기 및/또는 성형기를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따라서, 공급구역; 하나 이상의 압축구역; 그리고 중간 믹싱요소 그리고 상기 중간 믹싱요소의 하류측에서 일정 거리로 배치된 전방끝 믹싱요소를 포함하고 있는 스크류 요소로 구비되어 있는 하나 이상의 미터링 구역; 으로 구성되어 있으며, 상기 중간 믹싱요소의 상류측은 딥 플라이트 채널 스크류로 이루어져 있고, 상기 중간 믹싱요소의 하류측은 상기 딥 플라이트 채널 스크류의 채널 깊이보다 얕은 셀로우 플라이트 채널 스크류로 이루어진 단축 압출기 및/또는 성형기용 스크류를 제공하는 것이다. 따라서, 중간 믹싱요소의 상류측은 압축비가 작으며, 낮은 융점을 가진 수지의 용해의 시작이 지연되고 그러므로 둘러싸는 현상의 발생이 감소되며, 동시에 하류측에서 셀로우-그루우브 타입 플라이트 스크류 구역은 수지의 용해를 가속시키며 적절한 점도를 용해된 수지가 전방끝 믹싱요소로 공급된다.

[발명의 바람직한 실시예]

이제 본 발명의 실시예가 첨부도면을 참조하여 설명될 것이다.

제1도는 벤트 타입(vent-type) 압출기에서 스크류의 구조를 도시하는 도면인데, 이것은 호퍼와 인접한 부분으로부터 시작하여 공급구역(10), 압축구역(11), 제1미터링구역(12), 벤트섹션(13), 제2압축구역(14) 그리고 제2미터링구역(15)으로 구성되어 있다. 제1미터링구역(12)과 제2미터링구역(15)은 전방끝 부분(하류끝쪽)의 각각에 구비되는데, 스크류 요소는 제8도에 도시된 유니멜트 타입 스크류로 구성된 전방끝 믹싱요소(12a, 15a)를 갖추고 있다.

상기한 전방끝 믹싱요소(12a)의 상류측에서 일정한 거리로 상기한 제1미터링구역(12)에서 스크류 요소의 중간부분에는 제7도에 도시된 둘메이지 타입 스크류의 중간 믹싱 요소(12b)로 더 구비되어 있다. 중간 믹싱요소(12b)의 상류측은 딥 플라이트 채널 스크류(16)로 구성되어 있고, 상기한 중간 믹싱요소(12b)의 하류측은 상기한 딥 플라이트 채널 스크류(16)의 채널 깊이보다 얇은 셀로우 플라이트 채널 스크류(17)로 구성되어 있다.

작동중에, 압출기의 배럴내에 공급되는 재료는 회전 스크류에 의해 공급구역(10)과 압축구역(11)을 통해서 전방으로 이송되고 배럴측으로부터 점차 가열되고 용해되면서 제1미터링구역(12)으로 이송된다. 그후, 용해된 수지는 중간 믹싱요소(12b)에서 세분화되고 용해된 수지가 적절한 점도를 가질 때까지 셀로우 프라이트 채널 스크류(17)에서 용해의 가속이 더 수행된다. 그리고 전방끝 믹싱요소(12a)로 이송되고 벤트섹션(13), 제2압축구역(14) 그리고 제2미터링구역(15)을 통해서 다이로부터 압출된다.

말하자면, 중간 믹싱요소(12b)의 상류에서, 스크류는 체널깊이가 크고 압축비는 작으므로, 당해의 상류측에서 낮은 융점을 가진 수지의 용해의 시작은 지연되고 이것에 의해 둘러싸는 현상의 발생이 감소되고 중간 믹싱요소에서 세분화가 용이하게 수행될 수 있게 한다. 한편, 중간 믹싱요소(12b)의 하류측에서 스크류가 상기한 바와 같이 채널 깊이가 더 얕으므로, 재료의 용해의 가속이 이루어지고, 또한 용해된 수지가 적절한 점도를 갖추게 되어 전방끝에 믹싱요소(12a) 내로 유입된다.

본 발명에 따른 스크류와 종래의 스크류를 비교한 시험결과가 아래에 도시되어 있다.

단축 압출기 SE-90DV (ø90mm, L/D=32, 벤트-타입)

사용 원료 투명 HI-PS (분쇄품 30% 혼합한 것)

사용 다이 TDS-1000 (립폭 1000mm)

쉬트 두께 0.5mm

압출 성능

이때에 배럴내에서 수지압력의 거동의 측정결과는 제2도 내지 제5도에 도시되어 있다.

제2도 내지 제4도는 각각 본 발명과 종래형의 배럴내에서 스크류의 여러가지 위치에 상응하는 부분의 압력 측정을 도시하고 있다. 부가하여 제3도 및 제5도의 (a), (b), (c), (d), (e) 및 (f)는 제2도 및 제4도에서 각각 제1, 제2, …제6지점에서 압력 검출기에 의해 검출된 압력 변동의 파형을 도시하고 있다.

그리고, 제3도의 (c), (d), (e) 및 (f)에 도시된 바와 같이, 종래형은 제3, 제4, 제5 및 제6지점에서 압력변동이 상당히 불규칙한데, 이것은 각 지점에서 상당한 브레이크-업 현상이 발생한다는 것을 나타낸다.

한편, 제5도의 (c), (d), (e) 및 (f)에 도시된 바와 같이, 본 발명은 제3, 제5 및 제6지점에서 압력변동이 작고 제3지점 조차도 브레이크-업 현상이 작아진 것이 명백하다. 더욱이, 하류에서 제5 및 제6지점에서, 세분화가 중간 믹싱요소에서 수행되고, 압력 변동의 폭은 작고 규칙적인데, 이것은 양호한 가소화를 나타낸다.

결과적으로, 본 발명은 피쉬 아이의 감소, 26%의 압출량의 증가 그리고 다이의 출구에서 수지 온도가 5℃ 감소하는 등 커다란 유리한 효과를 제공한다는 것이 명백하다.

상기한 실시예에서 둘메이지 타입 스크류가 전방끝 믹싱요소를 위해 사용되었지만, 핀 타입, 다이아몬드-컷 타입, 기어 디스크 타입, 다각형 멀티-스트립 타입 등 임의의 믹싱 요소가 사용될 수 있으며, 선택에 따라서 수지에 적합한 구조로 만들 수 있다.

더욱이, 상기한 실시예는 벤트-타입 스크류의 구성을 도시하고 있지만, 본 발명은 벤트-타입 스크류가 아닌 것에도 역시 적용될 수 있다. 더욱이, 본 발명은 압출기에 한정되는 것이 아니고, 사출 성형기용 스크류에도 역시 적용될 수 있다.

상기한 본 발명에 따른 구조는 낮은 융점을 갖춘 수지의 용해의 시작을 지연시키며, 둘러싸는 현상의 발생을 감소시키고, 중간 믹싱요소에서 세분화를 용이하게 하며, 중간 믹싱요소의 하류측에서 용해를 가속시키고, 적절한 점도로 용해된 수지를 전방끝 믹싱 요소로 공급하여, 수지 온도의 상승, 운반량의 감소 그리고 모터의 용량증가 등을 방지할 수 있게 한다.

Claims

공급구역; 하나 이상의 압축구역; 그리고 중간 믹싱요소 그리고 상기 중간 믹싱요소의 하류측에서 일정 거리로 배치된 전방끝 믹싱요소를 포함하고 있는 스크류 요소로 구비되는 하나 이상의 미터링구역; 으로 구성되어 있으며, 상기 중간 믹싱요소의 상류측은 딥 플라이트 채널 스크류로 이루어져 있고, 상기 중간 믹싱요소의 하류측은 상기 딥 플라이트 채널 스크류의 채널 깊이보다 얕은 셀로우 플라이트 채널 스크류로 이루어진 것을 특징으로 하는 성형기용 스크류.
제1항에 있어서, 상기 중간 믹싱요소는 둘메이지 타입 스크류로 이루어져 있고, 상기 전방끝 믹싱요소는 양끝으로 뻗어 있지 않고 한끝에서 통과할 수 없는 요소의 외주표면상에서 스트립형 그루우브를 갖춘 유니멜트 타입 스크류로 구성되어 있으며, 상기 스트립형 그루우브는 반대방향으로 교대로 배치되어 이들은 서로 연통하지 않는 것을 특징으로 하는 성형기용 스크류.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미터링구역은 제1미터링구역과 상기 제1미터링구역의 하류측에서 일정 거리에 배치된 제2미터링구역으로 구성되어 있으며, 상기 제1미터링구역은 상기 전방끝 믹싱요소와 상기 중간 믹싱요소를 갖춘 스크류 요소로 구비된 것을 특징으로 하는 성형기용 스크류.