KR100255875B1 - 열가소성 폴리우레탄 쉬트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

1. 특허청구범위에 기재된 발명이 속한 기술 분야

본 발명은 열가소성 폴리우레탄 쉬트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적과제

열가소성 폴리우레탄 수지의 입자를 실린더의 내부로 균일하게 공급하며, 내부에서의 기포의 발생이 없으며, 수지의 열화를 방지하면서 보다 안정된 열가소성 폴리우레탄 쉬트의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

3. 발명의 해결방법의 요지

호퍼(11)로부터 공급되는 건조된 수지를 균일하게 공급하기 위하여 모우터(12)에 의하여 구동되는 트윈스크류(14)(14′)가 내부에 설치되어 있는 제1실린더(13), 익스트루더(31)에 수직으로 설치되어 있으며 또다른 모우터(22)에 의하여 구동되는 공급스크류(23)를 갖는 제2실린더(21), 공급스크류(23)에 의하여 익스트루더(31)의 내부로 진입된 열가소성 폴리 우레탄 수지입자를 익스트루더(31)에 설치되어 있는 원동기(32)에 의하여 구동하는 압출스크류(33)의 회전에 의하여 다이(34)가 설치되어 있는 헤드를 향하여 전진하면서 분할되어 있는 가열장치(35)가 구비된 장치를 이용하여 익스트루더내의 압출스크류의 회전속도는 20RPM 내지 30RPM의 속도로 하고, 쇼어경도계에 의하여 측정된 열가소성 폴리우레탄 수지의 경도가 91A를 기준으로 하여 30RPM의 경우를 입구측의 온도를 200℃로 하고, 각 회전속도가 5RPM 감소에 따라 입구측의 온도가 5℃씩 상승시키며, 쇼어경도 3A차이에 따라 10℃의 차이가 나도록 하며, 출구측의 온도를 입구측의 온도보다 5℃ 낮게 설정하는 방법에 의하여 해결할 수 있다.

4.발명의 중요한 용도

열가소성 폴리우레탄 쉬트의 제조에 사용된다.

Description

열가소성 폴리우레탄 쉬트의 제조방법

본 발명은 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머의 쉬트(필름)화 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 다양한 용도와 다양한 기계적 특성을 지니는 열가소성 폴리 우레탄 에라스토머를 시이트상으로 가공하여 쉬트화하는 방법에 관한 것이다.

열가소성 폴리우레탄 에라스토머는 이소시아네이트와 폴리올 그리고 쇄연장제로 구성된 고분자물질로서 반발탄성이 우수한 고탄성을 지니고 있고, 500~700%에 달하는 높은 신장율, 내한성, 난연성, 내유성, 내항균성, 높은 인장강도, 소음차단성, 흡수성, 진공성형성, 열가공성, 고주파접착성, 미싱가공성등 다양한 기능의 물성을 지니는 엔지니어링 프라스틱으로 고무, 일반플라스틱에 비하여 2~5배의 높은 기계적 물성을 지니고 있어 각종의 다양한 제품을 생산할 수 있는 소재이다.

그러나, 상기에서와 같이 다양한 기능의 물성을 지니는 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머를 사용하여 쉬트로 성형하고자하는 경우, 수지칩의 크기에 따른 내부에서의 불균일한 마찰열, 분자량의 오차로 인한 수지의 흐름변화 및 고점도성으로 인한 용융된 수지의 자체열의 발생으로 실린더 내에서의 수지온도가 불규칙해지고, 수지온도의 불규칙으로 수지의 흐름이 불규칙해질 뿐만아니라, 일부 수지온도의 상승으로 열변형된 수지가 발생하기도 하고, 기포가 형성되기도 하며, 미용융 수지의 발생 등으로 인하여 생산되는 최종제품에 불량의 요인으로 작용한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있으며, 그 결과로 실린더의 내부에서 회전하는 스크류를 개량하는 방법, 실린더를 다수의 섹터로 분할하여 수지의 온도를 제어하는 방법, 합성수지의 공급량을 제어하는 방법, 배기로를 설치하여 내부에서 발생한 가스를 제거하는 방법 등의 기술이 공개되어 있다.

스크류를 개량에 관한 것으로는, 대한민국 공개특허공보 제93-4051호, 일본국 공개특허공보 특개평2-82515호, 동 특개평5-104609호, 동 특개평5-185479호, 동특개평5-220820호와 같이 트윈스크류를 사용하거나, 스크류에 혼련을 위한 구조를 형성시키는 기술이 있다.

상기와 같은 스크류에 관한 기술만으로는 수지와 첨가제와의 혼련 또는 수지를 헤드에 균일하게 공급할 수 있다는 장점은 있으나, 수지의 열화방지 등에는 다소 미흡한 문제가 있었다.

실린더를 다수의 섹터로 분할하여 수지의 온도를 제어하는 방법에 관하여는 일본국 특개평1-180318호, 동 실개평2-111515호, 동 특개평5-286018호등의 기술이 있으며, 실린더의 가열을 다수의 섹터로 분할하여 온도를 공급함으로서 수지의 열화를 방지할 수 있다는 효과는 지니고 있으나, 수지의 특성에 따른 가열조건을 제시하고 있지 못한 문제가 있다.

합성수지의 공급량을 제어하는 방법으로는 대한민국 공개특허공보 제94-3704호, 일본국 공개특허공보 특개평6-238763호, 동 특개평7-100899호등의 기술이 공개되어 실린더의 내부로 합성수지 입자를 안정적으로 공급할 수는 있으나, 실린더의 내부에서 발생하는 열에 의한 수지의 열화 및 기포는 해결 할 수 없는 문제가 있었다.

실린더의 내부에서 발생한 가스를 제거하는 방법에 관한 기술로는 상기 열거된 대한민국 공개특허 공보 등을 통하여 알려져 있으나, 간혹, 내부압력으로 인한 합성수지의 배기구 차단 등의 문제를 일으켜 실린더의 내부에서 합성수지의 열화를 가속화시키는 문제로 그 사용을 기피하고 있는 실정이다.

본 발명자는 열가소성 폴리우레탄 수지의 입자를 실린더의 내부로 균일하게 공급하며, 내부에서의 기포의 발생이 없으며, 수지의 열화를 방지하면서 보다 안정된 열가소성 폴리우레탄 쉬트의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

제1도는 본 발명의 장치를 설명하기 위한 단면도.

제2도는 제1도의 A-A선 단면도.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은 호퍼(11)로부터 공급되는 건조된 수지를 모우터(12)에 의하여 구동되는 제1실린더(13)의 내부에서 회전하는 트윈스크류(14)(14′)에 의하여 입자의 크기에 상관없이 고른 압력으로 익스트루더(31)에 수직으로 설치되어 있는 제2실린더(21)에 밀어 넣고, 제2실린더(21)에서는 또다른 모우터(22)에 의하여 구동되는 공급스크류(23)의 회전에 의해 익스트루더(31)의 내부로 일정한 압력으로 제1실린더(13)으로부터 유입된 열가소성 폴리우레탄 수지입자를 공급한다.

공급스크류(23)에 의하여 익스트루더(31)의 내부로 진입된 열가소성 폴리 우레탄 수지입자는 익스트루더(31)에 설치되어 있는 원동기(32)에 의하여 구동하는 압출스크류(33)의 회전에 의하여 다이(34)가 설치되어 있는 헤드를 향하여 전진하면서 분할되어 있는 다수개의 가열장치(35)가 구비된 익스트루더실린더(36)의 내부를 통과하면서 용융되어 결국에는 헤드에 설치되어 있는 다이(34)로부터 쉬트형상으로 압출시킴으로서 해결할 수 있다.

일반적으로, 호퍼(11)로 공급되는 열가소성 폴리우레탄 수지 입자를 싱글스크류에 의하여 공급하는 경우에는 호퍼(11)로부터 공급된 각기 다른 입경을 갖는 수지 입자가 고르게 혼합되지 않을 뿐만 아니라, 입경의 차이로 인하여 발생하는 뒤로 밀리는 현상이 발생하여 제2실린더(21)로 공급되는 수지의 양이 불균일하게 되므로 제1실린더(13)의 내부에 트윈스크류(14)(14′)를 사용하여 제2실린더(21)로 입자의 크기와 상관없이 공급량을 일정하게 하고자 하는 것이다.

제2실린더(21)의 내부에 설치되어 있는 공급스크류(23)는 제1실린더(13)으로부터 공급된 수지입자를 회전에 의해 수지량의 무게에 의한 압력의 영향을 받지 않는 상태로 일정량씩 계속하여 익스트루더에 공급하기 위한 것이다.

상기에서와 같이 익스트루더(31)의 내부로 공급되는 열가소성 폴리우레탄 수지 입자는 압출스크류(33)에 의해 서서히 전방을 향하여 진행하면서 입자와 입자, 스크류와 입자 등에 의하여 발생하는 마찰열과 익스트루더실린더(36)의 외부에 다수 설치되어 있는 다수개의 가열장치(35)로부터 공급되는 열에 의하여 용융되어 완전히 용융된 수지는 헤드를 통하여 다이(34)로 토출되어 쉬트화 되는 것이다.

이때, 다수개의 가열장치(35)로부터 공급되는 열에너지가 너무 많게 되면, 내부로부터 마찰등에 의하여 발생하는 자체열로 인하여, 열가소성 폴리우레탄 수지의 열화가 일어나게 되며, 너무 낮게되면 미용융 입자가 남게 되어 쉬트의 내부에 미용융입자가 포함되게 되고, 이로 인하여 냉각시 발생하는 수축의 불균일로 불량의 제품이 발생하게 되는 것이다.

따라서, 상기의 다수로 분할되어 있는 다수개의 가열장치(35)의 각 부분을 제어할 필요가 있으나, 열가소성 폴리우레탄 수지 입자의 용융은 그 경도에 따라 용융속도가 다르고, 또 용융수지의 진행속도와도 밀접한 관계를 갖고 있어, 일률적인 온도의 제어만으로는 상기와 같은 문제점을 해결할 수 없었다.

본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 각 부위별로 경도 및 회전에 따른 최적 온도를 다수의 시험에 의하여 확정할 수 있었으며, 그로부터 얻어진 결과를 종합하여 정리하여 보았다.

열가소성 폴리우레탄 수지의 용융온도는 노즐 또는 공타로 측정한 결과가 그레이드에 따라서 약간의 차이는 있으나 180℃~220℃이고, 너무 온도가 높으면 기포가 발생하므로 바렐내에서의 체류시간을 가능한한 짧게하는 것이 좋으나, 너무 짧게하면 미용융 입자의 혼입으로 제품의 불량을 유발하게 되므로 온도제어는 정밀하여야 한다.

따라서, 익스트루더내의 압출스크류의 회전속도는 20RPM 내지 30RPM의 속도로 하는 것이 적당하며, 각 회전속도가 5RPM 감소에 따라 입구측의 온도가 5℃씩 상승하는 것이 좋고, 쇼어경도계에 의하여 측정된 열가소성 폴리우레탄 수지의 경도가 91A를 기준으로 하여 30RPM의 경우를 200℃로 하고, 쇼어경도 3A차이에 따라 10℃의 차이가 나도록 하며, 출구측의 온도를 입구측의 온도보다 5℃ 낮게 설정함으로서 불량을 방지할 수 있다.

상기와 같은 결과를 얻게된 실험결과를 표로서 정리하면 하기의 표 1과 같으며, 하기의 표 1은 가열장치가 4구역(35a, 35b, 35c, 35d)으로 분할되어 있는 익스트루더를 이용한 것이다.

상기 표 1은 가열부위를 4개의 섹터로 나누어 각 섹터별로 적정한 가열온도를 측정한 것이나, 가열부위를 4개섹터 이상으로 하는 경우에는 상기표를 기준으로 하여 열가소성 폴리우레탄 수지의 입구쪽의 온도와 출구쪽의 온도를 상기의 표 1과 같이 설정하고 그 사이에 놓이는 온도로서 적당히 조절하여 주면 되는 것이다.

상기에서 설명한 바와 같이 익스트루더로 공급하는 열가소성 폴리우레탄 수지 입자를 일정량씩 공급하고, 또, 익스트루더의 가열장치를 상기에서와 같이 제어함으로서 익스트루더의 내부에서 기포의 발생을 방지할 수 있으며, 수지의 열화를 방지할 수 있어 보다 안정된 방법에 의하여 열가소성 폴리우레탄 필름을 제공할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 호퍼(11)로부터 공급되는 건조된 수지를 균일하게 공급하기 위하여 모우터(12)에 의하여 구동되는 트윈스크류(14)(14′)가 내부에 설치되어 있는 제1실린더(13), 익스트루더(31)에 수직으로 설치되어 있으며 또다른 모우터(22)에 의하여 구동되는 공급스크류(23)를 갖는 제2실린더(21), 공급스크류(23)에 의하여 익스트루더(31)의 내부로 진입된 열가소성 폴리 우레탄 수지입자를 익스트루더(31)에 설치되어 있는 원동기(32)에 의하여 구동하는 압출스크류(33)의 회전에 의하여 다이(34)가 설치되어 있는 헤드를 향하여 전진하면서 분할되어 있는 다수개의 가열장치(35)가 구비된 열가소성 폴리우레탄 쉬트의 제조장치를 이용하여 열가소성 폴리우레탄 쉬트를 제조하는 방법에 있어서, 익스트루더내의 압출스크류의 회전속도는 10RPM 내지 30RPM의 속도로 하고, 쇼어경도계에 의하여 측정된 열가소성 폴리우레탄 수지의 경도가 91A를 기준으로 하여 30RPM의 경우를 입구측의 온도를 200℃로 하고, 각 회전속도가 5RPM 감소에 따라 입구측의 온도가 5℃씩 상승시키며, 쇼어경도 3A차이에 따라 10℃의 차이가 나도록 하며, 출구측의 온도를 입구측의 온도보다 5℃ 낮게 설정하는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 쉬트의 제조방법.

Images