KR100286878B1 - 축을 중심으로 회전하는 본체를 피복하는 방법 및 장치 - Google Patents

축을 중심으로 회전하는 본체를 피복하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

폴리우레탄을 형성하는 반응 혼합물로 축을 중심으로 회전하는 본체들을 피복하는 것은 각도 α로 본체의 회전축에 평행하게 위치한 시이트 다이를, 도포 노즐을 경유하여, 사용하고, 반응 혼합물의 반응 속도와 상대적인 이동을, 연속적인 회선이 비늘 형태로 중첩되고 이음매 없이 함께 연결하도록 하는 방식으로, 회전 중인 본체의 원주 속도와 동기시킴으로써 개선될 수 있다.

Description

축을 중심으로 회전하는 본체를 피복하는 방법 및 장치
제1도는 파이프의 외부 코팅 장치의 종방향 도면.
제2도는 제1도의 코팅 장치의 정면도.
제3도는 파이프의 내부 코팅 장치의 종방향 도면.
제4도는 제3도의 코팅 장치의 정면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 파이프 2 : 혼합 헤드
3 : 시이트 다이 31 : 파이프
32 : 롤러 33 : 롤러
34 : 피동 롤러 35 : 지브(jib)
36 : 혼합 헤드 37 : 시이트 다이
본 발명은 본체와, 폴리우레탄을 형성하는 반응 혼합물을 방출하는 노즐 사이에서 회전축 방향으로 상대적인 이동이 발생하여 나선형 회선(convolution)들로 도포가 이루어지는, 축을 중심으로 회전하는 본체를 피복하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이러한 방법에 따른 회전하는 본체의 피복은 일반적으로 알려져 있다. 이 방법은 제거가능한 코어 또는 맨드릴을 피복함으로써 중공 본체, 특히 파이프를 생산하기 위해 사용될 수 있다. 본체나 노즐의 원주 속도 및 이송률과 같은 변수들에 따른 어려움이 발생한다. 특히, 공기 블리스터(blister)들과 각 회선들의 부적절한 접촉의 위험이 존재한다. 그러므로, 각 회선 사이에 존재하는 틈새가 반응 혼합물로 충전되도록 반응 혼합물을 캐리어 테이프에 도포하여 캐리어 테이프를 코어 주위에 권취하도록 코어를 피복하려는 시도들이 파이프 제조시에 이미 이루어져 왔다(예컨대, 유럽 특허 제523,509호). 이러한 부가적인 틈새의 충전으로 인해, 제조 기술 및 기계류의 비용이 상당하다. 또한, 이러한 방법은 캐리어 테이프를 생략할 수 없기 때문에 본체의 피복에 적합하지 않다.
본 발명의 목적은 흠없는 피복이 경제적으로 생산될 수 있는 방식으로 상기 방법을 개선하는 것이다.
상기 목적은 연속적인 회선들이 비늘(scale) 형태로 중첩되어 이음매 없이 함께 연결되는 방식으로 상대적인 이동 및 혼합물의 반응 속도를 회전 본체의 원주 속도와 동기시키도록 일정 각도(α)로 회전축에 평행하게 위치한 시이트 다이(sheet die)를 사용함으로써 성취될 수 있다. 여기서, 시이트 다이는 반응 혼합물이 시이트형 기류 형태로 방출되도록 슬릿 형태의 배출구를 갖춘 다이를 의미한다. 슬릿은 길이 대 폭의 비가 10 대 300, 양호하게는 100 대 250이다.
이러한 신규한 방법은(철강 산업, 재료 취급 산업, 운송 산업 및 제지 산업에서 사용되는 것과 같은) 롤러들을 피복하는데 적합하다. 또한, 본 발명에 따라, 산업 및 근해 분야를 위한 외부 피복을 갖는 파이프들 뿐만 아니라 연마 상품들의 유압식 이송을 위한 내부 피복을 갖는 파이프들이 제조될 수 있다. 필요한 경우, 피복될 표면에 미리 접착 촉진물을 제공할 수 있다.
또한, 신규한 방법에 따라, 분리가능한 코어를 피복함으로써 파이프 또는 다른 중공 본체들을 제작할 수 있다. 이 경우, 코어에 분리제가 도포되거나 분리박편(foil)으로 코어를 에워싸야 한다. 마지막으로, 신규한 방법은 강성 폴리우레탄 발포체로 이루어진 절연 자켓을 파이프들에 제공하기 위해 사용될 수 있다. 종래의 방법들에 비해, 회선들은 나란히 놓여지지 않고 중첩되도록 도포된다. 사실, 본 발명을 사용시에, 각 회선들 사이에 공기 블리스터들의 형성 및 부착성의 결핍이 예상되었었다. 공기 블리스터들의 어떠한 증거도 없고, 회선들이 딱지(crust)나 이음매를 형성함이 없이 서로 함께 합체되어 충분히 매끄러운 피복면을 형성한다는 것은 아주 놀라운 일이다. 신규한 방법은 축방향으로 대칭인 본체의 내부 및 외부 피복에 적합할 뿐만 아니라 종단면 및/또는 횡단면을 가로지르는 직경이 다양한 본체를 피복하기 위해서도 사용될 수 있다. 본 방법은 컴퓨터 제어에 의해 실행될 수 있다. 불규칙하게 성형된 본체들의 경우에, 시이트 다이가 피복될 본체의 표면으로부터 항상 동일 거리에 그리고 동일 경사로 놓여지도록 시이트 다이를 인도할 필요가 있다. 시이트 다이의 폭으로 인해, 본체의 균일하지 않은 기하학적 형태에 관한 한계가 존재한다. 또한, 원하는 위치에서 각도(α)를 변화시킴으로써 다양한 피복 두께를 얻을 수 있다.
본 발명의 중요한 변수는 시이트 다이로부터 방출될 때의 반응 혼합물의 점성도이다. 바람직한 피복 두께를 얻기 위해서는 흔히 노즐의 기하학적 형태를 변화시킬 필요가 있다. 이러한 이유 때문에, 시이트 다이를 다른 기하학적 형태를 갖는 시이트 다이로 교환하거나 슬릿의 높이 및 슬릿의 폭을 조정가능하게 설계할 필요가 있을 수 있고, 이는 노즐의 내측을 그에 대응하게 해야 할 필요가 있기 때문에 아주 어려운 것임을 알 수 있다.
노즐의 슬릿으로부터의 혼합물의 방출 속도가 모든 곳에서 동일하고 방출되는 혼합물이 슬릿의 매 지점에서 동일한 시효를 갖도록 보장하는 시이트 다이들을 사용하는 것이 특히 유리하다.
일반적으로, 점성도가 낮은 경우에 슬릿의 높이가 더 낮은 반면에, 점성도가 높은 경우에 슬릿의 높이는 더 높아야 한다. 이러한 방식으로, 노즐의 압력 기울기가 비교적 낮게 유지될 수 있어서, 반응 성분들이 투여될 때, 고압 혼합 헤드들이 필요없게 되고, 일반적으로, 더 값이 싼 저압 혼합 헤드들이 그러한 요구들을 만족시키게 된다. 물론, 고압 혼합 헤드들은 저압 혼합 헤드들에 비해 방출 피스톤에 의해 자기 세척되는 이점을 갖고 있기 때문에 역시 사용될 수 있다.
중첩 회선들은 물리적으로 그리고, 적어도 부분적으로, 화학적으로 결합될 수 있다. 외부 피복의 경우, 수축 응력이 수축을 발생시켜 반응의 발열 성질에 의해 발생하는 열 팽창에 대항하도록 작용한다. 결과적으로, 딱지나 이음매가 형성되지 않는 방식으로 전단 응력이 발생한다.
본 방법은 가장 다양한 직경을 갖는 본체들을 피복 또는 제조하는데 적합하다. 큰 직경의 경우, 작은 직경용 시스템보다 더 느리게 반응하는 시스템을 사용한다. 본체의 내부 피복을 위해, 과도한 수축 응력이 발생하지 않도록 발열 반응이 조정되어야 한다. 즉, 가능한 한 높은 온도로 사전 반응된 제품들이 사용되어야 한다. 달리 말해서, 이소시안네이트 프리폴리머(isocyanate prepolymer)가 사용되어야 한다.
신규한 방법 덕분에, 양호하게는, 길이 약 6mm 까지의 유리 미소구체(glass microsphere), 중공 유리 미소구체 및 유리 섬유들의 형태인 충전물(filler)를 포함하는 시스템들을 처리할 수도 있다. 메쉬가 거친 직물 테이프, 유리 섬유 조방사(roving), 와이어 등도 피복물로 가공될 수 있다.
피복중에 형성되는 견부의 각도로 각도 α가 양호하게 채택된다. 이는 견부의 각도가 경험적으로 산출 또는 결정될 수 있기 때문에 사전에 알려져 있음을 의미한다. 각도는 시이트 다이가 피복될 표면에 관하여 설정되는 각도와 동일한 각도로 설정된다. 이러한 방식으로, 바람직한 두께가 얻어질 때 까지의 시동시로부터의 기간과 관계 없이, 도포 시점으로부터 노즐의 개구부의 균일한 거리가 달성된다. 이러한 거리는 적절하게는 1 내지 10 mm에 달한다. 양호하게는, 각도 α는 5 내지 40°이고, 특히 양호하게는 각도 α는 25°보다 낮다.
신규한 방법을 실시하는 특히 유리한 방식에 따르면, 노즐로부터 방출될 때 피막 피복이 권취 각도에 따라 편향되도록 회전 축에 평행한 평면에 시이트 다이가 정렬된다. 이러한 방책 덕분에, 공기 블리스터가 없는 고급 피복이 얻어질 수 있다.
이와 관련하여, 시이트 다이는, 외부 피복의 경우 상방으로 회전하는 상부 쿼터에, 그리고 내부 피복의 경우 상방으로 회전하는 하부 쿼터에 적절히 위치된다. 이는 특히 회선들의 상호 접속을 증진시킨다.
도포될 피복의 최대 직경에서의 원주 속도는 반응 혼합물이 시이트 다이로부터 방출되는 속도보다 느리게 조정되는 것이 양호하다. 이러한 방책을 사용함으로써, 도포되는 피복의 에지들에서의 블리스터들의 형성이 방지된다.
반응 혼합물들은 0.3초 내지 10분의 주입 시간으로 처리되는 것이 양호하다. 이러한 주입 시간에 의해 반응 혼합물들은 특히 잘 처리될 수 있고, 다른 처리 변수들과 관련하여, 충분히 매끄러운 표면을 갖는 피복을 보장한다. 이는 각각의 비늘형으로 중첩된 회선들이 균질 피복을 형성하는 방식으로 서로 함께 결합 및 합체됨을 의미한다.
도포 작업의 착수시에, 우선 피복 두께가 적층되어야 한다. 그러므로, 롤러 피복의 경우, 피복 두께가 증가 및 감소하는 영역들이 유용한 피복 두께 폭의 외측에 놓여지는 정도로 연속적인 유용한 피복 두께를 지나 돌출하는 피복 두께가 항상 요구된다.
폴리우레탄을 형성하는 반응 혼합물로 축을 중심으로 회전하는 본체를 피복하기 위한 신규한 장치는 본체용 베어링 및 회전 구동 기구뿐만 아니라 시이트 다이를 필요로 하고, 본체의 회전 축에 평행하게 작동하는 이송 구동 기구가 시이트 다이에 제공되거나 본체의 회전 축에 평행한 방향으로 작동하는 이송 구동 기구가 본체에 설치된다.
신규한 양태는, 시이트 다이는 피복될 본체의 표면과 함께 이송 방향에 반대 방향으로 열려 있는 예각 α를 포함한다는 점이다. 이는 신규한 방법과 관련하여 기술한 유리한 효과들을 야기시킨다.
이제, 첨부 도면을 참조하여, 파이프들의 외부 피복의 실시예와 파이프들의 내부 피복의 실시예를 설명한다.
제1도 및 제2도에서, 파이프(1)은 도시하지 않은 회전 장치에 장착된다. 파이프(1)의 종축 방향으로, 시이트 다이(3)을 갖춘 혼합 헤드(2)가 종방향으로 변위가능하도록 배치된다. 이송은 일정 속도로 이루어진다. 시이트 다이는 파이프의 종방향으로 정렬되고, 파이프의 외벽과 15°의 각도 α를 형성한다. 시이트 다이는 천정(zenith) 전방에 85°의 각도 β로 상방으로 회전하는 파이프(1)의 쿼터 위쪽에 배열된다. 도포된 혼합물의 층은 참조 부호 4로 표시된다.
제3도 및 제4도에서, 파이프(31)은 롤러(32) 상에 장착되고, 롤러(33)들에 의해 회전 상태로 설정된다. 피동 롤러(34) 상에 장착된 지브(jib)(35)는 파이프(31)에 의해 눌려지고, 시이트 다이(37)를 갖춘 혼합 헤드(36)이 상기 지브에 부착된다. 시이트 다이(37)은 파이프의 종방향으로 파이프(31)의 최저 부분 상에 정렬되고, 파이프의 내부벽과 8°의 각도 α를 형성한다. 도포된 혼합물의 층은 참조 부호 38로 표시된다.
본 발명을 더 설명하지만, 달리 특정되지 않는 한 모든 비율 및 백분률을 중량을 기준으로 하는 다음 실시예들로 제한하려는 것은 아니다.
[실시예]
[제1 실시예]
240 mm의 코어 직경을 갖는 강철(steel) 롤러를 모래 분사 처리(sand-blast)한 다음에, 롤링(rolling)에 의해 2 성분 부착 촉진물을 약 75 g/㎡으로 피복한다. 23 mm 두께의 폴리우레탄 탄성 중합체 층이 다음에 주어지는 식에 대응하는 반응 혼합물을 125 mm ×0.6 mm 시이트 다이에 의해 도포함으로써 도포된다. 노즐은 종방향으로 롤러에 평행하게 되도록 고정되고 수직으로 약 15°경사지고, 하부 에지가 롤러의 표면 약 5 mm 위쪽에 현수된다. 반응 혼합물의 충격 지점은 롤러의 수평 축에 관하여 약 85°로 위치한다. 회전 속도는 13 min-1에 달하고, 이송률은 208 mm/min이고, 총 생산량은 4270 g/min이다.
반응 혼합물은 2 성분으로 만들어졌다. 성분 A는 트림에틸프로판, 산화 프로필렌(85 중량%) 및 산화 에틸렌(15 중량%)로 이루어진 OH 수 35인 폴리에테르 85 중량부와, 디에틸톨루엔디아민(이소메릭 혼합물) 15 중량부와, 디아자비시클로옥탄 0.05 중량부로 이루어졌다. 성분 A는 25℃에서 1050 mPas의 점성도를 가졌다.
성분 B는 1,2-프로필렌 글리콜 및 산화 프로필렌으로 이루어진 OH 수 56 폴리에테르 100 중량부와, 디페닐메탄 디이소시안네이트(4,4'-MDI 70 중량% 및 2,4'-MDI 30 중량%) 79 중량부의 반응 생성물로 이루어졌다. 반응 생성물은 12.2중량%의 NCO 함유량을 가졌고, 25℃에서 1600 mPas의 점성도를 가졌다.
혼합비:
성분 A-100 중량부
성분 B-84 중량부
탄성 중합체의 성질:
경도(쇼어 A) 90
인장 강도(MPa) 20
연신률(%) 450
[실시예 2]
260 mm의 코어 두께를 갖는 강철 롤러에 두께 22 mm의 피복이 제공된다. 롤러의 회전 속도는 약 28 min-1이고, 시이트 다이의 이송률은 약 182 mm/min이다. 시이트 다이의 입사각 α는 17°로 설정하였다.
반응 혼합물은 3 성분으로 만들어졌다. 성분 A는 (4,4'-디페닐메탄 디이소시안네이트 및 분자량 2000 폴리에테르 카본네이트로부터 준비된) 9.8 중량%의 NCO 함유량을 갖는 프리폴리머 100 중량부로 이루어졌다. 성분 B는(주성분이 2,4-디아미노 화합물인) 디아민 3,5-비스-티오메틸톨루엔 디마인 19.5 중량부로 이루어졌다. 성분 C는(NH수 630인) 디에틸톨루엔 디아민 1.5 중량부와, 분자량 2000 폴리에테르 카본네이트 3.5 중량부로 이루어진 혼합물 5 중량부로 이루어졌다.
이 방법에서, 성분 A는 90℃의 온도에서 3000 g/min의 생산량으로 투여되고, 성분 B는 25℃의 온도에서 585 g/min의 생산량으로 투여되고, 성분 C는 50℃의 온도에서 150 g/min의 생산량으로 투여되었다.
[실시예 3]
본 실시예는 360 mm의 공칭 폭 및 500 mm의 길이를 갖는 강철 파이프에 15 mm의 두께를 갖는 모모 보호 내부 피복을 제공하기 의해 수행되었다. 실시예 1과 동일한 식이 사용되었다.
깨끗하게 모래 분사 처리된 표면 상으로, 스프레이 및/또는 롤링에 의해 접착 촉진물을 80 g/㎡의 양으로 도포하였다. 한 시간의 규정된 공기 건조 시간 후에, [지지체에 부착되고, 파이프에 평행하게 배치된 시이트 다이(100 ×0.6 mm)가 장착된] 기계식 작동 혼합 헤드를 10°의 각도로 경사시켜, 파이프의 내부면으로 부터 측정된 5 mm의 하부 에지로부터의 간극으로 수평 방향으로 파이프를 통하여 300 mm/min의 이송률로 잡아당긴다. 파이프는 회전 장치 속에 고정되어 36 min-1의 회전 속도로 회전된다. 혼합 헤드의 혼합 챔버 내에, 2860 g/min의 생산량으로 성분 A를, 그리고 2400 g/min의 생산량으로 성분 B를 투여한다. 이들을 교반하여 연속적으로 혼합한다. 피복 작업은 17분 후에 중단된다.
본 발명을 설명 목적으로 상세히 기술하였지만, 그러한 상세는 단지 설명을 위한 것이며, 청구 범위에 의해서만 제한될 수 있는 본 발명의 정신 및 범주를 벗어남이 없이 다양한 변경이 본원 기술 분야에서 숙련된 자들에 의해 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (6)

  1. 축을 중심으로 본체를 회전시키는 동시에 상기 본체를 상기 축에 평행한 방향으로 이동시키고, 이동 및 회전하는 본체에 노즐을 통해 폴리우레탄 반응 혼합물을 방출하여, 나선형 회선들로 도포가 이루어지는 것을 구비하는 피복 방법에 있어서, 반응 혼합물은 각도 α로 회전축에 평행하게 위치한 시이트 다이 상으로 방출되고, 반응 혼합물의 반응 속도와 상대적인 이동은 연속 회선들이 비늘 형태로 중첩되어 이음매 없이 함께 연결되는 방식으로 회전 본체의 원주 속도와 동기 되고, 반응 혼합물은 상기 시이트 다이로부터 상기 본체 상으로 유동하는 것을 특징으로 하는 피복 방법.
  2. 제1항에 있어서, 피복 중에 형성되는 견부의 각도로 각도 α가 채택되는 것을 특징으로 하는 피복 방법.
  3. 제1항에 있어서, 도포되는 피복의 최대 직경에서의 원주 속도는 반응 혼합물이 시이트 다이로부터 방출되는 속도보다 느리도록 조정되는 것을 특징으로 하는 피복 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반응 혼합물은 0.3초 내지 10분의 주입 시간을 갖는 것을 특징으로 하는 피복 방법.
  5. 본체용 베어링 및 회전 구동 기구를 구비하고, 폴리우레탄을 형성하는 반응 혼합물로 축을 중심으로 회전하는 본체를 피복하기 위한 장치에 있어서, 본체의 회전축에 평행하게 작동하는 이송 구동 기구가 시이트 다이에 제공되거나 회전축에 평행한 방향으로 작동하는 이송 구동 기구가 본체에 설치되고, 피복되는 본체의 표면과 함께 시이트 다이는 이송 방향에 반대 방향으로 열려 있는 예각 α를 형성하는 것을 특징으로 하는 피복 장치.
  6. 제5항에 있어서, 시이트 다이는 회전축과 평행한 평면에 정렬되는 것을 특징으로 하는 피복 장치.
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