KR100329301B1 - 건축및자동차공업용열가소성엘라스토머(tpe)발포프로파일제조방법및장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건축 및 자동차 공업용 TPE 발포(foaming) 프로파일의 제조방법에 관한 것이다. 2 단계 전단 처리로 용융물내에 주입되는 물의 초미세 분포가 달성되며, 따라서 매우 균질하고 초미세한 발포가 이루어진다.

Description

건축 및 자동차 공업용 열가소성 엘라스토머(TPE) 발포 프로파일 제조방법 및 장치
본 발명은 건축 및 자동차 공업에서 예로서 윈도우 및 도어 밀봉재로 사용되는 TPE(예로서, 기본 재료가 올레핀 또는 스티렌인 열가소성 엘라스토머)발포 프로파일(foam profile)의 제조방법 및 이 방법을 수행하기에 적합한 장치에 관한 것이다.
지금까지의 공업적인 기술로는 CFC가 없는 발포제(blowing agent)로 TPE 발포 프로파일(foam profiles)을 물리적으로 발포(foaming)하는 것이 불가능하였다. 물 또는 증기 따위의 발포제를 사용하여 TPE를 발포하려는 수많은 시도를 해왔다. 그러나, 이런 발포제와 TPE의 초미세(micro-fine) 혼합물을 제조하려는 시도는 모두 실패하였다. 이 방법으로 생성된 발포 거품(foam bubbles)은 너무 크거나 매우 불규칙해서, 내후성이 강하고 착색되기 쉬운 TPE 기재를 상술한 방법으로 제조하는 것이 적합하지 않았다.
본 발명의 목적은 매우 균일한 미세구조를 가진 고품질의 TPE 발포 프로파일을 용이하게 제조할 수 있는 방법 및 그 방법을 수행하기에 적합한 장치를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구범위 제 1 항에 기술된 방법을 적용함으로써 해결된다. 이 방법을 수행하는데 적합한 장치는 청구범위 제 2 항에 개시되어 있다.
압출기(extruder)로 생성된 TPE 용융물은 온도가 180℃가 될 때까지 가열된다. 동시에 압출기 내부의 용융 압력을 약 100바(bar)까지 상승시킨다. 그런 다음 물을 상기 용융물에 주입한다. 이때 압력이 100 바아이고 온도가 180℃인 용융물과 물의 혼합물이 2 단계 전단처리(two-stage shearing process)를 받는다. 이 2 단계전단처리로 용융물 내에 물이 미세하게 분포하게 된다. 그런 다음 용융물과 물의 혼합물은 이미 형성된 균질성을 유지하도록 다시 강력한 혼합 작용이 가해진다. 그런 다음 혼합물은 프로파일 다이에서 성형되고 다이로부터 배출될 때 발포된다. 이와 같이 제조된 프로파일은 냉각된 후 와인딩, 즉, 감겨진다.
상기한 바와 같은 방법으로 제조된 프로파일에 대한 물리적 화학적 시험을 통하여, 아직까지 이 분야에서 상용되고 있는 환경적으로 유해한 CFC 발포제를 사용하지 않았음에도 불구하고, 상기 프로파일이 매우 균일한 미세 셀 구조(micro cellular structure)를 갖게 됨을 알았다.
본 방법을 수행하기에 적합한 장치의 실시예가 도면에 도시되어 있다.
제 1 도에 도시된 압출기는 구동장치(1), 배럴(2), 스크류(3), 플라스틱 공급구(4) 및 물주입 밸브(5)로 이루어진다.
제 2 도는 압출기 전반부의 상세도이다.
용융물에 물을 주입시키는 물주입 밸브(5)는 압출기 배럴(2)의 벽을 통해 삽입된다. 물주입 지점 영역에서 스크류는 제 1 도에 도시한 것처럼 스크류 날개(6)가 없고 따라서 밋밋한 스크류 루트(bare screw root; 7)로 이루어져 있다.
제 1 압출기 섹션(제 1 도)에 있는 스크류의 이송 작용으로 용융물과 물의 혼합물은 제 1 블리스터(8; 제 2 도) 쪽으로 가압된다. 블리스터(8; blister)와 내부 배럴벽 사이의 간극(gap)에서 혼합물은 강력한 전단 작용(shear action)을 받아 용융물 내부에 물이 아주 미세하게 분포하게 된다. 그런 다음 혼합물은 다수의 치형 링(10)이 직렬로 배열된 치형 링 섹션(9)쪽으로 들어간다.
TPE 용융물과 물의 혼합물은 제 2 블리스터(12)쪽으로 압축되는 동안 두 번째 전단 작용을 받게되어 물방물의 크기가 더 작아져 용융물내에 물의 분포가 더 좋아진다. 상기 두 전단 처리 단계 사이의 거리는 1 내지 4D(D=스크류직경)의 범위로 유지되는 것이 바람직하다.
하류의 혼합섹션(13)에는 수직하게 배열된 치형 디스크(14)가 구비되며, 이것은 혼합성을 유지시키면서 용융물과 내부 배럴벽 사이의 열교환에 따른 요구되는 혼합온도를 발생시킨다. 마지막으로 TPE 용융물과 물의 혼합물이 프로파일 다이(15)를 통해 방출된다. 프로파일이 다이(15)를 통과할 때 압력이 떨어져 프로파일을 일정한 비율로 팽창시키는데, 이 비율은 용융물안으로 주입되는 물의 양에 의해 미리 결정될 수 있다. 다음, 이 프로파일은 도면에 도시하지 않은 냉각수단으로 냉각된 다음 와인딩된다.
하기 표는 우수한 TPE 발포 프로파일을 제조한 시험 결과를 나타낸다. 셀의 균일성과 셀의 크기는 프로파일의 미세 단면을 기준으로 판단하였다.
[표 1]
시험 1 : 물의 혼합이 불량하며, 셀이 크고 비균질하다.
⇒ 온도가 너무 높고, 회전속도가 너무 느리며 두 블리스터간의 거리가 너무 길다.
시험 2 : 물의 혼합이 불량하다.
⇒ 회전속도가 너무 느리고, 두 블리스터간의 거리가 너무 길다.
시험 3 : 셀이 크고 비균질하다.
⇒ 프로파일 표면이 너무 거칠다.
시험 4 : 물의 혼합이 양호하다.
⇒ 셀 구조가 균질하다.
시험 5 : 셀 구조가 균질하다.
⇒ 셀이 미세하며, 프로파일 표면이 양호하다.
제 1 도는 개략적으로 도시한 압출기의 종단면도.
제 2 도는 압출기의 처리부의 종단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 구동장치 2 : 배럴
3 : 스크류 4 : 플라스틱 공급구
5 : 물주입 밸브 6 : 스크류 날개
7 : 스크류 루트 8 : 블리스터(blister)
9 : 치형 링 섹션 10 : 치형 링
12 : 블리스터 13 : 혼합 섹션
14 : 치형 디스크 15 : 프로파일 다이
16 : 이송 섹션 17 : 2 단계 전단 섹션
18 : 강력 혼합 및 균질화 섹션

Claims (2)

  1. TPE를 펠릿(pellet) 형태로 압출기에 공급하여 용융하는 단계와,
    180℃ 내지 210℃의 온도와 100 내지 120 바(bar)의 압력을 갖는 TPE 용융물에 용융물의 5 중량%에 달하는 물을 주입하는 단계와,
    상기 TPE 용융물과 물의 혼합물을 규정된 다중 스테이지 및 그 사이의 거리가 1 내지 4D(D = 스크류 직경)의 범위로 유지되는 둘 이상의 전단 처리 스테이지에 노출시키는 단계와,
    상기 TPE 용융물과 물의 혼합물을 상기 진입 단계 사이에서 강력하게 혼합하는 단계와,
    상기 혼합물을 제 2 전단 단계를 통과한 후에 추가적인 길이 방향 혼합작용과 온도조정을 가하고, 그후, 프로파일 다이(15)를 통한 압출, 발포, 냉각 및 와인딩 또는 일정크기로 절단하는 단계를 포함하는 환경적으로 적합한 발포제인 물을 사용한 발포 TPE 프로파일 제조 방법.
  2. 구동장치(1)와, 배럴(2) 내부에서 회전하는 이송 스크류(3)와, 상기 배럴벽을 통해 삽입된 하나 이상의 물주입 밸브(5)를 구비하고,
    상기 스크류(3)는 재료를 용융시키는 이송 섹션(16)과 전단 및 균질화 섹션(17, 18)으로 이루어져 있고,
    상기 전단 및 균질화 섹션(17, 18)은 하나 이상의 2 단계 전단 섹션(17)과강력 혼합섹션(18)을 포함하고,
    상기 2 단계 전단 섹션(17)은 입구 영역에는 블리스터(8)를 구비하고, 1 내지 4D(D = 스크류 직경) 길이의 중앙 영역에는 치형 링(10)을 가지는 치형 링 섹션(9)을 구비하며, 출구 영역에는 제 2 블리스터(12) 및 이송 방향에 직각으로 배열되어 있는 치형 디스크(14)를 가지는 균질화 섹션(18)을 구비하는 제 1 항에 기재된 방법을 수행하는 발포 TPE 프로파일 제조 장치.
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