KR100357653B1

KR100357653B1 - 열가소성수지의미세발포체를성형할수있는제조장치

Info

Publication number: KR100357653B1
Application number: KR1019940039407A
Authority: KR
Inventors: 김명호; 유정수; 윤석현
Original assignee: 주식회사 엘지씨아이
Priority date: 1994-12-30
Filing date: 1994-12-30
Publication date: 2003-02-07
Also published as: KR960021466A

Abstract

본 발명은 열가소성 수지의 미세 발포체를 성형할 수 있는 제조장치를 개시한다. 본 발명은, 발포제가 고르게 분산된 열가소성 수지를 압출기를 통해 다이로 압송하여 다이를 통과시키면서 발포체를 성형하는 장치에 있어서, 상기 다이는, 상기 압출기로부터 압송된 수지를 다이의 폭방향으로 분산시키는 수지분산부와, 상기 수지분산부를 통해 분산된 수지에 압력을 가하여 수축 및 팽창시킴으로써 수지를 미세발포시키는 1차다공부와, 상기 1차다공부를 통과한 수지의 압력을 유지시켜 더 이상의 미세발포가 일어나지 않도록 지연시키는 2차다공부와, 상기 2차다공부를 통과한 수지를 원하는 형상으로 성형시키는 수지성형부를, 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서 기존 공정보다 높은 압력하에서 발포체를 형성하여 10마이크론 이하의 발포셀 사이즈를 갖는 발포체를 성형할 수 있게 된다.

Description

열가소성 수지의 미세 발포체를 성형할 수 있는 제조장치{APPARATUS FOR FORMING MICROCELLULAR FOAM OF THERMOPLASTIC RESIN}

본 발명은 열가소성 수지를 사용하여 연속적인 발포체를 성형하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 다공질 발포체를 제조하기 위해 사용하는 방법은, 화학적 발포와 물리적 발포로 나누어진다.

전자의 경우 화학반응에 의해 나오는 기체를 열가소성 수지안에 잡아 둠으로써 발포체를 얻는 것이고, 후자의 경우 기핵제와 발포제를 열가소성 수지안에 넣어 혼련시킨다음 다이를 통과시켜 나오면서 압력을 떨어뜨려 발포체를 얻는 방법이다.

최근 물리적 발포에 있어 기핵제를 사용하지 않고 발포체를 얻음으로 미세한 발포구조를 갖는 발포체를 성형하는 방법이 보고되어 있다.

이러한 물리발포를 하는 경우에 있어 압출기(1) 또는 혼련기구를 통과시키면서 발포체를 열가소성 수지안에 고르게 분산시킨 후 다이(2)를 빠져 나오면서 발포시켜 발포체(3)를 얻게 된다.

실제의 경우 다이(2)를 통과하여 나온 수지가 다이(2)를 통과한 후 즉시 발포되는 것이 아니고 발포셀(cell)을 형성할 수 있는 자체시간(cell 초기성장기)이 존재하는 경우가 대부분이다. 이 경우 다이(2)를 빠져나오기 전에 온도와 압력이충분히 높아 발포제의 발포가 다이 밖에서 이루어질 수 있는 장치가 필요하게 된다.(도 1a 참조)

만약 다이의 저항이 발포압보다 적은 경우 다이 안에서 발포되는 조기발포라는 표면불량이 일어나게 되어 양질의 발포체를 얻을 수 없게 된다.(도 1b 참조)

이에 대한 모식적인 형태를 도 1b에 보인 것이다.

이 경우 기공의 발포가 상압하에서 일어나게 되므로 기공의 크기가 수십 내지 수백 마이크론으로 상당히 큰 기공 크기를 얻어낼 수 밖에 없었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존 공정보다 높은 압력하에서 발포체를 형성하여 10마이크론 이하의 발포셀 사이즈를 갖는 발포체를 성형할 수 있도록 다이의 구조를 개선한 열가소성 수지의 미세 발포체를 성형할 수 있는 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 발포제가 고르게 분산된 열가소성 수지를 압출기를 통해 다이로 압송하여 다이를 통과시키면서 발포체를 성형하는 장치에 있어서, 상기 다이는, 상기 압출기로부터 압송된 수지를 다이의 폭방향으로 분산시키는 수지분산부와, 상기 수지분산부를 통해 분산된 수지에 압력을 가하여 수축 및 팽창시킴으로써 수지를 미세발포시키는 1차다공부와, 상기 1차다공부를 통과한 수지의 압력을 유지시켜 더 이상의 미세발포가 일어나지 않도록 지연시키는 2차다공부와, 상기 2차다공부를 통과한 수지를 원하는 형상으로 성형시키는 수지성형부를, 구비하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지의 미세 발포체를 성형할 수 있는 제조장치를 제공하는데 그 특징이 있다.

도 1a는 기존의 미세 발포체 성형장치의 다이를 발췌하여 도시한 일부절제 사시도.

도 1b는 다이 내에서의 압력분포도.

도 2a는 본 발명에 따른 미세 발포체 성형장치의 다이를 발췌하여 도시한 일부절제 사시도.

도 2b는 도 2a의 A-A선 단면도.

도 2c는 도 2a의 B-B선 단면도.

도 2d는 도 2a의 C-C선 단면도.

도 3은 다이 내에서의 압력분포도.

도 4는 미세 발포체를 얻기 위한 제조장치의 일예를 도시한 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20 : 다이 21 : 수지분산부

22 : 1차다공부 22a : 압축부

22b : 캐필러리부 22c : 팽창부

23 : 2차다공부 23a : 팽창유지부

23b : 캐필러리부 23c : 팽창부

24 : 수지성형부

이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 열가소성 수지의 미세 발포체를 성형할 수 있는 제조장치를 개략적으로 도시한 것으로서, 수지를 압송시키는 압출기(10)와, 수지에 발포제를 고르게 분산시키기 위한 발포제 저장탱크(13) 및 미터링 펌프(METERING PUMP :12)를 구비한다.

그리고 발포제가 고르게 분산된 수지에 압력을 가하여 미세 발포시킴과 동시에 미세 발포체의 최종 형상을 결정하는 다이(20)와, 다이(20)로부터 배출된 미세 발포체를 냉각 및 권취하는 냉각 및 권취기(15)와, 냉각된 미세 발포체(17)를 소정의 규격으로 절단하는 절단기(16)를 구비한다.

그리고 본 발명의 특징에 따라 다이(20)는 도 2a 내지 조 2d에 도시된 바와 같이, 압출기(10)로부터 압송된 수지를 다이(20)의 폭방향으로 분산시키는 수지분산부(21)와, 상기 수지분산부(21)를 통해 분산된 수지에 압력을 가하여 수축 및 팽창시킴으로써 수지를 미세발포시키는 1차다공부(22)와, 상기 1차다공부(22)를 통과한 수지의 압력을 유지시켜 더 이상의 미세발포가 일어나지 않도록 지연시키는 2차다공부(23)와, 상기 2차다공부(23)를 통과한 수지를 원하는 형상으로 성형시키는 수지성형부(24)로 이루어진다.

그리고 1차다공부(22)와 2차다공부(23)는 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이 벌집형상으로 이루어지고, 도 2d에 도시된 바와 같이, 제1다공부(22)를 형성하는 각각의 구멍은 수축부(22a)와 캐필러리부(22b) 및 팽창부(22c)로 이루어지고, 상기 제2다공부(23)를 형성하는 각각의 구멍은 팽창유지부(23a)와 캐필러리부(23b) 및 팽창부(23c)로 이루어진다.

그리고 본 실시예에서는 1차다공부(22)와 2차다공부(23)가 벌집 형상으로 이루어진 것을 예시하여 설명하였으나, 이에 국한 되는 것은 아니며, 예를 들어, 복수열의 원형 구멍 등과 같이 필요에 따라 여러형상으로 형성할 수 있음은 물론이다.

이와 같이 구성된 다이를 이용하여 미세한 10마이크론 이하의 발포체를 얻어낼 수 있는 과정을 도 2d와 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 압출기로부터 압송된 발포제가 고르게 분산된 수지가 다이(20)의 수지분산부(21)를 통해 다이(20)의 폭방향으로 고르게 분산되고, 이어서 다이(20)의 1차다공부(22)를 통과하면서 압축 및 팽창되면서 최초 미세 발포가 이루어지게 된다. 즉, 1차다공부(22)의 압축부(22a)와 캐필러리부(22b)를 통과하면서 압축되고, 팽창부(22c)에 의해 팽창되면서 최초 미세 발포가 이루어지게 된다.

그리고 최초 미세 발포가 이루어진 발포체는 2차 다공부(23)를 통과하면서 1 차다공부(22)의 통과시와 같은 압력이 유지되어 더 이상의 미세발포가 일어나지 않도록 지연된 상태로 2차다공부(23)를 통과하여 수지성형부(24)를 통해 배출되게 된다.

즉, 1차다공부(22)의 팽창부(22c)에 의해 팽창되어 최초 미세 발포가 이루어진 발포체는 2차다공부(23)의 팽창유지부(23a)를 통해 더 이상 팽창되지 못하고 그 상태를 유지하게 되며, 이어서 2차다공부(23)의 캐필러리부(23b)에 의해 압축된 후 팽창부(23c)를 통해 미세 팽창되면서 미세 발포가 진행되며, 이때의 압력은 수지성형부(24)의 길이와 두께를 조정하여 조절할 수 있었다.

그리고 도 3은 다이 내부의 각 부분에 따른 압력분포의 변화를 도시한 참고도이다.

그리고 이하에서는 본 발명자들이 1차다공부(22)와 2차다공부(23)의 구멍 직경을 변화시키면서, 그리고 수지성형부(24)의 두께를 변화시키면서 얻어낸 판상 발포체(너비 100mm, 두께 15mm)의 평균 셀 사이즈를 측정한 결과를 나타내었으며, 본 실시예에 사용한 다이의 규격은 다음과 같다.

1) 다이 유로 두께 8mm, 너비 100mm인 T-다이스

2) 벌집형 2열 1차다공

3)(2)번 1차다공과 연통되는 2차다공

4) 최종 형상을 결정하는 테이퍼형 수지성형부

또한, 본 실험에 사용한 열가소성 수지는 폴리스티렌 수지((주)럭키, GPPS 20 HR) 이고 사용한 압출기는 스크류 내경 45mm, 압출기 길이 25L/D 인 단축 압출기를 사용하여 스크류 속도 45rpm으로 작업한 결과이며, 발포를 위한 발포제는 L/D 20인 위치에 미터링 펌프를 사용하여 부탄가스를 가압하여 액상으로 주입하여 물리발포를 수행하였다. 그러나 본 발명의 경우 이 물리발포에만 한정되는 것은 아니고 화학발포, 가교발포 등에도 이용될 수 있다. 또한 본 발명은 발포개스로 부탄가스를 사용하는 것에만 한정되는 것은 아니다.

표1에 나타난 바와 같이 기존의 방법을 사용한 비교예 1의 경우와 같이 셀직경 수십에서 수백 마이크론을 얻었고 그 셀직경 분포도 냉각이 빨리 일어나는 표면과 중심부의 크기 분포가 큰 것으로 나타났으나, 비교예 2,3,4의 경우와 같이 1차다공부와 2차다공부를 거쳐 최종 제품을 성형하는 경우, 1차다공과 2차다공의 직경을 적절하게 사용하는 경우 수십마이크론의 비교적 균일한 셀직경을 얻을 수 있었다.

또한, 더욱 바람직하게 실시예 1,2의 경우와 같이 셀직경 10 마이크론 이하의 고른 셀을 얻을 수 있었다.

그리고 본 발명의 경우 다이 각 부분 수지분산부, 1차다공부, 2차다공부, 수지성형부의온도를 효율적으로 제어하고 각 연결부에 효율적인 절연제를 삽입하는 경우 더욱 미세하고 고른 셀을 얻을 수 있다.

표1. 실시예와 비교예 조건

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 열가소성 수지의 미세 발포체를 성형할 수 있는 제조장치에 의하면, 기존 공정보다 높은 압력하에서 발포체를 형성하여 10 마이크론 이하의 발포셀 사이즈를 갖는 발포체를 성형할 수 있게 된다.

Claims

발포제가 고르게 분산된 열가소성 수지를 압출기를 통해 다이로 압송하여 다이를 통과시키면서 발포체를 성형하는 장치에 있어서,

상기 다이는, 상기 압출기로부터 압송된 수지를 다이의 폭방향으로 분산시키는 수지분산부와, 상기 수지분산부를 통해 분산된 수지에 압력을 가하여 수축 및 팽창시킴으로써 수지를 미세발포시키는 1차다공부와, 상기 1차다공부를 통과한 수지의 압력을 유지시켜 더 이상의 미세발포가 일어나지 않도록 지연시키는 2차다공부와, 상기 2차다공부를 통과한 수지를 원하는 형상으로 성형시키는 수지성형부를, 구비하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지의 미세 발포체를 성형할 수 있는 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 1차다공부와 2차다공부는 벌집형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지의 미세 발포체를 성형할 수 있는 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 1차다공부와 2차다공부는 복수열의 원형 구멍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지의 미세 발포체를 성형할 수 있는 제조장치.
제1항, 제2항, 제3항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 제1다공부를 형성하는 각각의 구멍은 수축부와 캐필러리부 및 팽창부로 이루어지고, 상기 제2다공부를 형성하는 각각의 구멍은 팽창유지부와 캐필러리부 및 팽창부로 이루어진 것을 특징으로 하는 열가소성 수지의 미세 발포체를 성형할 수 있는 제조장치.