KR100357666B1 - 열가소성 수지를 이용한 열수축 튜브의 제조를 위한냉각장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 튜블라 형상의 관이나 튜브로서 사용되는 열가소성 수지를 이용한 열수축 튜브의 제조를 위한 냉각장치에 관한 것으로서, 이를 위하여 본 발명은 압출다이로부터 압출되는 용융상의 저점도 열가소성 수지가 수직 관통되게 하면서 이러한 용융수지를 냉각수와의 접촉에 의해 급랭되도록 하여 고형의 무연신 튜브가 되도록 하고, 미연신 튜브의 외경을 조절하는 하나 이상의 냉각 다이(10)와; 상기 냉각 다이(10)를 관통하여 유도되는 관상의 미연신 튜브를 하향 관통되게 하면서 진공의 흡입압에 의해 튜브의 외경이 유지 및 확장되도록 하는 진공 다이(20)와; 소정의 온도로서 유지되는 물을 저장하고, 상기 진공 다이(20)로부터 유도되는 튜브가 통과하면서 재차 냉각되도록 하는 수조(30)와; 상기 수조(30)내로 유도되는 미연신 튜블라 튜브를 일정한 속도로 잡아당겨 이송시키는 테이크 오프 롤러(40)로 이루어지도록 구성하여 수압에 의한 변형 방지 및 균일한 두께와 원하는 크기의 외경을 갖는 튜블라 형상의 미연신 튜브가 제작될 수 있도록 하는데 특징이 있다.
Description
본 발명은 열가소성 수지를 이용한 열수축 튜브를 제조함에 있어서 고유 점도가 낮은 열가소성 수지를 용융시키면서 미연신 상태에서 균일한 두께와 직경을 갖는 튜블라의 형상으로 성형하게 되는 열가소성 수지를 이용한 열수축 튜브의 제조를 위한 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로 파이프 또는 전해 콘덴서의 절연 피복이나 건전지 포장등에 사용되는 튜브는 대부분 폴리비닐 클로라이드(이하 PVC로 약칭함)를 소재로 하는 것이 대부분이다.
이러한 PVC수지는 열을 가하여 전이점을 넘게 되면 비결정 부분의 PVC 분자 세그먼트가 마이크로 브라운 운동을 일으키게 되면서 이때 분자간 간격이 확대되어 분자간 결합력이 약화되는 동시에 연화가 일어나게 되며, 이때 인장강도나 경도등의 물리적 성질은 감소하는 반면 탄성은 증가하고, PVC에 가하게 되는 온도가 150℃를 넘어서게 되면 마이크로 브라운 운동이 더욱 활발해지면서 결정부분에까지 영향을 미치게 되어 이로인해 분자간 결합력이 급격하게 감소되므로 이와같은 상태에서 압력을 가하게 되면 분자간 용이하게 유동을 일으키는 열가소성을 나타내게 된다.
또한 PVC는 유리 전이 온도가 약 80℃인 비결정성 고분자 물질이며, 열수축 튜브를 성형하기 위해서는 보통 230℃의 고온의 열이 필요로 되나 이러한 가열 공정 중에 발생되는 가스는 작업 환경 측면에서 신속한 개선 대책이 요구되고 있고, 압출 공정 중 탄화에 의해 수시로 금형을 청소하여 재가동해야만 하므로 공정 수행 중에 불량이 대량으로 발생되거나 생산성이 저하되어 상당한 제조원가 상승 요인이되기도 하며, 특히 불량 발생시에도 재활용이 불가능하므로 산업 폐기물로서 처리해야만 하는 것이 현재의 실정이다.
특히 PVC는 수지 자체의 한계 때문에 고내열성 제품의 품질을 맞추기가 대단히 어려우며, 자외선등과 같은 고에너지를 접하게 되면 활성화되어 탈 염산, 분자 절단 가교화, 산화 분해등의 복합 노화(Degradation) 현상을 일으키게 되며, 연질 제품의 경우는 가소제의 (migration)에 의해 점차로 제품이 경화되기도 하고, 주변의 습기와 반응하여 가수 분해 현상이 진행되기도 하는 문제가 있다.
한편 선진국으로부터 시작된 인체의 미치는 유해성 논란 때문에 각종 중금속류의 규제가 시작되면서 가스제의 발암 유발 등의 보고가 나오고, 일부 완구 제품에서는 PVC에 주로 사용되는 DOP의 사용을 금지하기에 이르러 일부에서는 이미 PVC, 납등의 단계적 축소 방안이 마련중에 있다.
따라서 이러한 PVC의 대체 소재로서 최근 개발에 박차를 가하고 있는 것으로는 DMT 공법과 TPA 공법의 중합공정을 거쳐 만들어지며, 디메틸 테레프탈레이트(dimethyl terephthalate) 나 테레프탈릭 액시드 에틸렌글리콜(Terephthalic acid ethyleneglycol) 등에 중합촉매, 각종 첨가물등을 부가하여 에스터 교환반응, 중합반응, 냉각건조 공정을 통해서 제조하게 되는 PET(Polyethylene terephthalate)수지와, 카프로락탐에 물 및 각종첨가제를 함유시켜 첨가 및 축합반응 공정을 통하여 중합 및 고화하여 제조하는 Nylon(Polyamide)수지와 같은 비교적 점도가 PVC보다는 낮은 열가소성 수지이다.
그러나 압출공정을 거쳐 압출되는 PET수지와 Nylon수지와 같은 저점도의 열가소성 수지는 용융 점도는 필요로 하는 전단률을 갖지 못하므로 튜블라형의 튜브 또는 파이프 제조를 위한 압출 성형은 현재의 압출성형 방식에 의해서는 도저히 성형이 불가능한 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 본 발명은 압출공정을 통해 압출되는 저점도 수지를 원하는 직경과 두께를 갖는 튜블라 형상으로서 급랭시키기 위한 냉각장치를 제공하는데 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 냉각장치의 구조도,
도 2는 본 발명의 냉각 다이를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 진공 다이를 도시한 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 냉각 다이 11 : 다이 본체
12 : 슬리브 링 13 : 다공질 링
20 : 진공 다이 21 : 다이 본체
22 : 슬리브 링 23 : 다공질링
30 : 수조 40 : 테이크 오프 롤러
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 압출다이로부터 압출되는 용융수지가 수직 관통되게 하면서 냉각수와의 접촉에 의해 급랭시키고, 튜브의 외경을 조절하는 하나 이상의 냉각 다이와; 상기 냉각 다이를 관통하여 유도되는 관상의 튜브를 하향 관통되게 하면서 진공의 흡입압에 의해 튜브의 외경이 유지되도록 하는 진공 다이와; 소정의 온도로서 유지되는 물을 저장하고, 상기 진공 다이로부터 유도되는 튜브가 통과하면서 재차 냉각되도록 하는 수조와; 상기 수조내로 유도되는 미연신 튜블라 튜브를 일정한 속도로 잡아당겨 이송시키는 테이크 오프 롤러로서 이루어지는 구성이 가장 두드러진 특징이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에서 보는바와 같이 본 발명은 크게 냉각 다이(10)와 진공 다이(20)와 수조(30)와 테이크 오프 롤러(40)로서 이루어지는 구성이다.
냉각 다이(10)는 그 상측의 압출다이(도시되지 않음)로부터 자유 낙하에 의해 압출되는 저점도 및 고온의 용융수지가 수직으로 관통하면서 통과되도록 하여 멜트를 급랭시키게 되는 구성으로서, 냉각 다이(10)에는 소정의 온도를 갖는 냉각수가 공급되며, 냉각수가 냉각 다이(10)를 수직으로 통과하게 되는 멜트의 외경면으로 접촉되면서 냉각과 동시에 수막의 형성에 의해 튜블라 형상이 안정되게 유지되도록 하는 것이다.
이때 냉각 다이(10)는 적어도 하나 이상이 소정의 간격으로 구비되면서 순차적인 축차 냉각 방식에 의해 냉각하도록 하는 것이 가장 바람직하다.
한편 냉각 다이(10)는 도 2에서 보는바와 같이 내경부가 단차진 형상이고, 내경면과 외경면간으로는 상향 개방되는 요홈(11a)이 형성되며, 외주연 단부에는 수직의 봉(60)이 관통되면서 지지되는 구성으로 다이 본체(11)가 구비된다.
이 다이 본체(11)의 단차진 내경부에는 하부에 슬리브 링(12)이 얹혀지고, 그 위에는 다공질링(13)이 적층되며, 상향 개방된 요홈(11a)에는 수온이 5~60℃인 냉각수가 7~50ℓ/Min의 속도로 유입되도록 한다.
이때 다이 본체(11)에서 요홈(11a)의 내측으로 형성되는 내측의 격벽은 외측의 격벽보다는 상단부 높이가 낮게 형성되도록 하여 요홈(11a)내에 공급되는 냉각수가 내측의 격벽 상단을 넘어 내경부측으로 유도되면서 냉각수의 수압이 분산되도록 한다.
한편 다이 본체(11)의 내경부에서 상측에 적층되는 다공질링(13)은 그 상측의 외주연부를 각각 수직의 봉(60)에 일단이 지지되는 클램프(14)에 의해서 고정되도록 한다.
클램프(14)에 의해서 다이 본체(11)의 내경부에 삽입되어 고정되는 슬리브 링(12)과 다공질링(13)은 내경이 튜브의 외경에 따라 그 치수가 결정되도록 한다.
그리고 이러한 냉각 다이(10)는 전기한 바와같이 하나 이상이 다단으로 구비되는 축차 냉각 방식으로 이루어지도록 하되 형성시키고자 하는 튜브의 규격에 따라 각 냉각 다이(10)간 거리 또한 결정되도록 한다.
이렇게 해서 다단으로 구비되는 냉각 다이(10)의 직하부에는 진공 다이(20)를 구비한다.
진공 다이(20)는 냉각 다이(10)를 관통하여 유도되는 튜브를 다시 수직으로 통과되게 하면서 진공의 흡입압에 의해 멜트를 튜블라의 형상으로 안정되게 유지되도록 하는 것이다.
이러한 진공 다이(20)는 도 3에서와 같이 중앙은 수직으로 관통되도록 하면서 단차지게 하고, 특히 내경부의 상부는 하부보다 내경이 확장되도록 한 형상으로 다이 본체(21)를 구비하고, 이 다이 본체(21)의 내부에는 진공압이 공급되도록 하며, 상향 개방된 상부측 내경부에는 냉각 다이(10)에서와 마찬가지로 슬리브 링(22)과 다공질링(13)이 적층되도록 한 구성이다.
그리고 다이 본체(21)에는 냉각 다이(10)에서와 마찬가지로 냉각수가 유입되면서 다공질링(13)에 지속적으로 냉각수가 공급되도록 한다.
한편 상부의 다단식 냉각 다이(10)와 진공 다이(20)는 외주연부로 끼워지는 수직의 봉(60)에 의해서 동시에 지지되며, 특히 수직의 봉(60)에서 냉각 다이(10)와 진공 다이(20)는 상하로 이동이 가능하게 고정되도록 한다.
진공 다이(20)의 직하부에 구비되는 수조(30)는 소정의 온도로서 유지되는 물을 다량으로 저장하게 되는 구성으로서, 진공 다이(20)를 관통하여 유도되는 튜블라형 멜트가 잠시 잠겨지도록 하는 구성이다.
이러한 수조(30)의 내부에 장착되는 테이크 오프 롤러(40)는 수조(30)에 잠기는 튜블라형 멜트를 일정한 속도로 잡아당겨 이송시키게 되는 구성이다.
이때 멜트가 수조(30)에 지나치게 깊이 잠기게 되면 수압에 의해 멜트의 외형이 변형될 위험이 있으므로 테이크 오프 롤러(40)의 장착 위치는 수조(30)내에서 수압이 멜트에 영향을 미치지 않을 정도의 깊이에 구비되도록 하는 것이 가장 바람직하다.
테이크 오프 롤러(40)를 권회시키므로서 인출하게 되는 멜트는 적어도 하나 이상의 가이드 롤러(50)를 지나 다음 공정인 연신 공정으로 이송된다.
상기한 구성에 따른 본 발명의 작용에 대해서 보다 상세하게 설명하면 일단 압출공정에서 멜트는 약 0.5~1.0dl/g의 점도와 약 150~330℃의 온도를 갖는 저점도 상태로 인출된다.
이러한 저점도 멜트는 다단으로 구비되는 냉각 다이(10)를 통과하면서 축차 냉각 방식에 의해서 냉각한다.
이때 저점도 수지에 의한 미연신 튜브의 외경은 냉각 다이(10)의 슬리브링(12)의 내경에 의해서 결정되며, 슬리브 링(12)의 상측에 적층되는 다공질링(13)은 통과하는 저점도 멜트의 외경에 미세하게 수막이 형성되도록 하면서 급랭이 되도록 한다.
즉 다이 본체(11)의 요홈(11a)에 냉각수가 지속적으로 공급되면서 요홈(11a)으로부터 다이 본체(11)의 내경벽 상단부를 통해 다공질링(13)에 유도되면 다공질링(13)에서는 흡수되는 냉각수에 의해 중앙을 통과하게 되는 튜브와의 사이에 미세하게 수막을 형성하게 되고, 이러한 수막의 형성으로 튜브가 냉각되면서 외경의 변형을 방지시키게 되는 것이다.
다단의 냉각 다이(10)를 거치면서 순차적으로 축차 냉각되는 튜브는 진공 다이(20)를 재차 통과하게 되는데 이때 진공 다이(20)에서는 통과하는 튜브를 냉각 다이(10)에서와 마찬가지로 냉각수에 의해 냉각시킨다.
그리고 다이 본체(21)에 공급되는 흡입압에 의해서는 튜브의 외경을 다이 본체(21)의 중앙의 홀 내경에 밀착되게 하므로서 냉각 다이(10)로부터 유도되는 튜브의 외경이 그대로 유지되도록 하거나 보다 확장되도록 하는 것이다.
이와같은 작용은 진공 다이(20)의 내경으로 튜브의 외경이 고정되게 하므로서 원하는 두께와 외경을 갖는 미연신 튜브가 성형되도록 하는 것이다.
한편 진공 다이(20)에서 진공압에 의해 외경이 고정된 미연신 튜브는 수조(30)내의 물속을 통과하여 테이크 오프 롤러(40)에 유도되며, 테이크 오프 롤러(40)에서는 미연신 튜브를 일정한 속도로 인출시켜 그 일측에서 상부에 구비되는 가이드 롤러(50)를 통해 다음 공정으로 이송되도록 한다.
이와같이 본 발명은 압출다이로부터 토출되는 저점도의 수지를 급랭시킴에 있어 다단의 축차 냉각 방식에 의해 냉각되게 하므로서 수압에 의한 변형을 방지시키는 동시에 일정한 두께와 외경을 갖는 솔리드 상태의 튜블라형 튜브를 얻을 수 있도록 하는데 특징이 있다.
이때의 수지는 폴리에스테르와 폴리아미드등이 모두 가능하다.
한편 본 발명에서 튜브의 일례로 열가소성 폴리에스테르계 수지를 건조기에서 수분율 100PPM이하로 건조하고 적정량의 첨가제 및 안료를 혼합하여 호퍼에 투입한 후 압출기 실린더 온도 220~290℃로 용융하여 원형 다이를 통해 압출하게 되면 압출다이로부터 압출되는 고온의 저점도 수지가 슬리브링과 다공질링의 크기가 Ø20mm인 냉각 다이(10) 2개를 수직으로 관통하면서 30℃의 냉각수를 30ℓ/Min의 속도로 접촉하게 되고, 이로 인해 저점도 수지가 급랭되면서 솔리드 상태가 되는 동시에 튜브의 외경을 조절하게 되며, 냉각 다이(10)를 관통하여 유도되는 관상의 튜브는 진공다이(20)로 하향 관통되면서 진공의 흡입압에 의해 멜트의 외경이 유지되도록 한 후 수조(30)를 통과하면서 30℃인 물에 의해 재차 냉각된 다음 테이크 오프 롤러(40)로 미연신 튜블라형 튜브를 일정한 속도로 잡아당겨 이송시키게 되면 장축의 길이가 16mm이고, 단축의 길이가 400㎛인 미연신 튜브가 제작된다.
이러한 미연신 튜브를 75℃로 예열한 후 Ø19mm의 연신관으로 연신온도 100℃로 연신하여 냉각온도 18℃ 로 냉각하게 되면 최종적으로 장축의 길이가 30mm, 단축의 길이가 100㎛, 폭수축율 45%, 장수축율 7%인 제품을 얻게 된다.
한편 상기한 예와 함께 수조와 냉각수 온도 및 냉각수량을 달리하여 그때의가공특성 및 물성의 변화를 체크한 다른 예를 표1에 도시하였다.
이렇게 제조되는 튜브의 가공 특성은 정상작업이 가능한 작업성을 나타내며, 특히 이러한 튜브 제품을 육안으로 보면 요철이 없고 장축의 길이가 일정한 상태를 나타내는 표면형상을 보인다.
특히 제조된 수축 튜브 제품을 각각 길이 100mm로 절단하여 양면을 벌려 98±2℃의 끊는 물에 30sec 동안 침적한 후 절단 단면의 형상을 육안으로 확인하면 수축후의 형상 또한 절단 단면의 형상이 원형 상태를 유지함을 알 수가 있다.
표 1
상술한 바와 같이 본 발명에 따라 열수축 튜브를 제조함에 있어 저점도 및 고온인 미연신 튜브를 축차 냉각 방식에 의해 급랭시키므로 서 솔리드 상태로 되도록 하는 동시에 수압에 의한 변형을 방지시켜 균일한 두께와 원하는 크기의 외경을 갖는 튜브라 형상의 미연신 튜브를 제작할 수 있도록 하는 매우 유용한 효과가 있게 된다.
Claims (5)
- 압출 다이로 부터 압출되는 수지가 수직 관통되게 하면서 냉각수와의 접촉에 의해 급랭되도록 하여 튜브의 외경을 조절하는 하나 이상이 수직으로 구비되는 냉각 다이(10)와;상기 냉각 다이(10)를 관통하여 유도되는 관상의 튜브를 하향 관통되게 하면서 진공의 흡입압에 의해 멜트의 외경이 유지되도록 하는 진공 다이(20)와;소정의 온도로서 유지되는 물을 저장하고, 상기 진공 다이(20)로부터 유도되는 튜브가 통과하면서 재차 냉각되도록 하는 수조(30)와;상기 수조(30)내로 유도되는 미연신 튜블라형 튜브를 일정한 속도로 잡아당겨 이송시키는 테이크 오프 롤러(40);로서 구비되는 열가소성 수지를 이용한 열수축 튜브의 제조를 위한 냉각장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 다이(10)는 내경부가 단차진 형상이고, 내경면과 외경 면간으로는 상향 개방되는 요홈(11a)이 형성되며, 외주연 단부에는 수직의 봉(60)이 관통되면서 지지되는 다이 본체(11)와, 상기 다이 본체(11)의 단차진 내경부에 적층되는 슬리브 링(12)과 다공질링(13), 상기 다이 본체(11)의 내경부에서 상측에 적층되는 다공질링(13)은 그 상측의 외주연부가 각각 수직의 봉(60)에일단이 지지되도록 한 클램프(14)에 의해서 고정되는 구성인 열가소성 수지를 이용한 열수축 튜브의 제조를 위한 냉각장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 상향 개방된 요홈(11a)에는 수온이 5~60℃인 냉각수가 7~50ℓ/Min의 속도로 유입되는 열가소성 수지를 이용한 열수축 튜브의 제조를 위한 냉각장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 슬리브 링(12)과 상기 다공질링(13)은 내경이 튜브의 외경에 따라 그 치수가 결정되는 열가소성 수지를 이용한 열수축 튜브의 제조를 위한 냉각장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 진공 다이(20)는 중앙은 수직으로 관통되도록 하면서 단차진 형상이며, 내경부의 상부는 하부보다 내경이 확장되도록 하여 내부에 진공압이 공급되는 다이 본체(21)와, 상향 개방된 상부측 내경부에 삽입되는 슬리브 링(22)과 다공질링(13)으로 이루어지는 열가소성 수지를 이용한 열수축 튜브의 제조를 위한 냉각장치.
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