KR100433765B1 - 펠릿형 열가소성수지 발포체의 제조장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압출 발포체를 임의의 균일한 크기로 자유롭게 가변시키면서 대량 연속 발포성형할 수 있도록 한 펠릿형 열가소성수지 발포체의 제조장치 및 그 방법에 관한 것으로, 다이스의 반경방향으로 형성된 압출구멍들을 포함하여 이 다이스의 외주면을 밀봉하도록 고정된 원통형상의 발포배율 조절부재와; 이 발포배율 조절부재의 외주면 하측에 이를 관통하여 연결되고 그 내부에는 솔레노이드밸브가 설치된 제품배출파이프와; 이 솔레노이드밸브를 개폐제어하도록 발포배율 조절부재의 외주연 상측에 설치된 압력계와; 발포배율 조절부재 내부로 냉각공기를 공급함과 동시에 압력을 가할 수 있도록 냉각공기공급원과 연결된 냉각공기 공급파이프를 포함하여 구성되어 수지 공급전에 발포배율 조절부재의 내부압을 조절하여 펠릿의 발포배율을 확정하고 이어 수지를 공급하여 압출발포, 절단성형한 후 배출이송함으로써 이루어진다.

이러한 본 발명은 발포압출되는 발포체의 외주면에 일정압을 가함으로써 보다 균일하고 구형화된 우수한 펠릿을 획득할 수 있으며, 또한 발포체의 외주면에 가해지는 압력 및 온도를 용이하게 임의 조절할 수 있음으로써 펠릿의 발포배율을 자유롭게 조절할 수 있다.

Description

펠릿형 열가소성수지 발포체의 제조장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING FOAMED THERMOPLASTIC RESIN PELLETS AND THEREOF METHOD}

본 발명은 원통형 몸체의 반경방향으로 수지재료를 압출 발포시키는 다이스와 이 다이스로부터의 압출 발포체를 임의의 균일한 크기로 자유롭게 가변시키면서 대량 연속 발포성형할 수 있도록 한 펠릿형 열가소성수지 발포체의 제조장치 및 그방법에 관한 것이다.

펠릿형 열가소성수지 발포체는 복잡한 형상을 가지는 제품으로의 성형성이 좋으며, 우수한 쿠션작용과 반복충격에 대한 내구성, 단단하고 매끈한 표면, 우수한 내약품성 및 내습성 등의 특징을 가지고 있어 몰딩장치를 이용하여 운반케이스, 충격흡수용 쿠션포장재, 차량용 쿠션재, 부표 등 각종 용도의 제품성형에 널리 이용되고 있다.

종래에 이러한 열가소성수지 발포체는 보통 폴리스티렌 또는 폴리스티렌과 다른 수지와의 혼성중합체를 사용하여 용융 압출되는 선형상의 수지를 수냉후 펠릿 형태로 커팅하여 중간제품인 발포성 수지 펠릿을 제조하고, 이를 가온/가압을 포함하는 발포성형과정을 거쳐 최종의 발포체로 발포성형하는 방법으로 제조하였다.

이러한 제조공법은 펠릿의 제조가 용이하기 때문에 통상적으로 많이 사용하여 왔으나 일단 발포성 수지 펠릿을 만든 다음 이를 다시 발포성형하는 2단계의 제조공정을 거쳐야 함으로써 전체 공정 및 설비가 복잡다단하고, 또 이를 사용하여 만든 폐성 형품을 소각할 때 공해가스를 배출하기 때문에 사용이 점차 규제되어 가고 있다.

따라서, 최근에는 공해가스를 배출하지 않는 열가소성수지 재료로서 예를 들어, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(L-LDPE), 폴리프로필렌(PP)등의 재료를 사용하여 열가소성수지 발포체 펠릿을 제조하고 있다.

이러한 열가소성수지 발포체 펠릿은 LDPE, L-LDPE 등의 수지 재료의 점도가 높기 때문에 종래의 커팅방식으로는 제조가 곤란하여 소량개별 반응방식으로 플라스틱 입자에 발포제를 혼합하고 가열, 가압후에 발포시키는 방법으로 제조하고 있었다.

이를 좀더 상세하게 설명하면 발포의 배율과 발포입자의 크기에 따라 수지 펠릿을 만들고, 이로부터 발포된 입자를 만들기 위하여 드럼용기내에 많은 작은 수지펠릿을 넣고 발포제를 첨가한 후 용융점 이하의 온도로 가열함과 동시에 고압으로 가압하고 수분간(5-30분간) 혼련한 다음 수지입자에 발포제가 충분히 침투한 이후에 개문 발포시킴에 의해 소량, 단속적으로 발포입자를 얻는 방식이다.

따라서, 이러한 소량발포방식에서는 연속적인 대량생산이 곤란하여 발포입자의 제조비용이 많이 들 뿐만 아니라 발포입자 펠릿의 크기가 균일하지 못하게 되는 문제점이 있었다.

일반적으로 폴리스티렌 등의 발포체는 펠릿형태로 제조하는 데에 어려운 점이 없으나, 저밀도 폴리에틸렌이나, 선형저밀도 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 열가소성수지는 점도가 높기 때문에 펠릿형태로 커팅이 어렵고, 또한 커팅된 끝부분이 버어(bur)가 남는 형태로 절단되어 양질의 펠릿을 얻을 수 없으며 균일성이 크게 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 상기와 같이 점도가 높은 열가소성수지를 연속발포하면서 균일하게 펠릿화하는 것을 경제적으로 실용성있게 달성해낼 수 있는 수단이 크게 요청되고 있다.

이에 본 발명자는 열가소성수지와 발포제를 혼합 압출시키면서 펠릿형태로 연속 발포성형하는 것을 가능하게 함으로써 별도의 발포성 중간제품의 성형과정이없이 수지 재료로부터 직접 목적하는 펠릿형 열가소성수지 발포체를 연속 성형해낼 수 있는 장치를 연구완성하여 한국 특허 제135899호로서 특허받은 바 있고, 또한 한국 실용 제183571호로서 등록받은 바 있는데, 본 발명은 이를 더욱 개선하여 발포체의 발포배율을 용이하게 가변시켜 수요가의 다양한 욕구를 충족시킬 수 있도록 한 것이다.

상기 선출원 특허된 발명 및 등록실용신안에는 발포체의 발포배율을 가변시킬 수 있는 수단이 구비되어 있지 않아 항상 일정한 크기의 펠릿만을 제조하게 되고, 이는 다양한 수요가의 요구에 적극적으로 부응할 수 없게 된다.

본 발명은 이러한 수요가의 다양한 요구에 합치될 수 있도록 연속발포되어 절단성형되는 발포체를 가온/가압하여 목적하는 크기로 자유롭게 가변시킬 수 있으며 또한 균일한 형상을 갖는 펠릿을 제조할 수 있는 장치 및 그 제조방법을 제공할 목적에서 이루어진 것이다.

도 1은 펠릿형 열가소성수지 발포체 제조장치의 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 펠릿형 열가소성수지 발포체 제조장치의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 장치중 다이스 부분의 일부 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1 : 다이스 2 : 토피드

3 : 수지유동로 4 : 압출구멍

5 : 작동부재 30 : 발포배율 조절부재

36 : 제품배출파이프 38 : 냉각공기 공급파이프

42 : 압력계

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 원통형 몸통을 가진 다이스와, 이 다이스의 내부중앙에 위치하여 그 외주면과 상기 다이스의 원통형 몸통 내주면 사이에 일정간격 방사상으로 배치된 다수의 수지유동로들을 형성하는 토피드와, 상기 각 수지유동로를 따라 상기 다이스의 원통형 몸통에 일정간격을 두고 반경방향으로 형성제공되어 있는 다수의 압출구멍들과, 상기 다이스 몸통내의 반경방향 압출구멍들이 형성되어 있는 부위에 배치되고, 왕복진동운동하는 작동부재들에 연동가능하게 고정되며, 상기 다이스의 반경방향 압출구멍들을 통해 압출되는 수지를 일정한 크기의 펠릿형 수지 발포체들로 연속 커팅성형하는 관통공이 설치된 커팅나이프를 포함하여 구성되고, 상기 압출구멍들을 포함하여 상기 다이스의 외주면을 밀봉하도록 고정된 원통형상의 발포배율 조절부재와; 상기 발포배율 조절부재의 외주면 하측에 이를 관통하여 연결되고 그 내부에는 솔레노이드밸브가 설치된 제품배출파이프와; 상기 솔레노이드밸브를 개폐제어하도록 상기 발포배율 조절부재의 외주연 상측에 설치된 압력계와; 상기 발포배율 조절부재 내부로 냉각공기를 공급함과 동시에 압력을 가할 수 있도록 냉각공기공급원과 연결된 냉각공기 공급파이프를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 펠릿형 열가소성 수지 발포체의 제조장치를 제공한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다이스의 외주면을 밀폐하는 발포배율 조절부재에 냉각공기를 공급하여 일정압력 및 온도를 유지하는 과정과; 상기 과정후 수지를 공급하여 다이스와 그 내부 중앙에 자리한 토피드 사이의 수지유동로들과 다이스의 반경방향으로 관통형성되어 있는 압출구멍들을 통해 상기 다이스의 외측으로 발포압출하는 과정과; 압출과 동시에 일정주기로 진동하는 커팅나이프를 통해 발포체를 절단성형하는 과정과; 절단 성형된 펠릿을 제품배출파이프를 통해 배출이송하는 과정과; 상기 발포배율 조절부재에 설치된 압력계를 통해 발포배율 조절부재의 내부압을 재설정하거나 펠릿 배출시 누출된 압력을 보충하여 설정치로 유지시키는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 펠릿형 열가소성 수지 발포체의 제조방법을 제공한다.

이하에서, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에서 적용될 수 있는 열가소성수지는 통상의 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로 니트릴 혼성중합체 및 스티렌-에틸렌 혼성중합체 등과, 저밀도 및 선형저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 혼성중합체, 에틸렌-초산비닐 혼성중합체, 폴리비닐클로라이드 등이 있으며, 혼성중합체 단독 또는 조합으로 된 것이 사용될 수 있다.

또한, 본 발명에 적용되는 발포제로는 휘발성이나 분해성의 발포제가 사용될 수 있다. 휘발성이 강한 발포제로서는 예를 들어, 프로판, 부탄, 이소부탄, 펜탄 등의 지방족 탄화수소류, 사이클로부탄, 사이클로펜탄, 사이클로헥산 등의 치환족 탄화수소류, 메틸클로라이드, 메틸렌클로라이드, 디클로로플루오르 메탄, 클로로트리플루오로메탄, 디클로로디플루오로메탄 등이 사용될 수 있고, 분해성 발포제로서는 디니트로소펜타메틸렌테트라아민, 트리니트로소트리메틸렌트리아민, 벤젠 설포닐하이드라자이드, 아조디카본아미드 등이 사용될 수 있다. 이러한 발포제는 독립적 또는 조합으로 사용될 수 있다.

상기한 열가소성수지와 발포제 및 기타 첨가제 등은 압출기를 거침에 의해 열가소성수지 발포체 혼합물로 된다.

즉, 주압출부와 냉각압출부 사이에 혼합기가 삽입되어 구성된 압출기에서 먼저 열가소성수지 원료가 주압출부에 공급되어 용융됨과 동시에 스크류 작동에 의해 혼합기로 이송되며, 가압상태로 용융된 수지에 발포제가 압입, 혼합 및 교반되어 상기 열가소성수지 내에 발포제가 균일하게 분산혼합된다.

상기한 주압출부는 투입되는 열가소성수지 원료의 종류에 따라 예를 들어, 저밀도 폴리엔틸렌의 경우는 100-200℃의 온도로 조정되어 사용되며, 혼합기는 온도와 압력이 최고상태로 설정된다.

그 후, 상기 발포체 혼합물은 도 2 ∼ 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 장치에 의해 펠릿형태로 연속 발포성형된다.

도 1은 펠릿형 열가소성수지 발포체의 제조장치를 나타내고, 도 2∼3은 본 발명의 일실시예에 따른 장치의 구성을 보여 준다.

도 1의 펠릿형 열가소성수지 발포체 장치는 중공체의 원통형 몸통으로 이루어진 다이스(1)와, 이 다이스(1)의 내부중앙에 자리하여 그 외주면과 상기 다이스(1)의 원통형 몸통 내주면 사이에 일정간격 방사상으로 배치된 다수의 수지유동로(3)들을 형성하는 토피드(2)와, 상기 각 수지유동로(3)를 따라 상기 다이스(1)의 원통형 몸통에 일정간격을 두고 반경방향으로 형성제공되어 있는 다수의 압출구멍(4)들과, 상기 다이스(1) 몸통내의 반경방향 압출구멍(4)들이 형성되어 있는 부위에 배치되어 상기 다이스(1)의 반경방향 압출구멍(4)들을 통해 압출되는 수지를 일정한 크기의 펠릿형 수지 발포체들로 연속 절단성형하는 커팅나이프(10)를 포함하여 구성된다.

상기 커팅나이프(10)는 상기 다이스(1)의 길이방향을 따른 일방향이나 그 반대방향으로 왕복 진동운동을 할 수 있도록 배치된 작동부재(5)들에 연동가능하게 고정되고, 상기 작동부재(5)들은 진동운동을 이루어 내기 위한 구동수단에 연결되어 있다.

상기 작동부재(5)들을 본 발명이 목적하는 대로 진동운동시킬 수 있는 수단에는 여러가지가 있을 수 있는데, 이를 위한 한 가능한 예로서(도 1 참조) 구동모터(미도시)에 의해 회전작동되는 회전축상에 원형의 편심캠을 설치하고, 상기 편심캠에 크랭크를 동 크랭크의 일측단부를 베어링지지시켜 연결설치하며, 상기 작동부재(5)들의 크랭크쪽 단부를 하나의 지지판(34)에 연결고정시켜 이 지지판(34)의 중앙부와 크랭크의 단부사이에 커넥팅로드(35)를 연결설치하여서 된 것과 같은 수단을 들 수 있다.

상기 커넥팅로드(35)의 연결상태는 도식적인 방법으로 도시되어 있지만, 회전축상의 편심캠의 편심 회전운동과 이 편심캠의 회전운동을 따른 크랭크의 요동운동이 상기 작동부재(5)들의 직선 왕복운동으로 전달되도록 하는 것을 가능하게 하기 위해 상기 커넥팅 로드(35)와 지지판(34)간의 연결은 예컨대 유니버셜조인트와 같은 연결수단을 통해 이루어진다.

도 2 내지 도 3에 따르면, 상기 커팅나이프(10)는 다이스(1)의 반경방향을 따라 그 외주면에 일정간격으로 형성된 다수의 압출구멍(4) 양측으로 대칭되게 한쌍의 가이드(20)가 요입형성되고, 상기 가이드(20)에는 이를 따라 활주가능한 한쌍의 작동부재(5)가 삽입설치되며, 상기 작동부재(5)의 서로 마주보는 면의 상단에는 커팅나이프(10)의 폭 양단부가 볼트 고정되어 구성된다.

발포배율 조절부재(30)는 원통형의 관상체로서 다이스(1)의 외주를 감싸는 형상으로 고정설치된다.

즉, 상기 다이스(1)에 형성된 압출구멍(4)들을 모두 포함하면서 다이스(1)를 지지하는 고정부재에 적절한 씰링수단에 의해 씰링되어 상기 압출구멍(4)들을 포함하는 다이스(1)의 외주면을 밀폐하여 일정공간을 형성토록 하여 준다.

그리고, 상기 발포배율 조절부재(30)의 하측에는 그 주연 일부를 관통하여 배출구(32)가 형성되고, 상기 배출구(32)와는 별개로 상기 발포배율 조절부재(30)의 다른 주연 일부에는 냉각공기 공급구(31)가 관통형성된다.

상기 배출구(32)에는 그 일부에 솔레노이드밸브(40)가 설치된 제품배출파이프(36)가 연결되며, 상기 냉각공기 공급구(31)에는 예컨대, 냉각탱크와 같은 냉각공급원(미도시)과 연결된 냉각공기 공급파이프(38)가 긴밀하게 연결된다.

상기 냉각공급원은 공지의 탱크로서 항상 일정한 온도, 이를테면 약 -10℃ 정도로 냉각된 공기를 일정하게 공급할 수 있는 구성이면 충분하다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 다음과 같이 작동된다.

먼저, 수요가의 요구에 합당한 크기의 펠릿을 제조할 수 있도록 제품배출파이프(36)상에 설치된 솔레노이드밸브(40)를 폐쇄하고 냉각공기 공급파이프(38)를 통해 냉각공기를 상기 발포배율 조절부재(30) 내부로 공급하여 그 내부가 일정온도 및 설정압력으로 유지되도록 조절한다.

예컨대, 약 136℃의 멜팅포인트를 갖는 발포체의 신속한 냉각을 위해 대략 -10℃ 정도의 냉각공기가 공급되면 적당할 것이며, 내부압은 압력계(42)를 통해 자동제어되어 약 1~2 Pa 정도 유지시키는 것과 같이 할 수 있다.

이어, 발포제와 혼합된 수지재료는 다이스(1)와 이 다이스(1) 내부 중앙에 자리한 토피드(2) 사이의 수지유동로(3)들을 통해 다이스(1) 내부로 압입된 후 상기 각 수지유동로(3)에 연해 다이스(1) 몸통에 반경방향으로 관통형성되어 있는 압출구멍(4)들을 통해 다이스(1) 외측으로 압출되어지게 된다.

이때, 상기 커팅나이프(10)상의 관통공(12)들중 한 어느 한 관통공(12)이 다이스(1) 몸통상의 한 압출구멍(4)에 연통하는 상태가 되면 이와 이웃한 나머지 압출구멍(4)은 막히게 되고 개방된 압출구멍(4)과 관통공(12)을 통해 압출물이 발포압출되게 된다.

이와 동시에, 동력을 전달받은 작동부재(5)들이 다이스(1) 몸통 외주면에서 도면상 좌우로 왕복 진동운동을 하면서 상기 작동부재(5)의 진동속도에 상응하는 크기의 펠릿으로 커팅되어진 후 다이스(1)외부로 배출되게 된다.

이러한 과정에서 발포압출되는 펠릿의 외측에 상기 발포배율 조절부재(30) 내부에 충전된 냉각공기가 접촉하여 순간적인 열교환을 일으키게 되고 동시에 내부는 일정압으로 유지되고 있으므로 냉각에 의해 거의 구형화된 펠릿으로 제조 가능하게 된다.

더구나, 상기 작동부재(5)의 진동속도를 일정하게 하였을 때 펠릿의 외측에서 가해지는 압력을 일정범위 내에서 가변시킴으로써 펠릿의 발포배율, 즉 펠릿의 발포팽창력에 따른 펠릿의 형상 및 크기를 임의로 조절할 수 있게 된다.

특히, 압력계(42)와 솔레노이드밸브(40)가 연계하여 작동되므로 발포배율 조절부재(30)의 내부압은 항상 일정하게 유지될 수 있으며, 또한 솔레노이드밸브(40)가 개방됨과 동시에 제조된 펠릿이 제품배출파이프(36)를 타고 자동배출되므로 배출, 이송과정도 자동화시킬 수 있게 된다.즉, 발포배율조절부재(30)의 내부압이 기준압력 이상이 되면, 솔레노이드밸브(40)를 개방하여 펠릿을 배출하고, 그에 따라 내부압이 떨어지면 개폐밸브가 열려 공급파이프(38)를 통하여 공기를 공급하여 내부압이 올라간다.

물론, 상기 압력계(42)는 상기 냉각공기 공급파이프(38)에 내설된 도시하지 않은 개폐밸브와도 연결되어 자동제어하게 된다.

즉, 개방되어 누출된 만큼의 압력이 보충되므로 내부압은 항상 일정하게 유지될 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 발포압출되는 발포체의 외주면에 일정압을 가함으로써 보다 균일하고 구형화된 우수한 펠릿을 획득할 수 있다.

둘째, 발포체의 외주면에 가해지는 압력 및 온도를 용이하게 임의 조절할 수 있음으로써 펠릿의 발포배율을 자유롭게 조절할 수 있다.

Claims (2)

1. 원통형 몸통을 가진 다이스(1)와, 이 다이스(1)의 내부중앙에 위치하여 그 외주면과 상기 다이스(1)의 원통형 몸통 내주면 사이에 일정간격 방사상으로 배치된 다수의 수지유동로(3)들을 형성하는 토피드(2)와, 상기 각 수지유동로(3)를 따라 상기 다이스(1)의 원통형 몸통에 일정간격을 두고 반경방향으로 형성제공되어 있는 다수의 압출구멍(4)들과, 상기 다이스(1) 몸통내의 반경방향 압출구멍(4)들이 형성되어 있는 부위에 배치되고, 왕복진동운동하는 작동부재(5)들에 연동가능하게 고정되며, 상기 다이스(1)의 반경방향 압출구멍(4)들을 통해 압출되는 수지를 일정한 크기의 펠릿형 수지 발포체들로 연속 커팅성형하는 관통공(12)이 설치된 커팅나이프(10)를 포함하여 구성되고, 상기 압출구멍(4)들을 포함하여 상기 다이스(1)의 외주면을 밀봉하도록 고정된 원통형상의 발포배율 조절부재(30)와; 상기 발포배율 조절부재(30)의 외주면 하측에 이를 관통하여 연결되고 그 내부에는 솔레노이드밸브(40)가 설치된 제품배출파이프(36)와; 상기 솔레노이드밸브(40)를 개폐제어하도록 상기 발포배율 조절부재(30)의 외주연 상측에 설치된 압력계(42)와; 상기 발포배율 조절부재(30) 내부로 냉각공기를 공급함과 동시에 압력을 가할 수 있도록 냉각공기공급원과 연결된 냉각공기 공급파이프(38)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 펠릿형 열가소성 수지 발포체의 제조장치.
2. 다이스(1)의 외주면을 밀폐하는 발포배율 조절부재(30)에 냉각공기를 공급하여 일정압력 및 온도를 유지하는 과정과;

   상기 과정후 수지를 공급하여 다이스(1)와 그 내부 중앙에 자리한 토피드(2) 사이의 수지유동로(3)들과 다이스(1)의 반경방향으로 관통형성되어 있는 압출구멍(4)들을 통해 상기 다이스(1)의 외측으로 발포압출하는 과정과;

   압출과 동시에 일정주기로 진동하는 커팅나이프(10)를 통해 발포체를 절단성형하는 과정과;

   절단 성형된 펠릿을 제품배출파이프(36)를 통해 배출이송하는 과정과;

   상기 발포배율 조절부재(30)에 설치된 압력계(42)를 통해 발포배율 조절부재(30)의 내부압을 재설정하거나 펠릿 배출시 누출된 압력을 보충하여 설정치로 유지시키는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 펠릿형 열가소성 수지 발포체의 제조방법.