KR100451844B1 - 압출성형플라스틱제조품의제조방법및장치와,이플라스틱제조품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사출성형 플라스틱 제조품의 제조 방법 및 장치에 관한 것이며, 이 장치는 하나 이상의 회전자(1)와 하나 이상의 고정자(2,3)와, 이들 사이의 공급 갭(4) 및 홈(7)을 포함하며, 상기 홈(7)은 회전자(1)가 회전할 때, 장치로부터 사출성형되는 재료를 가압하기 위해 공급 갭(4)의 다른 측부 상에 제공된다. 상기 홈(7)의 횡단면은 실질적으로 변화되지 않는다. 공급 갭(4)의 다른 측부 상에는 홈(7)과, 대향 홈(8) 및 이들 사이의 틈새로 구성되는 가공 캐비티가 적어도 부분적으로 사출 성형기의 축을 따라 연속으로 감소되는 방식으로 대향 홈(8)이 배치된다. 재료의 변형 에너지는 홈(7)의 횡단면이 변화되지 않기 때문에 가능한 작게 유지될 수 있고, 재료는 플라이트(7a,8a)의 위치로 인하여 홈(7)에서 체류할 수 있다. 재료는 회전가능하게 이동하도록 제조되고, 이것은 층으로 된 플라스틱 제조품(11)을 제조할 수 있게 한다. 또한, 다른 방식으로 가공하기 어려운 재료를 효과적으로 사출성형할 수 있다.

Description

압출성형 플라스틱 제조품의 제조방법 및 장치와, 이 플라스틱 제조품
본 발명은 압출성형 제조품의 제조방법에 관한 것이며, 이 제조방법은 하나 이상의 공급수단을 사용함으로써 압출성형되는 재료를 분말, 낟알 또는 입자 형태로 회전자 홈의 용적과, 고정자 홈의 용적 및 이 홈들 사이의 틈새로 구성되는 가공 캐비티 안으로 공급한다.
또한, 본 발명은 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치에 관한 것이며, 이 제조장치는 하나 이상의 회전자와 하나 이상의 고정자와, 이들 사이의 공급 갭 및 홈을 포함하며, 상기 홈은 회전자가 회전할 때, 장치로부터 압출성형되는 재료를 가압하기 위해 공급 갭의 다른 측부 상에 제공되며, 상기 홈의 횡단면은 거의 변화되지 않고, 대향홈(countergroove)은 적어도 갭 간격에 걸쳐 공급 갭의 다른 측부 상에 제공되고, 대향홈의 나사부는 공급 갭의 다른 측부 상에 제공된 홈과 반대방향으로 형성된다.
본 발명은 또한 1 내지 30%의 배리어 플라스틱(barrier plastic)이 부가된 매트릭스 플라스틱을 포함하는 플라스틱 제조품에 관한 것이다.
긴 나사와 실린더로 구성되는 종래 압출성형기로 고분자량을 갖는 플라스틱을 가공하는 것은 매우 어렵다. 이 종래 압출성형기는 마찰에 의해 발생되는 열로 인하여 온도가 쉽게 상승하기 때문에 생산량이 매우 작다. 가공하기 어려운 중합체는, 예를 들어, 300,000g/mol에 대한 강성 플라스틱에서, 200,000g/mol에 대해 큰 질량 부피와 고분자량을 갖는 플루오르플라스틱(fluoroplastics)과 폴리에틸렌을 포함한다. 또한, 가공하기 어려운 많은 유사 재료가 있으며, 이러한 재료는 공통적으로 고분자량과 이에 따른 낮은 용융 유동비율 및, 높은 용융점를 가지며, 또한 일부 경우에 있어서, 좁은 가공 범위, 즉, 예를 들어, 용융점에 인접한 플라스틱 분해 온도를 가진다.
압출성형 온도가 단지, 결정 융점 보다 약 12도(dozen degree) 이상을 유지할 때, 즉, 상기 온도가 통상적으로 선택 반응 요소가 너무 일찍 반응하지 않도록 평상시 온도 보다 약 30 내지 400 가량 낮은 온도일 때와 같이 저온에서는 압출성형이 특히 어렵다. 이러한 상황은 특히, 같은 등급의 파이프끼리 화학적으로 가교 결합된(cross-linked) 파이프가 제조될 때 일반적으로 일어난다. 나사의 작용에 기초하고 동일 축에서 작동하므로 회전 속도가 동일한 5개의 다른 상호연결 기능: 공급, 용융, 혼합, 균질화 및 압력 의 발생이 있기 때문에 문제가 생긴다. 종래 압출성형기에서, 나사는 길고 직경에 대한 나사 길이의 비율은 대부분 20 내지 30이고, 나사는 하나, 일부는 두 개 또는 세 개의 나사부를 포함한다. 나사 홈은 나사부가 종종 깊고 공급과정이 있는 구간에서 서로로부터 긴 간격으로 배치되는 방식으로 나사 홈의 횡단면을 변화시킴으로써 다른 구간으로 분할되고, 횡단면은 용융 영역의 모든 방식에서 일정하게 유지되지만 일반적으로 출구 단부 보다 크다. 따라서, 재료는 홈 경로를 통해서 용이하게 유동하지 않으며 단부 제한은 많은 마찰열을 일으킨다. 혼합 구간에서, 홈은 종종 독자적인 기하학적 형태를 가지고, 단부에서 홈은 더욱 얕어지며 압력이 발생하기 시작한다. 이 압력에 의해서, 매스(mass)는 복잡한 압형을 통해 가압될 수 있다. 한편, 종래 압출성형기에서 나사 주위의 홈의 전체 길이는 지나치게 길고, 이 경우, 홈의 횡단면에 대한 길이 비율은 지나치게 크므로 불완전하게 유동가능한 플라스틱에 대해서는 전체적으로 적당하지 않다.
US 3,314,108은 원추형 회전자와 이 회전자의 내부 및 외부에 제공된 원추형 고정자를 포함하는 압출성형기를 공개한다. 회전자는 이 회전자를 회전시킴으로써 압출성형기로부터 압출성형되는 재료를 가압하기 위한 편평한 직사각형 홈을 포함한다. 그러나, 상기 장치로는 작업하기 용이하지 않은 재료를 가공하기가 매우 어렵다. 또한, 용량이 한정된다.
EP 422,042는 여러개의 원추형 고정자와 이 고정자 사이에 배치된 여러개의 원추형 회전자를 포함한다. 회전자 및/또는 고정자는 회전자가 회전할 때 압출성형기로부터 압출성형되는 재료를 가압하기 위해 캘롯형(calotte-shaped) 홈을 구비한다. 이 장치를 사용하여, 멀티층 플라스틱 파이프를 매우 양호하게 제조할 수 있지만, 작업하기 용이하지 않은 재료의 가공 과정에서는 문제가 발생한다. 또한, 이 장치에서, 생산 단부에서는 성형 압력이 발생하고 장치의 생산량은 전체적으로 완전히 양호하지 않다. 또한, 압출성형되는 재료는 외부로부터 공급되는 열로 용융되지만, 온도를 제어하기 어려우며 에너지 소모량이 상대적으로 크다.
나사부를 갖는 긴 나사와, 동일한 방향의 나사부를 가지며 나사 외부에 배치된 고정자를 포함하는 압출성형기를 공개한다. 고정자의 동일한 방향의 나사부는 역류를 발생시키므로, 재료는 혼합되고 마찰로 발생하는 열의 양은 조절할 수 없는 수준까지 증가한다.
DE 2,558,238은 그 단부에서 고정자의 동일한 또는 반대 또는 안내된 홈을 갖는 혼합 구간을 포함하는 압출성형기를 공개한다. 이러한 장치는 재료를 매우 효과적으로 혼합하지만, 마찰에 의해 발생하는 열의 양이 쉽게 너무 많이 증가되기 때문에, 재료 온도가 정확히 조절되는 설비에서 거의 적용될 수 없다.
US 3,712,783은 분기하는 공급 영역을 포함하는 압출성형기를 공개한다. 공급 영역 이후에, 재료는 제한 영역으로 펌프된다. 따라서, 매스는 펌프되어 출구를 통해 압출성형되도록 유발된다. 이 장치의 구조는 매우 복잡하며 매우 큰 마찰을 발생시킨다. 압출성형 압력은 출구 부근에서 상승하기 때문에, 장치의 생산량은 매우 불량하다.
EP 0,678,069는 가교 결합된 폴리에틸렌으로 제조되며 압출성형되는 멀티층 파이프를 공개한다. 제 1 단계는 중심층이 표피(skin)로 코팅된 이후에 파이프의 중심층을 압출성형하는 과정을 포함한다. 파이프가 가열 압형을 통과할 때 단지 파이프의 유동 특성을 개선하기 위해 표피가 사용된다. 스파이더 레그(spider leg)는 용접선을 발생시키기 때문에, 이 장치의 특별한 단점은 스파이더 레그를 갖는 압형을 필요로 한다는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 개략적인 횡단면을 도시한 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 다른 장치의 개략적인 횡단면을 도시한 상세도.
도 3은 도 1에 도시된 장치의 상세도.
도 4는 본 발명에 따른 제 3 장치의 개략적인 횡단면을 도시한 측면도.
도 5는 본 발명에 따른 장치의 회전자 부분을 도시한 측면도.
도 6은 도 5에 도시된 회전자 부분의 횡단면도.
도 7은 회전자의 홈에서 재료의 이동을 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 장치로 제조된 플라스틱 파이프를 경사진 방향으로부터 개략적으로 도시한 횡단면도.
도 9는 본 발명에 따른 장치의 회전자를 개략적으로 도시한 측면도.
도 10은 본 발명에 따른 장치의 압력 함수를 개략적으로 도시한 도면.
도 11은 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 도시한 횡단면도.
도 12는 본 발명에 따른 다른 장치의 일부의 횡단면을 개략적으로 도시한 측면도.
본 발명의 목적은 작업하기 어려운 재료를 상대적으로 쉽게 플라스틱 제조품으로 압출성형하는 방법 및 장치와, 우수한 특성을 갖는 플라스틱 제조품을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 방법은 상기 캐비티의 횡단면적이 적어도 부분적으로 압출성형기의 축방향을 따라 연속적으로 감소하며, 고정자와 회전자의 상대 회전 운동에 의해 상기 재료는 X축방향을 따라 진행하도록 실행됨으로써, 전단 응력에 의해 발생한 마찰열은 주로 용융되지 않은 입자와 일부 그 주위에 있는 용융된 입자로 구성되는 층(bed)을 형성하는 재료의 일부를, 장치의 단부로부터의 간격의 특정 횡단면에서 완전히 채워진 가공 캐비티의 형성을 가능하게 하면서 용융시키므로, X축방향을 따라 뒤에 있는 다이를 통해 재료를 가압하는 데 필요한 것 보다 높은 수준까지 압력이 상승하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 장치는 공급 구간 이후에는 전단응력 영역이 있으며, 대향홈은 실제 전단응력 영역의 전체 길이를 따라 배치되고, 회전자의 홈의 용적과, 고정자의 홈의 용적 및 이 홈들 사이의 틈새로 구성되는 가공 캐비티의 횡단면적은 적어도 부분적으로 압출성형기의 축방향을 따라 연속으로 감소하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 제조품은 배리어 플라스틱이 층 구조를 형성하는 방식으로 제조품에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핵심 개념은 재료가 회전자 및 고정자의 홈과 이 홈들 사이에 제공된 틈새로 구성되는 가공 캐비티 안에서 압출성형되는 것과, 이 캐비티의 용적은 적어도 부분적으로 압출성형기의 축방향으로 연속적으로 감소하므로, 재료는 축방향으로 더욱 작은 횡단면 공간으로 가압되어, 전단 응력에 의해 발생한 마찰열은 재료를 적어도 부분적으로 용융시키며, 이것은 장치의 단부 앞에 있는 간격에서 압력을 증가시킨다. 또한, 본 발명은 플라스틱이 압출성형기의 오리피스에서 가열 수단이 없다면, 질량 유동이 완전히 용융되지 않은 입자를 함유하도록 작은 크기로 가공될 수 있는 것을 핵심으로 한다. 예를 들어, 폴리에틸렌에 있는 입자는 투명한 매스(mass)에서 더욱 가벼워 보일 수 있다. 실행된 실험에 따르는, 용융되지 않은 입자는 어떤 방식으로도 제조품의 특성을 손상시키지 않는다. 가장 양호하게는, 대향홈의 플라이트(flight)의 적어도 일부는 공급 갭의 다른 측부 상에 제공된 홈의 모든 플라이트와 매치되며, 이러한 경우에 대향홈은 공급 갭의 다른 측부 상에 제공된 홈 사이의 플라이트 보다 더욱 좁다. 양호한 실시예의 개념은 대향홈의 폭이 공급 갭의 다른 측부에 제공된 홈의 폭 보다 약 30 내지 50% 더 작다는 사실이다. 양호한 제 2 실시예의 개념은 대향홈의 경사도가 공급 갭의 다른 측부에 제공된 홈의 경사도의 약 절반이라는 사실이다. 양호한 제 3 실시예의 개념은 대향홈의 크기 또는 가공 캐비티의 용적은 홈의 최종부분의 단면적에 대한 초기부분의 단면적 비율이 압출성형되는 재료의 부피 밀도에 대한 고체 질량의 밀도 비율과 거의 동일해지는 방식으로 변화된다는 사실이다. 양호한 제 4 실시예는 공급 갭이 환형이고 직경이 완만히 감소하는, 즉, 적어도 길이의 간격에 대해 원추형을 가지므로, 재료가 공급되는 단부에 있는 공급 갭의 직경은 재료 출구 단부에 더욱 인접한 직경 보다 커지는 것과, 원추형의 좁은 구간의 직경에 대한 넓은 구간의 직경 비율은 압출성형되는 재료의 부피 밀도에 대한 고체 밀도의 비율과 거의 동일하다는 것이다. 양호한 제 5 실시예의 개념은 재료를 공급하는 홈이 실제로 삼각형 또는 반원형 단면을 가지는 것이다. 또한, 나사의 가장 큰 직경에 대한 압출성형 나사의 길이 비율은 양호하게는, 예를 들어, 10과 같거나 작다. 가장 양호하게는, 원통형 압출성형기에 대한 비율은 3과 6 사이이다. 또한, 본 발명에 따른 장치에서 홈의 횡단면적에 대한 홈 길이의 비율은 20 1/mm이상 이지만, 종래 기술의 압출 성형기에서 홈의 횡단면적에 대한 나사의 홈 길이의 비율은 20 1/mm 이하 이다.
본 발명은 매스의 용융 및 균질화과정에서 가능한 변형 에너지가 작다는 장점을 가진다. 압력이 상대적으로 초기 스테이지에서 충분히 높을 때, 장치의 생산량은 충분히 개선될 수 있다. 회전자가 한 라운드를 회전할 때, 압출성형기는 장치가 생산하는 이상적인 재료의 양을 나타내는 이론 생산량을 결정할 수 있다. 종래 기술의 장치에서, 실제 생산량은 이론상의 최대 생산량에 대해서 약 10 내지 15% 정도 작다. 본 발명의 장치는 대향홈과 캐비티의 횡단면적을 감소시켜서 이론상의 최대 생산량으로부터 50% 만큼 높은 생산량을 달성할 수 있다. 용융-운반 홈의 횡단면적이 변화되지 않으면, 플라스틱을 홈의 최종 구간의 홈 면적으로부터 이격되게 실행하지 않는다. 대향홈이 공급 갭의 다른 측부에 제공될 때, 대향홈은 장치의 앞으로 효과적으로 이동하는, 즉, 에너지 소모량이 본질적으로 감소하는 압출성형되는 재료를 고정하기 때문에, 공급 홈 사이의 플라이트는 넓게 제조될 수 있다. 대향홈의 플라이트가 공급 갭의 다른 측부의 홈 플라이트와 매치되고, 역류를 효과적으로 방지하며 재료는 유리하게 회전하도록 동시에 제조되는 방식으로 배치된다. 본 발명에 따른 나사 기하학적 형태를 갖는 장치로써, 가공하기 어려운 매스는 잘 압출성형될 수 있으며, 예를 들어, 200,000g/mol에 대한 분자량을 갖지며, 매우 거친 플라스틱에서 300,000g/mol에 대한 분자량을 갖는 가교 결합된 폴리에틸렌을 가공할 수 있다. 비록, 그와 같은 재료로 장치의 생산량은, 예를 들어, 100kg/h을 용이하게 유지할 수 있지만, 종래 피스톤(ram) 압출성형기의 생산량은, 예를 들어, 통상적으로 약 25kg/h이다. 대향홈 또는 가공 용적 또는 공급 갭이 재료 질량의 부피 밀도에 대한 압출성형 재료의 고체 질량 밀도의 비율과 동일한 비율에서 변화되도록 제조될 때, 매스가 유동하면서 공기가 통과하는 것을 방지한다. 또한, 과도한 공급은 종래 기계에서 파손 또는 적어도 토크를 유발하는 큰 과도한 압력을 발생시키지 않는다. 실제로 삼각형 또는 반원형 홈에서의 재료 유동은 용이하며, 온도 변화는 더욱 작고 홈 횡단면 내에서 재료의 회전 동작은 매우 효과적이다. 원추형 나사를 사용하여, 나사 홈의 전체 길이를 짧게 할 수 있으므로 유동으로 유발되는 마찰에 의해 발생되는 열의 양을 축소할 수 있다. 또한, 원추형 나사의 표면은 동일한 생산량을 갖는 종래 원통형 압출성형기의 나사 표면 보다 통상적으로 약 50% 크며, 이것은 냉각 또는 가열에 대한 필요성을 억제하는 데 매우 유리하다. 둥근 단일 나사 장치가 대향홈을 구비할 때, 압출성형기는 과도한 압력 및 마찰로 인하여 공급 영역에서 냉각할 필요가 있다. 본 발명의 장치에서 중요한 개선점은 특별한 냉각 수단을 필요로 하지 않으며 가공과정은 매우 안정되고 조절가능하다는 것이다. 또한, 매우 높은 생산성에도 불구하고 기계 본체에서 지나친 냉각 수단(냉각 팬 등)을 필요로 하지 않는 것이다.
도 1은 원추형이면서 회전가능한 회전자(1)와, 이 회전자 외측에 제공된 원추형 외부 고정자(2)와, 상기 회전자 내측에 위치한 원추형 내부 고정자(3)를 포함하는 압출성형기를 도시한다. 회전자(1)와 외부 고정자(2) 및 내부 고정자(3) 사이에는 환형의 좁은 또는 원추형 공급 갭(4)이 있다. 도 1에 도시된 이 공급 갭(4)은 명료하게 하기 위해 실제보다 훨씬 넓게 도시되었다. 회전자(1)는 원래 공지된 방식으로 회전 수단(5)과 함께 회전한다. 본 발명의 장치는 압출성형되는 재료를 공급 갭(4)으로 공급하기 위한 공급 수단(6)을 부가로 포함하는데, 재료가 공급 갭(4)의 소정 부분, 예를 들어, 회전자의 가장 넓은 부분 또는 생산 단부에 더욱 인접한 회전자(1)의 더욱 좁은 부분으로 공급되는 방식으로 여러개의 공급 수단(6)을 포함한다. 하나 이상의 공급 수단이 원주방향으로 제공될 수 있다. 종래 압출성형기의 문제점은 한 유형의 재료와 한 생산량에 대해서만 선택되는 것이다. 예를 들어, 분말을 대상으로 설계된 장치를 입자를 대상으로 사용할 때, 생산량은 통상적으로는 30%이상 감소하고 많게는 50% 정도 감소한다. 한편, 나사를 500kg/h의 생산량을 목표로 설계한다면, 이 나사는 압출성형비율이 200kg/h의 수준을 유지할 8때 작동상태가 불량해진다. 이에 대해서, 본 발명에 따른 장치는 압출성형되는 플라스틱의 부피 밀도가 나사의 설계 용량 부피 보다 크다면, 공급 갭(4)의 재료를 단지 생산 단부에 더욱 인접하게 위치한 공급 수단으로 공급함으로써 최적 조건을 얻을 수 있다는 사실에 기인하여 여러 공급 수단을 포함할 수 있다.
회전자(1)는 이 회전자(1)가 회전할 때 압출성형기로부터 압출성형되는 재료를 이동시키는 홈, 즉, 나사 오목부를 포함한다. 공급 갭(4)의 다른 측부 상에는, 즉, 고정자(2,3)에는 대향홈(8)이 있으며, 이 대향홈(8)은 압출성형기를 통해 작업하기 불량한 재료의 압출성형과정을 용이하게 한다. 대향홈(8)의 나사부는 회전자(1)의 홈(7)과 반대방향으로 형성된다. 대향홈(8)이 공급영영과 전단응력 영역에 배치될 때, 공급되는 입자 또는 분말이 대향홈(8)에 고착되기 때문에 추가로 마찰을 발생시키고, 이것은 재료의 가공 초기에는 바람직하다. 공급 구간 후, 대향홈(8)은 압출성형되는 재료가 압출성형기에서 앞으로 효과적으로 이동하는 방식으로 상기 재료를 끌어당긴다.
따라서, 대향홈은 에너지 소모량을 감소시키고 온도가 크게 증가하지 않으면서 재료를 효과적으로 유동시킨다. 만약, 압출성형되는 재료가, 예를 들어, 마찰 작용으로 매끄러운 고정자에 고찰되지 않는다면, 이 재료는 대향홈(8)에 의해서 비록 저온에서도 압출성형기를 통해 효과적으로 유동할 수 있다. 회전자 및 고정자에 대해서 정확한 코팅 약품을 선택함으로써 적당한 수준의 마찰을 제공할 수 있다. 고정자는 미소 세라믹 재료 또는, 예를 들어, 인조 다이아몬드(DLC)로 양호하게 코팅될 수 있다. 회전자는 본원에서 참고로 합체된 다른 특허 출원, PCT/EP96/02801에 의해 공개된 바와 같이, 검은 질소 또는 크롬-PTFE-플레이팅과 같은, 저마찰 재료로 양호하게 코팅될 수 있다.
본 발명의 장치가 상기 기술된 바와 같은 우수한 마모 내구성을 갖도록 양호하게 코팅될 때, 회전자 및/또는 고정자에는, 예를 들어, 강철 압형과 비교하여 5배 이상의 열전도성을 갖는 베릴륨 청동과 같이, 열전도가 더욱 향상된 연성 재료를 사용할 수 있다. 만약, 장치가 원추형이면, 장치의 짧은 구조는 재료가 너무 일찍 용융되는 것을 방지하기 위해 장치가 냉각될 수 있는 초기 구간에서, 장치의 생산 단부로부터 냉각 영역으로 열을 효과적으로 전도할 수 있는 장점을 제공한다. 이와 같은 경우에 있어서, 질량 유동은 종래 압출성형기 보다 더욱 양호한 온도 변화를 가질 수 있다. 최장 직경에 대한 나사 길이의 비율이 베어링 배열을, 예를 들어, 압출성형기의 가장 넓은 부분에 배치함으로써 베어링에 제공된 고정부가 견고해질 수 있는 방식으로 양호하기 때문에, 원추 형식도 양호해질 수 있으며, 나사는, 예를 들어, 금속과 금속의 접촉을 완전히 방지하기 위해 상당한 편향을 나타내지 않으며, 이것은 종래 원통형 압출성형기의 경우에는 없다.
고분자량을 갖는 플라스틱에 대해서, 용접선은 약한 지점이다. 따라서, 내부 구멍을 갖는 상기 나사는 압형이 스파이더 레그(spider leg)없이 압출성형기의 프레임에 부착될 수 있기 때문에 제조품의 강도를 크게 증가시킬 수 있다. 도 1은 내부 고정자(3) 안에 배치된 개방부에 배치되고 내부 고정자(3) 상에 지지되는 맨드릴(10)을 도시한다. 이 방식에서, 맨드릴(10)은 비록, 스파이더 레그를 사용하지 않아도 자리에 견고하게 고정될 수 있으며, 재료는 압출성형기의 어떤 부분에서도 유출되지 않고 맨드릴(10)에 제공될 수 있다. 특히, 용융되지 않은 입자가 장치로부터 융합될 수 있는 상기 방법에서, 스파이더 레그는 매우 약한 접합부의 원인이 될 수 있다.
회전자(1)의 홈(7) 횡단면은 공급 구간으로부터 나사의 단부까지 거의 변화되지 않는다. 이러한 방식에서, 재료의 용융 및 균질성에 의해 소모된 변형 에너지는 가능한 작게 유지될 수 있다. 본 발명에 따른 장치에서, 압출성형되는 재료의 압력은 전단 응력 영역의 초기부분에서 양호하게 발생되고 이것은 그 후에 거의 일정한 수준에서 유지된다. 회전자의 직경이, 예를 들어, 약 400mm의 최대값과 약 200mm의 최소값이라면, 그때 회전자는 통상적으로 6mm의 폭을 갖는 약 20개의 홈을 포함한다. 이러한 장치의 생산량은 통상적으로 약 300kg/h이다. 압출성형기의 생산량과 품질이 다양한 재료에서 양호하게 유지될 수 있다는 사실은 예상 밖이다. 원추형 압출성형기는 평행하게 연결된 여러개의 종래 원통형 압출성형기를 포함한다고 말할 수 있다. 이러한 경우에, 재료의 유동은 더욱 제어할 수 있다. 시험에서, 재료 잔류 시간의 변화는 통상 압출성형기 보다 작다는 사실을 확인하였으며, 이것은, 예를 들어, 과산화물이 플라스틱과 혼합되고 잔류 시간이 짧아야 하며 재료의 분포가 압출성형기 내부에서 횡연결을 방지하도록 협소해야 하는 반작용 압출 성형기에서 특히 중요하다. 또한, 이와 같이 작은 홈은 분자의 방향 설정을 홈의 방향으로 하기 때문에, 홈에서 재료의 마찰은 감소한다. 또한, 장치와 플라스틱의 접촉면은 크고 열교환은 효과적이다. 예를 들어, 종래 압출성형기의 평균 잔류 시간에서, 플라스틱이 원추형 장치와 접촉하는 열전달면은 잘 설계된 경우의 두배 이상이며, 이것은 가공하기 어려운 플라스틱의 온도를 냉각 및 가열시킴으로써 더욱 효과적으로 제어할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 장치를 재료를 처리하는 데 사용할 때, 재료의 밀도는 공급 수단으로부터 나사의 단부를 통과함에 따라 변화되며, 이것은 재료가 대부분 분말 또는 입자의 형태로 장치에 제공되기 때문이다. 그때, 밀도는 고체 재료 밀도의 약 20 내지 80% 이다. 따라서, 제조품의 다공성과 낮은 생산량이 종종 문제가 된다. 도 1에 도시된 장치는 원추형이기 때문에, 회전자(1)의 주변 속도는 생산 노즐 보다 공급 구간에서 더욱 큰 방식으로 변화된다. 회전자(1)의 최종 구간의 직경에 대한 초기 구간 직경의 비율은 압출성형되는 재료의 부피 밀도에 대한 재료의 고체 질량 밀도의 비율과 양호하게 동일하다. 다시 말해서, 회전자(1)의 초기 구간은 회전자(1)의 최종 구간의 직경 보다 1.25 내지 5 배 큰 직경을 가지며, 비율은 약 2가 된다.
만약, 장치가 원추형이 아니라면, 대향홈 단부의 단면에 대한 대향홈(8)의 초기부의 단면 비율이 재료의 부피 밀도에 대한 압출성형되는 재료의 고체 질량의 밀도 비율과 거의 동일하도록, 대향홈(8)의 단면의 크기가 장치의 최종 및 초기 구간 사이에서 변화되는 방식으로 서두에 기재된 것과 거의 유사한 효과가 제공된다.
본 발명에 따른 장치에서, 공급 구간은 공급 갭의 직경 만큼 넓은 축방향에 있으며, 홈이 재료로 완전히 채워질 때, 공급 구간 이후에 발생되는 전단응력 영역의 길이는 압력 센서로 측정함으로써 축방향으로 규정될 수 있다. 전단응력 영역 뒤에는 장치의 단부로 연장되는 균질의 혼합 영역이 있다. 재료는 전단응력 영역에서 조금 용융되고 동시에 압력이 증가되기 때문에 개별적인 압력 증가 영역이 필요하지 않다. 장치는 전단응력 영역에서의 압형의 압력 손실과 동일한 압력을 발생시킬 수 있다.
전단응력 영역 뒤에 있는, 대향홈(8)의 방향은 양호하게 변화된다, 즉, 홈은 혼합과정의 유효성을 증가시키도록 동일한 방향이다. 장치는 상기 범위에서 원추형 또는 원통형일 수 있다. 편의상 본원에서 합체된 PCT/FI96/00658의 출원인의 다른 특허 출원서에서 공개한 바와 같이, 예를 들어, 균질성을 개선하는 중복 반구형 노치를 갖는 상기 범위에서 대향면이 제공될 수 있다.
진행된 실험으로부터 공급 구간에서, 예를 들어, 안내 홈을 갖는 종래 압출 성형기는 재료가 쉽게 과다 제공되므로 장치로부터 1000바아 만큼의 압력이 측정될 수 있다는 사실이 확인되었다. 본 발명에서, 부분적으로 용융되지 않은 재료 및 입자로 구성되는 플러그를 신속하게 형성하는 데 있어서, 전단응력 비율의 감소와 함께 가공처리 용적의 감소가 발생하므로, 재료의 유동은 홈에서 고착되어야 하며, 홈 자체의 횡단면은 양호하게 일정하기 때문에, 재료는 매우 빠르게 또한 장치로부터 효과적으로 유동할 수 있고 장치 내부에서 지나치게 높은 압력이 발생하는 것을 방지한다. 시험에서, 본 발명에 따른 장치의 임계 토크를 발생시키거나 또는 기계를 파손시키는 압력이 발생하는 것이 불가능하다는 사실이 확인되었다. 또한, 본 발명에 따른 압출성형기에서 전체 거리는 짧기 때문에, 역압(반대압력)이 발생할 수 없다. 따라서, 회전속도가 증가할 때, 재료의 온도 감소를 감지할 수 있다. 다시 말해서, 나사와 실행 공급 비율을 변화시킴으로써 일정한 역압을 발생시킬 수 있는 회전속도의 범위는 상당히 넓기 때문에, 기계는 특히 횡 연결을 목적으로 매우 넓은 가공 윈도를 제공한다.
도 2는 본 발명에 따른 다른 장치의 상세한 횡단면도이다. 도 2의 부호는 도 1에 상응한다. 대향홈(8) 사이에 위치한 플라이트(flight;8a)는 공급 갭의 방향, 즉, 예를 들어, 도 2에 도시된 화살표(A)의 방향의 모든 지점에서, 대향홈(8)의 플라이트(8a)의 적어도 일부분이 회전자 홈(7)의 모든 다른 플라이트(7a)를 가공하는 방식으로 배치되도록 설계된다. 이러한 경우, 역류는 거의 한 회전자 홈(7)의 플라이트(7a)를 지나서 도달할 수 있다.
도 2는 두 개의 최상부 홈에서 압출성형되는 재료를 보기를 통해 도시한다. 상기 두 개의 홈은 전단응력에 의해 플라스틱 재료의 작은 부분이 용융되고, 압력이 동시에 증가하는 전단응력 영역을 나타낸다. 목적은 마찰력에 의해서 가능한 신속히 용융시키는 것이며, 재료가 컴팩트할 때, 신속히 발생하는 압력을 일으킬 수 있는 재료의 양은 표면으로부터 부분적으로 용융된다. 부호"1"에 인접하게 배치된 홈은 건조 분말로 채워진다. 그러므로, 압력 신호는 없다. 한편, 부호"7"에 인접하게 배치된 홈은 압력발생에 충분한 분말 미립자 용융 플라스틱으로 채워진다. 본 발명의 본질적인 특징은 나사에서 압력이 매우 일찍 발생되고, 이 압력은 나사 방향으로 압형에 대한 압력손실을 극복하기에 충분하기 때문에, 재료는 홈 채널을 통해서 신속히 운반된다.
도 3은 도 1의 장치를 상세히 도시한다. 도 3의 부호는 도 1 및 도 2의 부호에 상응한다. 공급 갭(4)은 명료한 도시를 위해 실제 보다 넓게 도시된다. 대향홈(8)의 폭은 홈(7) 사이의 플라이트(7a)의 폭(b) 보다 작다. 따라서, 역류는 매우 효과적으로 방지된다. 그러나, 이와 같이 좁은 형태에도 불구하고, 대향홈(8)은 압출성형되는 재료가 압출성형장치 앞으로 이동하도록 보조한다. 대향홈(8)의 폭(a)은 홈(7)의 폭(c) 보다 약 30 내지 50% 정도 양호하게 작다. 대향홈(8)의 나사부는 회전자(1)의 홈(7)의 나사부 방향과 반대이다. 대향홈(8)의 경사도는 약 1 내지 900이고, 가장 양호하게는 홈(7)의 대응 경사도에 약 절반이다. 만약, 경사도가 900이면, 이 안내홈이 평상시 사용하는 동안 재료의 전방 공급을 개선한다. 본 발명의 장치는 압출 프레스의 가소성 장치로 사용될 수 있고 예를 들어, 피스톤을 사용하여 압출 단부에서 재료의 전방으로의 유동이 방지될 때, 성형되는 재료가 안내홈을 따라 장치에서 역류될 수 있고 재료 압력은 장치의 생산 단부 부근에서 너무 높게 발생할 수 없기 때문에, 회전자(1)는 연속으로 회전할 수 있다. 절대적인 관점에서, 대향홈의 매우 적당한 경사도는 3 내지 100에서 변화된다. 대향홈(8)의 수는 회전자(1)의 홈(7)의 수 보다 양호하게 크다. 회전자 홈(7)의 횡단면이 본질적으로 동일할 때, 비록 갭이, 예를 들어, 약 0.4mm로 충분히 커도, 홈 사이에 배치된 플라이트(7a)와 고정자 사이에서 압출성형되는 재료는 거의 없다.
홈(7)의 횡단면은 도 3에 도시된 바와 같이, 삼각형의 한 측부가 주로 축방향이고 다른 측부가 상기 축방향에 거의 수직하는 방식으로 양호하게 실질적인 삼각형 형태이다. 재료는 용이하게 유동할 수 있고 온도 변화는 거의 삼각형 형태를 갖는 홈에서 더욱 작다. 홈에서, 재료는 앞으로 유동하고 동시에 회전하며, 이 개선된 회전 유동은 마찰에 의해 발생되는 제어되지 않은 열을 실질적으로 감소시킨다.
회전자(1)의 홈(7) 사이에 배치된 플라이트(7a)는 회전자(1)와 고정자(2) 사이의 갭이 플라이트(7a)의 후방 에지 보다 플라이트(7a)의 전방 에지에서 더욱 커지는 방식으로 경사질 수 있다. 그때, 플라이트(7a)는 압력 작용에 영향을 받으며 이 압력 작용으로 인해서 축 유동은 거의 중요하지 않다. 홈 플라이트의 양호한 실시예의 상세한 설계는 출원인에 의해 계류중인 출원서, 즉, 편의상 본원에서 합체된 FI964988에 도시되어 있다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 장치의 횡단면을 도시한 측면도이다. 도 4의 부호는 도 1 내지 도 3의 부호와 대응된다. 도 4는 외측에 고정자(2)가 있고 내측에 회전자(1)가 있는 한 공급 갭(4)을 도시한다. 명확히 도시하기 위해, 도면은 구동수단과, 회전자(1)를 회전시키기 위한 수단 및 홈을 도시하지 않았다. 회전자(1)의 내부는 회전수단(5)과 함께 회전하는 원추형 나사(9)를 포함한다. 그때, 공급 갭(4)의 단부는 관 형식이다. 나사(9) 뒤에는 압출성형되는 제조품(11)이 넓어지는 방향설정 맨드릴(orientation mandrel: 10)이 있을 수 있으며, 이 맨드릴(10)은 방향이 설정된 제조품(oriented product: 11)을 생산할 수 있다. 방향설정이 안된 일반적인 제조품(11)을 제조할 때, 횡단면은 당연히 변화되지 않는다. 압출 성형되는 제조품(11)은 예를 들어, 플라스틱 파이프, 필름 또는 케이블 외장일 수 있다.
원추형 회전자(1)는 공급 갭(4)의 틈새가 어려움 없이 조절될 수 있도록 축 방향으로 용이하게 이동할 수 있다. 틈새를 조절함으로써, 회전자(1)의 회전 속도를 변화시키지 않고 생산량과 장치의 압력 발생용량 및 마찰로 발생하는 열의 양을 제어할 수 있다. 나사(9)는 장치가 압출 프레스 안으로 용이하게 이동할 수 있도록 축방향으로 이동할 수 있다. 보통 피스톤 압출성형기의 생산량은 통상적으로 약 25kg/h이고, 본 발명에 따른 장치는 200kg/h를 초과하는 생산량을 쉽게 제공한다. 원통형 나사의 길이가 축방향으로 변화될 때, 압형을 통해 재료 질량을 단지 압축하는 데 필요한 압력 수준을 최고로 활용하는 것이 용이하다. 윤활유 및/또는 냉각 약품이 공급될 수 있는 관련 덕트 및 작은 개방부에는 나사(9) 및 방향설정 맨드릴(10)이 제공될 수 있으며, 이러한 경우, 예를 들어, 용융 플라스틱을 갖는 장치에는 윤활 작용이 실행될 수 있고, 압형의 최종 구간에서 발생하는 냉각 작용은 다른 매체로 실행될 수 있다.
제조품(11) 외부의 압출성형기 노즐 뒤에는, 예를 들어, 오일 또는 전기로 작동하는 가열 압형(12)이 있다. 출원인에 의해 계류중인 출원서, 즉, 편의상 본원에서 합체된 PCT/SE96/01169에서 상세히 기술된 바와 같이, 가교 결합을 위해, 부품(12)은 이 부품(12)이 투명하도록 특히 석영으로 양호하게 제조될 수 있고 적외선 가열 수단을 사용할 수 있다. 제조품의 온도와 가열 압형 내부에서의 재료 시간, 즉, 잔류시간은, 예를 들어, 재료가 대류 작용으로 충분히 가열될 수 있는 방식으로 가열 압형의 길이를 설계함으로써 조절될 수 있다. 압형의 온도와 재료의 잔류시간은 생산 재료가 거의 균질하게 되는 수준으로 조절된다.
변형 에너지가 작은 이와 같은 장치의 목적은 플라스틱 매스 입자가 전체적으로 용융될 필요가 없지만, 입자가 표면으로부터 서로 연결되는 수준에서 마찰작용이 유지되는 것이다. 따라서, 명확히 용융되지 않는 입자가 가열 수단을 포함하지 않는 압출성형기를 통과하도록 할 수 있다. 이 방법을 연속 소결과정이라 한다. 특히, 가교 결합된 고분자량을 갖는 폴리에틸렌이 저온, 즉, 과산화물이 적당한 시간 동안 반응하지 않는 140 내지 180℃의 범위에서 가공될 때, 본 발명에 따른 압출성형기는 질량 온도가, 예를 들어, 용융되지 않은 입자가 충분히 용융되는 온도, 즉, 재료 유동이 최종으로 균질화되고 과산화물이 신속하게 분해되는 250℃까지 신속히 상승하는 가열장치에 접속되기 때문에, 용융되지 않은 입자는 최종 생산품의 특성에 중요하지 않다.
상술한 바와 같이, 그와 같은 경우에서 재료 유동은 어떤 스테이지에서도 분리되지 않기 때문에, 상기 가공에서 맨드릴(10)을 스파이더 레그 없이 지지하는 것이 매우 양호하다. 그러나, 긴 맨드릴(10)을 사용하면 벽 공차를 조절하는 것과 맨드릴(10)의 중심을 맞추는 데 있어서 문제가 발생한다. 예를 들어, 100mm의 직경을 갖는 파이프에서 약 10mm의 두께를 갖는 벽은 길이가 2m 이상인 가열 압형을 필요로 한다. 이러한 경우에 있어서, 맨드릴(10)은 쉽게 굽혀지고 중심 위치가 유지될 수 없으며, 이러한 문제점은 마찰력을 감소시키기 위해 맨드릴(10)의 단부에 맨드릴(10)의 최장 직경 보다 작을 수 있는 직경을 갖는 토션 바아(14)를 제공함으로써 해결할 수 있다. 토션 바아(14)의 단부에는, 제조품(11)에 대해 위치한 부품에서 폴리테트라플루오르에틸렌과 같이 슬라이드가능한 재료로 제조된 플러그(15)가 있는데, 이 플러그(15)는 제조품(11)의 내벽에 대해 용이하게 미끄러질 수 있다. 플러그(15)가, 예를 들어, 냉각 용기(basin;16)의 내부 또는 풀링 장치(pulling;17)까지 연장될 때, 바람직하다면, 플러그(15)는 이미 세트된 벽에 안착된다. 이러한 경우, 용융 재료 영역에서 맨드릴(10)의 중심을 맞추는 작업은, 예를 들어, 풀링 장치(17)의 축 위치를 편향시킴으로써 정확한 보정위치로 쉽게 조절될 수 있다. 긴 토션 바아(14)는 교정 방식으로 중심이 맞추어지도록 맨드릴(10)을 굽힌다.
도 5는 본 발명에 따른 장치의 회전자(1)의 일부를 도시한 측면도이다. 도 5의 부호는 도 1 내지 도 4의 부호에 상응하며, 도 5는 재료 공급 구간의 영역에 있는 회전자(1)를 도시한다. 도 5에 도시된 위치에서, 압출성형되는 재료는 회전자(1)의 내부 및 외부 모두에 한 공급 수단으로 공급된다. 공급 수단에서, 회전자(1)는 일부 재료가 공급 수단으로부터 이 회전자(1)의 내부로 유동할 수 있는 공급 갭(13)을 포함한다. 공급 갭(13)의 에지는 모든 다른 베벨(13a)이 회전자(1)의 외부 원주부와 내부 원주부를 향하도록 안내되는 방식으로 베벨(13a)을 구비한다. 회전자(1)가 회전할 때, 공급되는 재료는 모든 다른 공급 갭(13)을 통해 회전자(1)의 외부와 내부로 이동한다. 이러한 방식으로, 베벨(13a)은 공급되는 재료가 회전자(1)의 외부 및 내부로 확실히 배분되는 것을 보장한다. 도 5에서, 재료를 회전자(1)의 내부로 보내는 베벨(13a)은 파단선으로 도시된다.
도 6은 도 5에 도시된 회전자 부분의 횡단면도이다. 도 6의 부호는 도 1 내지 도 5의 부호에 상응한다. 공급 수단(6)은 압출 장치로 이동함에 따라 공급되는 재료에 충분한 압력을 제공하는 매우 양호한 유효 공급 나사이다. 회전자(1)의 외부 및 내부를 향해 교대로 공급 갭(13)의 베벨(13a)의 방향을 설정하고 유효 공급 나사를 사용하여, 홈(7)에 압출성형되는 재료의 충분한 양이 있도록 보장하고, 이것은 압출 장치의 효과적인 생산량을 보장한다. 도 6은 횡단면의 지점 뒤에 있는 공급 갭(13)으로부터 재료를 안으로 전달하는 베벨을 파단선으로 도시한다. 베벨(13a)이 회전자(1)의 외부 원주부를 향해 안내되는 자리에 구멍을 제공할 필요가 없으며, 그 자리에 재료가 회전자 외부에 위치한 홈으로 유동할 수 있는 캐비티가 있는 것으로 충분하다.
도 7은 회전자(1)의 홈을 도시한 횡단면도이다. 도 7에 도시된 경우에 있어서, 홈의 횡단면 형상은 거의 반원형이다. 본 발명에 따른 회전자의 홈(7)의 플라이트(7a)와 대향홈(8)의 플라이트(8a)의 자리로 인하여, 압출성형되는 재료는 홈(7)에서 유효하게 유지되며 회전 방식으로 이동한다. 도 7에 도시된 반원형 형상은 회전 동작을 위해 매우 양호하다. 재료의 회전 운동은 도 7의 화살표로 도시된다. 도 3에 도시된 거의 삼각형 횡단면의 형상은 재료의 회전에 매우 양호하다, 즉, 재료는 화살표로 도 7에 도시된 바와 같이 상응하는 회전 동작으로 제공된다.
종래 압출성형기의 실린더에 대한 마찰에 의해 발생하는 나사 홈에서의 회전 유동은 홈에서 상당한 온도 변화를 발생시킨다. 이 불균형 온도는 두 방식의 불리하다. 우선, 불균형한 온도는, 예를 들어, 실제 국부 온도가 가교 결합된 폴리에틸렌의 경우에 압출성형기의 세팅 온도 보다 높은, 예를 들어, 400일 때, 결과는 국부적으로 가교 결합된 영역을 갖는 매스가 되는 것이 분명하기 때문에 온도에 민감한 압출성형 약품을 방해한다. PVC가 가공될 때, 국부적인 고온은 매스의 열적 저하를 유발시킨다. 한편, 불균일한 온도는 대부분의 플라스틱이 온도 함수에 따라 그 점성을 용이하게 변화시키기 때문에, 가공하는 것을 더욱 어렵게 한다. 예를 들어, 통상적인 폴리에틸렌의 전단응력 비율의 범위에서, 온도가 600 증가하면 1000pa× s의 값으로부터 약 절반까지 점성이 감소된다. 홈이 반원형 또는 삼각형을 가질 때, 재료는 더욱 쉽게 유동하고 온도 변화는 더욱 작다. 개선된 회전 유동은 마찰에 의해 발생한 조절되지 않은 열의 발생을 축소시킨다. 종래 압축기의 나사 홈의 리지 사이의 거리는 나사 직경과 거의 동일하며, 이것은 통상적으로 나사 홈에 대해 10에 걸치는 높이 대 폭의 비율을 발생시킨다. 그러나, 고분자량을 갖는 플라스틱이 가공될 때, 변형 에너지는 가능한 작아야 한다, 즉, 가능한 마찰에 의해 발생하는 열이 작아야 한다. 생각건대, 재료 유동을 예를 들어 반원형 또는 삼각형 홈 보다 얕은 홈에서 회전하는 방식으로 만드는 것은 더욱 어렵다. 홈의 깊이에 대한 폭의 최적 비율은 만약, 직사각형 홈을 사용한다면 원추형 압출성형기에 대해서 양호하게는 2와 7 사이에 있다.
도 8은 본 발명에 따른 제조품의 횡단면도이다. 본 발명에 따른 나사 홈에서 유동이 회전하는 것은 매우 쉽기 때문에, 두 개의 장점을 가진다: 고정자와 회전자 사이의 전체 마찰은 대개 부분적으로 대향홈에 기인하며 소정의 값 보다 훨씬 작으며 흐르면 회전하는 재료는 층 구조를 가진다. 즉, 홈에서 통과하는 로드 형상의 재료는 롤 상에 감겨진 종이와 유사하고, 이것은 도 8에 도시된 플라스틱 파이프, 예를 들어, 홈의 회전 유동에 의해 발생된 12개의 횡행 스트립을 나타내는 파이프의 단면에서 발생한다. 50 이상의 난류층은, 예를 들어, 양호하게는 4mm의 두께를 갖는 벽으로부터 감지될 수 있다. 파이프(11)의 난류 구조는 도 8에서 0은 선으로 도시되며, 특히, 압출성형되는 매트릭스 플라스틱에 폴리아미드 또는 LCP와 같은 배리어 플라스틱을 30% 까지 첨가하면, 상기 난류 구조는 상당히 큰 충격 강도값과 실질적으로 개선된 투과율 값을 제공한다. 층 구조는 매트릭스 플라스틱과 배리어 플라스틱이 혼합되지 않으면서 양호하게 상호 접착할 때 가장 쉽게 제공된다. 또한, 배리어 플라스틱이 동일한 온도에서 점성이 더욱 크다는 사실이 발견되었다. 사용된 배리어 플라스틱은 양호한 지방성 폴리케톤(케토넥스 상표로 영국 피트롤리움에 의해 제조됨)이다. 도 8에 도시된 파이프(11)는, 예를 들어, 폴리에틸렌 중에서 1%의 폴리프로필렌으로 구성되는 혼합물을 압출성형함으로써 제조되었다.
과산화물 또는 아조 화합물(azo compound)을 사용할 때, 맛이 없거나 및/또는 냄새가 좋지 못한 저분자 화합물은 플라스틱으로 형성되고 폴리에틸렌의 표면으로 이동한다. 종래 제조과정 동안, 파이프는 식료품과 함께 사용되기 전에 세척하거나 열처리되어야 한다. 본 발명에 따른 장치를 사용하여, 외부의 더욱 두꺼운 층이 가교 결합된 폴리에틸렌으로 제조되는 멀티층 플라스틱 제조품을 제조할 수 있으며 내부층은 외부층의 가교 결합으로 발생하는 잔여 생산품이 배리어 층에 의해서 제조품의 내면으로 이동하는 것을 방지하도록 배리어 플라스틱으로 된다.
도 9는 본 발명에 따른 장치의 회전자의 측면도이다. 도 9의 부호는 도 1 내지 도 8의 부호와 상응한다. 회전자(1)는 회전자의 축방향에 거의 수직하는 중간홈(7')을 구비한다. 이 중간홈(7')은 압출성형되는 재료를 부가적으로 균질화한다. 중간홈(7')에서, 매스는 홈(7)으로 뒤로 이동하기 전에 반경방향으로 일부 홈의 거리를 이동할 수 있다. 중간홈(7')은 회전자 또는 고정자 또는 양자 모두에 배치될 수 있다. 특히, 원통형 회전자(1)의 경우에 있어서, 대향홈(8)의 용적은 중간홈(7')까지 양호하게 감소되어 중간홈(7') 이후의 일정한 수준을 지속한다. 중간홈(7')은 축방향에서 장치의 길이의 2/3 지점에서 양호하게 중간 뒤에 있는 압출성형기의 축방향으로 양호하게 배치된다. 회전자 홈(7)의 경사도는 중간홈(7') 뒤에서 양호하게 변화될 수 있다. 홈(7)의 경사도가 더욱 예리할 때, 경사도가 일정한 장치로써 동일한 생산량을 달성하는 것이 용이하지만, 경사도가 더욱 급할때, 마찰로 발생한 열의 전체 양은 홈의 길이가 감소함에 따라 축소될 수 있다. 본 발명에 따르는, 홈의 횡단면은 거의 변화하지 않으며, 여기서, "거의 변화하지 않는" 의미는 회전자 및/또는 고정자가 균질성을 제공하기 위해 재료 입자가 재배열되는 중간홈(7')을 구비하는 경우를 포함한다.
도 9에 도시된 경우에 있어서, 전단응력 영역은 중간홈(7')으로 연장되고, 중간홈(7')에서 혼합이 진행되어 중간홈(7') 이후에 차후로 균질화된다.
도 10은 본 발명에 따른 장치의 압력 작용을 실선으로 도시한다. 종래 압출 성형기에서, 압력(P)은 압출성형기의 길이 끝에서 증가되므로, 장치의 노즐 위치를 나타내는 지점(A)에서 자연적으로 가장 높다. 본 발명에 따른 장치에서, 압력은 전단응력 영역의 초기 단계에서 이미 장치의 내부에서 증가된다. 단부에서는, 압력이 노즐을 향해 떨어질 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 압출성형기의 측면을 부분적으로 도시한 부분 횡단면도이다. 도 11의 부호는 도 1 내지 도 10의 부호에 상응한다. 회전자(1)와 고정자(2) 모두는 원통형이다. 회전자 홈(7)은 회전자(1)의 전체 길이를 따라 거의 동일한 횡단면으로 연장된다. 고정자(2)에 제공된 대향홈(8)의 횡단면은 시간을 감소시킨다. 대향홈(8)은 장치 길이의 1/3에 있는 지점에서 장치의 거의 중간부로 연장된다.
도 12는 본 발명에 따른 장치의 일부를 도시한 횡단면도이다. 도 12의 부호는 도 1 내지 도 11의 부호에 상응한다. 회전자(1)와 고정자(2,3)는 원추형이다. 회전자(1)는 최종 구간에서 회전자(1)와 고정자(2,3) 사이의 틈새가 초기 구간에서 보다 실질적으로 커지도록 형성된다. 예를 들어, 초기 구간에서, 틈새는 약 0.5mm이고 단부에서 약 6mm이다. 또한, 홈(7)과 대향홈(8)은 회전자의 최종 구간에서 끝나며 재료는 단지 상기 언급한 큰 틈새에서 유동한다. 이러한 경우에 있어서, 최종구간에서 재료 상에 작용하는 전단응력 비율은 틈새가 커서 작기 때문에, 회전자의 회전 속도는 증가할 수 있다. 그때, 생산량은 증가한다. 즉, 작은 장치로 높은 생산량을 얻을 수 있다. 또한, 단부에서 전단 응력 구역을 제공할 수 있으므로, 재료 온도는 매우 일정하게 유지될 수 있으며, 이것은, 예를 들어, PEX의 가공 과정에서 매우 중요하다. 또한, 이것은 바람직하다면, 압출성형기에서 이미 가교 결합을 시작할 수 있으며, 이러한 구조로, 도 8에 도시된 어떤 타원형 부품을 포함하지 않지만, 전체적으로 층을 이루는 층 구조를 갖는 제조품을 제공할 수 있다. 필요한 전동장치는 회전 속도가 빠르므로 동력이 일정할 때 모멘트가 더욱 작을 수 있기 때문에, 크기도 역시 작아질 수 있다. 또한, 장치의 생산 공차는 회전자의 단부에서 실질적으로 더욱 클 수 있다. 양호하게는, 회전자(1)의 더욱 얇은 부분은 회전자의 길이의 절반 이상이다; 가장 양호하게는 안내 구간은 회전자 길이의 2/3 만큼으로 구성된다. 고정자의 대향홈(8)은 회전자가 좁아지는, 즉, 틈새가 증가하는 지점으로 연장하도록 제조된다. 회전자가 좁아지는 목적은 방향설정일 수 있으며, 회전자는 재료가 유동할 수 있는 개방부를 포함할 수 있다; 다시 말해서, 회전자의 최종 구간의 구조는 출원인의 명세서, 즉, 편의상 본원에서 합체된 PCT/SE96/00261에서 공개한 것과 유사할 수 있다.
관련 도면 및 상세한 설명은 본 발명의 사상을 설명하는 것을 목적으로 한다. 발명의 상세한 설명은 청구범위의 범주 내에서 변화될 수 있다. 따라서, 예를 들어, "원추형"이란 용어는 포물선 형태와 쌍곡선 또는 초기 구간이 테이퍼된 원추형을 가지고 최종 구간이 원통형을 가지는 구조를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 여러개의 회전자 및/또는 고정자를 포함할 수 있으며, 회전자는 바람직하다면 고정자 밖에 배치될 수 있다.

Claims (35)

  1. 하나 이상의 공급수단(6)을 사용함으로써 압출성형되는 재료를 분말, 낟알 또는 입자 형태로 회전자(1)의 홈(7)의 용적과, 고정자(2,3)의 홈(8)의 용적 및 이 홈들 사이의 틈새로 구성되는 가공 캐비티 안으로 공급하는 압출성형 제조품의 제조방법에 있어서,
    상기 캐비티의 횡단면적은 적어도 부분적으로 압출성형기의 축방향을 따라 연속적으로 감소하며, 고정자(2,3)와 회전자(1)의 상대 회전 운동에 의해 상기 재료는 X축방향을 따라 진행하도록 실행됨으로써, 전단 응력에 의해 발생한 마찰열은 주로 용융되지 않은 입자와 일부 그 주위에 있는 용융된 입자로 구성되는 층(bed)을 형성하는 재료의 일부를 장치의 단부로부터의 간격의 특정 횡단면에서 완전히 채워진 가공 캐비티의 형성을 가능하게 하면서 용융시키므로, X축방향을 따라 뒤에 있는 다이를 통해 재료를 가압하는 데 필요한 것 보다 높은 수준까지 압력이 상승하는 것을 특징으로 하는 압출성형 제조품의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 가공 캐비티의 용적은 전단응력 영역이 통상적으로 회전자(1)의 전체 길이의 약 중간부, 양호하게는 나사 길이의 1/3 내지 2/3 내에서 종결될 때까지 X축방향을 따라 감소되는 것을 특징으로 하는 압출성형 제조품의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 전단응력 영역 뒤에 있는 가공 캐비티의 용적은 일정하거나 증가하는 것을 특징으로 하는 압출성형 제조품의 제조방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 용융된 재료와 가능한 용융되지 않은 입자로 구성되는 재료는 전단응력 영역 이후의 구간에서 균질화되어 혼합되며, 홈의 기하학적 형태는 전단응력 비율이 전단응력의 영역 보다 작도록 제조되는 것을 특징으로 하는 압출성형 제조품의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 전단응력의 영역 이후의 재료 압력은 거의 증가하지 않는 것을 특징으로 하는 압출성형 제조품의 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 홈(7)을 따르는 재료의 유동 비율은 재료가 링 홈(7')을 통해서 새로 세팅된 나선형 홈 안으로 들어가도록 가압함으로써 변화되는 것을 특징으로 하는 압출성형 제조품의 제조방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 압출성형되는 재료는 재료를 가열하기 위해 가능한 수단 앞에 있는 압출성형기의 생산 단부에서, 재료 유동이 제조방법에서 발생하는 연속 소결과정 동안 주로 표면에서 상호 연결되는 부분적으로 용융되지 않은 입자를 포함할 수 있는 정도의 작은 크기로 가공되는 것을 특징으로 하는 압출성형 제조품의 제조방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 장치의 생산 단부로부터 이동하는 열 이동이 재료를 너무 일찍 용융시키지 않게 공급 구간에서 회전자(1) 또는 고정자(2,3)를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 압출성형 제조품의 제조방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 가열 수단(12)의 내부에 있는 재료 온도는 압출성형기 외부에 있는 재료 온도 보다 높게 상승하는 것을 특징으로 하는 압출성형 제조품의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 가열 수단(12)의 온도와 이 가열 수단(12)의 영향을 받는 영역에 있는 재료의 잔류 시간은 생산 재료의 유동이 가장 균질화되도록 조절되는 것을 특징으로 하는 압출성형 제조품의 제조방법.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 제조품(11)의 중간부에는 그 단부에 토션 바아(14)가 있는 맨드릴(10)이 있으며, 이 맨드릴(10)은 이미 세팅된 제조품(11)의 내면 상에서 안착하는 토션 바아(14)를 사용하여 자리에서 굽혀서 중심이 맞추어지는 것을 특징으로 하는 압출성형 제조품의 제조방법.
  12. 하나 이상의 회전자(1)와 하나 이상의 고정자(2,3)와, 이들 사이의 공급 갭(4) 및 홈(7)을 포함하며, 상기 홈(7)은 회전자(1)가 회전할 때, 장치로부터 압출성형되는 재료를 가압하기 위해 공급 갭(4)의 다른 측부 상에 제공되며, 상기 홈(7)의 횡단면은 거의 변화되지 않고, 대향홈(countergroove;8)은 적어도 갭 간격에 걸쳐 공급 갭(4)의 다른 측부 상에 제공되고, 대향홈의 나사부는 공급 갭(4)의 다른 측부 상에 제공된 홈(7)과 반대방향으로 형성되는 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치에 있어서,
    공급 구간 이후에는 전단응력 영역이 있으며, 대향홈(8)은 실제 전단응력 영역의 전체 길이를 따라 배치되고, 회전자(1)의 홈(7)의 용적과, 고정자(2,3)의 홈(8)의 용적 및 이 홈들 사이의 틈새로 구성되는 가공 캐비티의 횡단면적은 적어도 부분적으로 압출성형기의 축방향을 따라 연속으로 감소하는 것을 특징으로 하는 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 회전자(1)와 고정자(2,3)는 원통형이고, 대향홈(8)의 단면은 전단응력의 영역 단부에서 실질적으로 더욱 감소하는 것을 특징으로 하는 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 대향홈(8)의 폭은 공급 갭(4)의 다른 측부 상에 제공된 홈(7) 사이의 플라이트(7a)의 폭 보다 작은 것을 특징으로 하는 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 대향홈(8)의 폭은 공급 갭(4)의 다른 측부 상에 제공된 홈(7)의 폭 보다 약 30 내지 50% 정도 작은 것을 특징으로 하는 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 대향홈(8)의 경사도는 약 1 내지 900 이고, 양호하게는 공급 갭(4)의 다른 측부 상에 제공된 홈(7)의 경사도의 절반이며, 가장 양호하게는 3 내지 100 인 것을 특징으로 하는 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치.
  17. 제 12 항에 있어서, 공급 갭(4)은 재료의 공급 방향의 단부에 있는 상기 공급 갭(4)의 직경이 재료의 생산 단부에 더욱 인접하게 있는 직경 보다 크도록, 적어도 길이의 구간에서 원추형이고, 원추형의 좁은 부분의 직경에 대한 넓은 부분의 직경 비율은 압출성형되는 재료의 질량의 부피 밀도에 대한 고체 질량의 밀도 비율과 거의 동일한 것을 특징으로 하는 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 재료는 장치의 원주 방향 또는 축방향으로 다르게 배치된 여러개의 공급 수단(6)으로 공급 갭(4)에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 홈(7)의 깊이에 대한 폭의 비율은 2와 7 사이에 있는 것을 특징으로 하는 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치.
  20. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 홈(7)은 실질적인 반원형인 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치.
  21. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 홈(7)은 실질적인 삼각형 횡단면을 가지는 것을 특징으로 하는 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 홈(7)의 플라이트(7a)의 적어도 일부는 회전자(1)와 고정자(2,3) 사이의 틈새가 플라이트(7a)의 후방 에지 보다 플라이트(7a)의 전방 에지에서 더욱 커지는 방식으로 경사지도록 제조되는 것을 특징으로 하는 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치.
  23. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 회전자(1)의 외부에는 외부 고정자(2)가 있으며 회전자(1)의 내부에는 내부 고정자(3)가 있고, 재료는 동일한 공급수단(6)으로 회전자(1)의 외부 및 내부 모두에 공급되며, 상기 회전자(1)는 모든 다른 공급 갭(13)을 통해서 회전자(1)의 외부에 재료를 공급하고 모든 다른 공급 갭을 통해서 회전자(1)의 내부에 재료를 공급하기에 적합한 베벨(13a)을 갖는 공급 갭(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치.
  24. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 재료는 유효 공급 나사인 공급 수단(6)으로 공급 갭(4)에 공급되는 것을 특징으로 하는 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치.
  25. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 회전자(1)와 고정자(2,3)는 내마모성 코팅제로 코팅되고, 제조된 재료는 압형 강철 보다 큰 열전도성을 갖는 것을 특징으로 하는 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치.
  26. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 전단 응력의 영역 뒤에 있는 회전자(1)의 홈(7)과 고정자(2,3)의 홈(7)은 동일 방향인 것을 특징으로 하는 압출성형 플라스틱 제조품의 제조장치.
  27. 1 내지 30%의 배리어 플라스틱이 층 구조(laminar structure)를 형성하는 방식으로 부가된 매트릭스 플라스틱을 포함하는 플라스틱 제조품에 있어서,
    배리어 플라스틱은 평탄한 롤 형태의 층 구조를 형성하는 방식으로 압출기 홈의 회전 유동에 의해서 제조품(11)에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 제조품.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 매트릭스 플라스틱은 폴리에틸렌이고, 상기 배리어 플라스틱은 폴리에틸렌과 용접가능한 폴리아미드인 것을 특징으로 하는 플라스틱 제조품.
  29. 제 27 항에 있어서, 상기 매트릭스 플라스틱은 폴리에틸렌이고, 상기 배리어 플라스틱은 폴리프로필렌인 것을 특징으로 하는 플라스틱 제조품.
  30. 제 27 항에 있어서, 상기 배리어 플라스틱은 지방성 폴리케톤(aliphatic polyketone)인 것을 특징으로 하는 플라스틱 제조품.
  31. 제 27 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스 플라스틱은 가교 결합된 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 플라스틱 제조품.
  32. 제 27 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스 플라스틱과 배리어 플라스틱은 혼합되지 않는 것을 특징으로 하는 플라스틱 제조품.
  33. 가교 결합된 폴리에틸렌으로 제조된 더 두꺼운 외부층과 배리어 플라스틱으로 제조된 내부층을 갖는 멀티층 플라스틱 파이프에 있어서,
    상기 배리어 플라스틱은 외부층의 가교 결합의 잔여 제조품이 제조품의 내면으로 이동하는 것을 방지하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 멀티층 플라스틱 파이프.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 배리어 플라스틱은 지방성 폴리케톤인 것을 특징으로 하는 멀티층 플라스틱 파이프.
  35. 제 12 항의 장치로 제조된 플라스틱 제조품에 있어서,
    플라스틱 제조품은 200,000 g/mol에 대한 분자량, 양호하게는 300,000 g/mol에 대한 분자량을 갖는 가교 결합된 폴리에틸렌으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 제조품.
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