KR100469850B1 - 디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치 - Google Patents

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Abstract

전단담박화(shear thining) 및/또는 디스엔탱글먼트를 일으킴으로써 신축유동(extensional flow)하에 전단진동을 사용하여 용융된 성형가능 플라스틱 물질의 점도를 연속 감소시키는 방법과 장치중 디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치가 개시된다.
본 발명은, 용융물폴리머가 용융물로 될 때까지 폴리머의 온도를 상승시키는 수단; 용융물의 점도 변화에 의해 측정되는 원하는 수준으로 폴리머의 거대분자들 사이의 디스엔탱글먼트 상태가 변화되는 때까지 신축피로변형하에 전단 진동에 의해 디스엔탱글먼트 처리를 용융물에 가하기 위한 전단변형수단; 전이기의 교차를 피하면서, 결정화 개시에의 냉각속도의 동적 영향에 의해 폴리머의 결정화 온도를 낮추게 하는 방식으로 디스엔탱글먼트 처리중에 용융물의 온도를 변화시키는 용융물 온도제어수단; 용융물을 스테이션에 운반하기 위한 운반수단; 그리고, 폴리머를 고형화하기 위해 용융물에 추가 공정을 받게 하는 처리수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치{APPRATUS FOR PRODUCING A DISENTANGLED POLYMER}
본 출원은, 여기에 병합된 성형공정에 앞서 용융플라스틱의 점도를 조절하기 위한 방법과 장치라는 명칭의 1999. 6. 15일자 미합중국 특허출원 제09/333,544호의 일부 계속출원이다.
본 발명은 일반적으로 폴리머로 성형, 즉 몰딩(이하, 혼용함)하는 것에 관한 것으로, 특히, 쉬어씨닝(shear thining: 전단력으로 묽게 하는 것, 이하, 전단담박화(剪斷淡薄化)라 함) 및/또는 디스엔탱글먼트(disentanglement: 풀림)에 의해, 또는 예를 들면, 나일론 66과 같은 반결정질 폴리머에서와 같이 최적조건에서 디스엔탱글먼트를 방지시키는 온도로 냉각시켜 결정화할 수 있는 폴리머 원료의 점도조절용 특별한 수단에 의해 다양한 폴리머 원료의 점도를 조절하는 신규하고 유용한 장치와 방법에 관한 것이다.
폴리머 재료의 성형에 있어서 잘 알려진 바와 같이 거대분자들의 엔탱글먼트(engtanglement: 엉킴) 상태에 의해 지배되는 용융물의 점도가 가공매개변수(processing parameter)들에 직접 영향을 미친다. 수지의 "멜트 인덱스(melt index: 용융물 지수)는 통상 용융물의 유동성 특징을 나타내며, 또 어떤 특정한 성형응용 내지 그 성형품(application)에 적합한 수지등급을 특정하는 데에 사용될 수 있다. 그 멜트 인덱스는 거대분자의 분자량과 그 거대분자들의 엔탱글먼트 정도의 함수이다. 즉, 높은 멜트 인덱스는 높은 유동성을 지니는 수지를 나타낸다. 성형품의 기계적 성능 역시 분자량 특성치의 강한 함수이다. 즉, 거대분자의 사슬이 길면 길수록 최종 제품의 강도(strength: 强度)와 스티프니스(stiffness: 강도(剛度))가 높아진다. 불행하게도, 플라스틱의 사용중 요구되는 고강도를 위해서는 가끔 성형공정중에 유동성은 떨어지게 되고, 그 결과, 높은 성형비용과 성형결함(용접선, 싱크마크, 등)을 초래하게 된다. 이러한 용융물의 유동성 조절의 결점을 보상하기 위한 구조의 효과적인 실예로는, 성형되는 거대분자의 분자량을 감소시키는 것이다. 이와 같은 감소로 점도가 저하되고 유동 거리(flow length)가 상당히 길어지지만, 가끔 기계적 성질, 특히 강도와 스티프니스를 저하시킨다. 또한, 이러한 실예는 박벽 사출 성형품(thin-wall injection molding applications)과 같이 작거나, 또는 얇은 최종 성형 제품의 경우 사용될 수 없다.
수지공급자들은 상이한 분자량의 등급들을 혼합하여 공정을 감소시키거나 용융물 탄성을 증가시키기 위해 점도를 저하시키는 수단을 플라스틱 산업계에 제공하는 데에 성공하였지만, 그 문제점은, 저분자량의 폴리머들의 기계적 성능이 역시 심하게 저하된다는 것이며, 이것은, 양호한 가공성을 얻기 위해 가공업자들이 지불해야 하는 타협점인 것이다.
수지 제조업자들이 제공해야 할 등급 번호가 줄어든다는 장점과 함께 수지의 분자량을 변화시킴이 없이 플라스틱 용융물의 점도 감소를 허용하는 방법은 플라스틱 산업계에서 환영받을 것이다.
플라스틱 원료들의 전단담박화은, 잘 알려져 있을 뿐만 아니라, 사출 피스톤의 속도를 증가시킴으로써 사출성형의 충전단계에서 용융물의 점도를 저하시키기 위해 실용적으로 사용되고 있다. 이것은, 용융물의 점도가 유사 뉴톤계(quasi-Newtonian)에 있을 때 그 용융물을 성형틀에 충전시키는 데에 상당한 힘이 요구되는 박벽 사출성형과 같은 경우에 특히 유용하다.
또한, 잘 알려진 바와 같이, 전단담박화는 주어진 온도에서 전단율을 증가시키거나, 또는 일정한 진폭에서 용융물의 진동수를 증가시키는 것에 의해 얻어질 수 있다. 특히, 플라스틱 용융물의 점도는 진동으로 야기된 전단담박화에 의해 감소될 수 있다는 것을 잘 알려져 있다. 즉, 리(Lee)에게 허여된 미합중국 특허 제4,793,954호; 제이.피.이바(J.P. Ibar)의 "사출성형의 충전중 진동에 의한 용융물점도감소(Melt Viscosity Reduction of Plastics by Vibration during Filling ininjection Molding)" ANTEC 1997, Toronto, SPE Reprints(1997); 그리고 제이.피.이바(J.P. Ibar)의 "진동조절 전단담박화와 배향을 통한 플라스틱의 원활한 가공( Smart Processing of Plastics Through Vibration Controlled Shear Thinning and Orientation)", 1997 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. Reprint MD-Vol. 79,pp 223-348, 1997 등에 알려져 있다.
전단담박화은, 디스엔탱글먼트에 의한 장기간에 걸친 점도저하를 가져오는 데에 요구되는 것과 같은 점도저하매카니즘을 요구하지는 않는다. 예를 들어 이바(Ibar)의 미합중국 특허 제5,885,495호에 개시된다. 전단담박화은, 컨포머(conformer)들이라고 불리우는 거대분자의 부분들 사이에서의 상호작용 네트워크의 신축성 있는 협력에 기인한다. 점도 저하는 순간적이며, 진동하에서만 우세하게 나타난다. 즉, 진동이 멈추면, 점도 저하가 중단된다. 그러나, 전단담박화은, 당업계에 알려지지 아니한, 자명하지 아니한 방법으로 본 발명에 따라 플라스틱에 유용하게 채용될 수 있으며, 최적화 내지는 양호화될 수 있다.
진동-전단담박화에 의해 야기되는 점도 저하는 잘 알려져 있다. 일예가 제이.피.이바(J.P. Ibar)의 "진동조절 전단담박화와 배향을 통한 플라스틱의 원활한 가공(Smart Processing of Plastics Through Vibration Controlled Shear Thinning and Orientation)"에 개시되어 있다.
미합중국 특허 제5,885,495호에 몰딩 가공법 및/또는 몰딩 원료의 성질을 변화시키기 위해 진동을 사용하는 3개의 알려진 방법이 다음과 같이 개시된다.
1. 액상에서나 고상에서 육안 또는 현미경으로 성형된 재료의 밀도가 균질화되고 증가시키는 기계적 진동(shaking/oscillation) 또는 초음파 진동장치: 레멜슨(Lemelson)의 미합중국 특허 제4,288,398호; 펜들레톤(Pendleton)의 미합중국 특허 제3,298,065); 그리고, 알렌(Allen) 등의 미합중국 특허 제4,925,161호 참조. 이들 특허들은 직접 변환 내지 전화중에 가공성을 증가시키도록 용융물의 점도를 저하시키는 데에 진동을 사용한 것에 관한 것이 아닐 뿐만 아니라, 용융물의 탄성을 증가시키기 위해 패킹진동(packing vibration)의 사용을 언급하고 있지도 아니하다.
2. 재료의 변형유동(rheology)이 온도와 압력이외에 진동수 및 진폭의 함수인 사실에 기초한 가공법: 모두 제이.피.이바(J.P. Ibar)에게 허여된 미합중국 특허 제4,469,649호, 유럽특허 제0 273 830호, 미합중국 특허 제5,306,129호, 미합중국 특허 제4,919,870호, 캐나다 특허 제1,313,840호 및 유럽 특허 제0 274317호 참조. 그러나, 이러한 특허들은 점도감소를 유지하는 방식으로 용융물의 점도를 변경시키는 것이나, 진동으로 신축유동(extensional flow)을 창출하도록 표면상에 리브를 도입하여 전단담박화 효과를 최적화하는 것에 관한 것은 아니다.
3. 원료처리량을 증가시키기 위해 용융물과 배럴 또는 다이사이의 벽경계에서 표면응력들을 감소시키거나 또는 내부 마찰에 의해 국부적으로 열을 발생시키는 데에 진동을 이용한 가공법: 예를 들어 캐술리(Casulli) 등의 "진동 다이(The Oscillating Die): 폴리머 압출의 유용한 개념(A Useful Concept in Polymer Extrusion)" Polym. Eng. Sci. 30 (23), 1551 (1990) 및 웡(Wong) 등의 "평행 진동하의 환형 다이내의 열가소성 플라스틱의 유동(Flow of Thermoplastics in an Annular Die under Parallel Oscillations)", Polym. Eng. Sci,; 30 (24), 1574(1990) 참조. 이러한 가공법들도 거대분자들의 분자량 평균을 감소시키는 것과 유사한 방식으로 그 자체가 용융물의 점도를 변경시키고자 하는 것은 아니다.
폴리머 몰딩 산업계에서는 기계적 성질의 변화없이 거대분자의 점도를 감소시키는 장치와 방법이 크게 환영받고 있다. 그러한 방법의 하나가 개시된 제이.피.이바(J.P. Ibar)의 미합중국 특허 제5,885,495에서는 점도 저하를 가져오는 디스엔탱글먼트 효과를 창출하기 위해 거대분자가 잡아당겨 분리되어진다.
일반적으로, 공업상 경제적으로 실용가능한 진동 신축유동의 진동수를 이용하기 위해 폴리머의 고무같은 유동(rubbery flow) 영역내 온도영역까지 용융물의 온도를 저하시키는 것이 요구된다.
비결정질 폴리머에 있어서는 유동이 일어날 수 있는 최저 온도한계가 폴리머의 유리전이온도(Tg)이다. 그 온도이하에서는 폴리머는 더 이상 용융물이 아니고 유동하지 아니하는 고체유리로 된다. 그러한 폴리머에 대해서는 미합중국 특허 제5,885,495호에 따라 폴리머가 여전히 유동할 수 있고, 일정한 온도에서 기계적으로 처리될 수 있는 유동성이상의 디스엔탱글먼트 처리온도를 발견하는 것이 일반적으로 가능하다.
나일론 66과 같은 반결정성 폴리머는 결정화 온도(Tc)이상에서 비결정질 용융물이고 그 결정화 온도(Tc)이하에서는 결정학적 구조를 나타내는 고체이다. 일반적으로, 결정상과 공존하는 남아있는 현재의 무정형상의 유리전이온도가 결정화 온도(Tc)훨씬 아래에 즉, 폴리머의 고체상태에 위치하고 있다. 그러한 반결정성 폴리머들에 대해서는 디스엔탱글먼트 처리 윈도우 내지 온도대는 결정화 온도(Tc)이상에서만 위치할 수 있기 때문에 제한된다.
듀폰-다우 엘라스토머즈사(Dupont-Dow Elastomers LLP)에 의해 판매되는 메탈로신 폴리에칠렌(metallocene Polyethylene) 폴리머의 상표명인 ENGAGE 8180과 같은 어떤 반결정성 폴리머들에 대해서는 엔탱글먼트의 양이 매우 높으며, 그 결과, 용융물의 탄성이 전단진동효과에 매우 민감하여 조절가능한 낮은 기계적 진동수(50Hz이하)에 의해 결정화 온도보다 훨씬 높은 온도에서조차 디스엔탱글먼트 [2]를 만들어 낼 수 있는 대규모의 전단담박화에 유리한 최적의 탄성 영역에 용융물이 위치될 수 있게 된다. 예를 들면, ENGAGE 8180의 결정화 온도(Tc)는 섭씨 60도이고 디스엔탱글먼트를 만들 수 있는 전단담박화를 최적화하는 가장 유리한 온도 범위는 섭씨 110 내지 160도이다. 그 결과, 유동가능하고 압출이 가능한 ENGAGE 8180의 고탄성 상태를 얻는 데에는 결정화 현상으로부터의 방해 내지 제한이 없다. 이것은, 폴리머의 결정화 온도(Tc)이상의 온도에서 온도와 전단진동(조절가능한 진동수의)의 결합된 효과하에 바람직한 고탄성 상태가 얻어질 수 없는 나이론 66과 같은 다른 반결정질의 폴리머에 대해서는 적용되지 아니한다. 그와 같은 반결정질의 폴리머에 대해서는 온도가 결정화 온도에 도달하기 전에 충분히 낮아질 수 없어 디스엔탱글먼트 과정을 방해하게 된다.
본 발명은, 미합중국 특허 제5,885,495호에 개시된 디스엔탱글먼트가공법을 산업계의 규모로의 이용에 적용할 수 있고, 또한, 종래의 기술보다 신규하고 진보성있는 온도조절과 전단담박화기법을 포함하여 추가적인 수단들을 적용시킨 신규의장치와 방법을 제공한다.
본 발명은, 낮은 용융물(용해물을 포함함)의 점도를 요구하는 성형공정에 유리한 방식으로 압출된 용융물의 점도를 상당히 또한 조절가능하게 감소시키기 위해 거대분자들사이의 엔탱글먼트의 점진적인 감소를 초래할 여지가 있는 조절된 등급의 전단담박화(탄성)을 얻도록 각 공정(스테이션)의 특정한 진동조건하에 어떤 시간동안, 정해진 온도, 진동의 진동수 및 진폭에서 처리 스테이션들을 통과하여 연속 압출되는 때에 플라스틱 용융물에 신축전단진동을 가하여 신규한 제품을 제조하는 방법과 장치에 있어서의 종래 기술의 문제점들을 해결하는 것이다.
사출성형, 압출, 서모포밍(thermoforming), 블로우 몰딩(blow molding) 또는 컴파운딩(compounding)과 같은 성형공정중에 또는 그 성형공정이전에 메탈로신 폴리에칠렌 또는 폴리카보네이트와 같은 폴리머의 용융물의 점도를 연속하여 감소시키기 위한 방법과 장치가 개시된다.
용융물이 높은 탄성을 유지하고 어떤 시간동안 신축유동조건에서 피로되도록 용융물 진동의 진동수 및 진폭의 특정 범위내에서 최저압력 또는 외부압력없이 특정한 기계적인 신축전단진동의 작용이, 상당한 점도감소가 바람직한 때에 용융물에 가해지며, 이에 따라 용융물은, 거대분자들이 부분적으로 또는 전체적으로 어떤 조절된 방식으로 디스엔탱글먼트될 때까지 높은 정도의 전단담박화에 해당하는 고탄성상태를 유지하게 되고, 이러한 상태에서의 용융물이, 단순한 켄칭(quenching)공정 또는 재용융된 때 저점도이거나 보다 양호한 혼합물의 펠릿이나 컴파운드를 생산하도록 켄칭공정이 뒤따르는 압출공정, 또는 사출공정이나 유사한 몰딩공정과 같은 몰딩공정에 이용되며, 그러한 공정에서 용융물의 점도가 크게 감소되어 사출품의 가공성을 양호하게 한다. 예를 들면 사출온도 및/또는 압력을 낮게 한다. 또한, 밸브게이트 또는 압출기에서조차 양호하며, 이러한 장치들의 로드(rod), 스템, 로터 또는 스크류의 표면들에 본 발명의 리브수단이 설치될 수 있으며, 본 발명에 따라 작동되어 전단담박화와 점도저하효과를 얻을 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 하나의 목적은, 수지가 용융상태에 있는 동안 거대분자들의 전단담박화/디스엔탱글먼트에 의해 조절가능하게 용융물의 점도를 감소시킬 수 있는 몰딩 장치 및/또는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 특별한 용융물의 저점도를 창출하는 펠릿으로 저장되고 포장될 수 있거나 즉시 사용하기 위한 또다른 몰딩위치로 펌핑될 수 있는 몰딩 장치 및/또는 방법을 제공하는 것이다.
도 1a, 1b, 1c, 1d, 1e 및 1f는 단일의 피더(feeder: 급송장치)와 단일의 처리캐비티(treatment cavity)를 지니는 본 발명에 따른 전단담박화 및/또는 디스엔탱글먼트 장치의 실시예들의 개략구성도이며, 이 경우에는 일정한 속도 및/또는 변화하는 속도로 회전함으로써 및/또는 적어도 하나의 표면상에 배치되는 리브들을 넘어 외측으로 유동하는 유입 용융물을 순수하게 진동시킴으로써 신축 유동하에 전단 진동이 창출된다.
도 2a는 단일 피더와 단일의 처리캐비티를 지니는 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 다른 실시예의 개략구성도이며, 이 경우에는 용융 원료가 위로 유동하거나, 및/또는 드래그(drag)되거나, 및/또는 관통하여 푸시(push)되거나, 및/또는 펌핑될 수 있는 윤곽을 지니는 적어도 하나의 회전 및/또는 진동 표면으로 된 틈새를 통해 용융된 성형가능한 원료를 공급함으로써 신축유동하에 전단 진동이 창출된다.
도 2b는 도 2a의 축을 횡단하는 단면도이다.
도 3은 단일의 피더와 펌핑섹션에 의해 분리된 적어도 하나이상의 처리캐비티를 지니는 본 발명에 따른 전단담박화 및/또는 디스엔탱글먼트 장치의 개략구성도이며, 이 경우에는, 용융 원료가 위로 유동하거나, 및/또는 드래그되거나, 및/또는 관통하여 푸시되거나 및/또는 펌핑될 수 있는 윤곽을 그 외형상에 제공하는 적어도 하나의 회전 및/또는 진동 표면으로 된 틈새를 통해 용융된 성형가능한 원료를 공급함으로써 처리캐비티섹션에서 신축 유동하에 전단 진동이 창출된다.
도 4는 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 처리캐비티의 실시예를 나타내는 개략구성도이다. 이 경우에는, 적어도 하나가 리브 배열을 제공하고 일정한 속도 및/또는 변화하는 속도로 및/또는 순수한 진동모드로 회전하는 상대적 운동관계의 동심 원추 표면들사이의 틈새에서 신축 유동하에 전단 진동이 창출된다.
도 5는 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 처리캐비티의 실시예의 개략 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 처리캐비티의 실시예의 개략 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 실시예의 개략 구성도이다. 이 경우에는, 피더가 압출기 및/또는 플런저이고, 디스엔탱글먼트 처리가 기어 또는 나사 펌프를 통해 연결된 일련의 공정에서 이루어지며, 최종 공정의 어큐뮬레이터는 펠릿 라인(pelletizer line) 및/또는 압출기 또는 사출성형장치의 급송부 또는 사출성형캐비티에 연결된다.
도 8은 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 처리캐비티의 실시예의 개략구성도이다. 이 경우에는, 서로 밀접하게 접촉하여 롤링 및/또는 진동 벽을 창출하는 원통형 또는 원추형 롤러들과 중앙의 코어 표면사이의 틈새에서 신축 유동하에전단 진동이 창출된다. 그 적어도 하나의 표면이 일정한 속도 및/또는 변화하는 속도로 및/또는 순수한 진동모드로 회전한다.
도 9는 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 처리캐비티의 실시예의 개략구성도이다. 이 경우에는 일정한 속도 또는 변화하는 속도로 유입도관과 유출도관으로 통하는 원환체(torus) 링내에서 순환하는 잠수함형상의 일련의 웨곤(wagon)에 대한 용융 성형물질의 상대적 운동에 의해 신축 유동하에 전단 진동이 창출된다.
도 10은 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 실시예를 도시하는 개략 구성도이다. 이 경우에는 피더가 압출기 및/또는 플런저이고, 관통하여 잠수형 형상의 웨곤이 일정한 속도로 순환하는 관형상의 트랙에 의해 정의되는 일련의 중첩되고 상호 연결된 링 위치들에서 디스엔탱글먼트 처리가 발생하며, 최종 링 위치의 어큐뮬레이터는 펠릿 라인 및/또는 압출기 또는 사출성형장치의 급송부에 연결된다.
도 11은 본 발명에 따른 전단담박화/디스엔탱글먼트 장치의 동력전달부의 실시예를 도시한 개략 구성도이다. 이 경우에 순수 회전에 의해 얻어진 전단유동과 진동에 의해 만들어진 처리캐비티내의 용융 성형물질의 조절된 신축피로(extensional fatigue)가 회전과 진동을 겸한 차동장치(소위 에피싸이클로이드(epicycloid) 차동장치)의 양 축상에 독립적으로 인가된다.
도 12a는 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 전단 진동 전달장치의 실시예를 도시하는 개략 구성도이다. 이 경우, 에피싸이클로이드식 차동장치의 하나의 축에 부착된 동심의 원추 조립체의 내부 콘(cone)의 진동에 의해 처리캐비티내의용융 성형 물질의 전단 진동이 창출되며, 그 회전하는 진동은 캠과 피스톤을 통해 창출된다.
도 12b는 도 12a의 측면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 처리캐비티의 실시예의 개략구성도이다. 이 경우에는 용융 성형 물질이 유입도관으로부터 처리캐비티의 유출도관으로 푸시되거나 및/또는 드래그(drag)되거나, 및/또는 펌핑되는 한편, 일정한 속도 또는 변화하는 속도 또는 일정한 속도와 변화하는 속도의 조합된 속도로 상대적 운동을 하는 2개의 동심 원추표면에 의해 용융 성형물질의 신축 유동하에 전단 진동이 창출된다.
도 14a는 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 실시예를 도시하는 개략 구성도이다. 이 경우에는 맞물림에 무관하게 일련의 관형상의 캐비티로 하나 또는 다수의 피더가 용융 성형물질을 공급하며, 그 캐비티는 그 자체 직접 또는 펌핑섹션을 통해 다른 일련의 관형상의 캐비티로 연결되고, 콜렉터 및 펠릿 라인 및/또는 압출기나 사출성형장치의 급송부가 연결되는 최종 일련의 처리공정에까지 그와 같이 연결된다.
도 14b는 도 14a와 유사하지만 다른 동작 형태의 개략구성도이다.
도 15a, 도 15b 및 도 15c는 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 처리캐비티의 실시예를 도시한 개략 구성도이다. 이 경우에는 리브 수단은, 용융 성형 물질과 접촉하는 표면들중 적어도 하나에 형성되는 리브/돌기(bump)들로서, 신축하에 특정 프로파일의 스트레인률(strain rate)과 스트레인률의 변화를 창출하기 위한특정의 형상을 지니며, 일정한 양의 드래그 유동을 창출하기 위해 표면회전의 축에 대해 특정한 방식으로 배열된다. 도 15a 내지 도 15c는, 몇몇 형상변수(shape parameter)들과 경사각을 정의한다. 그 리브들의 외형은 유동에 있어서 난류 또는 다른 비선형 결함의 가능성을 배제하여 층류가 되도록 계산된다. 리브의 높이(e), 폭(w), 유동을 가속시키는 곡률(R1) 또는 유동을 감속시키는 곡률(R3) 등을 정의하는 반경(R1,R2,R3)은 횡단면(aa 및 bb)(횡단면(bb)는 도시생략됨)을 따라 상이할 수 있다. 그 스트레인률 벡터는 드래그 유동의 2방향을 정의하는 2개의 성분으로 분해된다. 각 축(aa 또는 bb)을 따르는 리브들의 형상은 이들 방향에서 요구되는 스트레인률의 프로파일(감속이 뒤따르는 가속)에 의해 결정된다. 양 프로파일은, 디스엔탱글먼트 효과들을 초래하는 용융물의 탄성(전단담박화)을 최적화하기 위해 연결될 수 있는 전단 진동 및/또는 신축피로의 조건들을 정의하는 데에 사용될 수 있다.
도 16은 예를 들어 사출성형에서 얻어지는 냉각속도의 전형적인 것인 서냉과 급냉에 해당하는 2가지의 서로 다른 냉각속도로 냉각시킨 스위스 제네바의 듀폰 더 네뫄즈사(Dupont de Nemours Company)의 나일론 66인 지텔(Zytel) 101의 비체적(cc/g)을 섭씨온도에 대해 나타내는 그래프이다. 이 그래프의 곡선들은 섭씨300도로부터 상온까지 냉각된 나일론 66의 2mm 두께의 슬라브에 대한 것이다.
도 17은 나일론 66에 대해 분당 섭씨 10도의 속도로 냉각되는 동안 전단모드(shear mode: 전단모드)에서 상대적 탄성(G´/G＊)을 나타내는 그래프이다. 여기서,G＇는 탄성계수이고, G＊는 10라디안/초(rad/s)의 진동수에 대한 복소 탄성계수(complex modulus)이다.
도 18은 2개의 동심의 처리실을 지니는 본 발명에 따른 실시예의 단면도이다.
도 19는 본 발명에 따른 허니컴 리브 수단을 지니는 로터, 로드(rod) 또는 스템(stem)의 일부 측면도이다.
도 20은 본 발명에 따른 리브수단으로서 레일수단이 사용되는 실시예의 도 19와의 유사도이다.
도 21은 레일수단의 확대사시도이다.
도 22는 본 발명에 따른 밸브 게이트(valve gate)의 일부 사시도를 포함하는 축방향 단면도이다.
이러한 목적들과 기타의 목적들이 동일한 것을 사용하는 신규의 장치 및/또는 방법의 출현으로 달성된다. 이 신규의 장치는, 무엇보다도 캐비티 즉 처리캐비티를 형성하는 적어도 하나의 스테이션을 포함하며, 그 캐비티에서 성형가능 용융물이 지나가거나 및/또는 유동하여 통과하면서 처리되어 적어도 부분적으로 디스엔탱글먼트된 용융물, 또는 예를 들어 미합중국 특허 제5,685,495호에 의한 방법에 따라 단지 전단담박화를 받은 용융물을 생산하게 된다. 본 장치의 처리공정은 용융물이 처리공정의 입구에서 출구로 통과하여 유동함에 따라 그 성형가능 용융물의 주어진 스트레인률에서 전단드래그(shear drag)를 가하기 위한 수단을 포함할 수있다.
본 처리공정은 용융물이 유동의 신축 가속/감속을 창출하도록 처리공정의 입구에서 출구로 통과하여 유동함에 따라 그 성형가능 용융물의 전단 스트레인률의 변화를 가하기 위한 리브수단을 포함할 수 있다.
본 장치는 용융물을 움직이기 위한 수단, 예를 들어 입구 도관으로부터 출구 도관측으로 스테이션의 처리캐비티내에 위치된 용융물을 연속적으로 푸시(push)하거나 및/또는 드래그(drag)시키거나 및/또는 펌핑시키는 수단을 포함할 수 있다.
또한, 본 장치는 성형가능 용융물이 통과하거나 및/또는 유동할 수 있는 틈새를 변화시키는 수단을 포함할 수 있다.
또, 본 장치는 기포 또는 캐비테이션이 처리중에 발생하는 것을 방지하기 위해 처리캐비티를 연속적으로 통기시키는 수단을 포함할 수 있다.
또한, 본 장치는 처리캐비티내의 성형가능 용융물상에 가해지는 온도, 압력 토크를 감지하고 제어하는 알려진 다양한 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 결정화 초기에 더 낮은 온도로 떨어뜨림으로써 전단진동법에 의해 용융물의 탄성을 증가시키기 위한 낮은 온도의 사용을 허용하는 조절가능한 방식으로 전단담박화 또는 디스엔탱글먼트 처리중에 온도를 변화시킴으로써 결정화의 간섭없이 용융물을 디스엔탱글먼트시키도록 반결정화가능 폴리머를 처리하는 신규한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적, 양상 및 장점들은 본 명세서와 첨부된 청구범위로부터 당업자들에게는 명백할 것이다.
본 발명을 특징지우는 다양한 신규의 특징들은, 첨부되고 명세서의 일부를 구성하는 청구범위에서 특히 강조된다. 본 발명과 그 작용효과 및 본 발명에 의해 달성되는 특정의 목적들의 양호한 이해를 위해 첨부된 도면을 참고하여 이하에서 양호한 실시예들이 설명된다.
본 발명은 디스엔탱글먼트공정들을 통과하여 성형가능 원료(예: 폴리머)의 점도를 감소시키기 위한 장치에 관한 것이며, 또 그러한 장치를 사용하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 장치는, 디스엔탱글먼트가 발생가능하도록 신축유동하에 전단 진동이 발생하는 조건들하에서 성형가능 용융물이 통과하여 유동하는 처리캐비티인 슬릿캐비티(slit cavity)를 적어도 하나 포함한다.
그 장치는, 난류 또는 캐비태이션 없이 층류가 지배하는 조건에서 어떤 특정의 캐비티나 형상에 제한되지 아니한다. 예를 들면, 캐비티는 일정한 틈새 또는 가변 틈새를 포함할 수 있으며, 일정한 틈새의 섹션들과 이에 뒤따르는 가변 틈새들의 섹션들을 함께 포함할 수도 있다. 유동통로의 어떤 일지점에서의 틈새의 횡단면 칫수에 의해 그 지점에서의 성형가능 용융물질의 변형스트레인 및 스트레인률이 결정된다. 틈새의 기하학적 형상에 대한 함수로서의 스트레인 및 스트레인률의 계산예들은, 제이.디.페리(J.D. Ferry)의 "폴리머의 점탄성성질(Viscoelastic Properties of Polymers)"의 부록 C, 640면, 제2판, 존 윌리 엔드 선즈(John Wiley & Sons) 뉴욕 의회도서관 카탈로그 카드번호 제76-93301호(NY. Library of Congress Catalog Card#: 76-93301)에서 찾아볼 수 있다. 환형체(원형 슬릿)에 대해서는 틈새의 횡단면이 틈새의 반경과 높이에 의해 결정된다. 압력강하, 벽에서의 전단응력, 및 유동률은 스트레인률, 온도 및 틈새 프로파일에 따라 변화하는 용융물의 점도의 강한 함수이다.
요약하면, 틈새 프로파일이 유동 정도, 즉, 원료처리량을 결정하는 것뿐만 아니라, 어떤 형태의 유동이 일어나는 가하는 것에 대해서도 결정적으로 중요하다. 예를 들면, 틈새가 수렴하는 구조는, 유동의 가속과 그 신장 내지 확장을 창출한다. 반대로, 틈새가 발산하는 구조는, 유동을 감속시키고 수축시킨다. 명백한 것은, 용융된 성형가능 물질의 유동통로상에서 일련의 틈새를 제한하고 확대시킴으로써 가속으로부터 감속으로 스트레인률이, 또한, 신장에서 수축으로 스트레인이 주기적으로 변화하게 된다. 2개의 인접표면사이에 의해 만들어지는 틈새에서 유동하는 용융물과 접촉하는 적어도 하나의 표면상에 리브가 규칙적으로 배치되면, 신축유동하에 주기적인 전단진동이 일어나며, 본 발명에 따라서 그 전단진동은, 미합중국 특허 제5,885,495호에 제안된 스트레인률과 스트레인의 작용조건들을 이용하여 디스엔탱글먼트 효과를 유도하기에 적합한 고탄성상태(전단담박화)를 만들도록 설정될 수 있다. 이 명세서로부터 당업자들은 본 발명의 실시화에 어떤 형태의 슬릿의 기하학적 구조와 형상이 이용될 수 있는 지를 잘 알게 될 것이다. 예를 들면, 디스엔탱글먼트 처리캐비티는, 디스엔탱글먼트를 창출하기 위해 미합중국 특허 제5,885,495호에서 요구하는 처리윈도우 영역으로 용융물을 가져올 수 있는 리브수단의 특징을 병합하여 변경된 압출 배럴/스크류 다이 또는 밸브 게이트 붓싱/로드(bushing/rod)일 수 있다. 이것은 스크류 프로파일 및 배럴과 스크류사이의 틈새를다시 설계함으로써 또, 배럴의 내부표면과 스크류상에 특정구조의 리브 및/또는 홈을 설치함으로써 이루어질 수 있다. 그 변경된 스크류는 밀접하게 조립된 배럴내에서 회전하면서, 그 특정 프로파일의 틈새에 걸쳐 성형가능 용융물질을 전단변형시킨다. 다수의 스크류가 서로 맞물려 있는 경우, 그 다수의 스크류로 처리된 캐비티가 설치될 수 있다. 이 경우, 서로 맞물린 스크류의 작용으로, 신축하에 진동하는 유동을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 기어펌프의 경우와 약간 유사한 방식으로 양의 변위로 인하여 성형가능 용융물질이 전진된다. 단일의 스크류 캐비티와 맞물림이 없는 다수의 스크류 디스엔탱글먼트 캐비티는 위와 같은 양의 변위가 결여되지만, 리브 및 홈들이, 길이방향의 스트레인률을 압축유동으로 야기되는 것에 더하도록 회전운동에 대해 적절하게 간격져 배치될 수 있다. 이 명세서로부터 당업자들은, 본 발명을 실시화하고 동시에 펌핑효과를 창출하기 위해 압출 배럴 및 스크류 다이에 어떤 형태의 리브와 홈들이 형성될 수 있는 지를 알 수 있게 된다.
밸브게이트에의 본 발명의 이용에 관하여서는 도 22와 함께 이 명세서의 후반에 설명된다.
일반적으로, 본 발명의 양호한 처리캐비티의 구조는, 부분적으로는 탄성화 또는 디스엔탱글먼트되는 수지의 성질, 원하는 작업량 및 본 발명의 실시자에게 이용가능한 자원에 좌우된다. 예를 들면, 충분한 자원이 이용가능하면, 멀티(multi) 디스엔탱글먼트 공정을 포함하는 장치가 바람직하며, 이 경우, 각각의 공정은 원료처리량을 최적화하도록 설정되고, 적절한 최종 점도감소율을 가지고 빠른 비율로 만들어진 디스엔탱글먼트된 용융물을 얻을 수 있도록 디스엔탱글먼트 효율이 아니라 각 공정에서의 점도감소가 합성된다. 예를 들어, 각 공정당 27.5%의 낮은 효율 비율(μout/μin= 0.725)로 작업이 이루어지는 5 공정의 디스엔탱글먼트 장치는 (0.725)-5인 5의 최종 점도감소로 용융물을 생산한다. 그러한 멀티 공정 디스엔탱글먼트 장치의 원료처리량은 점도감소의 점에서 동일한 결과를 생산하는 단일 공정작업의 원료처리량보다 수배 더 많다. 또한, 제조되는 무게당 작업비용도 훨씬 감소된다.
성형가능 용융물질이 처리캐비티를 통과하는 입구는 성형가능 용융물질을 준비하기 위한 적어도 하나의 피더에 연결된다. 그 피더는 처리캐비티와 현존할 수도 있는 다른 피더로부터 간격을 두고 있다. 그 피더는 출구를 통해 성형가능 용융물질을 배출하기 위한 수단을 포함한다. 그 배출작용은 당업자에게 알려진 적절한 어떤 수단에 의해서도 달성될 수 있다. 그와 같은 배출수단을 포함하는 피더의 몇 예들은, 압출시 그리고 사출성형장치에 사용되는 스크류 펌프, 혼합에 사용되는 쌍스크류, 2단계 성형 장치에 사용되는 플런저, 기어펌프 등등을 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 배출작용은, 참고문헌 [12,13,14-16,19,20]에 기재된 바와 같이 유동을 용이하게 하도록 용융물을 맥동시키는 수단을 포함하지만, 그러한 조건이 본 발명에서 요구되지는 아니한다.
다수의 피더를 포함하는 장치에 대한 것도 본 발명의 범위에 포함된다. 다수의 피더가 채용되는 경우, 각각에서 공급되는 성형가능 용융물질이 동일할 필요는 없다. 예를 들면, 각 피더는 동일한 물질을 함유할 수도 있다. 또한, 동일한 물질을 함유하더라도 서로 다른 온도 및/또는 서로 다른 분자량 특성 및/또는 서로 다른 디스엔탱글먼트 등급일 수 있다. 특히, 하나의 피더의 하나의 물질은 다른 처리공정(하류 또는 그 밖의)으로부터 나오는, 높게 디스엔탱글먼트된 부분일 수 있고, 한편, 또다른 물질은 덜 디스엔탱글먼트된 것일 수 있다. 이것을 디스엔탱글먼트된 부분의 농도를 변화시키며, 다른 디스엔탱글먼트 상태를 지니는 등급들의 특정한 혼합을 엔지니어들에게 허용하게 된다. 또 분리된 피더들은 하나에서는 버진(virgin), 즉 재생이 아닌 물질을, 다른 하나에서는 재생물질을 함유할 수도 있다. 또한, 각각의 피더는 완전히 상이한 원료, 즉, 파이버, 충진재(목재, 소맥분 또는 ESD 분말 등), 상이한 농도의 폴리머 혼합물 및/또는 폴리머/액체 결정 폴리머, 안료, 산환방지제, 연소지연제 등과 이들의 조합물로 충진되거나 충진되지 아니한 원료를 함유할 수 있다. 제2 또는 제3 피더가 주어진 점도특성의 디스엔탱글먼트된 용융물을 연속 생산하기 위해 머리부터 꼬리까지 연결되어 있는 멀티(multi) 공정의 어떤 입구단계에서도 디스엔탱글먼트 시스템으로 도입될 수 있다.
본 장치는 또한, 펠릿시스템 또는 펌핑공정으로 보내지기 전에 처리된 성형가능 용융물을 수집하기 위해 어큐뮬레이터를 포함할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에서는, 어큐뮬레이터는 수집된 용융물을 계속 전단시키기 위한 캐비티를 형성하며, 스크류펌프 또는 기어펌프의 제어된 작동에 의해 어큐뮬레이터로부터 용융물이 펌핑될 때까지 디스엔탱글먼트 상태를 보존유지하기 위해 표면에 리브를 지니는 일련의 잠수형 서로 맞물리는 롤러들을 포함한다. 그러한 디스엔탱글먼트유지수단의 비제한적 일예가 도 8에 도시된 장치이다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 디스엔탱글먼트된 용융물이 펠릿으로 신속히 응결되어 건조되고 수송을 위해 포장되는 펠릿라인으로 펌핑된다. 어떤 형태의 펠릿라인도 사용될 수 있다. 이 분야의 당업자라면, 본 발명을 실시하기 위해 처리를 통해 얻어진 디스엔탱글먼트 상태를 응결시키기 위해 어떤 종류의 펠릿라인이 어큐뮬레이터에 부가될 수 있는 가를 본 명세서로부터 알 수 있을 것이다.
그 처리공정은, 처리캐비티내에 수용된 성형가능 용융물에 신축유동과 연결된 전단진동을 가하는 수단을 포함한다. 그 진동은, 직접적인 진동수단을 통해, 또는 간접적으로 성형가능 용융물과 접촉하는 적어도 하나의 윤곽진 표면(즉, 리브수단을 지닌 표면)의 회전을 통해 창출된다. 달리 말하면, 용융물이 처리 틈새내의 리브 및/또는 돌기 및/또는 홈를 지나 유동하는 때에 그 용융물을 주기적이고도 국부적으로 가속 및 감속시키는 리브수단이 존재하기 때문에 단지 일방향으로의 순수 연속 회전만으로도 국부적으로는 용융물이 진동할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에서는, 성형가능 용융물에 접촉하는 표면을 지지하는 축이 당업계에서 잘 알려진 수단이나 그들의 어떤 조합에 의해 진동된다. 회전진동이 유압, 공압, 전기, 전자기 수단에 의해, 그리고, 캠, 연결봉 및 크랭크축의 사용으로 창출될 수 있다. 장치의 전체 크기에 따라 1 Hz 내지 100 Hz사이의 진동수와 0.1 내지 20 디그리(degree)사이의 진폭을 가지는 회전진동을 창출하는 방법은 당업자에게는 잘 알려져 있다. 이와 같이 창출되는 주기적 운동은 순수한 사인파일 것을 요구하는 것은 아니며, 사각파, 삼각파 등과 같은 주기적 진동을 창츨하는 다수의 사인파들의 혼합일 수도 있다.
본 발명의 또다른 실시예에서는, 성형가능 용융물에 접촉하는 적어도 하나의 표면에 연결된 축의 진동은, 분당 몇회전으로 발생하는 축의 연속회전에 연결된다. 그 2가지의 운동의 연결은, 변조된 회전에 해당하는 조합된 운동 프로파일을 프로그램으로 작성하고, PID 콘트롤러가 원하는 신호를 따르도록 함으로써 행해질 수 있다. 그러나, 이러한 해결책은 전기 모터 또는 유압액튜에이터로부터 부가적인 노력을 요구할 수 있으며, 본 발명의 또다른 실시예에서는, 그 2가지 운동이 2개의 전기모터와 같은 분리된, 독립적인 수단에 의해 실행되고, 처리캐비티의 축상에 변조된 회전을 재창출하도록 에피싸이클 차동장치를 통해 결합된다. 또다른 본 발명의 실시예에서는, 상이한 진동수와 진폭의 2개의 진동운동이, 본 발명을 실시하기 위해 성형가능 용융물의 전단진동과 신축피로를 최적화하도록 에피싸이클릭 차동장치를 통해 결합된다.
본 발명의 또다른 목적은 스트레인률 및 스트레인률의 가감속의 충분한 조절과 함께 발생하는 신축유동하에 전단진동을 가능하게 하는 것이다. 미합중국 특허 제5,,865,495호에는 거대분자들의 디스엔탱글먼트를 만들기 좋은 광범한 전단담박화를 창출하는 용융물의 고탄성상태를 달성하고 용융물의 점도를 감소시키도록 주어진 온도에서 전단진동의 진동수 및 진폭을 설정하는 방법이 기재된다. 그러나, 스트레인, 스트레인률 및 스트레인 가속은 서로 유도적인 것으로, 독립적으로 설정될 수는 없다. 더 쉽게 설명하면, 리브 및/또는 돌기 및/또는 홈을 지니는 표면의 상대적 운동과 함께 틈새의 프로파일을 설정하고 틈새의 칫수를 조정하여 리브 및/또는 돌기 및/또는 홈(집합적으로 또 분리되게 "리브수단"이라 함)를 사용함으로써신축 유동, 용융물 피로 및 용융물의 유동의 가감속을 더 조절하는 것이 가능하다. 리브/홈의 수, 리브/홈사이의 간격, 리브/홈의 높이, 리브/홈의 폭, 홈들의 표면적에 대한 리브들의 표면적은, 모두 큰 점도의 감소와 디스엔탱글먼트를 만들기 위해 용융물의 고탄성 상태를 창출하도록 설정되는 본 발명의 상호관계있는 매개변수들이다. 리브수단의 추가에 의해 자유도가 미합중국 특허 제5,855,495호에서의 2대신에 3 또는 4(하나의 표면 또는 2개의 표면에 리브/홈들이 설치되느냐에 따라)로 증가하며, 신축피로하에 선택된 스트레인률, 전단진동의 스트레인 크기 및 진동수를 용융물에 응용할 수 있게 한다. 추가의 자유도에 의한 장점은, 본 발명의 특정의 실시예에서는 점도감소와 디스엔탱글먼트 효과를 최적화하도록, 즉, 운동을 가속시킴으로써 엔탱글먼트된 어떤 양의 수지를 디스엔탱글먼트시키는 데에 요구되는 에너지를 감소시키고 처리량을 증가시키도록 이용될 수 있다. 본 발명을 실시하기 위해 처리캐비티내에서 바람직하고 제어된 스트레인률 및 가감속을 얻을 수 있도록 리브의 수와 칫수, 측방향 드래그 유동의 회전속도를 본 명세서에 의해 당업자들이 용이하게 계산할 수 있게 된다.
본 발명의 또다른 실시예에서는, 유동에 치명적인, 특히 미세기포의 형성을 포함하여 매끄럽지 못한 각도로 인한 비선형 유동 결함에 대해 치명적인 날카로운 각도를 부드럽게 하도록 리브/돌기들의 상면이 곡선진다. 특히, 돌기/리브의 형상은 비선형 유동 결함을 피하도록 구성된다.
본 발명의 또다른 실시예에서는, 리브/돌기들의 형상과 상대적 배치(피치)는, 회전속도(Ω), 전단진동의 진동수(ω)와 진폭(α) 및 온도의 특정 조건을 위한협동적인 네트워크속으로 스며들 수 있는 국부적인 응력 필드들을 창출하는 능력에 의해 결정된다. 즉, 하나의 리브의 응력 필드들이 인접 리브의 응력 필드와 중첩되어야 한다는 것이다.
또한, 예를 들어 입구도관으로부터 출구도관측으로 스테이션의 처리캐비티내에 위치하는 용융물을 드래그 및/또는 펌핑시키도록 용융물을 연속하여 움직이기 위한 수단이 본 장치에 포함된다. 이것은 회전 유동 방향에 대한 리브들의 배치수단에 의해 달성된다. 만약, 리브들이 회전방향에 직각으로 배치된다면, 성형가능 용융물은 그 방향으로 드래그되고 길이방향으로 운동은 처리캐비티의 입구에서 작용하는 유동압력에 기인한다. 압력은, 전단담박화 및/또는 디스엔탱글먼트의 운동에 부정적인 영향을 미치게 될 것이며, 이러한 이유로 압력이 처리에 역효과를 초래하지 아니하는 범위내에 유지되어야 한다. 회전축에 대해 어떤 각도로 리브를 향하게 함으로써 그 자체의 스트레인률 및 가속과 함께 길이방향 드래그 성분을 창출하는 것이 가능하게 된다. 어떤 유동속도를 만드는 데에 요구되는 압력을 감소시키고 성형가능 용융물의 운반과 디스엔탱글먼트에 기여하는 펌핑효과가 상기 회전운동의 길이방향 성분에 의해 창출된다. 본 발명의 명세서로부터 본 발명을 실시하기 위해 처리캐비티내에 바람직하고 제어된 펌핑효과를 만드는 리브의 방향을 용이하게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 한 실시예에서는, 리브/홈의 표면 프로파일이 처리캐비티의 표면을 영구적으로 기계가공 및 홈가공(grooving)에 의해 만들어지며, 다른 실시예에서는 분리되게 제조된 프로파일을 지니는 스트립 박편들이, 처리표면의 몸체상에 놓고 예를 들어 태크(tack) 용접에 의해 견고하게 설치된다. 본 발명의 한 실시예에서는, 그 스트립들이 금속재료로 구성되고 다른 실시예에서는 처리를 위해 요구되는 전단력, 진동 및 온도의 결합을 견딜 수 있는 어떤 다른 재료로 구성된다.
처리 스테이션은, 용융물이 처리 스테이션의 입구로부터 출구로 통과하여 유동하는 때에 성형가능 용융물상에 가해지는 전단진동의 진폭을 변화시키기 위한 수단을 포함한다. 미합중국 특허 제5,885,495호는 디스엔탱글먼트 처리 효율을 파괴하는 용융물 전단진동의 높은 진폭에서 미끄러짐이 발생할 수 있다고 개시하고 있다. 바람직한 디스엔탱글먼트를 위한 진폭이 갑자기 인가되면, 미끄러짐의 위험이 증가되기 때문에 진동수-온도 및 스트레인(%)의 정확한 조합이 얻어질 때까지 진동의 스트레인 크기를 점차적으로 증가시키는 것이 제안된다. 미합중국 특허 제5,885,495호에 개시된 바와 같이, 불연속 공정에서는 설정과 매개변수들이 점차적으로 변화하도록 프로그램되어 그 미끄러짐 문제를 피하고 있다. 특히, 전단진동의 스트레인(%)는, 어떤 온도와 진동의 진동수가 주어지면, 계단식으로 조금씩 증가된다. 유사하게 주어진 온도와 스트레인(%)에서 진동수는 바람직한 조합된 설정치가 얻어질 때까지 조금씩 증가된다. 연속 디스엔탱글먼트 가공을 위해 스트레인(%)의 점차적인 증가는, 용융물 유동통로를 따른 틈새의 기하학적 형상의 점진적인 변화에 의해 성취된다. 전술한 바와 같이, 스트레인의 크기는 틈새의 기하학적 형상의 함수이다. 예를 들면, 틈새를 형성하는 환형의 실린더의 반경을 증가시킴으로써 전단 스트레인(%)을 증가시킬 수 있다. 특히, 본 발명의 양호한 실시예에서는 한쌍의 동심 원추 표면이 처리캐비티의 틈새를 형성하는 데에 이용된다. 이러한 양호한 한실시예에서는 외부 원추 표면에 대해 내부 원추 표면을 이동시킴으로써 틈새의 칫수를 쉽게 변화시키는 것이 가능한 장점이 있다. 그 방법에 의해 0.5 내지 5mm사이의 틈새가 얻어질 수 있으며, 성형가능 용융물이 처리캐비티내에 유동하는 진행중에 조절될 수 있다. 또다른 양호한 실시예는, 유동이 처리캐비티의 입구에서 출구로 진행함에 따르는 단계에 따라 반경이 증가하는 동심의 원통형 표면들로 구성된다.
본 발명의 한 특정의 실시예에서는, 액튜에이터와 콘트롤러를 통해 틈새의 높이가 자동으로 조절가능하며, 이에 따라 간헐적인 간격으로 틈새의 증가 또는 감소가 가능하게 되고, 제어가능한 방식으로 틈새의 칫수를 변화시킬 수 있게 된다.
또한, 본 장치에는 피더(들), 어큐뮬레이터(들) 및/또는 처리캐비티내의 재료의 온도를 제어하는 수단이 포함된다. 어떤 온도제어수단도 본 발명의 실시에 채용될 수 있다.
적당한 온도제어수단의 예들은, 제한됨이 없이 다음의 도구들을 포함한다. 즉 (a) 사출기, 어큐뮬레이터, 인젝션 노즐 및/또는 형틀에서의 통로를 통한 고온과 냉각 오일의 순환, (b) 사출기, 어큐뮬레이터, 인젝션 노즐 및/또는 형틀내에 배치되는 저항 카트리지, (c) 사출기, 어큐뮬레이터, 인젝션 노즐 및/또는 형틀에 삽입된 고온 파이프, 및/또는 (d) 사출기, 어큐뮬레이터, 인젝션 노즐 및/또는 형틀내에 내장되고 유전체(dielectric) 수단에 의해 온도가 제어될 수 있는 유체들이다. 당업자들에게는 본 발명을 이해한 후, 그 필요에 따른 가장 양호한 온도조절수단을 선택하는 것이 가능할 것이다.
또한, 피더(들), 어큐뮬레이터(들) 및/또는 디스엔탱글먼트 처리캐비티내의 성형가능 용융물의 압력을 제어하는 수단이 본 장치에 포함된다. 특히 스크류펌프, 기어펌프, 처리캐비티 및 압출기내의 유동속도는 압력센서와 변환기에 의해 측정된 처리캐비티내의 용융물 압력에 의해 조절된다. 어떤 압력제어수단도 본 발명의 실시에 채용될 수 있다. 그 압력제어수단도 당업자들에게는 본 발명을 이해한 후, 그 필요에 따른 가장 양호한 것을 선택하는 것이 가능할 것이다.
또한, 본 장치에는, 처리캐비티내의 물질의 토크를 감지하거나 및/또는 제어하는 수단이 포함된다. 그 토크는 직접 처리될 성형가능 용융물의 탄성률에 관계되며, 점도의 상태를 반영한다. 어떤 토크 감지 및/또는 제어 수단이라도 본 발명의 실시에 채용될 수 있다.
적당한 토크제어수단의 예들은 제한없이 다음의 도구를 포함한다. 즉, (a) 디스엔탱글먼트되는 성형가능 용융물에 접촉하는 적어도 하나의 표면의 상대적 운동을 구동시키는 축의 주어진 회전속도를 유지하기 위한 모터의 전류 측정, (b) 처리캐비티의 단부에서 전단응력변환기의 설치, (c) 처리캐비티내의 틈새를 통한 초음파의 투과 및 감쇠 속도의 측정을 들 수 있다. 당업자들에게는 본 발명을 이해한 후, 그 필요에 따른 가장 양호한 토크제어수단을 선택하는 것이 가능할 것이다.
상술한 것이외에, 본 장치는 많은 다른 선택적 특징을 포함할 수 있다. 예를 들면, 어큐뮬레이터(들)과 형틀사이 및/또는 피더(들)과 어큐뮬레이터(들)사이에 배치될 수 있는 퍼지 밸브가 포함될 수 있다.
본 발명에 포함될 수 있는 또다른 선택적 특징은, 처리캐비티로의 입구통로및/또는 처리캐비티의 출구에 배치되는 믹싱쳄버이다. 이러한 믹싱쳄버는, 한 양호한 실시예에서 정적 믹서로 구성될 수 있는 것으로, 성형가능 용융물의 온도와 점도를 균질화시킬 수 있으며, 처리캐비티의 틈새에서 처리된 성형가능 용융물의 다른 부분들을 최적으로 믹싱시킬 수 있다. 다수의 피더들이 사용된 경우에, 믹싱쳄버는 상이한 성분들의 더욱 균질된 혼합물을 창출하게 된다.
본 발명의 특정한 실시예들이 도면에 도시된다. 이 도면은 단순히 본 발명을 실시하기 위한 방식의 예들일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것을 아니다.
또, 본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 장점들이 본 명세서 및 청구범위로부터 당업자에게는 명료할 것이다.
본 발명과 그 많은 장점들은, 첨부의 도면과 함께 설명되는 다음의 내용으로부터 더욱 완전하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1a 내지 1f를 참조하면, 도 1a는, 단일의 피더(4)와 상부부재(54)의 하면(2)과 하부부재(58)의 상면(56)사이의 단일의 처리캐비티(3)를 지니는 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 일실시예의 개략구성도이다. 이 경우에는 일정한 속도 및/또는 변화하는 속도로 회전함으로써 및/또는 적어도 하나의 표면(2)상에 배치되는 리브수단 즉 리브(5)들을 넘어 외측으로 유동하는 유입 용융물(1)을 순수하게 진동시킴으로써 신축 유동하에 전단 진동이 창출된다. 그 성형가능 용융물(1)은 디스크의 중심으로부터 닥터블레이드가 수집하고 기어펌프가 적극적으로 그 처리캐비티로부터 멀리 변위시키는 림까지 환상으로 유동한다. 캐비티(3)의 틈새는, 도 1c 내지 1f에 도시된 바와 같이, 특히 스트레인률에 대한 최대의 조절을 가하도록 구성된 다양한 형상과 배열구조의 리브(5)에 의해 구성되며, 입구에서 출구까지 리브수단들을 넘어 용융물이 유동함에 따라 디스엔탱글먼트를 최적화하기 위해 주어진 진동수와 신축 스트레인에 대해 스트레인률이 주기적으로 변화하게 된다.
본 발명의 일실시예에서 용융물과 접촉하는 하나의 표면은 일정한 속도(Ω)로 회전하고 다른 하나의 표면은 고정된다. 전단담박화의 원인인 고탄성과 적기에 디스엔탱글먼트 효과를 얻기 위해 요구되는 신축진동을 창출하는 리브의 존재에 의해 스트레인률이 국부적으로 조절된다. 리브의 수, 간격(피치), 높이, 폭 및 리브사이의 틈새의 높이가, 미합중국 특허 제5,855,495호에서 교시되는 바와 같이, 디스엔탱글먼트 효과를 창출할 수 있는 적당한 진동수를 지니는 주기적 스트레인률, 스트레인 크기 및 그 진동수를 창출하기 위해 본 발명의 모든 상호 관련된 변수들이다. 예를 들면, 0.5mm와 4mm사이의 틈새 높이에 대해 리브의 높이는 그 틈새높이의 약 25%일 수 있으며, 리브의 폭은, 틈새 높이의 50%일 수 있다. 규칙적으로 간격지는 리브의 수는, 디스엔탱글먼트 공정을 위해 탄성/전단담박화를 증가시키는 데에 요구되는 스트레인 및 진동수와, 각속도, 즉 리브를 횡단하는 접선방향의 속도를 결정하는 회전속도에 좌우된다. 리브의 간격이 상대적으로 중요한 때에는 국부적인 난류 및 다른 비선형 유동결함을 피하도록 리브의 코너 및 형상각도들이 설계에 고려되어야 한다. 도 1a 내지 도 1f에는 리브(5)의 다양한 가능한 기하학적 형상이 도시된다. 본 발명의 일실시예(도 1f)에서 리브의 높이는 반경방향으로 일정하지 아니하고, 디스크의 중심으로부터 단부로 가면서 약간 중가하며, 그 반대도 가능하다. 본 발명의 또다른 실시예에서는 리브의 표면이 평면이 아니고 대신에 유동의 반경방향에 수직으로 규칙적인 간격으로 홈이 형성된다(도 1c 및 도 1d).
본 발명의 또다른 실시예에서는, 움직이는 표면이, 회전하는 것이 아니라, 일정한 진폭(α)과 진동수(ω)로 전후로 진동한다. 또, 본 발명의 또다른 실시예에서는, 진동과 일정한 회전이 조합되어 그 움직이는 표면에 가해진다. 진동의 진폭(α)과 진동수(ω)의 값 및 용융물 온도의 값은, 용융물의 탄성량을 전단담박화를 통해 증가시키기 위해 미합중국 특허 제5,885,495호에 의해 결정된다. 일정한 회전속도(Ω)도 디스엔탱글먼트가 발생하는 적당한 처리 윈도우내에 용융물을 가져오도록 결정되며, 그 값은 리브의 수, 리브의 기하학적 형상 및 용융물 유동방향에 대한 리브의 배열과 함께 디스엔탱글먼트를 최적화시키도록 즉, 가능한 짧은 시간에 효율적으로 점도감소의 동력학이 이루어지는 데에 유리하도록 조절된다.
본 발명의 또다른 실시예에서는, 성형가능 용융물의 접촉 표면은 양측이 리브 및/또는 홈을 지닌다. 또, 본 발명의 또다른 중요한 실시예에서는 그 성형가능 용융물과 접촉하는 양 표면이 조절된 독립적인 운동을 한다. 이 경우, 비록 장치는 구조 및 동작에 있어 훨씬 복잡하지만, 디스엔탱글먼트는 더욱 효과적이고, 캐비티 틈새를 통해 더욱 깊게 발생함으로써 더 넓은 틈새를 허용하게 되어 생산성을 증대시키게 된다.
도 2a 및 2b는 단일 피더와 단일의 처리캐비티를 지니는 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 다른 실시예의 개략구성도이며, 이 경우에는 위로 유동하거나 및/또는 드래그되거나, 및/또는 관통하여 푸시되거나 및/또는 펌핑될 수 있는 윤곽을 제공하는 적어도 하나의 회전표면(6) 및/또는 진동표면(7)으로 구성된 틈새(동일하게 도면 부호 "3"으로 표시됨)를 통해 성형가능 용융물을 공급함으로써 신축유동하에 전단 진동이 창출된다. 도 2b에서, 외측의 표면(6)은 일정한 속도(Ω)와 일정한 진동수(ω) 및 진폭(α)으로 회전되거나 진동될 수 있으며, 다른 하나의 표면(7)은 예를 들어 원통형 표면(7)으로서 고정될 수 있으며, 그 반대로 표면(7)이 회전하거나, 및/또는 진동하고, 표면(6)이 고정될 수도 있으며, 양 표면이 회전하거나, 및/또는 양 표면이 독립적으로 회전하거나 및/또는 진동할 수 있다. 그 스트레인률은 어느 한 표면(6 또는 7) 또는 양 표면상에 형성되는 리브 및/또는 홈의 존재에 의해 국부적으로 조절되며, 이에 따라 디스엔탱글먼트 효과의 형성에 요구되는 진동과 함께 신축유동 및 피로유동이 창출된다. 이미 강조된 바와 같이, 그 리브/홈들의 수, 높이와 폭 등의 모두가 밀접한 관계가 있는 본 발명의 변수들로서, 미합중국 특허 제5,855,495호로부터 알 수 있는 바와 같이, 디스엔탱글먼트 효과를 창출할 수 있는 적당한 스트레인률, 스트레인 폭과 진동수를 만들 수 있도록 명확하게 설계되어야 한다. 예를 들면, 일 표면상의 리브는 오른 나사방향의 형상을 지니는 연속 돌기일 수 있으며, 틈새건너의 대면하는 표면의 대응하는 리브는 동일한 피치라도 왼나사형상으로 형성된 것일 수 있다. 돌기의 상면을 따라 틈새의 높이를 주기적으로 변화시키도록 2개의 나선형상의 돌기에는 나선형상의 축에 대한 일정한 각도로 홈이 형성될 수 있다. 이 경우, 2개의 표면이 적어도 하나의 표면의 회전에 의해 상대적인 운동관계에 있을 때, 용융물은 신축유동하에 전단되고, 진동할 뿐만 아니라, 출구단부측으로 관통하여 드래그된다. 그 성형가능 용융물(3)이 도 2a의 좌측인 처리캐비티의 입구로부터 도 2a의 우측인 출구측으로 나선운동을 하면서 유동하며, 그 출구측에서 수집되고 기어펌프에 의해 적극적으로 처리캐비티로부터 멀리 변위되거나, 본 발명이 예를 들어 핫러너(hot runner)의 밸브게이트시스템(valve gate system)에 결합되어 적용되는 경우, 몰드캐비티(mold cavity)를 충진시키는 데에 이용된다. 그 캐비티 틈새(3)의 프로파일은, 입구에서 출구측으로 용융물이 유동됨에 따라 스트레인률, 스트레인률의 변화 및 신축 스트레인에 대한 최대의 조절이 가능하도록 그리고, 점도 저하와 디스엔탱글먼트를 최적화할 수 있도록 도 1a 내지 도 1f에 도시된 바와 같이, 다양한 방식의 형상과 윤곽을 지닐 수 있는 리브들에 의해 형성된다. 밴드 히터(8)는 캐비티를 형성하는 금속표면주위에 위치하며, PID 제어회로(42)의 서모커플(도 2a에는 도시가 생략됨)에 의해 제어된다.
이와 같이 도 2a 및 2b에 도시된 본 발명의 장치는, 디스엔탱글먼트를 위한 이상적인 전단담박화조건을 발생시키도록 신축유동하에서 전단진동에 의해 성형가능 용융물(3)의 점도를 연속하여 저하시키기 위한 것이다. 그 장치는, 2개의 밀접하게 분리된 양 표면(6,7)으로 구성된 틈새에 의해 형성되는 적어도 하나의 공정처리캐비티를 포함하고, 그 양 표면은, 성형가능 용융물(3)의 전단변형을 야기시키도록 서로 일정한 속도의 상대적 운동관계 또는 주어진 진동수와 진폭으로의 상대적인 진동관계에 있게 되며, 그 틈새의 칫수는 양 표면(6,7) 또는 그 어느 한 표면의 축방향, 반경방향, 원주방향 및/또는 다른 형태의 기복에 의해 변화되고 조절된다. 또, 위로 유동하거나 및/또는 드래그되거나, 및/또는 관통하여 푸시되거나 및/또는 펌핑될 수 있는 리브 및/또는 돌기 및/또는 홈들의 윤곽이 양 표면에 마련된다. 그처리캐비티는 성형가능 용융물(3)이 관통하여 유입되는 입구(30)와 관통하여 유출되는 출구(30)를 지닌다. 그 처리캐비티의 기하학적 구조에 의해 통과하는 성형가능 용융물에 가해지는 전단스트레인 및 그 전단스트레인률이 조절가능하게 변화될 수 있게 된다. 적어도, 하나의 피더(33)가 성형가능 용융물(3)을 공급하기 위해 필요하며, 그 피더는 그 출구를 통해 공정처리캐비티의 입구(30)내로 성형가능 용융물을 배출시키는 수단을 포함한다. 이 실시예에서 처리된 성형가능 용융물이 펠릿시스템(pelletizer system) 또는 펌핑공정 또는 몰드캐비티의 어느 하나로 보내지기 전에 그 처리된 성형가능 용융물을 수집하기 위해 적어도 하나의 어큐뮬레이터(34)가 제공된다. 처리캐비티내에 있는 성형가능 용융물(3)에 피로신축유동과 결부된 주어진 진동수와 진폭의 전단진동을 가하기 위해 구동장치(35)와 같은 수단이 제공된다. 성형가능 용융물(3)이 통과하거나 및/또는 유동하는 틈새의 칫수를 조절가능하게 변화시키는 수단의 예는 도 6의 실시예에 도시되며, 도 6에서, 장치의 중앙부재가 일반적으로 원추형이고, 틈새를 변화시키도록 축방향(측방향)으로 움직일 수 있도록 구성된다. 처리중 버블이나 캐비테이션의 형성을 방지시키도록 처리캐비티를 연속적으로 통기시키기 위한 통기수단의 예가 개략적으로 도 2a에 "36"으로 도시된다. 또, 피더(33)내의 성형가능 용융물의 온도를 감지하여 제어하기 위한 온도감지제어수단의 일예가 도 2a에 "37"로 개략적으로 도시되고 처리캐비티용 온도감지제어수단은 "38"로, 펌핑공정용 온도감지제어수단은 "39"로 개략적으로 도시된다. 피더, 처리캐비티 및 펌핑공정의 각각의 성형가능 용융물의 압력을 감지하여 제어하는 압력감지제어수단의 예가 각각 "47", "48" 및 "49"로 개략적으로 도시된다. 또, 도 2a 및 도 2b에서 처리캐비티의 성형가능 용융물에 가해지는 토크를 감지하여 제어하는 토크감지제어수단이 "50"으로 개략적으로 도시된다. 도 3의 "11" 또는 도 7의 "26"으로 도시한 바와 같이, 다수의 공정이 서로 기어펌프 또는 스크류펌프를 통해 연결되며, 체인형태의 처리공정중 제1공정은 직접 또는 기어펌프 및/또는 정지된 믹서(예: 도 7에서 "52")를 통해 압출기에 연결되며, 최종공정은 펠릿라인이나 펌핑공정, 또는 디스엔탱글먼트된 용융물을 즉시 이용하기 위한 몰드캐비티에 연결된다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 도 1a와 함께 설명된 바와 같이 리브들의 패턴을 가지는 용융물과 접촉하는 하나의 표면은, 도 2a에 표면(7)로 도시된 바와 같이 속도(V)로 길이방향으로 움직이며, 다른 표면은 회전하거나 및/또는 진동한다. 그 용융물은, 최적화된 디스엔탱글먼트 효과를 가하도록 조절된 길이방향과 회전방향의 2성분으로 결합된(텐서적으로(tensorial)) 주기적 스트레인률의 효과를 받는다. 아직, 본 발명에 따른 다른 실시예에서는 표면(7)의 길이방향운동이 틈새의 성형가능 용융물(3)의 탄성을 증대시키는 데에 영항받기 쉬운 진동성분을 결합하기 위해 조절되고 주기적인 속도로 발생하는 한편, 표면(6)의 측방향 회전은, 그 자체의 진동이 있거나 없거나 미합중국 특허 제5,885,495호에 따라 용융물을 디스엔탱글먼트시키기 위해서 특히 신축 피로(extensional fatigue)에 기여하게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서는 움직이는 표면이, 회전하는 것이 아니라, 어떤 진폭(α)과 진동수(ω)로 앞뒤로 진동한다. 또, 본 발명의 또다른 실시예에 있어서는 진동과 정속의 회전의 결합운동이 그 움직이는 표면에 가해진다. 리브의수와 함께 진동의 진폭 및 진동수의 값, 용융물의 온도 및 일정한 회전속도Ω)는, 용융물의 탄성양을 증대시키고, 발생하는 디스엔탱글먼트의 2개의 결정적인 조건인 주어진 탄성(전단담박화)값에서 신축유동과 피로를 용융물에 가할 수 있도록 미합중국 특허 제5,885,495호에 따라 결정된다. 특히, 리브의 수, 리브의 기하학적 형상 및 그 용융물의 유동방향에 대한 배열은, 디스엔탱글먼트의 동력학에 편의를 도모할 수 있도록 캐비티 틈새에 특정의 가속 및 감속 패턴을 창출할 뿐만 아니라, 유동의 길이방향으로 배열되는 스트레인률 텐서(tensor)의 성분으로부터의 드래깅(dragging) 효과에 의해 처리캐비티의 출구측으로 용융물을 어느 정도 펌핑할 수 있도록 구성된다.
도 3은 펌핑섹션(11)에 의해 분리된 하나이상의 처리캐비티와 단일의 피더를 지니는 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 일실시예의 개략구성도이며, 이 실시예에서, 위로 유동하거나 및/또는 드래그되거나, 및/또는 관통하여 푸시되거나 및/또는 펌핑될 수 있는 프로파일(12)을 그 외형에 제공하는 적어도 하나의 회전하거나 및/또는 진동하는 표면(10)과, 회전하거나 및/또는 진동하거나, 또는 정지하여 있을 수 있으며, 또 외측의 수단(도시 생략됨)을 통해 가열되거나 냉각되는 배럴(9)사이에 형성되는 틈새를 통해 성형가능 용융물(3)을 공급함으로써 처리캐비티섹션에서의 신축유동하에 전단진동이 창출된다. 표면 프로파일 즉, 리브수단(12)은 압출축상의 처리공정의 위치에 의존하고, 점도의 점진적인 변화에 적합한 다양한 패턴으로 구성된다. 도 3에는 작은 사각 또는 둥근 표면상의 돌기들, 또는 회전축 및 길이방향축을 따라 스트레인률의 분리를 창출하는, 경사지고 긴 리브들과 같은가능한 몇몇의 패턴이 도시되지만, 본 발명은, 당업자들이 본 발명으로부터 용이하게 고안할 수 잇는 모든 다른 구조를 포함하며, 이를 리브수단이라 한다. 펌핑공정(11)은, 코어 표면(10)을 회전시킴으로써 하나의 처리공정에서 다음 처리공정으로 주어진 속도로 용융물을 펌핑시키도록 정해진 피치와 나선형상으로 여러줄의 스크류 펌프로 구성된다. 도 3에 도시된 장치는, 배럴(9), 가열/냉각수단 및 움직이는 표면(10)을 회전시키는 모터를 이미 제공하는 압출기의 기본적인 하드웨어 구성을 공유하도록 구성될 수 있으며, 그 움직이는 표면(10)이 압출기의 스크류를 대체할 것이다. 본 발명의 한 실시예에 있어서, 액상 성형가능 용융물을 처리캐비티에 공급하는 피더는 그 자체가 또다른 압출기이거나 기어펌프가 연결된 압출기이다. 예를 들면, 성형가능 용융물은, 제1압출기에 의해 제조되며, 도 7에서 요소 23 및 24로 도시된 바와 같이, 도 3의 좌단 측부에 부착되고 제1압출기에 직각인 제2압출기의 입구 섹션으로 브레이커판(breaker plate)과 크로스-헤드 다이(cross-head die)를 통해 공급된다. 움직이는 표면(10)은 제2압출기에 의해 회전하며, 그 배럴(9)는 정지상태이다. 그 총 배럴의 길이는 조정가능하며, 원하는 점도감소의 정도 및 처리량을 달성하는 데에 요구되는 공정수의 함수이다.
또한, 본 발명에 따른 또다른 실시예에 있어서는, 하나의 압출기만이 요구되지만, 본 발명을 실시하기 위해 도 3에서 설명된 처리장치에 의해 교체되는 스크류는, 도 3에 설명된 디스엔탱글먼트 섹션들 앞에 그 자체가 용융, 미터링(metering) 및 가압 영역을 지니는 통상의 스크류와 같이 수행하는 제1섹션을 가지도록 상당히 그 길이가 연장된다.
도 4는 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 처리캐비티의 한 실시예를 나타내는 개략구성도이며, 이 실시예에 있어서는, 적어도 하나가 리브 배열을 제공하고 일정한 속도(Ω) 및/또는 조절된 속도[Ω+Σαi*sin(ωi*t+θi)]로, 및/또는 순수한 진동모드[Σαi*sin(ωi*t+θi)]로 회전하는 상대적 운동관계의 동심 콘(cone)의 표면(13 및 14)사이의 틈새(3)에서 신축유동하에 전단 진동이 창출된다. 여기서, αi, ωi, θi는 각각 진동의 조절(변조)된 진폭, 진동수 및 위상이다(첨자i는 그 푸리에 성분들로의 주기적 운동의 분해성분을 의미한다). 전술한 바와 같이, 회전속도, 진동 매개변수, 리브사이의 피치, 리브 및/또는 돌기 및/또는 홈(리브들사이)의 형상과 칫수, 및 리브의 원추 축에 대한 경사각은, 미합중국 특허 제5,885,495호에서 알 수 있는 바와 같이, 모두 서로 관계가 있으며, 디스엔탱글먼트를 창출하는 데에 요구되는 스트레인률과 가속도에 의존한다.
도 4에서, 틈새의 높이 또는 폭은, 직선의 이중화살표 방향으로 축상에서 선형 베어링을 실현시킴으로써 행해질 수 있는 동심의 콘을 상대적으로 축바향으로 또는 측방향으로 이동시킴으로써 증가 또는 감소될 수 있다. 본 발명의 특정의 실시예에서는, 단속적인 간격으로 틈새를 증가시켜 처리캐비티밖으로 처리된 성형가능 용융물을 용이하게 압출시킬 수 있도록 상기 틈새의 폭이 그 틈새를 개폐되는 액튜에이터와 제어기에 의해 자동으로 조정가능하게 된다. 그와 같은 특징의 이유는 쉽게 이해될 수 있다. 즉, 디스엔탱글먼트 공정은, 용융물을 디스엔탱글먼트시키기는 데에 민감한 스트레인과 스트레인률의 조건을 달성하기 위해 상대적으로 좁은 틈새를 요구하지만, 처리량에는 그러한 조건들이 유리하지는 아니하다. 그 처리공정에 유리한 값과 처리량에 유리한 값사이에서 간헐적으로 틈새를 개폐시킴으로써 디스엔탱글먼트 공정의 최적조건이 발견될 수 있게 된다. 잇따른 두개의 틈새 개방시점 사이의 시간은, 1초 내지 10분사이에서 프로그램될 수 있으며, 다른 가능한 값들이 포함될 수 있다. 최대값과 최소값사이의 틈새 높이와 폭의 변화가 처리값의 5% 내지 200%사이에서 프로그램될 수 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 디스엔탱글먼트 공정의 모든 매개변수들의 값을 중앙 컴퓨터에 의해 제어하게 하는 것이다. 특히, 도 4에서 부품 8과 15는 각각 성형가능 용융물과 접촉하는 표면들의 몸체 온도를 정밀하게 조절하기 위한 밴드히터와 냉각회로들을 나타낸 것이다. 상기 틈새의 온도를 일정하게 유지하기 위해 중앙처리유니트에 전기적 신호를 공급하여 가열 또는 냉각 수단을 동작시키도록 온도탐침(도시 생략됨)이 성형가능 용융물가까이 삽입된다. 조작자가 사용자위주의 컴퓨터스크린에 접속하여 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치를 조작하기 위한 모든 매개변수를 입력할 수 있다. 예를 들면, 처리캐비티내의 온도값, 내부 콘(14)의 회전속도 및 콘의 진동 진동수(단지 일정한 회전인 때에 0일 수 있고, 이때 리브수단만이 진동효과를 창출한다), 틈새의 단속적 개방의 주기 및 크기(그 변화도 0일 수 있다)를 조작자가 입력한다.
도 5는 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 처리캐비티의 실시예의 개략 구성도이며, 이 실시예에서, 적어도 하나가 리브 및 돌기 배열을 제공하고 일정한 속도 및/또는 조절된 속도로, 및/또는 순수한 진동모드로 회전하는 상대적 운동관계의 더 큰 직경을 지니는 일련의 동심 원통형상의 표면(13 및 14)사이의 틈새에서 신축유동하에 전단 진동이 창출된다.
도 6은 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 처리캐비티의 실시예의 개략 구성도이며, 이 실시예에서는, 적어도 하나가 특정한 구조로 배열된 리브 및 돌기(12)를 제공하고 일정한 속도 및/또는 조절된 속도로, 및/또는 순수한 진동모드로 회전하는 상대적 운동관계의 동심의 표면들을 상대적으로 분리시켜 다양한 틈새를 지니는 처리캐비티의 연속적인 섹션들내에서 신축유동하에 전단 진동이 창출된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 국부적인 용융물 압력의 총합, 원하는 길이방향 드래그 스트레인률의 크기 및 움직이는 표면의 회전속도와 회전모드에 따라 처리캐비티내의 성형가능 용융물의 유동 통로를 따라서 그 리브/돌기의 형상과 그 상대적 위치가 변화한다.
도 7은 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 실시예의 개략 구성도이며, 이 실시예에서는, 피더(23)가 압출기 및/또는 플런저이고, 디스엔탱글먼트 처리가 기어 또는 나사 펌프(26)를 통해 연결된 일련의 공정(24)들에서 이루어진다. 공정(24)의 각각에서는, 미합중국 특허 제5,885,495호 및 본 명세서에서 설명된 바와 같이 디스엔탱글먼트에 유리한 유동조건을 창출하기 위해 관통하여 통과하는 성형가능 용융물과 접촉하는 적어도 하나의 표면을 회전시키거나 및/또는 진동시키는 수단((25)이 제공된다. 온도, 회전속도, 진동크기 및 진동수가 각각 독립적으로 각 공정에서 설정되지만, 멀티 공정의 디스엔탱글먼트 공정의 모든 면을 감시하는 중앙처리 유니트로부터 제어된다. 본 출원의 앞에서 설명된 특정의 실시예를 실시하기 위해 공정(24) 및 수단(25)은, 종래의 압출기 구동장치에 의해 제공될 수 있으며, 이를 위해 배럴과 스크류가 특히 도 3, 도 4, 도 5 또는 도 6에 특정된 설명에 합치되도록 구성되고 변경될 수 있다. 믹싱 쳄버가 "26"에 추가될 수 있으며, 또, 틈새의 칫수를 단속적으로 조절하는 수단이 "25"에 추가될 수 있다. 멀티 공정의 단부에서 디스엔탱글먼트된 용융물이, 펠릿 라인 및/또는 압출기 즉 사출성형장치의 공급부에 연결된 어큐뮬레이터로 펌핑되거나, 또는 배출되는 용융물이, 본 발명을 포함도록 변경된 밸브게이트를 이용하는 핫러너(hot runner) 시스템의 몰드캐비티와 같은 캐비티속으로 직접 보내진다. 상기 어큐뮬레이터는 도 7에 도시되지는 아니하지만, 다시 디스엔탱글먼트되는 것을 방지하기 위한 것으로 상술되었다.
도 8은 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 처리캐비티의 한 실시예의 개략구성도이다. 이 실시예에서는, 서로 밀접하게 접촉하여 롤링 및/또는 진동 벽을 창출하는 원통형 또는 원추형 롤러(27)들과 리브, 돌기 또는 홈(12)을 지니는 원통형이거나 원추형의 중앙코어(28)의 표면사이의 틈새에서 신축 유동하에 성형가능 용융물(3)에의 전단 진동이 창출된다. 그 적어도 하나의 표면이 일정한 속도 및/또는 변화하는 속도로 및/또는 순수한 진동모드로 회전한다. 도 8은, 실린더중 하나가 수직일 수 있고, 축들은 도면에 수직이고, 성형가능 용융물이 상부의 입구로부터 실린더 또는 콘의 축을 따라서 하부의 출구측으로 유동되는 실린더들의 시스템을 통한 단면으로 생각될 수 있다. 더 일반화시키면, 적어도 하나의 표면(27 또는 28)은 다수의 이전의 도면에 관련하여 설명한 바와 같이, 일정한 속도 및/또는 조절되는 속도로 및/또는 순수한 진동모드로 회전한다. 예를 들면, 양 표면들은 각각일정한 속도(Ω,Ω')로 회전한다. 그 롤러(27)들의 회전은 각 동력원을 지닐 수도 있고, 또는 벨트나 다른 적절한 알려진 구동기구일 수 있는 도 8의 공통 구동장치(29)를 통해 이루어질 수 있다. 적어도 하나의 표면에는, 한 세트의 리브 및/또는 돌기(12) 및/또는 그 위에 형성된 홈들이, 전술한 바와 같이 본 발명을 실시하기 위한 형상, 배치 및 배열로 형성된다. 코어 실린더(28)상에 리브/돌기 또는 홈을 설치한다는 것은 용이하며, 도 8에 몇몇이 도시된다. 롤러(27)들이 밀접하게 접촉할 수도 있지만, 서로 직접 접촉함이 없이 동일한 방향(도 8에서 반시계방향)으로 회전할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 그 롤러들이 분리되는 거리는, 성형가능 용융물이 그 분리부를 통해 흘러나오는 것을 방지하기 위해 0.03 내지 0.05mm 정도로 매우 작다. 스프링장착 볼베어링 세트가 수단(29)을 통해 같은 방향으로 회전하는 한편, 밀접하게 롤러들 사이의 간격을 유지하는 데에 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 롤러(27)들이 그 표면에 리브 및 돌기를 지닐 수 있으며, 그 리브 및 돌기는 밀접한 부분에서 서로 맞물리게 된다. 이러한 실시예는 도 14b에 도시된다. 어떤 회전속도(Ω)에서 출발하기 때문에 성형가능 용융물의 롤러(27)와 접촉하는 층들은, 과도하게 스트레칭(stretching)되어 즉, 롤러들이 서로 맞물리거나 밀접하게 접촉하게 되는 경우, 형성된 틈새의 윤곽을 무시하고 롤러(27)의 회전속도로부터 생긴 충분한 탄성을 지니게 되며, 롤러(27)와 롤러(28)사이의 틈새에 수용된 성형가능 용융물의 나머지들을 싸서 그 회전으로 구동시키는 동질의 둥근 환상의 회전층을 창출하게 된다. 그 과도하게 스트레칭된 움직이는 벽은, 회전 롤러들을 가로지르는 상호공동의 운동에 의해 창출되고, "28"의 회전/진동을 통해 디스엔탱글먼트 공정을 실시하면서 벽에서의 미끄러짐을 최소화하거나 방지시키도록 본 발명의 하나의 양호한 실시예에 이용될 수 있다. 또한, 이 실시예에서는 벽의 미끄러짐이 빠른 압출 처리량을 방지시키는 것으로 알려져 있기 때문에 낮은 압력강하에서 통상 이용가능한 것보다 처리캐비티를 통한 압출의 속도가 훨씬 크게 된다. 최후로, "28"의 회전속도에 따라 과도하게 스트래칭되는 층이 창출되는 조건하에 성형가능 용융물의 처리가 디스엔탱글먼트의 동력학면에서 바람직한 장점을 제공할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 처리캐비티의 실시예의 개략구성도이며, 이 실시예에서는 일정한 속도 또는 변화하는 속도로 유입도관(21)과 유출도관(22)으로 통하는 원환체 링내에서 순환하는 일련의 타원체 즉 타원형상의 웨곤(wagon)에 대한 성형가능 용융물(17)의 상대적 운동에 의해 신축 유동하에 전단 진동이 창출된다. "16"의 운동은 링크(18)을 통한 실린더(19)에 의해 구동되고, 실린더(19)는 모터에 연결된 액튜에이터에 의해 구동된다. 링크(18)는 견고하게 "19"와 "16"을 연결시키며, 저항이나 간섭없이 유체를 통과시키는 거미형 링이다. 원환체의 외주에는 재킷(jacket)구조로 열유체 및/또는 밴드히터가 설치되고, 워터 통로들에 의해 링의 내부 온도를 조절할 수 있게 된다. 성형가능 용융물(17)속에서 "16"의 운동은 "19"에 의해 구동되며, 타원형상의 웨곤이 링내를 통과함에 따라 링의 특정위치에서의 틈새가 주기적으로 증가/감소하고, 이에 따라 웨곤의 주위의 강한 신축유동과 함께 주기적인 전단 스트레인 조건들이 이루어진다. 스트레인률 및 스트레인률의 변화(가속/감속)의 조건들이 설정되어 미합중국 특허 제5,885,495호에 따른 성형가능 용융물에 디스엔탱글먼트 처리를 실시한 때에 처리된 용융물은, 한 공정 아래의 다음 원환체 링의 입구(21)를 통해 출구(22) 측으로 푸시(push)된다. 각각의 입구와 출구를 통하게 하고 서로 위로 쌓아 원환체 링(67)들을 조립한 것이 도 10에 도시된다.
도 10은 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 실시예를 도시하는 개략 구성도이며, 이 실시예에서는 피더가 성형가능 용융물을 제1 원환체 링의 "21"로 공급하는 압출기 및/또는 플런저이고, 일련의 웨곤(16)이 그 웨곤에 부착되는 공통의 코어 실린더(19)에 의해 구동되어 일정한 속도로 관통하여 순환하는 관형상의 트랙에 의해 링 스테이션(station)들이 정의되며, 그 일련의 링 스테이션들이 중첩되고 상호 연결되어 각각의 링 스테이션에서 디스엔탱글먼트 처리가 이루어진다.
최종 링 위치의 어큐뮬레이터는 펠릿 라인 및/또는 압출기 또는 사출성형장치의 급송부에 연결된다. 그 성형가능 용융물은, 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 처리되고, 아래에 위치하는 링 스테이션의 입구로 직결되는 "22"에서 배출된다. 각 스테이션에서, 온도는 디스엔탱글먼트에 의해 야기되는 점도의 변화를 고려하여 적합화된다. 도 10의 하부에서 최종 링의 출구가 어큐뮬레이터(20)에 연결되고, 그 어큐뮬레이터는 그 자체가 펠릿 라인 및/또는 압출기 또는 사출성형장치의 급송부(도시 생략됨)에 연결된다.
도 11은 본 발명에 따른 전단담박화/디스엔탱글먼트 장치의 동력전달부의 실시예를 도시한 개략 구성도이며, 이 실시예에서는 처리캐비티내의 용융 성형물질의 전단진동과 조절된 신축피로(extensional fatigue)가 에피싸이클로이드(epicycloid) 차동장치의 양 축(310,320)상에 인가된다. 그 에피싸이클로이드 차동장치는 3개의 주된 요소들, 즉 (a) 케이스 유성 캐리어(310), (b) 토크 암 슬리브(torque arm sleeve) 선기어(320) 및 (c) 중앙 보어 선기어(330)로 구성된다. 이 3개의 요소들은 기계적으로 에피싸이클릭(epicyclic) 차동기어 트레인을 형성하는 선기어 및 유성기어에 의해 연결된다.
본 발명의 처리공정에서 회전하거나 및/또는 진동하는 표면에 부착된 축은, "330"으로 된다. 윌리스(Willis) 공식이, 3개의 요소(310, 320, 330)의 회전속도사이의 관계를 설정하며, "310"과 "320"에서 각각 독립적으로 가해지는 운동을 "330"에서 결합하는 것을 허용한다. 즉,
N3= ρN2+ N1/ K
여기서, Nl은, 케이스(310)의 회전속도이고, N2는 토크암 슬리브(330)의 운동의 순간회전속도이며, N3는 중앙 보어(330)의 운동에 대해 얻어지는 회전속도이다. ρ는 케이스(310)가 회전하지 아니하는 때(케이스가 고정된 때)의 토크암 슬리브(320)와 중앙 보어(330)사이의 내부 비율이다. 유사하게, 윌리스 공식에서 K는 N2가 회전진동하지 아니하는 때의 케이스(310)과 중앙 보어(330)사이의 감속비율이다. 이와 같이, 차동장치도 감속비율(K)을 지니는 기어박스로서 작동한다.
특히, 회전진동운동은 "320"에서 설정될 수 있고, "310"에서는 주어진 조절가능 회전속도로 순수한 회전운동이 설정될 수 있다. "310"과 "320"의 운동은 전체적으로 독립적이며, 분리되게 프로그램될 수 있다. 자연히 "330"에서는 백래쉬없이또는 최소의 백래쉬로 "310"과 "320"의 조합운동이 발생한다. 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 에피싸이클릭 차동장치는 압출기의 모터와 스크류를 구동하는 축을 연결하는 기어박스를 대체할 수 있다. 이러한 대체에 의해 에피싸이클릭 차동장치의 다른 축이 회전진동장치에 의해 구동되면, 배럴에 도입되는 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같은 축을 동시에 회전시키고 진동시키는 것이 가능하다.이 장치는 또한, 사출성형기의 스크류를 구동하는 데에 이용될 수 있으며, 그 스크류의 회전과 진동을 조합시키게 되고, 그 조합운동은 신축 전단담박화를 통한 보다 용이한 유동을 창출하게 된다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 전단 진동 전달장치의 실시예를 도시하는 개략 구성도이며, 이 실시예에서, 에피싸이클로이드식 차동장치의 하나의 축에 부착된 동심의 원추 조립체(114)의 내부 콘(cone)의 진동에 의해 처리캐비티내의 성형가능 용융물(3)에 전단 진동이 창출되며, 그 회전하는 진동은 캠(110)과 피스톤(114)을 통해 창출된다. 이 실시예에서, 처리캐비티는, 도 4에 도시된 바와 같이 한쌍의 동심 콘으로 되며, 그 한쌍의 동심 콘의 일정한 틈새(114)에서 그 틈새(114)를 채우는 성형가능 용융물이 피스톤(112)에 의해 작동되는 핸들(110)을 전단되고 전후로 진동된다. 프레임(116)은 온도를 제어하기 위해 열 유체로 충전되는 가열/냉각 재킷과 서모커플을 포함한다. 두 개의 콘사이의 틈새는 0.5 내지 5mm사이에서 작동초기에 조절될 수 있다. 일단 조절되면, 그 틈새는 처리중 내내 일정하게 유지된다. 피스톤 암은 핸들(110)의 다양한 위치(113)에 부착될 수 있으며, 이에 따라 이용가능한 토크와 함께 전단 회전 진동의 크기가 변화될 수있다. 피스톤의 변위도 또한, 변화될 수 있으며, 이에 따라 또다른 자유도에 의해 회전진동의 회전크기가 변화될 수 있게 된다. 성형가능 용융물은 "111"로 도시된 압출기 및 기어펌프를 통해 장치에 유입되며, 또다른 기어펌프(115)를 통해 콘조립체로부터 인출된다. 이 특정의 실시예에서, 출구측의 기어펌프는 분리된 배관에 의해 입구인 "111"로 처리된 용융물을 순환시킴으로써 용융물이 디스엔탱글먼트 장치로부터 펌핑되어 나가기 전에 여러번 통과할 수 있게 된다. 이 실시예에서, 디스엔탱글먼트된 용융물은 단속적이지만 연속적으로 생산된다. 용융물이 폐회로를 통해 처리캐비티를 여러번 통과하는 동안에는 펠릿유니트로의 압출기의 입구밸브와 출구밸브(117)는 폐쇄된다. 여러번 통과시켜 원하는 점도감소가 달성된 때에는 압출기에 제어신호를 보내 처리캐비티에 처리되지 아니한 새로운 1회분의 성형가능 용융물을 유입시킨다. 이와 같은 퍼지(purge)중에 디스엔탱글먼트된 용융물이 가압되는 것을 방지하도록 틈새를 더 개방시킬 수 있다. 처리캐비티의 퍼지중에 펠릿 라인에의 출구밸브(117)는 개방상태로 유지되고, 순환 출구밸브(도시생략됨)는 폐쇄상태로 유지된다. 역으로 이러한 밸브들은 각각 멀티-패스 처리중에는 폐쇄되고 개방된다.
도 13은 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 처리캐비티의 실시예의 개략구성도이며, 이 실시예에서는 성형가능 용융물이 입구도관(220)으로부터 처리캐비티의 출구도관(270)으로 푸시되거나 및/또는 드래그(drag)되거나, 및/또는 펌핑되는 동안, 일정한 속도 또는 변화하는 속도, 즉 일정한 속도와 진동되는 속도의 조합된 속도로 또는 순수한 진동하에 상대적 운동을 하는 2개의 동심 원추표면에 의해 성형가능 용융물에 신축 유동하의 전단 진동이 창출된다(도 13). 이 실시예에서는, 처리된 용융물을 간헐적으로 배출시키는 도 12에서의 전술한 실시예에서와 달리, 처리캐비티 및 그 부착물들이 연속 디스엔탱글먼트 공정에 적합한 도 7에서의 요소"24"와 같은 스테이션을 명확하게 구성한다. 도 13에서 플랜지(220)(270)은 동일하여, 이 스테이션의 설명에 있어 표준적인 특징이라고 할 수 있는 것들이 다른 스테이션들에 반복될 수 있다. 성형가능 용융물(250)이 입구(220)을 통해 처리공정에 유입되고, 스파이더(spider)를 통과하여 틈새를 형성하는 2개의 동심의 콘에 의해 만들어지는 캐비티에 충전된다. 입구(220)는 기어 또는 나사 펌프에 연결될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 제1스테이션을 위해서는 성형가능 용융물을 준비하여 주어진 값으로 가압하기 위해 기어펌프이전에 압출기가 사용된다. 내부 콘은 처리섹션(260)너머로 연장되는 부분(280)에서 도 11에 도시된 바와 같은 2개의 독립된 운동축을 지니는 에피싸이클릭 차동장치에 연결된다. 그 성형가능 용융물(250)은, 도 4 또는 도 6에서 설명된 바와 같이, 내부 콘의 회전과 내부 및 외부 콘의 표면상의 경사진 리브들의 존재로 인한 강제유동의 조합에 의해 입구(220)로부터 출구(270)로 유동한다. 성형가능 용융물(250)은 콘들에 의한 틈새를 통과하는 동안, 축(280)을 개재한 내부 콘(260)의 회전 및/또는 진동의 조합작용에 의해 디스엔탱글먼트된다. 성형가능 용융물의 온도와 압력은 "220"으로부터 "270"에 이르는 통로를 따라 다수의 위치(210)에서 측정된다. 온도를 정밀하게 제어하기 위해 밴드히터(230)는 프레임을 에워싸도록 설치되며, 워터통로(240 및 242)가 외측과 내측에서 성형가능 용융물(250)을 냉각시키도록 형성된다. 출구(270)는 기어 또는 스크류 펌프에 연결될 수 있다. 기어펌프인 경우, 펌프의 회전속도는 용융물의 압력을 다음 처리공정에 요구되는 값으로 하도록 제어된다. 도 7은, 폴리머 레진을 연속적이고도 경제적으로 디스엔탱글먼트시키기 위해 도 13에 도시된 것과 같은 처리공정의 완전한 체인을 실현시키는 방법을 도시한 것이다. 콘들은 원통형 캐비티에 의해 대체될 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 실시예를 도시하는 개략 구성도이며, 이 실시예에서는 맞물림에 무관하게 일련의 관형상의 캐비티(450)로도 하나 또는 다수의 피더가 용융 성형물질을 공급하며, 그 캐비티는 그 자체 직접(14b) 또는 펌핑섹션(400)(도 14a)을 통해 다른 일련의 관형상의 캐비티로 연결되고, 콜렉터(410) 및 펠릿 라인 및/또는 압출기나 사출성형장치(도시 생략됨)의 급송부가 연결되는 최종 일련의 처리공정에까지 그와 같이 연결된다. 디스엔탱글먼트를 달성하고, 다음 관형상 스테이션으로 그 관형상 캐비티의 축을 따라 성형가능 용융물을 전진시켜 드래그시키기에 적합한 스트레인률의 프로파일을 종합하도록 구성된 리브 및/또는 돌기 및/또는 홈(450)들로 상기 관형상의 캐비티의 표면들이 덮여진다. 효과적으로 디스엔탱글먼트처리를 위한 2가지의 필요조건인 진동하에 용융물을 전단시키는 것과 신축피로를 달성하기 위해 적어도 하나의 표면(430)이 움직인다. 이것은 주어진 회전속도의 로터(430)의 회전 또는 주어진 진동수와 진폭의 로터(430)의 회전진동을 통해서, 또는 이들 운동의 조합을 통해서 실시될 수 있다. 도 14b에서는 2개의 관형상 캐비티가 중앙에서 축을 따라 맞물리도록 위치되며, 이러한 구성은 디스엔탱글먼트의 회복을 방지하기 위해 펠릿 라인이전에 최종출구에서 어큐뮬레이터에 적용되기 편리한 실시예이다.
도 15a 내지 도 15c는 본 발명에 따른 디스엔탱글먼트 장치의 처리캐비티의 실시예를 도시한 개략 구성도이며, 이 실시예에서는 용융 성형 물질과 접촉하는 표면들중 적어도 하나에 형성되는 리브/돌기(bump)들가 신축하에 특정 프로파일의 스트레인률과 스트레인률의 변화를 창출하기 위한 특정의 형상을 지니며, 어느 정도의 양의 드래그 유동을 창출하기 위해 표면회전의 축에 대해 특정한 방식으로 배열된다. 도 15a 내지 도 15c는, 몇몇 형상변수(shape parameter)들과 경사각을 정의한다. 그 리브들의 윤곽은 유동에 있어서 난류 또는 다른 비선형 결함의 가능성을 배제하여 층류가 되도록 계산된다. 리브의 높이(e) 및 유동을 가속시키는 곡률(R1) 또는 유동을 감속시키는 곡률(R3) 등을 정의하는 반경(R1,R2,R3)은, 단면(aa 및 bb)(단면(bb)는 도시생략됨)을 따라 상이할 수 있다. 그 스트레인률 벡터는 드래그 유동의 2방향을 정의하는 2개의 성분으로 분해된다. 각 축(aa 또는 bb)을 따르는 리브들의 형상은 이들 방향에서 요구되는 스트레인률의 프로파일에 의해 결정된다. 양 프로파일은, 전단담박화와 디스엔탱글먼트 효과들을 최적화하기 위해 연결될 수 있는 전단 진동 및/또는 신축피로의 조건들을 정의하는 데에 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 목적에 따르면, 디스엔탱글먼트 효율에 유리한 용융물의 특정 탄성상태를 유지하기 위해 용융물 온도함수로서 전단진동의 진동수를 조절함과 동시에 주어진 온도에 도달할 때까디 주어진 속도로 용융물의 냉각을 가능하게 하도록 몰딩장치의 온도제어장치가 변화된다. 본 발명의 또다른 기법에 의하면, 디스엔탱글먼트 효율에 유리한 용융물의 특정 탄성상태를 유지하기 위해 용융물 온도함수로서 전단진동의 진동수를 조절함과 동시에 용융물을 교대로 냉각/가열하여 2개의 온도값사이에서 용융물의 온도가 변화하도록 제어된다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 가장 냉각된 온도가 주어진 냉각속도에 의해 결정된 값인 Tc보다 더 크다면, 스테이션의 입구에서 출구까지 결정된 비율을 지니는 냉각 효과를 창출하도록 배럴 벽에 내장된 냉각제 러너(runners)속에서 유동하는 냉각 열유체의 속도를 점진적으로 변화시킴으로써 각 처리공정에서의 용융물 온도는, 통과하는 압출물 통로를 따라 변화하게 된다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 냉각유체는 처리공정의 단축 섹션들내에 위치하는 러너내에서 순환하며, 각 섹션의 유체의 속도는 그 냉각 섹션의 입구 또는 출구에 위치하는 니들게이트의 개폐량에 의해 제어된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 처리공정내의 냉각효과는, 러너들의 횡단면적을 증감시키거나 및/또는 처리중인 움직이는 용융물에 대한 위치를 변경시킴으로써 및/또는 냉각매체와 용융물 통로사이의 중첩되는 재료들, 열싱크 또는 상이한 열전도 틈새(예를 들면, 공기 틈새)에 의해 실현될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에서는, 내장된 러너를 통과하는 열유체의 온도는, 예를 들어 서로 상이한 온도의 2가지 유체를 제어하여 혼합시킴으로써, 또는 서로 상이한 온도로 유지되는 2가지 유체를 그 연속 통로를 통해 반복하여 순환시킴으로써 변화된다.
본 발명의 또다른 실시예에서는, 처리공정내의 용융물 온도는 국부적으로는 유전체 히터 및/또는 전도 수단과 조합한 마이크로웨이브 히터에 의해 변화된다.
어떤 적합한 온도조절수단이라도 본 발명을 실시하는 데에 채용될 수 있다. 당업자들에게는 본 발명을 이해한 후, 그 필요에 따른 가장 양호한 온도조절수단을 선택하는 것이 가능할 것이다.
본 발명의 또다른 실시예에서는, 미리 정해진 값(G'/G*)에 해당하도록 상대적인 탄성을 유지하기 위해 스테이션에서 디스엔탱글먼트 처리가 발생하는 동안, 용융물의 신축하에 전단 진동을 만드는 장치는 용융물의 온도의 함수로 일정하게 조절된다. 폐회로제어장치, PID 제어장치, 퍼지(fuzzy) 로직 제어장치 등과 같이 진동 진동수 및 진폭을 온도의 함수로 조절하는 수단은 어떤 수단들이라도 제한없이 본 발명을 실시하는 데에 채용될 수 있다. 당업자들에게는 그러한 수단들로부터 본 발명을 이해한 후, 그 필요에 따라 가장 바람직한 것을 선택하는 것이 가능할 것이다.
본 발명의 또다른 실시예에서는, 미리 정해진 값(G'/G*)에 해당하도록 상대적인 탄성을 유지하기 위해 스테이션에서 디스엔탱글먼트 처리가 발생하는 동안, 용융물을 제한시키는 표면들의 상대적 운동에 의한 용융물의 일정한 속도에서 연속적인 드래그를 발생시키는 수단은, 용융물의 온도의 함수로서 일정하게 조절된다. 폐회로제어장치, PID 제어장치, 퍼지(fuzzy) 로직 제어장치 등과 같이 온도의 함수로서 드래그 속도를 조절하는 수단은 어떤 수단이라도 제한없이 본 발명에 채용될 수 있다.
도 16은 반결정성 폴리머 용융물을 위한 결정화 온도 Tc의 초기값에의 냉각속도의 영향을 도시한 것이다. 약 분당10℃로 서냉된 용융물은 240℃에서 결정화되기 시작한다. 이것은 도 16의 하부 선도에서 더욱 밀도가 높은 결정성의 상의 형성에 관련된 비체적의 급강하에 해당된다. 거대분자들사이의 크로스-링킹 타이포인트(cross-linking tie point)로 작용하는 결정성의 존재로 인하여 비결정질상태의 용융물 탄성이 분쇄되고, 손상된다는 것을 도 17에서 알 수 있다. 그 상대적 탄성의 급격한 증가는, 디스엔탱글먼트를 야기시키는 기준인 거대분자들사이의 증가된 협동적인 상호작용에 기인하는 것이 아니라, 오히려 타이 포인트들의 증가에 기인한다.
도 16의 상부 선도는 대략 분당 200℃로 냉각된 용융물에 해당한다. 여기서는, 결정화 개시가 서냉 용융물의 결정화 온도보다 60℃아래인 Tc = 180℃에서 일어난다.
Tc에 대한 냉각속도의 영향의 결과로서, 용융물의 비결정질 성질은 낮은 온도까지, 여기서 60℃아래까지 보존된다. 용융물을 급냉시킴에 따라 온도가 감소하고, 결국 결정화가 발생하는 새로운 Tc에 도달하게 된다. 예를 들면, 분당 200℃의 속도로 240℃에서 180℃까지 18초 걸린다. 만약, 새로운 Tc에 도달하기 바로 직전에 온도를 상승시키는 방식으로 온도를 조절한다면, 그때는 용융물이 60℃아래까지 결정화되지 아니하고, 비결정질로 남아있게 되어, 신축피로하의 전단 진동을 통해 탄성을 증가시킴으로써 디스엔탱글먼트 목적에 이용할 수 있게 된다. 예를 들면, 상대적 탄성(G'/G*)이 0.83인 때에 비결정질 용융물이 디스엔탱글먼트되도록 선택한다면, 도 17에서 알 수 있는 바와 같이 10라디안/초의 진동수에 대해 Tc=242℃에서출발하여 발생하는 강한 결정화의 방해없이 그 탄성 수준에 도달하는 것은 불가능하다. 이러한 진동수에서는 결정화 개시에서의 (G'/G*)의 값이 단지 0.3이다. 이 값은 전단 진동의 더 높은 진동수를 이용함으로써 증가될 수 있다. 점탄성 용융물의 유동학적 거동에 적용되는 시간-온도 중첩원리를 이용하면, T=242℃에서 (G'/G*)의 값을 0.3에서 0.83으로 용융물의 탄성을 상승시키는 데에 적용되어야 하는 진동수가 계산될 수 있다. 그 제안된 진동수는 5,382라디안/초(857Hz)이다. 그와 같은 진동수의 진동을 달성하는 것은 확실히 가능하지만, 생산환경에서 경제적으로 비실용적이거나 및/또는 잡음의 심한 문제를 야기시킬 것이다. 정밀하게는 보다 양호한 해결책이 본 발명의 목적이다. 만약, 온도를 서냉에서 Tc이하이지만, 급냉의 Tc이상인 220℃(따라서, 본 발명의 수단없이는 실현할 수 없음)로 낮춘다면, (G'/G*)의 값을 적하한 디스엔탱글먼트 범위로 상승시키기 위한 진동의 진동수는 경제적인 이유에서 받아들일 만한 산업적인 해결책의 실용적인 범위내인 166 라디안/초(27 Hz)이 된다. 온도를 200℃까지 더 강하시키면, 상기 (G'/G*)의 값과 동일한 값을 유지하기 위해 진동진동수는 더욱 낮게 낮아질 것이다.
예를 들어 나일론 66에 적용한 때에 본 발명에 따르면, Tc로의 급냉의 영향에 의해 일예로 60℃만큼 낮추는 방식으로 디스엔탱글먼트 처리중 용융물 온도가 감소되며, 이어서, 급냉된 용융물의 Tc인 180℃이하로 냉각되는 것을 피하기 위해 용융물 온도가 증가되고, 다른 온도에 도달한 단계에서 냉각싸이클이 다시 반복된다. 보다 특정하면, 상한 온도는 T = 245℃일 수 있고, 하한온도는 185℃일 수 있다. 온도변화를 역전시키는 싸이클 시간은 18초이다. 당업자들의 필요에 가장 적합하도록 당업자들이 온도조절 내지 제어수단을 선택하여 여러 가지 방식으로 상술한 구성을 실현시킬 수 있다.
하나의 편리하고 경제적 수단은, 상기 싸이클 범위의 상한온도보다 15℃높은 온도와 하한온도보다 15℃낮은 온도에서 등온으로 유지되는 탱크에 축적된 열유체를 빠른 유동속도로 교대하여 펌핑하는 것이다. 각각의 유체는, 관성의 효과가 유체의 펌핑 교체시에 발생할 수 있도록 단지 일부 싸이클 시간동안만 펌핑된다. 탱크내의 유체의 온도는, 디스엔탱글먼트 처리에 적합한 정확한 온도 프로파일을 얻을 수 있도록 2가지의 유체의 펌핑을 교체하는 시간비율에 따라 조절될 수 있다. 이러한 분야의 당업자에게 온도제어장치, 서모커플, 가열 및 냉각수단, 서보제어 스위칭 밸브 등을 이용하여 용이하게 위와 같은 시스템을 설계하고 제어할 수 있으며, 나아가, 그러한 모든 장치들은 마스터 컴퓨터로부터 편리하게 프로그램할 수 있는 서보-루프형으로 구성될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 있어서, 온도는, 다이내의 및/또는 처리캐비티의 배럴내의 냉각 재킷 또는 냉각액 러너들에서 순환하는 냉각 열유체의 유동속도를 제어함으로써 유동 용융물의 통로를 따라 곡선을 그리게 된다. 예를 들면, 처리공정의 입구단부에 접근함에 따라 용융물 캐비티로부터 더 멀어지게 위치하고 횡단면이 감소하는 나선형상의 러너내에서 냉각 열유체가 처리공정의 출구단부로부터 입구측으로 순환할 수 있으며, 그 결과 용융물의 유동축에 따른 냉각능력의 변화를초래하게 된다. 밴드히터, 히트 파이프(heat pipe), 히트 싱크(heat sink), 에어 갭(air gap) 등과 같이 성형온도제어분야에서의 당업자들에게 잘 알려진 다른 수단들이, 용융물이 통과함에 따라 원하는 냉각속도 곡선(profile)을 얻을 수 있도록 처리공정의 입구와 출구사이의 온도차이를 정확하게 제어하는 데에 사용될 수 있다. 디스엔탱글먼트처리중 비결정질 상태로 용융물을 유지시키기 위해 동일한 온도 프로파일이 공정간에 반복될 수 있다.
주어진 온도에서 탄성은 진동수에 따라 변화한다. 주어진 진동수에서 탄성을 온도가 감소함에 따라 증가한다. 각 온도에서 용융물의 탄성을 정밀하게 제어하기 위한 본 발명의 보다 바람직한 실시예에서는 각 용융물의 온도에서 디스엔탱글먼트의 최적화를 위한 전단 진동의 진동수를 조절하는 것이다. 따라서, 그 실시예에서는, 처리공정의 회전표면의 1회전(turn)당 리브 및/또는 돌기 및/또는 홈의 수가 그 위치에서의 용융물의 온도에 따라 변화한다. 리브수단의 밀도는, 온도가 감소함에 따라 감소하며, 반대로 온도가 통로를 따라 증가함에 따라 증가한다.
기계적으로 그리고 열적으로 독립하여 제어될 수 있는 일련의 소규모 섹션들로 디스엔탱글먼트 시스템이 구성되는 때에 각 섹션의 온도는, 최량의 진동진동수, 최량의 회전속도 및 신축피로를 위한 최량의 스트레인 크기와 같은, 각 온도에서의 최적의 디스엔탱글먼트 변수와 연관될 수 있다. 온도곡선은 인접 섹션사이의 온도차이에 의해 결정된다.
열유체의 온도가 주기적인 때에, 진동진동수는, 디스엔탱글먼트를 최적화하는 원하는 탄성 프로파일을 유지하기 위한 프로그램에 따라 변화하도록 항상 동기화된다. 대부분의 실제 응용제품들에 대해 진동수는 1 내지 100Hz사이에서 변화될 수 있다.
도 18은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 장치(500)의 구성을 도시한 개략 단면도이다. 이 실시예에서는 장치(500)는, 한쌍의 폴리머 처리실로서, Ω으로 일정하게 회전하거나 또는 ω 및 α으로 회전진동하는 로터 내지 실린더(508)의 내외표면과, 고정된 내부 실린더 또는 콘(504)의 외부표면과, 고정된 외부 실린더 또는 콘(512)의 내부 표면과의 사이에서 형성되는 2개의 환형(원통형 또는 원추형 또는 그 혼합형)의 틈새(506,510)을 포함한다. 각 처리실에 적어도 한 세트의 리브수단이 있는 한에는, 로터 내지 실린더(508)의 표면들에는 본 발명의 리브수단이 제공되거나, 및/또는 틈새(506,510)을 두고 실린더 또는 콘(504, 512)의 표면에 리브수단들이 설치될 수 있다. 고정된 축 또는 지지수단(502)이 고정된 실린더 또는 콘(504)을 지지한다.
도 18의 실시예에서 그 표면들의 직경은, 예를 들어 축 또는 지지수단(502)의 외경이 7.62cm일 수 있고, 실린더 또는 콘(504)의 외경이 15.24cm일 수 있으며, 로터 내지 실린더(508)의 내경이 15.88cm일 수 있고, 로터 내지 실린더(508)의 외경이 23.50cm일 수 있으며, 실린더 또는 콘(512)의 내경이 24.36cm일 수 있고, 실린더 또는 콘(512)의 외경이 32.98cm일 수 있다. 틈새(506,510)는 전형적으로 1.6mm 내지 6mm사이이지만, 용융물의 타입과 상기 직경에 따라 증감될 수 있다. 이 경우, 폴리카보네이트에 대해 시간당 최소 처리량은 65kg이 된다.
도 19는 회전가능하거나 및/또는 진동가능하며, 용융물의 처리틈새의 내측의경계를 형성하기 위한 로터, 스템(stem), 스크류, 튜브 또는 축(602)을 지니는 본 발명의 또다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서 로터(602)의 표면에 형성되는 리브수단(604)은 허니컴 리브 형태이다. 비록 허니컴 리브수단(604)이 육각형 셀형상으로 도시되지만, 다양한 다각형의 형상이 적용될 수 있다. 각 셀은 로터의 중심축에도 평행한 유동방향(F)에 대해 각도(θ)로 경사진 한쌍의 벽 또는 측벽(606)을 지닌다. 각 셀은 또한, 상향과 하향의 흐름의 횡단의 벽(612,608)과 상향과 하향의 경사각의 벽(614,610)을 지닐 수 있다. 그 횡단의 벽들은 유동방향(F)에 대해 경사지게 형성되는 한편, 상기 경사각의 벽은 예각으로 형성된다. 이러한 벽들은, 또한, 허니컴 수단의 다음 측벽(606)의 상류 및 하류의 단부와 교차한다. 이러한 구조가, 로터가 회전하기 때문에 용융물이 교차점을 통과할 때, 주기적이고도 반복적으로 용융물을 분할시킬 수 있어, 각 교차점에서 용융물의 국부적인 가감속을 향상시킴으로써 점도를 저감시키는 효과를 창출할 수 있다는 점에서 매우 유익한 것으로 본 발명자에 의해 밝혀지게 되었다. 허니컴 수단의 벽들을 위한 전형적인 벽 두께는 로터(602)의 직경(D), 회전속도나 태양(연속 및/또는 진동), 진동수와 진폭 및 용융물의 종류에 따라 약 0.15 내지 1.0mm이다. 벽의 높이는 전형적으로 약 0.1 내지 1.0mm이다. 측벽(60)들사이의 거리(d)는 로터의 직경, 속도 및 용융물의 종류에 좌우되지만, 전형적으로 약 1.5 내지 5.0mm이다. 각도(θ)는 2 내지 85도, 바람직하게는 약 30 내지 60도이다.
도 20 및 도 21에 도시된 본 발명의 실시예에서도 회전가능하거나 및/또는 진동가능하며, 용융물의 처리틈새의 내측의 경계를 형성하기 위한 로터, 스템, 스크류, 튜브 또는 축(702)을 지닌다. 이 실시예에서 로터(702)의 표면에 형성되는 리브수단(704)은 철도 트랙을 연상시키는 레일수단의 형태이다. 그 레일수단(704)는, 다수쌍의 레일벽(706)을 포함하며, 도 19의 경우 거리(d)에 대응되는 거리(l)(약 0.1 내지 1.2)만큼 간격지고, 유동방향(F)에 대해 각도(θ)만큼 경사져 형성된다. 그 레일벽사이에는 다수의 횡단 또는 타이(tie) 벽(708)이 연장되어 형성된다. 그 레일벽(706)의 높이(hr)는 약 0.5 내지 1.5mm이며, 폭은 약 0.4 내지 1.2이다. 그 횡단벽(708)의 베이스가 그 레일벽을 따라 이격되는 간격(wb)은 스트레인률의 가속조건에 따라 0.5mm 내지 수cm이며, 그 높이(e)는 통상 레일벽(706)의 높이보다 낮으며, 약 0.1 내지 1.5mm이다. 그 각 횡단벽(708)의 상부 폭(wt)는 약 0.1 내지 1.5mm이고, 그 각 횡단벽(708)의 측부들이 로터(702)의 표면에 대해 경사지는 각도(δ)는 약 25도 내지 89도이다.
도 22는 사출성형기의 핫러너시스템(hot runner system)내의 밸브 게이트(valve gate)에 적용된 본 발명의 실시예를 도시한다. 그 밸브게이트는 폴리머 용융물을 받아들이기 위한 통로(804)를 지니는 게이트부분(802)과, 화살표(812)에 의해 개략적으로 도시된 알려진 구동수단에 의해 축방향으로 움직일 수 있는, 밸브면 즉 단부(818)를 지니는 스템 또는 로드(808)를 포함한다. 그 통로를 개폐시키기 위해 또 용융물을 밸브게이트 붓싱(806)으로 유동시키거나 차단하기 위해 스템(808)이 화살표(812) 방향으로 움직인다. 본 발명의 다른 실시예에서와 같이, 붓싱(806)의 내부표면 및/또는 스템(808)은 리브수단(810)을 지니며, 그 중심축에 대해 연속하여 및/또는 진동하면서 회전한다(Ω; ω,α). 이에 의해 용융물의 점도와 사출압력이 크게 감소된다. 점도는 온도의 증가와 함께 감소될 수도 있고, 온도의 증가 없이도 감소될 수 있어 싸이클시간이 단축되는 결과를 초래한다.
스템의 회전이, 축방향 이동과 함께 스템(808)에 전달되어 붓싱(806)내의 용융물이 전진되게 된다. 스템(808)의 연속적인 회전속도는 스템 직경(예를 들어 약 6 내지 15mm)의 함수로서, 훨씬 큰 직경의 튜브를 이용한 압출기의 경우(1 내지 125rpm)보다 훨씬 큰 속도(약 300 내지 1700rpm)이다.
유사한 장치가 압출기 섹션, 사출 섹션 및 폴리머 용융물을 처리하기 위한 알려진 장치의 다양한 다른 부속장치들을 위해 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 복합 리브수단이, 일렉트로(electro)-포밍, 일렉트로-에칭, 레이저 솔더링, 레이저 포밍, 방전 기계가공(EDM), 인베스트먼트 캐스팅 또는 기계가공 등등에 이용될 수 있다. 로터 및 배럴의 적당한 재료는 스테이레스강, 4140스틸, 고 록크웰경도의 브론즈 등등이다. 로터용으로 예를 들어 직경이 9mm이고 길이가 23mm인 로드의 외부표면에 리브수단이 형성될 수 있다. 배럴용으로는 예를 들어 18mm 직경의 튜브는 관축에 평행한 평면을 따라 절단되고 그 내부 표면에 리브수단이 형성될 수 있으며, 반원통형 또는 반원추형의 절반체가 함께 용접될 수도 있다.
일반적인 고려사항으로, 리브수단으로서의 리브, 돌기 및/또는 홈의 형상, 기하학적 구조, 칫수 및 간격이 처리될 폴리머 용융물의 종류에 의존하고 미합중국 특허 제5,885,495호의 기준에 따라 선택되고 적합화된다. 이러한 설계기준은, G'/G*와, 리브수단에 의한 용융물의 스퀴징 및 리렉싱(relaxing)에 의해 창출되는 스트레인의 진동수 및 크기에 대하여 특히 본 발명에 의해 제시되는 바와 같은 유동학적인 매개변수들과 함께 특정의 용융물에 대해 최적화될 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예들이 본 발명의 원리들의 응용을 예시하기 위해 구체적으로 도시되고 설명되지만, 본 발명의 원리 내지 기술적 사상의 범위내에서 본 발명은, 당업자들에게 용이하게 달리 구체화될 수 있으며, 이러한 구체화 역시 본 발명에 속한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치의 실시예들의 구성과 작용에 의하면, 미합중국 특허 제5,885,495호에 개시된 디스엔탱글먼트가공법을 산업계의 규모로의 이용에 적용할 수 있고, 또한, 종래의 기술보다 신규하고 진보성있는 온도조절과 전단담박화기법을 포함하여 추가적인 수단들을 적용시킬 수 있으며, 낮은 용융물(용해물을 포함함)의 점도를 요구하는 성형공정에 유리한 방식으로 압출된 용융물의 점도를 상당히 또한 조절가능하게 감소시키기 위해 거대분자들사이의 엔탱글먼트의 점진적인 감소를 초래할 여지가 있는 조절된 등급의 전단담박화(탄성)을 얻도록 각 공정(스테이션)의 특정한 진동조건하에 어떤 시간동안, 정해진 온도, 진동의 진동수 및 진폭에서 처리 스테이션들을 통과하여 연속 압출되는 때에 플라스틱 용융물에 신축전단진동을 가하여 신규한 제품을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 수지가 용융상태에 있는 동안 거대분자들의 전단담박화/디스엔탱글먼트에 의해 조절가능하게 용융물의 점도를 감소시킬 수 있으며, 특별한 용융물의 저점도를 창출하는 펠릿으로 저장되고 포장될 수 있거나 즉시 사용하기 위한 또다른 몰딩위치로 펌핑될 수 있는 등, 상술한 기술적 과제에서의 목적이 달성되는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 디스엔탱글먼트된 폴리머를 생산하는 장치에 있어서:
    용융물폴리머가 용융물로 될 때까지 폴리머의 온도를 상승시키는 수단;
    용융물의 점도 변화에 의해 측정되는 원하는 수준으로 폴리머의 거대분자들 사이의 디스엔탱글먼트 상태가 변화되는 때까지 신축피로변형하에 전단 진동에 의해 디스엔탱글먼트 처리를 용융물에 가하기 위한 전단변형수단;
    전이기의 교차를 피하면서, 결정화 개시에의 냉각속도의 동적 영향에 의해 폴리머의 결정화 온도를 낮추게 하는 방식으로 디스엔탱글먼트 처리중에 용융물의 온도를 변화시키는 용융물 온도제어수단;
    용융물을 스테이션에 운반하기 위한 운반수단; 그리고,
    폴리머를 고형화하기 위해 용융물에 추가 공정을 받게 하는 처리수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 용융물의 온도제어수단이, 선택된 온도에 이르기까지 선택된 속도로 용융물을 냉각시킬 수 있음과 동시에 디스엔탱글먼트 효율에 유리한 용융물의 특정 탄성상태를 유지하기 위해 용융물 온도의 함수로서 전단진동의 진동수를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 용융물의 온도제어수단이, 선택된 온도에 이르기까지 선택된 속도로 용융물을 냉각시킬 수 있음과 동시에 디스엔탱글먼트 효율에 유리한 용융물의 특정 탄성상태를 유지하고 용융물의 분열을 피하기 위해 용융물 온도의 함수로서 전단진동의 진폭을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 용융물의 온도제어수단이, 선택된 온도에 이르기까지 선택된 속도로 용융물을 냉각시킬 수 있음과 동시에 디스엔탱글먼트 효율에 유리한 용융물의 특정 탄성상태를 유지하기 위해 용융물 온도의 함수로서 용융물에 가해지는 전단유동의 비율을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 전단수단은 용융물에 결속된 회전표면들을 포함하며, 그 용융물과 접촉하는 회전표면들의 회전속도는, 디스엔탱글먼트 효율에 유리한 용융물의 특정 탄성상태를 유지하도록 용융물 온도의 함수로 프로그램된 것을 특징으로 하는 디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 적어도 회전하는 표면의 하나는 리브를 지니며, 그 회전표면 1바퀴당 리브의 수는, 그 위치에서 용융물의 온도에 따라 변하는 국부적인 신축가능 주기적 전단변형을 창출하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 디스엔탱글먼트처리에 유리한 용융물의 특정 탄성상태를 각 위치에서 유지하기 위한 조건에 따라서, 디스엔탱글먼트처리되는 주어진 위치에서의 표면상의 리브의 밀도는 온도 감소에 따라 감소하고, 역으로 온도 증가에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 디스엔탱글먼트처리에 유리한 용융물의 특정 탄성상태를 유지하기 위해 용융물의 온도제어수단은, 디스엔탱글먼트처리중 용융물을 교대로 가열/냉각시킴으로써 용융물의 온도를 2개의 온도사이에서 제어가능하게 변화시킬 수 있으며, 동시에 용융물 온도의 함수로서 전단진동의 진동수, 진폭을 조절하는 것을 특징으로 하는 디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 다이 및/또는 처리캐비티의 배럴내의 냉각제 러너들 또는 냉각 재킷들에서 순환하는 냉각 열유체의 유동속도를 조절함으로써 유동하는 용융물의 통로를 따라 용융물 온도의 프로파일이 구성되는 것을 특징으로 하는 디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 스테이션의 입구단부에 근접함에 따라 처리캐비티로부터 더 멀리 위치하고, 횡단면이 감소하는 나선형상의 러너내에서 처리공정의 출구단부로부터 입구측으로 냉각 열유체가 순환할 수 있어 용융물 유동축을 따라 냉각능력의 변화를 가져오는 것을 특징으로 하는 디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치.
  11. 제 6 항에 있어서, 용융물의 온도제어수단은, 용융물이 통과함에 따라 원하는 냉각속도 프로파일을 얻을 수 있도록 처리공정의 입구와 출구사이의 정확한 온도차이를 창출하도록 구성되고 작동되는 밴드히터, 히트 파이프, 히트 싱크, 에어 갭과 같은 몰드 온도 제어분야에서 알려진 것들인 것을 특징으로 하는 디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 동일한 온도 프로파일이 각 스테인션간에 반복되어, 디스엔탱글먼트처리가 진행되는 때에 용융물이 비결정질 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 디스엔탱글먼트처리중 용융물이 비결정질 상태로 유지되는 각 스테이션간에 처리가 진행되는 때에 디스엔탱글먼트된 용융물의 변화하는 성질을 밝히기 위해 상이한 온도 프로파일이 각 스테이션의 처리캐비티내에 부과되는 것을 특징으로 하는 디스엔탱글먼트된 폴리머 생산장치.
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