KR100556127B1

KR100556127B1 - 공기 엠보싱

Info

Publication number: KR100556127B1
Application number: KR1020007010426A
Authority: KR
Inventors: 죤 씨. 호아그랜드
Original assignee: 솔루티아 인코포레이티드
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2006-03-03
Also published as: ATE268259T1; US5972280A; KR20010042074A; DE69917762T2; EP1066153A1; WO1999048672A1; AU3359099A; EP1066153B1; JP2002507502A; DE69917762D1

Abstract

상승된 엠보싱 온도에 있는 각인된 표면을 갖는 회전 엠보싱 롤(12)과 마주보는 고정 오목 강재(22)로 정의된 엠보싱 닢을 통하여 열가소성 시트(20)를 연속적으로 전진시키고 닢을 통해서 시트(20)가 연속적으로 전진하는 동안 닢 내에서 시트를 각인된 표면을 향해 공기로 누르는 것을 포함하는 열가소성 시트를 엠보싱하는 방법(7).

엠보싱, 시트, 공기

Description

공기 엠보싱{Pneumatic embossing}

본 발명은 열 성형가능한 열가소성 시트(thermoplastic sheet)에 결을 갖는 면(textured surface)을 제공하기 위한 엠보싱(embossing) 공정에 관한 것이다.

각인된 표면 패턴을 갖는 회전 금속 엠보싱 롤과 상기 엠보싱 롤 쪽으로 압축하여 상기 시트를 누르고 상기 패턴을 시트에 각인하기 위한 마주보는 고무면(rubber-faced) 백업 롤로 형성되는 닢(nip)을 통해 열 연화(thermally softened)된 열가소성 시트를 통과시키는 장치가 많이 도입되어 있다. 상업적 라인운전속도에서 상기 장치의 각인된 표면에 시트가 머무는 시간은 비교적 짧다.

합판 안전유리(laminchated safety glass)용 폴리비닐 부티랄(polyvinchyl butyral, PVB) 시트는 상기에서 설명된 형태의 공정에서 결을 갖는 표면이 제공되는 시트의 대표적인 예이다. 예를 들면, 이러한 장치를 개시한 Hoagland et al.에게 특허된 US 5,445,103을 주목하라. 거칠고 결을 갖는 표면은 합판 안전유리가 형성되는 동안에 공기가 제거될 수 있는 통로를 유리층과 상기 PVB 시트사이에 제공하는데, 공기는 일반적으로 상승된 온도에서 박판으로 만드는 동안에 표면을 매끄럽게 녹여서 제거된다. 상업상 경제적인 시트 라인 공정속도에서는, 엠보싱 닢이 유리 박판화 과정 동안에 공기제거가 원활하게 될 수 있는 충분히 깊고 지속되는 거친 표면을 상기 시트의 표면에 제공하는 것이 어렵다. 더욱이, 엠보싱 닢에서 발생되는 상승된 온도에서 작동하는 백업롤 고무의 현저한 압축은, 짧은 작동 간격후에 고무를 급격히 악화시키게 된다.

종래의 엠보싱 장치에서 발생하는 문제들을 피하거나 최소화하는 열 성형가능한 열가소성 시트용 엠보싱 공정을 제공하는 것이 바람직하다.

이제 선행 기술의 단점을 피할 수 있는 열가소성 시트를 엠보싱하는 공정에서의 개선이 이루어졌다.

따라서, 본 발명의 주된 목적은 열가소성 시트, 특히 PVB 시트를 엠보싱하는 개선된 공정을 제공하는 것이다.

다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 청구항으로부터 어느 정도 명백해지고 드러날 것이다.

각인된 표면을 갖는 회전 엠보싱 롤과, 마주보는 고정오목강재(fixed rigid concave member)에 의해 정의되는 엠보싱 닢을 통해서 열가소성 시트를 상승된 온도에서 연속적으로 전진시키고, 시트가 상기 닢을 통해서 연속적으로 통과하는 동안 닢의 내부에서 시트를 공기에 의해 상기 각인된 표면으로 누르는 것으로 이루어지는 열가소성 시트의 엠보싱 방법에 의해 상기의 목적들은 달성된다.

도1은 본 발명의 공정에서 사용될 수 있는 엠보싱 장치의 사시도,

도2는 도1에서 선2-2에 의한 수직단면도,

도3은 도1과 도2에 도시된 장치용 시일(seal)의 다른 형태에 대한 부분 확대 단면도이다.

도면을 참조하면, 열가소성 시트(20)를 엠보싱하는 장치(10)는 직립 지지부(upright support, 16, 18)에 있는 도시되지 않은 일반적인 베어링에 의해 축(14)에 대하여 회전 가능하도록 지지된 연장된 원통형 엠보싱 롤(12)을 포함한다. 이미 서술된 방식대로 상기 롤(12)의 원통형 표면은 시트(20)의 표면에 결을 갖는 패턴을 제공하는 각인된 패턴을 갖는데, 상기 패턴은 롤 표면의 패턴과 반대 - 즉, 각인된 표면의 돌출부는 시트 표면에 일치되게 형성된 오목한 자국을 형성한다. 각인된 표면의 형상은 열가소성 시트에 찍히고 있는 특정한 엠보싱 패턴에 따라서 달라진다. 이러한 패턴의 한가지 형태가 Hoagland et al에게 특허된 U.S. 5,455,103에 서술되어 있는데, 그 내용은 참조사항으로 여기에도 포함된다. 상기 롤(12)의 각인된 표면은 온도의 면에서 표면의 온도를 상승시키는 데 적합한 온도로 조절되는 것이 바람직하며, 가열되지 않은 시트(20)의 표면에 인접한 두께의 적어도 일부분이 서술된 방식대로 상기 장치(10)를 통과할 때, 그 연화점(softeninchg poincht)을 넘어서 상승된 성형 온도(shapinchg temperature)에 있도록 조절된다. 이것은 롤(12)을 통한 연속적으로 회전하는 적절한 열전달 매체에 의해서 일반적인 방법으로 이루어지며 도시되지 않았다.

롤(12)의 원통형 표면과 일치하는 오목면(24, 도2, 3 참조)을 갖는 고정강재 (fixed rigid member, 22)는 롤(12)과 마주하며 매우 인접해 있고, 롤(12)의 원통 부 주위의 75%를 차지하도록 아치형으로 연장되는 연장된 엠보싱 닢을 롤(12)과 함께 형성한다. 상기 엠보싱 닢은 약 0.001 내지 1.5inch(0.00254 내지 5.81cm)의 좁은 쳄버(chamber, 26)이고, 바람직하게는 롤(12)과 강재(rigid member, 22)의 오목면(24)사이의 폭이 0.006inch(0.015cm)인 것이 좋다. 축(14)과 평행한 방향에서 쳄버(26)는 시트(20)의 폭을 넘지 않으며 실질적으로 거의 같다(85 내지 98%).

강재(22)는 복수의, 일반적으로 3개이고 축(14)의 양쪽에 그 길이를 따라서 서로 같은 간격으로 이격된 포트(port, 28)를 가지며 상기 포트는 유연관(flexible hose, 30)을 통해서 블로워(blower, 32)로 도식적으로 도시된 공기압 발생 장치(pneumatic pressure source)와 연결되며, 상기 공기압 발생 장치는 공기를 약 1 내지 100, 바람직하게는 약 15 내지 30 psig의 압력으로 공급할 수 있다. 쳄버(26)로 공급되는 공기는 실내온도에서부터 66℃까지 변할 수 있으나 바람직하게는 27 내지 38℃ 사이이다.

네개의 시일(seal, 34)이 강재(22)에 장착되며, 각 길이방향 모서리(예, 도2에서의 36)를 따라서 축(14)에 평행하게 연장되고, 도시되지 않았으나 모서리(36)에 수직하게 각 끝단을 따라서 연장된다. 시일(34)은 도2에 도시된 바와 같이 공기압의 영향으로 인해 시트(20)를 향해서 팽창할 수 있는 탄성체이고, 상기 공기는 쳄버(26)로부터 강재(22)의 길이를 따라서 형성된 복수의 통로(38)를 통해서 시일(34)의 내부로 들어온다. 시일(34)의 탄성부재의 하부에 가해진 공기압력은 탄성부재를 시트(20)쪽으로 민다. 시트를 향해서 밀봉면이 팽창하는 정도는 공기압력과 탄성체의 재질을 선택하여 조절된다. 시일의 다른 밀봉형태가 도3의 40에 나타 나있는데, V자 형태의 돌출부로 이루어진 다수의 열을 가지며 강재(22)의 엣지(36)를 따라서 시트(20)쪽으로 연장되어 있다.

쳄버(26)에 의해 형성된 연장된 엠보싱 닢을 통해서 이러한 시트를 연속적으로 전진시키는 것을 포함하는 연속적인 열가소성 시트(20)의 웹(web)을 엠보싱하는 방법이 제공되는데, 상기 쳄버는 엠보싱 롤(12)의 각인된 회전면에 의해서 한면이 정의되고 다른 면은 고정 강재(22)의 오목면에 의해서 정의된다. 롤(22)은 시계방향으로 회전하며, 일반적으로 약 5 내지 100rpm의 속도로 축(14)에 연결된 적절하고 일반적인 회전 수단에 의해서 회전한다. 시트(20)는, 선택적으로 상승된 온도에서, 엠보싱되지 않은 선단의 롤(44, 도2)에서부터 풀려서 공급되며, 상기 장치(10)의 엠보싱된 시트 후단의 롤(46)로서 축적된다. 장치(10)을 통한 시트(20)의 당김이동은, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 사람들에게 알려진 후단의 롤(46)의 코어(48)와 회전가능하게 결합된 전동 권취기 같은 일반적인 시트 전진장치에 의해서 이루어진다. 엠보싱 닢의 각 측면에 있는 원통형 가이드 롤(50, 52)은 각각 엠보싱되지 않은 시트를 닢 내로, 엠보싱된 시트를 롤(56)을 향해서 닢으로부터 벗어나도록 안내한다. 쳄버(26)의 앞에 있는 롤(50)은 시트가 선단 공기 시일(34)의 앞에서 롤(12)에 대해 접선방향으로 0 내지 10도인 지점에서 쳄버 내로 도입되도록 시트를 위치시킨다.

도2에서 도시된 바와 같이 롤(44)에서 연속적으로 배출하는 것 대신에, 배출구에 틀(die)를 갖고 열가소성 시트 용해물을 시트의 형태로 성형하고, 열가소성 수지를 안정(set)시키도록 구성된 선단의 용해물 압출기에서부터의 압출물로서 시 트를 장치(10)로 직접 향하게 할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 도2에 도시된 바와 같이, 일단 연장된 엠보싱 닢 내에서 시트가 쳄버(26) 내에서 상기 정압력(static pressure) P에 의해서 회전 엠보싱 롤(12)의 가열된 각인 표면을 향해 화살표(54)의 방향으로 힘을 받는다. 팽창된 시일(34)의 밀봉면(선단과 후단 모두 및 시트의 전진이동 방향에 평행한 각 면을 따르는)은 일반적으로 엠보싱 롤과 접촉하지 않고 시트(20)의 아랫쪽(55)에서부터 0.002 내지 0.20inch(0.05 내지 0.5mm) 정도 떨어져있다. 따라서, 시트와 인접한 데도 불구하고, 이들 밀봉면은 시트와 접촉하지 않고 시트와 밀봉면 사이에 명백한 치수(도면에 도시되지 않음)의 간격을 둔다. 작은 양의 공기를 연속적으로 시트와 네개의 시일 부재의 밀봉면 사이의 간격을 통해 누출시키면서, 상기 시일은 압축공기를 쳄버(26)내에 보관한다. 쳄버(26)내의 공기는 시트(20)의 아랫쪽에 직접 닿는다. 내부적으로 가열된 롤(12)의 각인된 면은 시트(20)를 형성하는 열가소성 플라스틱의 연화점을 넘어서는 상승된 온도에 있다. 본 발명에 의한 장치로 엠보싱될 수 있는 열가소성 시트에 대해서, 이러한 엠보싱 면의 온도는 일반적으로 110 내지 270℃이다. 시트(20)가 폴리비닐 부티랄로 되어있는 경우에, 이러한 연화 온도는 약 150℃이다. 이러한 상승된 온도에 있는 각인된 표면과 함께 엠보싱 닢에 있는 동안, 시트(20)의 접촉은 시트의 온도를 그 연화점 이상으로 증가시킨다. 시트에 작용하는 대기압과 함께 롤(12)을 향해서 시트에 작용하는 쳄버(26)에서의 엠보싱 압력의 영향에 의해서, 엠보싱된 면의 각인된 패턴이 연화된 열가소성 시트에 주어진다. 엠보싱 닢에 있는 동안에 시트(20)의 아랫면과 접촉하는 어떠한 부재(공기압 력을 제외한)도 없다면, 무르고 열 연화된 열가소성 시트의 원치않는 파손이 방지된다. 단층(sinchgle layer)인 바람직한 PVB 재질이 약 0.030inch(0.71mm) 두께인 경우, 시트는 일반적으로 장치(10)를 통해서 약 10 내지 300 fpm(3 내지 90mpm)의 속도로 전진된다. 쳄버(26)내의 압력이 약 30psig 이고, 엠보싱 롤 표면온도가 약 180℃인 엠보싱 닢에 약 20fpm의 속도로 가열되지 않은 0.030inch 두께의 PVB 시트가 공급되는 경우, 단지 하나의 면만이 가열되는 것을 고려하면, 닢에서의 시트 전체온도(bulk temperature)는 약 40 내지 260℃, 보다 상세하게는 40 내지 180℃ 사이에 있다.

닢에서 대기온도 환경으로 나온 후에, 엠보싱된 시트는 후단 가이드 롤(52)위를 통과하여 엠보싱된 시트 롤(46)로 감긴다. 도시되지 않았으나 적절한 일반적인 수단을 닢과 롤(46) 사이에 위치시켜 대기조건에서보다 강제적으로 신속하게 냉각하여 엠보싱 된 시트의 연한 열가소성을 안정화시킬 수 있다. 가이드 롤(52)와 롤(46)의 사이와 위에 엠보싱된 시트를 향해서 냉각된 공기를 분사하는 에어나이프를 선택적인 시트 냉각 수단의 전형적인 예로 들 수 있다.

원한다면, 첫번째 통과에서 엠보싱된 면에 손상을 주지않고 반대면을 엠보싱 처리하기 위해서, 롤(46)은 장치(10)의 선단으로 이동될 수 있고, 시트는 풀려서 다시 장치를 통과하여 이동될 수 있다. 이를 대체하여, 시트의 두번째 면을 엠보싱 하기 위해, 서술된 장치의 후단에 이와 동일한 두번째 엠보싱 단계를 사용할 수 있다.

고무면을 갖는 백업 롤을 사용하는 종래 장치와 비교하여, 서술된 상기 과정은 열가소성 시트가 연장된 엠보싱 닢에서 각인된 표면에 대해서 눌러지는 시간 간격을 크게 증가시킨다. 이렇게 증가된 엠보싱 시간으로 인해 두 방법간의 시간차이에 비례하여 엠보싱 공정 라인의 속도를 증가시키는 것이 가능하다. 고무를 입힌 백업롤 표면의 피로파괴는 상기의 개시된 장치 부품의 예상된 작동시간 증가로 인해 회피된다. 시트와 시일간의 공기 막에 의해, 시트와 네개의 쳄버 시일간의 마찰은 매우 낮다. 따라서 강도가 낮은(낮은 탄성계수) 시트는 엠보싱 동안에 끌리지(drag) 않으므로 성공적으로 엠보싱될 수 있다. 엠보싱 롤과의 접촉시간이 증가되어 시트 표면에 비교적 깊은 결 패턴을 제공하는 것이 수월해진다. 이로 인해, 안전유리 합판을 형성할 때 두장의 유리 사이에 끼워 넣는 것과 같이, 결을 갖는 PVB 시트를 최종제품에 합치는 것과 관련된 그 후의 가열공정에서 패턴이 손실되는 것이 상쇄된다.

상기 내용은 설명을 위한 것으로 어떠한 제한으로서 고려되서는 안된다. 본 기술분야의 당업자는 쉽게 여러가지의 수정안과 대체안를 제안할 수 있을 것이다. 따라서 상기 내용은 단지 일 예로서만 고려되어야 하고 본 발명의 범위는 다음의 청구항으로부터 확정되어야 한다.

Claims

상승된 엠보싱 온도에 있는 각인된 표면을 갖는 회전 엠보싱 롤과 마주보는 고정 오목 강재로 정의된 엠보싱 닢을 통하여 열가소성 시트를 연속적으로 전진시키고;

닢을 통해서 시트가 연속적으로 전진하는 동안 닢 내에서 시트를 각인된 표면을 향해 공기로 누르는 것을 포함하는 열가소성 시트를 엠보싱하는 방법.
제1항에 있어서,

각인된 표면과 접촉하는 면의 반대면에 접촉하는 압축공기에 의해서 상기 시트가 각인된 표면을 향해서 눌러지는 것을 특징으로 하는 열가소성 시트를 엠보싱하는 방법.
제2항에 있어서,

상기 엠보싱 닢은 상기 회전 엠보싱 롤과 오목강재의 표면사이에 있는 약 0.001 내지 1.5inch 폭의 쳄버인 것을 특징으로 하는 열가소성 시트를 엠보싱하는 방법.
제2항에 있어서,

상기 공기의 압력이 약 20 내지 100 psig 인 것을 특징으로 하는 열가소성 시트를 엠보싱하는 방법.
제2항에 있어서,

엠보싱 동안에, 상기 시트와 상기 오목강재의 시일 부분(seal component) 사이의 간격으로부터 연속적으로 공기가 누출되는 것을 특징으로 하는 열가소성 시트를 엠보싱하는 방법.
제3항에 있어서,

상기 쳄버는 엠보싱 롤의 원주의 75% 까지를 주변에서 둘러싸는 것을 특징으로 하는 열가소성 시트를 엠보싱하는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 열가소성 시트는 폴리비닐 부티랄(polyvinchyl butiral)로 이루어진 단일 층인 것을 특징으로 하는 열가소성 시트를 엠보싱하는 방법.
제7항에 있어서,

상기 닢에서의 시트의 전체온도(bulk temperature)가 약 40 내지 260℃ 사이인 것을 특징으로 하는 열가소성 시트를 엠보싱하는 방법.