KR100641541B1 - 내부 만드렐 - Google Patents

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무라카미신지
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가부시키가이샤 고진
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Abstract

본 발명은 환상박막 냉각용 내부 만드렐의 하부냉각부에 체류하는 공기층을 없애고 연속적으로 안정한 관상박막을 제조하는 것을 목적으로 한다. 환상박막 냉각용 내부 만드렐(5)은 열가소성수지용 환상압출다이(1)의 하방에 결합되고, 다이(1)의 환상슬리트(3)에서 하향으로 압출되는 관상용융박막(4)을 외부 환상냉각조(22)와 병용하여 내측에서 냉각하는 직접냉각용 내부 만드렐(5)에 있어서, 최하단부의 내부 냉각액을 관상용융박막(4)에 대하여 대향류 방향으로 흘리는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

내부 만드렐{INNER MANDREL}
본 발명은 열가소성수지에서 관상박막 또는 시트를 제조할 때에 압출기의 환상다이에서 압출된 관상용융박막을 내부에 직접 접촉시킴으로써 매우 급속히 냉각할 수 있는 냉각용 내부 만드렐에 관한 것이다.
종래 열가소성수지에서 관상(管狀)박막을 제조하는 공정에 있어서, 압출된 박막을 직접 냉각액에 접촉시켜 냉각하기 위한 각종 형식의 장치가 제공되고 있다.
예를 들어, 내부 일류관(溢流管) 외측벽을 흘러내리는 일류액에 직접 압착 유지시키면서 급냉 고화하는 방법(일본 특허공고 소45-35192호 공보), 일류액이 흘러내리는 관경(管徑)규제용 이중관의 하부에 별개의 냉각액이 흐르는 나선상홈(溝)을 설치하여 고속제막(製膜)성을 향상시키는 방법(일본 특허공고 소46-31473호 공보), 냉각액에 접촉시켜 냉각하여 고화시킴과 동시에 부착액을 흡인에 의하여 제거하는 방법(일본 특허공고 소39-2072호 공보), 또한 상부냉각액 분출용 환상슬리트노즐을 이단 이상 형성한 관상박막 냉각용 내부 만드렐(일본 특허공개 평6-47795호 공보) 등이 알려져 있다.
연신성이 우수하고 장시간 안정한 박막을 제조하는 최대의 기술 포인트는, 실질적으로 무정형인 박막을 여하히 연속하여 안정적으로 제조하는가에 있다. 이것은 냉각용 내부 만드렐을 이용한 관상(tubular)법 제조설비에서 특히 중요하고, 설비 전체의 효율 및 관상박막 또는 시트 제조의 품질을 좌우한다.
본 발명자 등은 이미 다단 냉각에 의하여 냉각능력을 높히고, 고속제막성을 현저히 향상시킬 수 있는 것을 제안하였다(일본 특허공개 평6-47795호 공보). 이에 의하여 관상용융박막을 대폭으로 고속으로 제조하는 것이 가능하게 되었지만, 다시 속도를 올리면 박막에 동반되는 공기 또는 냉각액량의 증대에 의하여 냉각액중의 함유공기량이 증대하고, 관경규제링 하부에 공기층의 축적을 발생한다는 결점이 있다.
이 공기층은 용융박막의 성형성에 악영향을 부여한다. 즉, 용융박막은 외부 수조의 헤드압(head pressure)과 내부 냉각액의 수압에 의하여 평형을 이루고 있지만, 상기의 공기층이 이 평형을 파괴하고, 그 평형이 불균형으로 된 경우, 공기층은 박막과 관상규제링의 사이를 통하여 상부의 냉각액 분출용 환상노즐까지 도달하고, 용융박막이 냉각액에 들어가는 부분에서 튀어 박막의 냉각 불균일(irregularity) 또는 소공을 발생시킨다.
이들 문제는 연속 연신을 불가능하게 하여 조업성의 저하 및 냉각 불균일에 의한 관상박막 또는 시트의 품질저하 등 설비 전체에 큰 영향을 준다.
이하 첨부 도면을 참조하여 종래의 냉각용 만드렐을 상세히 설명한다.
도 4는 종래의 냉각용 만드렐의 냉각부의 상세설명도이다.
종래는, 관상박막(4)의 내면을 하부냉각부(10)에 형성되는 나선상 홈(9)에 의하여 균일하게 분배되는 내부 냉각액과 외부냉각조(22)의 냉각액에 의하여 냉각된다.
이때 냉각되는 관상박막은 하부 냉각액의 내압과 외부냉각조의 헤드압에 의하여 평형이 되고, 하부냉각부(10)의 나선상 홈(9)에 접촉하지 않고, 혹은 관상박막이 관경규제링부(6)의 하부에서 떨어지지 않고 실링부(15)에 진입한다.
그러나, 박막속도의 증대와 동시에 용융관상박막(4)과 동반하는 공기 또는 상부냉각액 분출용 환상노즐(8)이나 중부냉각액 분출용 환상노즐(7) 및 하부냉각부(10)에서의 냉각액에 함유하는 공기도 증대한다.
이들 공기는 제막중에 관상규제링부(6)의 하부에 공기층(12)으로 체류한다. 하부냉각부(10)의 나선상 홈(9)을 흐르는 냉각액은 하부배수구(14)에서 배출되지만, 관상규제링부(6)의 하부에 체류한 공기층(12)은 하부배수구(14)측으로 배출되지 않고 오히려 제막시간과 함께 공기층(12)은 증대한다.
냉각용 내부 만드렐에 있어서, 이 공기층(12)은 하부냉각부(10)에서의 하부 냉각액의 내압과 외부냉각조(22)의 헤드압의 평형을 무너트리고, 관상박막과 관경규제링부(6)의 사이에서 상방의 중부냉각액 분출용 환상노즐(7) 또는 상부냉각액 분출용 환상노즐(8)에 기포가 되어 상승한다. 이때, 이 공기층(12)이 상승하여 기포로 되어 상부 또는 중부냉각액 분출용 환상노즐부 부근에서 튀므로, 용융관상박막(4)은 냉각 불균일에 의한 두께 불균일이나 소공이 있는 문제점이 있다.
본 발명자 등은 전기의 결점을 해소하기 위하여 냉각용 내부 만드렐을 예의 검토한 결과 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은
(1) 열가소성수지용 환상압출다이스(dice)의 하방에 결합되고, 다이(die)의 환상슬리트에서 하향으로 압출되는 관상용융박막을 외부 환상냉각조와 병용하여 내측에서 냉각하는 직접냉각용 내부 만드렐에 있어서, 최하단부의 내부 냉각액을 관상용융박막에 대하여 대향류(countercurrent) 방향으로 흘리는 것을 특징으로 하는 관상박막 냉각용 내부 만드렐,
(2) 최하단부의 내부 냉각액의 배출부에 있어서, 나사구조를 가지는 배출구 조정 환상링에서 하부 냉각액의 배출량 및 압력을 조정하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 관상박막 냉각용 내부 만드렐을 제공하는 것이다.
본 발명의 특징은 최하단 냉각액을 상방향으로 흘리고 공기층이 상승하는 방향으로 냉각액을 일치시킴으로써 관상규제링 하부에 전혀 공기층이 생기지 않는 내부 만드렐에 있다.
이에 의하여 박막의 냉각 불균일에 의한 두께 불균일이나 소공을 방지하고 고속안정 제막성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상부냉각액 분출용 환상노즐과 중부냉각액 분출용 환상노즐이 연속하는 다단 만드렐, 또는 상부냉각액 분출용 환상노즐 단독으로 이루어지는 만드렐 등의 최하단부로서 응용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 내부 만드렐의 일 형태의 구조 전체를 설명하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 내부 만드렐의 일 형태의 냉각부의 상세설명도이다.
도 3은 본 발명의 내부 만드렐의 다른 형태의 냉각부의 상세설명도이다.
도 4는 종래의 냉각용 내부 만드렐의 냉각부의 상세설명도이다.
이하에 본 발명의 실시예를 도면에 의하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 내부 만드렐의 일 형태의 구조 전체를 설명하는 도면이고, 도 2는 그 내부 만드렐의 냉각부의 상세설명도이다.
참조번호 (1)은 압출기에 하향으로 설치된 환상다이이고, 압출기에 의하여 용융된 열가소성수지는 다이 내부의 수지통로(2)를 통하여 환상노즐(3)에서 하방으로 관상으로 압출된다. 참조번호 (5)는 환상다이에 매달려 있는 냉각용 내부 만드렐이다. 냉각용 내부 만드렐(5)은 주로 압공(壓空)분출노즐부(18), 상부냉각액 분출용 환상노즐(8), 중부냉각액 분출용 환상노즐(7), 관경규제링부(6), 하부냉각부 내통(10a), 실링부(15)의 6 부분으로 이루어지는 대략 원통상을 나타내고 있다.
냉각용 내부 만드렐(5)의 최상부에 상기 기포형상 유지를 위한 압공분출노즐(18) 및 발생하는 가스 등을 배출하기 위한 배기구(17)가 설치되어 있다. 용융관상박막(4)이 환상다이(1)와 냉각용 내부 만드렐(5)의 사이에 형성하는 상부 기포 는, 냉각액 배출구(16)에서 배기되는 압공 및 상기 배기구(17)에서 배기되는 압공과 압공분출노즐(18)에서 공급되는 압공의 평형에 의하여 형상이 유지된다.
압공분출노즐(18)의 하방에 상부냉각액 분출용 환상노즐(8) 및 중부냉각액 분출용 환상노즐(7)이 설치되어 있다. 이들 상부냉각액 분출용 환상노즐(8), 중부냉각액 분출용 환상노즐(7)의 냉각액으로 냉각된 용융관상박막(4)은 관경규제링부(6)에 의하여 균일한 통상(筒狀)박막으로 형상이 규제되고 다시 하부냉각부(10b)에 이른다.
본 발명의 냉각용 내부 만드렐(5) (도 2 참조)에서는 관경규제링부(6)의 하부에 하부냉각부 내통(10a)이 설치되어 있고, 하부 냉각액은 실링부(15) 옆에서 방사상으로 형성된 하부냉각액 분출구(13)에서 하부냉각부(10b)의 상방향으로 유출한다.
또한 하부냉각부 내통(10a)의 상부에 나사구조를 가지는 배출구 조정 환상 링(11)이 설치되어 있고, 외부냉각조(22)의 냉각액의 헤드압차에 평형을 이루는, 관상박막을 개재한, 하부 냉각액의 내압을 조정할 수 있도록 되어 있다. 즉, 하부 냉각액은 용융관상박막(4)에 대향류로 되어 배출구 조정 환상링(11) 상부에서 넘친다.
이 구조의 냉각용 내부 만드렐(5)의 경우, 아무리 고속제막이 되어 용융관상박막(4)에 동반되는 공기나 상부냉각액 분출용 환상노즐(8)이나 중부냉각액 분출용 환상노즐(7)에서 동반되는 공기 및 하부냉각부(10b)에서 냉각액을 함유하는 공기가 증대하여도, 하부 냉각액이 상방으로 흐르므로 그때 유입하는 공기는 하부 냉각액 과 함께 배출구 조정 환상링(11) 상부의 배출구에서 냉각액 배출구(16)로 배출된다. 따라서, 관경규제링부(6)의 하부에 전혀 공기층이 존재하지 않고, 전술의 공기층이 기포로 되어 튀고 용융관상박막(4)에 냉각 불균일에 의한 두께 불균일을 발생하는 문제를 없앨 수 있다.
본 발명을 이하의 실시예에 의하여 보다 상세히 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
실시예 1
나이론(6)을 수지 온도 260 ℃에서 압출구경 550 ㎜φ의 환상슬리트를 가지는 환상다이에서 용융관상박막을 압출하고, 도 1에 나타내는 형상의 냉각용 내부 만드렐(5)의 외경을 통하여 절첩(folding)롤군(23)에서 접은 후, 권치닙롤(take-up nip roll)(24)에 의하여 40 m/분으로 제막권치하였다.
사용한 냉각용 내부 만드렐은 도 2에 나타내는 관경규제링(6)의 어깨부의 최대경은 548 ㎜φ, 실링(15)의 최대경은 548 ㎜φ, 하부냉각부 내통(10a)의 배출구 조정 환상링은 500 ㎜φ이다.
또한, 20 ℃의 지하수를 내부 상부냉각액 도입공(19)에 2.3 t/시, 중부냉각액 도입공(20)에 1.0 t/시를 공급하였다.
한편, 하부냉각액 도입공(21)에 마찬가지로 20 ℃의 지하수를 3.0 t/시의 유량으로 공급하고, 하부냉각부 내통(10a)의 상부에 설치된 배출구 조정 환상링(11)과 관경규제링(6)의 밑부분의 틈 1.0 mm에서 유출시키고, 냉각액 배출구(16)로 배출하였다.
또한, 외부냉각조(22)에는 마찬가지로 20 ℃의 지하수를 4.5 t/시의 유량으로 공급하고 박막(4)의 외부 냉각을 하였다.
이상과 같이 하여 얻어진 평균두께 145 ㎛를 가지는 박막의 범위는 10 ㎛이고, 평면성도 투명성도 매우 양호하였다.
또한 운전을 개시하여 48 시간을 경과하여도 체류하는 공기층에 의한 문제없이 상기의 박막의 성능은 안정하였다.
비교예 1
실시예 1에서 도 2의 하부냉각부 내통(10a)를 대신하여 도 4의 하부냉각부(10)의 구조로 하고, 그 외는 실시예 1과 동일하게 관상박막(4)를 냉각하였고, 운전을 개시하여 10 시간후에 공기층에 의한 냉각 두께 불균일을 발생하였다. 또한, 40 시간후 공기층에 의한 관상박막(4)에 소공이 명확하고, 연신을 계속하는 것이 불가능하게 되었다.
이상 기술한 바와 같이, 본 발명의 내부 만드렐에서는 고속제막 운전중에서도 관상규제링 하부에 체류하는 공기층을 없애서 공기층에 의한 문제점을 방지하고, 장시간 안정한 두께나 평면성이 좋은 관상박막을 제조할 수 있다.
따라서, 냉각용 내부 만드렐을 이용한 관상법 제막설비에서 설비 전체의 효율 및 관상박막 또는 시트의 제조품질에 크게 기여한다.

Claims (2)

  1. 열가소성수지용 환상압출다이스의 하방에 결합되고, 다이의 환상슬리트에서 하향으로 압출되는 관상용융박막을 외부 환상냉각조와 병용하여 내측에서 냉각하는 직접냉각용 내부 만드렐에 있어서, 최하단부의 내부 냉각액을 관상용융박막에 대하여 대향류 방향으로 흘리는 것을 특징으로 하는 관상박막 냉각용 내부 만드렐.
  2. 제1항에 있어서, 최하단부의 내부 냉각액의 배출부에 있어서, 나사구조를 가지는 배출구 조정 환상링에서 하부 냉각액의 배출량 및 압력을 조정하는 것을 특징으로 하는 관상박막 냉각용 내부 만드렐.
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