KR100947718B1 - 용융수지의 다이팽창비 측정방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라스틱 수지의 용융 상태에서의 특성을 확인하기 위하여, 용융수지가 압출되어 형성된 용융 스트랜드의 영상을 촬영한 후 이 영상을 분석하여 용융 스트랜드의 두께 및 다이팽창비를 얻을 수 있도록 한 용융수지의 다이팽창비 측정방법 및 장치에 관한 것으로서,
용융수지의 다이팽창비 측정방법은, 용융 스트랜드 영상을 획득하기 전에 두께를 알고 있는 교정막대(40)를 이용하여 컴퓨터의 계산 프로그램을 교정하는 것을 특징으로 하고,
용융수지의 다이팽창비 측정장치는, 용융수지(10)가 저장된 실린더(11)와; 실린더(11)의 하단부에 설치되고 관통구멍이 형성된 다이(13)와; 실린더(11)의 상측에서 용융수지(10)를 가압하여 용융 스트랜드(15)를 형성하도록 하는 피스톤(12)과; 실린더(11)의 하단부가 삽입되고 용융 스트랜드(15)가 고화되지 않도록 일정한 내부 온도를 유지하는 챔버(20)와; 실린더(11)와 대향되도록 챔버(20)에 설치되어 용융 스트랜드(15)의 영상을 촬영하는 CCD 카메라(30)와; 챔버(20) 내에 설치되어 챔버(20)의 내부 온도를 일정하게 유지시키는 히터(25)와; CCD 카메라(30)로부터 전송된 영상을 기초로 하여 용융수지의 다이팽창비를 계산하는 컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 교정된 계산 프로그램을 통해 용융 스트랜드의 두께를 측정하게 되어 더욱 정확한 측정 결과를 얻을 수 있고, 챔버 내에서 용융 스트랜드가 고화되거 나 수축되지 않으므로 측정의 반복성 및 재현성이 우수하여, 측정 결과에 대한 신뢰성이 향상된다.
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용융수지, 다이팽창, 다이팽창비, 용융팽창, 스트랜드, 압출속도, 교정막대

Description

용융수지의 다이팽창비 측정방법 및 장치{Measurement Method of Direct Die Swell Raito for Melt State Resin and the Same Apparatus}
본 발명은 플라스틱 수지의 용융 상태에서의 특성을 확인하기 위하여 용융수지의 다이팽창비를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 용융수지가 압출되어 형성된 용융 스트랜드의 영상을 촬영한 후 이 영상을 분석하여 용융 스트랜드의 두께 및 다이팽창비를 얻을 수 있도록 한 용융수지의 다이팽창비 측정방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라스틱 제품의 디자인과 가공성은 플라스틱 수지의 용융 상태에서의 성질에 크게 영향을 받는다. 이러한 용융 상태의 고분자의 성질은 점성과 탄성으로 구분되는데, 점성은 플라스틱을 가공할 때 성형성에 주로 영향을 미치는 인자이고, 탄성은 성형체에 나타나는 현상을 주로 지배하게 된다.
한편, 용융상태의 플라스틱 수지는 압출기에서 빠져나오는 순간 압력의 저하에 따라 팽창하게 되는데, 이를 용융팽창이라 하며, 용융팽창의 정도는 점성과 탄성에 의해 결정된다. 이러한 이유로 플라스틱 수지의 용융팽창과 관련한 정보는 플라스틱 제품의 크기, 형태 및 품질을 디자인하는데 있어서 중요한 정보의 하나이 며, 업계에서는 플라스틱 재료의 용융팽창을 정확하게 측정하기 위한 노력을 기울여 왔다.
특히, 다이팽창(Die Swell)은 용융수지가 압출기 다이에서 빠져나오면서 직경이 확장되는 현상을 의미하며, 다이팽창비(DSR; Die Swell Ratio)는 압출기 다이의 출구 직경과 다이를 빠져나온 용융 스트랜드의 직경의 비율을 의미한다. 이러한 다이팽창비는 다이의 온도, 용융수지의 유속, 수지의 분자량 분포, 다이에서의 머무름 시간 등에 의해 큰 영향을 받는다.
즉, 생산성을 높이기 위하여 다이에서의 압출속도를 높이면, 전단변형과 전단응력이 증가하게 되고 용융 탄성 또한 증가하게 된다. 이러한 특성으로 인하여 플라스틱 완제품에서 일부분이 수축되거나 변형이 야기되어 제품 불량이 발생할 우려가 있다. 따라서, 실제 생산현장에서 다이의 압출속도를 변화시키는 것은 위험부담이 크다. 따라서, 이러한 현상을 예측하기 위해서는 용융팽창을 정확하게 측정할 수 있어야 한다.
기존 용융수지의 다이팽창비를 측정방법으로는, 도 1에 도시된 바와 같이 MI(Melt Index) 장비를 이용하는 방법과, 도 3에 도시된 모세관 유량계(Capillary Rheometer)를 이용하는 방법이 있다.
MI 장비를 이용한 다이팽창비 측정방법은, 용융수지가 저장된 실린더(51)의 피스톤에 무게 추(52)를 얹었을 때 상기 실린더(51)의 출구를 통해 빠져나오는 용융 스트랜드(53)를 상기 무게 추(52)의 무게별로 샘플링한 후, 샘플링된 용융 스트랜드(54)가 냉각된 후, 고화된 상태의 스트랜드(55) 두께를 측정함으로써, 용융수 지의 다이팽창비를 계산하는 방법이다.
이 방법에서는 보통 중량이 각각 2.16 ㎏, 5 ㎏, 10 ㎏인 무게 추(52) 각각에 대하여 3회의 반복 실험을 수행하고, 냉각후 고화된 스트랜드(55) 9개에 대하여 각 시료를 상·중·하로 구분한 상태에서 캘리퍼스 등의 측정기구를 이용하여 각각 앞뒤 두께 및 좌우 두께를 측정하고 있다. 따라서, 총 54회의 두께 측정이 필요하다.
그러나, 이 방법은 용융상태에서 냉각되어 고화된 스트랜드의 두께를 측정함에 따라 고화로 인한 수축이 발생하여 탄성이 소멸하고, 실제 가공영역의 다이팽창 현상에 대한 정확성이 미흡하며, 스트랜드의 수축과 변형으로 인해 반복 실험에서 도 2와 같이 그 결과가 달라지는 등 반복성이 떨어지고, 측정시간이 길어지는 문제점이 있다.
한편, 모세관 유량계를 이용한 다이팽창비 측정방법은, 융융수지(60)가 저장된 실린더(61)에 일정 크기의 관통공이 형성된 다이(63)를 설치하고, 피스톤(62)을 이용하여 상기 실린더(61)의 용융수지(60)를 상기 다이(63)의 관통공을 통해 압출함과 동시에 압출되는 용융 스트랜드(65)를 CCD 카메라(64)를 이용하여 촬영한 후, 촬영된 영상을 분석하여 다이팽창비를 계산하는 방법이다.
이 방법은 상기한 MI 장비를 이용한 다이팽창비 측정방법의 단점을 일부 보완하는 측면이 있으나, 피스톤의 스피드가 증가함에 따라 용융 스트랜드가 앞뒤 또는 좌우로 흔들리는 문제점이 있고, 용융 스트랜드가 실온에 노출되어 급격하게 냉각 및 수축될 수 있으며, 용융수지의 투명도가 낮을 경우에는 두께 측정이 부정확 하고, 용융수지의 점도가 낮은 경우에는 중력의 영향으로 상기 용융 스트랜드가 연신되어 정확한 다이팽창비를 구할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 용융 스트랜드의 영상을 획득하기 이전에 CCD 카메라의 초점을 조정하고 컴퓨터의 계산 프로그램을 교정함으로써, 용융 스트랜드의 두께를 정확하게 감지하고 더 정확한 다이팽창비를 얻을 수 있도록 한 용융수지의 다이팽창비 측정방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또, 본 발명은 유색의 용융 스트랜드를 형성하고 이를 조명하여 선명한 영상을 획득할 수 있도록 함으로써 더 정확한 측정결과를 얻을 수 있도록 한 용융수지의 다이팽창비 측정방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 용융수지를 압출시키는 피스톤 스피드를 변화시키면서 용융 스트랜드의 두께를 연속적으로 측정함으로써, 그 결과에 따라 최적의 생산 속도를 결정할 수 있도록 한 용융수지의 다이팽창비 측정방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또, 본 발명은 용융 스트랜드의 두께는 물론 피스톤 스피드에 따른 용융 스트랜드의 두께변화와 전단속도 및 그에 따른 다이팽창비의 변화를 모두 측정하여 다양한 데이터를 확보할 수 있도록 한 용융수지의 다이팽창비 측정방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 챔버 내부의 온도를 일정하게 유지하여 용융 수지가 압출되어 형성되는 용융 스트랜드가 수축되지 않도록 함으로써 신뢰성이 있는 측정 결과 를 얻을 수 있도록 한 용융수지의 다이팽창비 측정방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또, 본 발명은 다이를 빠져나온 용융 스트랜드가 흔들리지 않도록 하여 더 선명한 영상을 획득하도록 함으로써, 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 용융수지의 다이팽창비 측정방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 용융 스트랜드가 형성되는 챔버의 크기를 제한하여 용융 스트랜드가 중력에 의해 연신되지 않도록 함으로써 신뢰성이 있는 측정 결과를 얻을 수 있도록 한 용융수지의 다이팽창비 측정방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 실린더에 고분자 수지 펠릿을 투입하여 용융시키는 용융수지 생성단계와; 상기 실린더 내부의 용융수지를 다이를 통해 압출하면서 용융 스트랜드의 영상을 CCD 카메라로 촬영하여 컴퓨터로 전송하는 용융 스트랜드 영상 획득단계와; 상기 컴퓨터의 계산 프로그램을 이용하여 다이팽창비를 계산하는 다이측정비 계산단계;를 포함하는 용융수지의 다이팽창비 측정방법에 있어서, 상기 용융 스트랜드 영상 획득단계 이전에 두께를 알고 있는 교정막대를 이용하여 상기 컴퓨터의 계산 프로그램을 교정하는 프로그램 교정단계;를 수행하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 용융 수지의 다이팽창비 측정방법에 따르면, 상기 프로그램 교정단계는, 상기 교정막대를 상기 CCD 카메라의 정면에 설치하고, 상기 컴퓨터로 입력된 교정막대의 영상을 확인하면서 상기 CCD 카메라의 렌즈를 조절하여 초점을 맞춘 후, 상기 CCD 카메라의 셔터 스피드를 10,000~15,000㎲으로 설정하여 상기 교정막대를 촬영하면서 계산 프로그램의 영상-두께 관계를 교정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정방법에 따르면, 상기 용융수지 형성단계에서 유색안료를 추가로 투입하여 교반한 후 수지를 용융시키고, 상기 용융 스트랜드 영상 획득단계에서는 HID 조명장치로 조명하면서 상기 용융 스트랜드를 촬영하여 정확한 영상을 획득하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정방법에 따르면, 상기 용융 스트랜드 영상 획득단계는, 용융수지를 다이를 통해 압출하여 용융 스트랜드를 형성한 후, 상기 용융 스트랜드를 HID 조명장치로 조명하면서 상기 CCD 카메라로 촬영하여, 촬영된 영상을 상기 컴퓨터로 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정방법에 따르면, 상기 용융 스트랜드 영상 획득단계는, 상기 실린더의 용융수지를 압출시키는 피스톤의 스피드를 10~200㎜/min 범위에서 단계적으로 상승시키면서 용융 스트랜드의 영상을 연속적으로 획득하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정방법에 따르면, 상기 다이팽창비 계산단계는, 컴퓨터의 계산 프로그램을 이용하여 상기 용융 스트랜드의 영상으로부터 그 두께를 계산함과 아울러 피스톤 스피드에 따른 용융 스트랜드의 두께 변화를 동시에 계산하고, 전단속도 및 그에 따른 다이팽창비를 계산하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 의한 용융수지의 다이팽창비 측정장치는, 내부에 용융수지가 저장된 실린더와; 상기 실린더의 하단부에 설치되고 일정 크기의 관통구멍이 형성된 다이와; 상기 실린더의 상측에서 용융수지를 가압하여 상기 다이의 관통구멍을 통해 용융수지가 압출되어 용융 스트랜드를 형성하도록 하는 피스톤과; 상기 실린더의 하단부가 삽입되고 압출된 용융 스트랜드가 고화되지 않도록 일정한 내부 온도를 유지하는 챔버와; 상기 실린더와 대향되도록 상기 챔버에 설치되어 용융 스트랜드의 영상을 촬영하는 CCD 카메라와; 상기 챔버 내에 설치되어 상기 챔버의 내부 온도를 일정하게 유지시키는 히터와; 상기 CCD 카메라로부터 전송된 영상을 기초로 하여 용융수지의 다이팽창비를 계산하는 컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정장치는, 상기 챔버의 내부에 설치되어 용융 스트랜드를 조명하는 HID 조명장치와, 상기 HID 조명장치의 조명 방향을 조정하기 위한 조명 조절판을 더 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정장치는, 상기 챔버의 내부에 설치되어 상기 실린더로부터 압출되는 용융 스트랜드가 상기 다이를 빠져나오면서 좌우 및 앞뒤로 흔들리지 않도록 안내하는 복수개의 가이드 롤을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정장치에 따르면, 상기 CCD 카메라에 의해 획득되는 영상신호의 해상도가 향상되도록 상기 CCD 카메라의 전면에 렌즈를 추가 설치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정장치에 따르면, 상기 챔버는 상기 용융 스트랜드가 중력에 의해 연신되지 않도록 용융 스트랜드가 바닥에 닿는 높이가 20㎝ 범위에 있도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정방법에 따르면, 용융 스트랜드를 촬영한 영상을 분석하여 용융 스트랜드의 두께를 측정하기 전에 컴퓨터의 계산 프로그램을 교정하게 되므로 더욱 정확한 측정 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또, 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정방법에 따르면, 유색의 용융 스트랜드를 형성하고 이를 조명하여 촬영함으로써 더욱 선명한 영상을 확보할 수 있고, 그에 따라 측정의 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정방법에 따르면, 용융 스트랜드를 촬영한 영상을 컴퓨터로 전송하여 그 두께를 계산하고 피스톤의 스피드를 단계적으로 상승시키면서 연속적으로 촬영하게 되므로, 다양한 측정 데이터를 얻을 수 있고 측정 결과에 대한 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정장치에 따르면, 히터 등을 이용하여 용융 스트랜드가 형성되는 챔버의 내부 온도를 일정하게 유지하게 되므로 용융 스트랜드가 고화되거나 수축되지 않아 측정의 반복성 및 재현성이 우수한 효과가 있다.
또, 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정장치에 따르면, HID 조명장치 및 조명 조절판을 이용하여 용융 스트랜드를 정확하게 조명할 수 있으므로, 더욱 선명 한 영상을 확보함과 아울러 용융 스트랜드의 두께를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정장치에 따르면, 복수개의 가이드 롤 사이로 용융 스트랜드가 통과하도록 하여 다이를 빠져나온 용융 스트랜드의 흔들림을 감소시키게 되므로, 흔들림이 없는 영상으로부터 정확한 용융 스트랜드의 두께를 측정할 수 있는 효과가 있다.
또, 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정장치에 따르면, CCD 카메라의 전면에 렌즈가 추가 설치되어 CCD 카메라에 의해 획득되는 영상신호의 해상도가 향상되므로, 용융 스트랜드의 두께를 더욱 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또, 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정장치에 따르면, 용융 스트랜드가 중력에 의해 연신되지 않도록 챔버의 크기를 제한하게 되므로, 변형이 없는 용융 스트랜드의 영상을 확보할 수 있어 측정의 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 용융수지의 다이팽창비 측정방법 및 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 의한 용융수지의 다이팽창비 측정방법이 도시된 순서도이고, 도 5는 본 발명에 의한 용융수지의 다이팽창비 측정장치가 도시된 구성도이며, 도 6은 본 발명의 다이팽창비 측정을 위한 교정장치가 도시된 구성도이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 측정방법을 이용하여 피스톤 스피드에 따른 용융 스트랜드의 두께를 측정한 결과가 도시된 그래프이고, 도 8은 본 발명의 측정방법을 이용하여 전 단속도에 따른 다이팽창비를 계산한 결과가 도시된 그래프이다.
본 발명에 의한 용융수지의 다이팽창비 측정방법은, 실린더(11)에 고분자 수지 펠릿와 적색의 안료를 투입하여 교반 및 용융시키는 용융수지 생성단계와; 상기 실린더(11) 내부의 용융수지(10)를 다이(13)를 통해 압출하면서 용융 스트랜드(15)의 영상을 CCD 카메라(30)로 촬영하여 컴퓨터(도시 생략)로 전송하는 용융 스트랜드 영상 획득단계와; 상기 컴퓨터의 계산 프로그램을 이용하여 다이팽창비를 계산하는 다이측정비 계산단계;를 포함하며, 상기 용융 스트랜드 영상 획득단계 이전에 두께를 알고 있는 교정막대(40)를 이용하여 상기 컴퓨터의 계산 프로그램을 교정하는 프로그램 교정단계;를 수행하도록 한다.
여기서, 상기 프로그램 교정단계는, 상기 컴퓨터에 연결된 어댑터(45)를 이용하여 상기 CCD 카메라(30)를 지지한 상태에서 상기 교정막대(40)를 상기 CCD 카메라(30)의 정면에 설치하고, 상기 컴퓨터로 입력된 상기 교정막대(40)의 영상을 확인하면서 상기 CCD 카메라(30)의 렌즈(35)를 조절하여 초점을 맞춘 후, 상기 CCD 카메라(30)의 셔터 스피드를 10,000~15,000㎲으로 설정하여 상기 교정막대(40)를 촬영하면서 교정 프로그램 등을 이용하여 계산 프로그램의 영상-두께 관계를 교정하게 된다.
그리고, 상기 용융 스트랜드 영상 획득단계에서는 더 정확한 영상을 획득할 수 있도록 HID 조명장치(21)로 조명하면서 용융 스트랜드(15)를 촬영한다. 즉, 상기 용융 스트랜드 영상 획득단계는, 용융수지(10)를 다이(13)를 통해 압출하여 용융 스트랜드(15)를 형성한 후, 상기 용융 스트랜드(15)를 HID 조명장치(21)로 조명 하면서 상기 CCD 카메라(30)로 촬영하여, 촬영된 영상을 상기 컴퓨터로 전송하는 것이다.
이때, 상기 실린더(11)의 용융수지(11)를 압출시키는 피스톤(12)의 스피드를 10~200㎜/min 범위에서 단계적으로 상승시키면서 상기 용융 스트랜드(15)의 영상을 연속적으로 획득하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 다이팽창비 계산단계는, 컴퓨터의 계산 프로그램을 이용하여 상기 용융 스트랜드(15)의 영상으로부터 그 두께를 계산함과 아울러 피스톤 스피드에 따른 용융 스트랜드(15)의 두께 변화를 동시에 계산하고, 전단속도 및 그에 따른 다이팽창비를 계산한다.
이상의 방법을 적용하기 위한 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정장치는, 내부에 용융수지(10)가 저장된 실린더(11)와; 상기 실린더(11)의 하단부에 설치되고 일정 크기의 관통구멍이 형성된 다이(13)와; 상기 실린더(11)의 상측에서 용융수지(10)를 가압하여 상기 다이(13)의 관통구멍을 통해 용융수지(10)가 압출되어 용융 스트랜드(15)를 형성하도록 하는 피스톤(12)과; 상기 실린더(11)의 하단부가 삽입되고 압출된 용융 스트랜드(15)가 고화되지 않도록 일정한 내부 온도를 유지하는 챔버(20)와; 상기 챔버(20)의 내부에 설치되어 용융 스트랜드(15)를 조명하는 HID 조명장치(21)와; 상기 HID 조명장치(21)의 조명 방향을 조정하기 위한 조명 조절판(23)와; 상기 챔버(20)의 내부에 설치되어 상기 실린더(11)로부터 압출되는 용융 스트랜드(15)가 상기 다이(13)를 빠져나오면서 좌우 및 앞뒤로 흔들리지 않도록 안내하는 복수개의 가이드 롤(27)과; 상기 실린더(11)와 대향되도록 상기 챔 버(20)에 설치되어 용융 스트랜드(15)의 영상을 촬영하는 CCD 카메라(30)와; 상기 CCD 카메라(30)의 전면에 설치되어 획득되는 영상신호의 해상도가 향상되도록 하는 렌즈(35)와; 상기 챔버(20) 내에 설치되어 상기 챔버(20)의 내부 온도를 일정하게 유지시키는 히터(25)와; 상기 CCD 카메라(30)로부터 전송된 영상을 기초로 하여 용융수지의 다이팽창비를 계산하는 컴퓨터;를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 챔버(20)는 상기 용융 스트랜드(15)가 중력에 의해 연신되지 않도록 상기 용융 스트랜드(15)가 바닥에 닿는 높이를 20㎝로 하는 것이 바람직하다. 물론 상기 용융 스트랜드(15)가 충분하게 형성될 수 있도록 상기 챔버(20)의 전체 높이를 설정해야 함은 당연하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 용융수지의 다이팽창비 측정방법 및 장치는, 용융 스트랜드의 영상으로부터 용융 스트랜드의 두께를 계산하여 용융수지의 다이팽창비를 측정하게 된다.
용융수지의 다이팽창비를 측정하기 전에, CCD 카메라(30)에 의해 촬영된 영상으로부터 용융 스트랜드(15)의 두께를 정확하게 계산하기 위하여, 컴퓨터의 계산 프로그램에서의 영상-두께 관계를 교정한다. 즉, 두께를 알고 있는 교정막대(40)를 CCD 카메라(30)의 정면에 설치하여 CCD 카메라(30)로 촬영하고, 컴퓨터의 프로그램으로 들어오는 상기 교정막대(40)의 영상을 확인하면서 상기 CCD 카메라(30)의 전방에 설치된 렌즈(35)를 조절하여 초점을 맞춘다. 이어 상기 CCD 카메라(30)의 셔터 스피드를 10,000~15,000㎲으로 설정한 후, 교정 프로그램 등을 이용하여 계산 프로그램의 영상-두께 관계를 교정하는 것이다.
이상의 과정을 통해 컴퓨터의 계산 프로그램에 대한 교정이 완료되면, 상기 CCD 카메라(30)를 이용하여 용융 스트랜드(15)를 촬영하고, 그 영상으로부터 용융 스트랜드(15)의 두께를 계산한다.
먼저, 고분자 수지의 펠릿 및 파우더 60~70g과 붉은색 안료 10~20㎎을 잘 흔들어 섞은 후 실린더(11)에 투입하고, 일정 온도로 약 5~6분 동안 가열하여 녹임으로써 용융수지(10)를 생성한다. 이어 피스톤(12)의 스피드를 10~200㎜/min 범위에서 단계적으로 상승시키면서 다이(13)를 통해 용융수지(10)를 압출한다.
상기 피스톤(12)에 의해 압출되어 형성된 용융 스트랜드(15)는 탄성의 효과 때문에 상기 다이(13)를 빠져나오면서 좌우 및 앞뒤로 흔들리게 되는데, 챔버(20) 내에 설치된 복수의 가이드 롤(27)로 인해 상기 용융 스트랜드(15)의 흔들림이 최소화된다. 즉, 상기 가이드 롤(27) 사이로 상기 용융 스트랜드(15)가 통과하게 되어 상기 용융 스트랜드(15)의 흔들림이 감소하며, 그로 인해 흔들림이 없는 용융 스트랜드(15)의 영상을 확보할 수 있게 된다.
이때, HID 조명장치(21)에 의해 발생된 빛이 상기 용융 스트랜드(15)를 비추게 되는데, 붉은 색의 안료를 투입하여 용융수지(10)를 생성하였으므로 붉게 채색된 용융 스트랜드(15)의 형상이 선명하게 드러나게 된다. 이 상태에서 상기 CCD 카메라(30)를 이용하여 상기 용융 스트랜드(15)를 촬영하고, 그 영상을 컴퓨터로 전송한다. 물론, 상기 HID 조명장치(21)의 빛이 상기 용융 스트랜드(15)를 정확하게 비추도록 해야 하며, 이를 위해서 상기 챔버(20) 내에 설치된 조명 조절판(23)을 조절한다.
이때, 상기 챔버(20) 내에 설치된 히터(25)의 작용으로 상기 챔버(20) 내의 온도가 일정하게 유지되므로, 상기 용융 스트랜드(15)가 고화되거나 수축하지 않게 된다. 그리고, 상기 챔버(20)의 높이를 상기 용융 스트랜드(15)가 중력에 의해 연신되지 않도록 설정하고 있으므로, 상기 용융 스트랜드(15)가 변형되지 않은 상태로 촬영된다.
이후, 상기 컴퓨터는 계산 프로그램을 이용하여 촬영된 용융 스트랜드(15)의 영상에 대응하는 용융 스트랜드(15)의 두께를 계산하며, 상기 다이(13)의 출구 직경(D)과 계산된 상기 용융 스트랜드(15)의 두께(T)로부터 용융수지의 다이팽창비(DSR)를 얻게 된다. 이를 수학식으로 나타내면 하기의 수학식 1과 같다.
Figure 112008026914611-pat00002
이때, 상기 피스톤(12)의 스피드를 점진적으로 변화시키면서 상기 용융 스트랜드(15)의 두께를 측정하게 되며, 그 결과 도 7과 같은 피스톤 스피드(PS)의 변화에 따른 용융 스트랜드의 두께 변화를 확인할 수 있었다. 상기한 도 7에 따르면, 상기 피스톤(12)의 스피드를 점진적으로 변화시킬 때, 상기 용융 스트랜드(15)의 두께가 일정한 파장을 이루면서 변화되는 것을 알 수 있다. 따라서, 각 피스톤 스피드(PS) 별로 용융 스트랜드(15)의 두께를 평균하여 다이팽창비를 계산하는 것이다.
이어, 하기의 수학식 2에 따라 용융수지의 전단속도(SR; Shear Rate)를 구하 고, 각 전단속도별로 다이팽창비를 측정한 결과, 도 8의 그래프와 같은 결과를 얻을 수 있었다.
Figure 112008026914611-pat00003
여기서, Q는 용융수지의 유량, A는 실린더의 단면적, R은 실린더의 반지름, r은 다이의 출구 반지름, v는 피스톤의 스피드이다.
이상의 방법 및 장치를 이용하여 용융수지의 다이팽창비를 측정한 결과, 기존의 측정방법에 비해 시료 1종당 약 1시간 30분 정도의 시간이 단축되었고, 측정 데이터의 반복성 및 재현성에 있어서는 기존의 측정방법에 비해 2배 이상 향상된 결과를 나타냈다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
도 1은 종래의 MI 장비를 이용한 다이팽창비 측정 형태가 도시된 공정도.
도 2는 종래의 MI 장비를 이용한 다이팽창비 측정 결과가 도시된 그래프.
도 3은 종래의 다이팽창비 측정을 위한 모세관 유량계의 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 용융수지의 다이팽창비 측정방법이 도시된 순서도.
도 5는 본 발명에 의한 용융수지의 다이팽창비 측정장치가 도시된 구성도.
도 6은 본 발명의 다이팽창비 측정을 위한 교정장치가 도시된 구성도.
도 7은 본 발명의 측정방법을 이용하여 피스톤 스피드에 따른 용융 스트랜드의 두께를 측정한 결과가 도시된 그래프.
도 8은 본 발명의 측정방법을 이용하여 전단속도에 따른 다이팽창비를 계산한 결과가 도시된 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 용융수지 11: 실린더
12: 피스톤 13: 다이
15: 용융 스트랜드 20: 챔버
21: HID 조명 23: 조명 조절판
25: 히터 27: 가이드 롤
30: CCD 카메라 35: 렌즈
40: 교정 막대 45: 어댑터

Claims (11)

  1. 실린더(11)에 고분자 수지 펠릿을 투입하여 용융시키는 용융수지 생성단계와;
    상기 실린더(11) 내부의 용융수지(10)를 다이(13)를 통해 압출하면서 용융 스트랜드(15)의 영상을 CCD 카메라(30)로 촬영하여 컴퓨터로 전송하는 용융 스트랜드 영상 획득단계와;
    상기 컴퓨터의 계산 프로그램을 이용하여 다이팽창비를 계산하는 다이측정비 계산단계;를 포함하는 용융수지의 다이팽창비 측정방법에 있어서,
    상기 용융 스트랜드 영상 획득단계 이전에 두께를 알고 있는 교정막대(40)를 이용하여 상기 컴퓨터의 계산 프로그램을 교정하는 프로그램 교정단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 용융 수지의 다이팽창비 측정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로그램 교정단계는, 상기 교정막대(40)를 상기 CCD 카메라(30)의 정면에 설치하고, 상기 컴퓨터로 입력된 상기 교정막대(40)의 영상을 확인하면서 상기 CCD 카메라(30)의 렌즈(35)를 조절하여 초점을 맞춘 후, 상기 CCD 카메라(30)의 셔터 스피드를 10,000~15,000㎲으로 입력하여 상기 교정막대(40)를 촬영하면서 계산 프로그램의 영상-두께 관계를 교정하는 것을 특징으로 하는 용융수지의 다이팽창비 측정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용융수지 형성단계에서 유색안료를 추가로 투입하여 교반한 후 수지를 용융시키고, 상기 용융 스트랜드 영상 획득단계에서는 HID 조명장치(21)로 조명하면서 용융 스트랜드(15)를 촬영하여 정확한 영상을 획득하도록 하는 것을 특징으로 하는 용융수지의 다이팽창비 측정방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용융 스트랜드 영상 획득단계는, 용융수지(10)를 다이(13)를 통해 압출하여 용융 스트랜드(15)를 형성한 후, 상기 용융 스트랜드(15)를 HID 조명장치(21)로 조명하면서 상기 CCD 카메라(30)로 촬영하여, 촬영된 영상을 상기 컴퓨터로 전송하는 것을 특징으로 하는 용융수지의 다이팽창비 측정방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 용융 스트랜드 영상 획득단계는, 상기 실린더(11)의 용융수지(11)를 압출시키는 피스톤(12)의 스피드를 10~200㎜/min 범위에서 단계적으로 상승시키면서 상기 용융 스트랜드(15)의 영상을 연속적으로 획득하는 것을 특징으로 하는 용융수지의 다이팽창비 측정방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다이팽창비 계산단계는, 컴퓨터의 계산 프로그램을 이용하여 상기 용융 스트랜드(15)의 영상으로부터 그 두께를 계산함과 아울러 피스톤 스피드에 따른 용융 스트랜드(15)의 두께 변화를 동시에 계산하고, 전단속도 및 그에 따른 다이팽창비를 계산하는 것을 특징으로 하는 용융수지의 다이팽창비 측정방법.
  7. 내부에 용융수지(10)가 저장된 실린더(11)와; 상기 실린더(11)의 하단부에 설치되고 일정 크기의 관통구멍이 형성된 다이(13)와; 상기 실린더(11)의 상측에서 용융수지(10)를 가압하여 상기 다이(13)의 관통구멍을 통해 용융수지(10)가 압출되어 용융 스트랜드(15)를 형성하도록 하는 피스톤(12)과; 상기 실린더(11)의 하단부가 삽입되고 압출된 용융 스트랜드(15)가 고화되지 않도록 일정한 내부 온도를 유지하는 챔버(20)와; 상기 실린더(11)와 대향되도록 상기 챔버(20)에 설치되어 용융 스트랜드(15)의 영상을 촬영하는 CCD 카메라(30)와; 상기 챔버(20) 내에 설치되어 상기 챔버(20)의 내부 온도를 일정하게 유지시키는 히터(25)와; 상기 CCD 카메라(30)로부터 전송된 영상을 기초로 하여 용융수지의 다이팽창비를 계산하는 컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융수지의 다이팽창비 측정장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 챔버(20)의 내부에 설치되어 용융 스트랜드(15)를 조명하는 HID 조명장치(21)와, 상기 HID 조명장치(21)의 조명 방향을 조정하기 위한 조명 조절판(23)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 용융수지의 다이팽창비 측정장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 챔버(20)의 내부에 설치되어 상기 실린더(11)로부터 압출되는 용융 스트랜드(15)가 상기 다이(13)를 빠져나오면서 좌우 및 앞뒤로 흔들리지 않도록 안내하는 복수개의 가이드 롤(27)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융수지의 다이팽창비 측정장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 CCD 카메라(30)에 의해 획득되는 영상신호의 해상도가 향상되도록 상기 CCD 카메라(30)의 전면에 렌즈(35)를 추가 설치하는 것을 특징으로 하는 용융수지의 다이팽창비 측정장치.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버(20)는 상기 용융 스트랜드(15)가 중력에 의해 연신되지 않도록 상기 용융 스트랜드(15)가 바닥에 닿는 높이를 20㎝로 한 것을 특징으로 하는 용융수지의 다이팽창비 측정장치.
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