KR101142095B1 - 인장 유동학을 기초로 한 거대분자 물질의 가소화 방법과 운반 방법 및 장치 - Google Patents

인장 유동학을 기초로 한 거대분자 물질의 가소화 방법과 운반 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인장 유동학을 기초로 한 거대분자 물질의 가소화 및 운반 방법에 관한 것이다. 특정한 기하학적 형태를 구비한 공간들의 한 세트가 형성되며; 공간들의 부피는 주기적으로 증가하고 감소하여 공간 부피가 증가할 때 물질이 공간 속로 흘러가고; 부피가 감소할 때 물질이 압축되고, 가소화되고 방출되어, 가소화 및 운반 공정은 수직 응력 하에 놓인다. 날개형 가소화 및 운반 장치는 원통의 속 빈 고정자; 고정자의 내부 공간에 편심적으로 설치된 기둥 회전자, 직사각형 슬롯의 그룹이 회전자의 둘레를 따라 형성된다; 및 고정자의 양면 상에 장착된 슬롯과 방지 장치 내에 평평하게 배열된 복수의 날개를 주로 포함한다. 고정자의 내부 표면, 회전자의 외부 표면, 두 개의 날개, 및 두 개의 방지 장치가 둘러싸여 특정한 기하학적 형태를 구비한 공간을 형성한다. 날개형 가소화 및 운반 장치 및 여러 스크루형 압출 장치 또는 여러 플런저형 주입 장치는 결합하여 압출기 또는 주입기의 날개형 가소화 및 주입 장치를 형성한다. 본 발명은 짧은 물질 열-기계적 이력, 낮은 에너지 소비, 넓은 적응성 및 적은 부피를 특징으로 한다.
거대분자 물질, 인장 유동, 가소화 장치, 운반 장치

Description

인장 유동학을 기초로 한 거대분자 물질의 가소화 방법과 운반 방법 및 장치 {Method for plasticating and conveying macromolecular materials based on elongation rheology and equipment thereof}
본 발명은 거대분자 물질을 가소화하고 운반하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 인장 유동학을 기초로 한 거대분자 물질을 가소화하고 운반하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
거대분자 물질 가공은 에너지 소비가 많은 공정이다. 보통, 스크루형 압출기와 스크루형 주입 장치와 같은 스크루 기계류가 사용된다. 플라스틱 물질은 압출, 주입 또는 캘린더링의 처리 동안, 운반, 용해 및 가소화의 공정으로 진행되어야 하며, 이 공정이 거대분자 물질 처리의 에너지 소비의 대부분을 차지한다. 스크루 기계류에서, 물질의 가소화 및 운반은 스크루가 회전하는 동안 끌림 효과에 주로 의존하며, 고형물 운반은 마찰에 의존하며, 용해물 운반은 점성에 의존하고, 물질의 속도 기울기는 유동과 변형의 방향에 직각이며, 이런 유동과 변형은 전단 응력에 주로 영향을 받는다. 따라서, 널리 사용된 현재 스크루 기계류는 전단 유동학을 기초로 한 거대분자 물질의 스크루형 가소화 및 운반 장치라고 생각할 수 있고 가소화 및 운반의 능력은 물질의 내부 마찰 및 물질과 물질 통의 표면 사이의 마찰에 크게 의존한다는 것은 불가피하다. 이런 두 문제는 물질의 물리적 특성과 제조하는 동안 공정 조건에 의존한다. 스크루 기계류에서, 통과 물질 사이의 마찰을 증가시키는 물질 통의 고형물 운반부 상에 홈들을 제공하고, 스크루의 길이 및/지름 비율을 확대하고 스크루 구조를 최적화하는 것과 같은 방법들은 상기 문제를 해결하기 위해 주로 채택된다. 그러나, 이런 방법들은 열-기계적 이력, 에너지 소비 및 장치의 부피 등의 증가를 초래할 수 있다.
동적 처리 기술은 물질의 열-기계적 이력을 단축하고 처리하는 동안 물질의 유동 저항을 감소시켜, 가소화 및 운반의 에너지 소비가 감소하고 가소화 능력이 향상된다. 그러나, 거대분자 물질을 위한 동적 처리 장치는 필수적으로 스크루형 장치이고 여기서 물질의 가소화 및 운반은 전단 유동학을 기초로 하기 때문에, 가소화 및 운반의 능력이 물질과 물질 통의 내부 표면 사이의 마찰 및 물질의 내부 마찰에 크게 의존하는 문제를 극복하지 못한다. 따라서, 가소화 및 운반의 에너지 소비의 감소 및 가소화 및 운반의 능력의 향상은 매우 제한적이다.
종래 기술의 단점들을 고려하면, 본 발명의 목적은 처리하는 동안 긴 열-기계적 이력 및 높은 에너지 소비의 상기 문제를 해결하는 인장 유동학을 기초로 한 거대분자 물질의 가소화 및 운반 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 인장 유동학을 기초로 한 거대분자 물질을 가소화 및 운반하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 인장 유동학을 기초로 한 거대분자 물질을 가소화 및 운반하기 위한 방법에서, 특정한 기하학적 형태를 구비한 공간들의 한 세트가 형성되며; 공간들의 부피는 주기적으로 증가하고 감소하여 공간 부피가 증가할 때 물질이 공간 속으로 흘러가고; 부피가 감소할 때 물질이 압축되고, 가소화되고 방출된다. 한편 물질은 가소화 및 운반의 전체 공정 동안 주로 수직 응력 하에 놓인다.
상기 방법을 성취하기 위한 장치는 다음 구조이다: 날개형 가소화 및 운반 장치는 원통의 속 빈 고정자; 고정자의 내부 공간에 편심적으로 설치된 기둥 회전자, 여기서 직사각형 슬롯의 그룹이 회전자의 둘레를 따라 형성된다; 및 슬롯 내에 평평하게 배열되고 반지름 방향을 따라 자유롭게 이동할 수 있는 복수의 날개를 주로 포함한다. 고정자의 각 말단에 고정자와 중심을 공유하는 하나의 방지 장치가 설치되어 물질의 유동 방향을 제어한다. 날개형 가소화 및 운반 장치에서, 고정자와 회전자 사이의 편심거리는 조절할 수 있고 고정자의 내부 공간의 반경과 회전자의 반경 사이의 차이보다 작고 영보다 크다. 고정자의 내부 표면, 회전자의 외부 표면, 두 개의 날개, 및 두 개의 방지 장치가 둘러싸여 특정한 기하학적 형태를 구비한 공간을 형성한다. 회전자가 회전할 때, 회전자의 지름 상의 한 쌍의 날개는 날개의 외부 상부 표면이 고정자의 내부 표면에 의해 제한되기 때문에 회전자의 둘레를 따라 형성된 직사각형 슬롯 내에서 왕복 반지름방향 운동을 하며; 결과적으로 밀폐된 공간의 부피는 주기적으로 증가하고 감소한다. 공간 부피가 증가할 때, 물질은 공간 속으로 서서히 흘러가고; 반면 부피가 감소할 때, 물질은 주로 수직 응력 하의 공간에서 연마되고, 압축되고 방출되고; 고정자를 외부에서 가열하면서 가소화되고 용해되고 마지막으로 빠져나온다. 따라서, 전체 가소화 및 운반 공정은 매우 짧은 열-기계적 이력으로 완료된다. 공정 동안, 공간의 부피는 물질이 통과하는 단면적의 크기와 동시에 변하며, 따라서 물질의 속도 기울기는 주로 수직 응력에 영향을 받는 유동과 변형의 방향에 평행하다. 따라서 이 가소화 및 운반 공정은 인장 유동학을 기초로 한다. 복수의 날개형 가소화 및 운반 장치는 연속해서 결합되어 날개형 가소화 및 운반 압출기를 형성할 수 있다. 다양한 형태의 압출기 또는 주입기의 날개형 가소화 및 주입 장치는 날개형 가소화 및 운반 장치 및 다양한 스크루형 압출 장치 또는 플런저형 주입 장치로 구성될 수 있다.
인장 유동학을 기초로 한 거대분자 물질을 가소화 및 운반하는 방법 및 장치는 전통적인 가소화 및 운반 장치에서, 가소화 및 운반 능력이 물질과 통 표면 사이의 마찰 및 물질의 내부 마찰에 크게 의존한다는 단점을 극복한다. 스크루형 가소화 및 운반 기술 및 장치와 비교해서, 본 발명은 다음 장점을 가진다:
1. 열-기계적 이력이 크게 짧아지고; 가소화 및 운반 처리 동안 에너지 소비가 감소한다;
2. 가소화 및 운반 공정은 정 변위의 특성을 나타내는 특이적 형태의 부피 변화를 통해 완성되며 효율이 높다;
3. 가소화 및 운반 공정은 매우 짧은 열-기계적 이력에서 완료되고, 장치는 훨씬 소형 구조를 가진다;
4. 가소화 및 운반의 능력은 물질의 물리적 특성과 무관하며; 가소화 및 운반의 안정성은 향상되고; 장치는 더 많은 물질에 적합하다.
도 1은 물질이 방지 장치의 주입구를 통해 장치로 흘러가는 날개형 가소화 및 운반 장치의 개략적 구조이다;
도 2는 F-F 라인을 따라, 도 1에 도시된 날개형 가소화 및 운반 장치의 단면도이다;
도 3은 물질이 고정자의 주입구를 통해 장치로 흘러가는 날개형 가소화 및 운반 장치의 개략적 구조이다;
도 4는 G-G 라인을 따라, 도 3에 도시된 날개형 가소화 및 운반 장치의 단면도이다;
도 5는 날개형 가소화 압출기의 개략적 구조이다;
도 6은 H-H 라인을 따라, 도 5에 도시된 압출기의 단면도이다;
도 7은 날개형 가소화 및 운반 장치 및 스크루와 결합된 압출기의 개략적 구조이다;
도 8은 날개형 가소화 및 주입 장치의 개략적 구조이다.
본 발명의 많은 태양은 첨부된 도면을 참조하여 다음 실시예들에서 더욱 잘 이해될 수 있다.
실시예 1
도 1 및 도 2를 참조하면, 날개형 가소화 및 운반 장치는 원통의 내부 공간을 구비한 고정자(1); 고정자의 내부 공간에 편심적으로 설치된 기둥 회전자(2), 여기서 직사각형 슬롯의 그룹이 회전자의 둘레를 따라 형성된다; 및 슬롯 내에 평평하게 배열되고 반지름 방향을 따라 자유롭게 이동할 수 있는 복수의 날개(3); 고정자(1)의 양 말단에 장착된 방지 장치(4,5)를 포함한다. 회전자(2)는 속 빈 고정자(1) 내에 편심적으로 설치되고, 고정자(1)와 회전자(2) 사이의 편심거리는 조절할 수 있고 고정자의 내부 공간의 반경과 회전자의 반경 사이의 차이보다 작고 영보다 크다. 날개(3)는 직사각형 슬롯 내에 쌍으로 장착되고, 두 날개의 내부 바닥은 서로 접촉되며, 외부 상부 표면은 고정자의 내부 표면과 접촉된다. 회전자(2)가 반시계 방향으로 회전할 때, 회전자(2)의 지름 상의 한 쌍의 날개(3)는 날개의 외부 상부 표면이 고정자의 내부 표면에 의해 제한되기 때문에 회전자의 둘레를 따라 형성된 직사각형 슬롯 내에서 왕복 반지름방향 운동을 하며; 결과적으로 고정자(1)의 내부 표면, 회전자(2)의 외부 표면, 날개(3) 및 방지 장치(4,5)에 의해 한정된 밀폐된 공간의 부피는 주기적으로 증가하고 감소한다. 부피는 날개(3)가 회전자(2)의 섹션(C) 밖으로 서서히 이동할 때 증가하며; 날개(3)가 회전자(2)의 섹션(D) 속으로 서서히 이동할 때 감소한다. 부피가 증가할 때, 거대분자 물질은 방지 장치(4)의 주입구(A)를 통해 흐르고; 부피가 감소할 때, 물질은 주로 수직 응력 하에서 연마되고, 압축되고, 방출되고 가소화되며; 물질은 고정자를 외부에서 가열하면서 용해되고 방지 장치(5)의 출구(B)를 통해 빠져나온다.
도 3 및 4를 참조하면, 부피가 증가할 때, 물질은 고정자(1)의 주입구(AA)를 통해 흐르고; 부피가 감소할 때, 물질은 인장(압축) 압력하에서 연마되고, 압축되고, 방출되고 가소화되며; 물질은 고정자를 외부에서 가열하면서 용해되고 방지 장치(5)의 출구(B)를 통해 빠져나온다.
실시예 2
도 5 및 6을 참조하면, 날개형 가소화 압출기는 날개형 가소화 및 운반 장치 I, II, III 및 구동 샤프트(6), 물질 호퍼(7), 운반 슬리브(8) 및 유동 디바이더(9)를 주로 포함하며, 여기서 날개형 가소화 및 운반 장치 I, II, III은 연속하여 겹쳐지고; 날개형 가소화 및 운반 장치 I의 방지 장치(5) 및 장치 II의 방지 장치(4)는 중심을 공유하도록 서로 연결되며; 장치 II의 방지 장치(5) 및 장치 III의 방지 장치(4)는 중심을 공유하도록 서로 연결되며; 운반 슬리브(8)는 장치 III의 방지 장치(5)와 동축이 되도록 연결된다. 회전자(2)에 대한 장치 I의 고정자(1)의 편심 방향은 회전자(2)에 대한 장치 II의 고정자(1)의 편심 방향과 반대이고; 회전자(2)에 대한 장치 III의 고정자(1)의 편심 방향은 회전자(2)에 대한 장치 II의 고정자(1)의 편심 방향과 반대이다. 날개형 가소화 및 운반 장치의 회전자(2)는 서로 동축을 갖도록 연결되며; 구동 샤프트(6)는 장치 I의 회전자(2)에 동축을 갖도록 연결된다. 유동 디바이더(9)는 운반 슬리브(8)의 원통 내부 공간에 배치되고, 장치 III의 회전자(2)에 동축을 갖도록 연결된다. 물질 호퍼(7)는 장치 I의 고정자(1) 상에 장착된다. 장치 I의 방지 장치(5) 상의 출구(B)는 장치 II의 방지 장치(4) 상의 주입구(A)와 연결되고; 장치 II의 방지 장치(5) 상의 출구(B)는 장치 III의 방지 장치(4) 상의 주입구(A)와 연결된다. 날개형 가소화 및 운반 장치 I, II, III의 회전자(2)가 구동 샤프트(6)에 의해 구동될 때, 물질 호퍼(7)로부터 물질이 장치 I속으로 흘러가고; 가소화된 후, 물질은 추가 가소화 및 균일화를 위해 연속으로 장치 II, III 속으로 운반되고; 최종 생성물은 운반 슬리브(8)에 연결된 주형에서 압출, 냉각 및 형성 후 얻어진다.
실시예 3
도 7을 참조하면, 스크루형 가소화 압출기는 날개형 가소화 및 운반 장치 I, 스크루형 압출 장치 Ⅳ, 구동 샤프트(6) 및 물질 호퍼(7)를 주로 포함하며, 여기서 압출 장치 Ⅳ는 물질 통(10)과 스크루(11)로 이루어진다. 가소화 및 운반 장치 I는 연속해서 압출 장치 Ⅳ에 연결되고, 여기서 압출 장치 Ⅳ의 물질 통(10)은 가소화 및 운반 장치 I의 방지 장치(5)에 동축을 갖도록 연결되고; 압출 장치 Ⅳ의 스크루(11)는 가소화 및 운반 장치 I의 회전자(2)에 동축으로 연결되고; 구동 샤프트(6)는 장치 I의 회전자(2)에 동축을 갖도록 연결된다. 물질 호퍼(7)는 가소화 및 운반 장치 I의 고정자(1) 상에 장착된다. 가소화 및 운반 장치 I의 회전자(2) 및 압출 장치 Ⅳ의 스크루(11)는 구동 샤프트(6)에 의해 회전되며, 물질 호퍼(7)로부터 물질은 가소화 및 운반 장치 I 속으로 흘러가고; 가소화된 후, 물질은 추가 가소화 및 균일화를 위해 압출 장치 Ⅳ 속으로 운반되고; 최종 생성물은 물질 통(10)에 연결된 주형에서 압출, 냉각 및 형성 후 얻어진다.
실시예 4
도 8을 참조하면, 날개형 가소화 및 주입 장치는 날개형 가소화 압출기 Ⅴ, 플런저형 주입 장치 Ⅵ 및 물질 리테이너(12)를 주로 포함하며, 여기서 주입 장치 Ⅵ는 주입 실린더(13), 주입 피스톤(14), 주입 물질 통(15) 및 노즐(16)로 이루어진다. 물질 리테이너(12)의 입구 말단은 가소화 압출기 Ⅴ의 운반 슬리브(8)의 출구 말단에 연결되고; 물질 리테이너(12)의 출구 말단은 주입 장치 Ⅵ의 주입 물질 통(15)의 입구 말단에 연결된다. 날개형 가소화 압출기 Ⅴ에서 가소화된 후 얻은 용해물은 주입 장치 Ⅵ의 주입 물질 통(15) 속으로 들어가고; 주입 장치 Ⅵ의 주입 피스톤(14)은 용해물의 압력하에서 뒤로 움직인다. 주입 장치 Ⅵ의 주입 물질 통(15)의 저장량이 주입 생성물에 의해 필요로 하는 측정값에 도달할 때, 가소화 압출기 Ⅴ는 가소화를 멈추고, 주입 장치의 가소화의 측정 공정이 종료된다. 주입 장치의 주형 충전 및 압력 유지 공정이 종료된 후, 날개형 가소화 압출기 Ⅴ는 생성물 냉각 단계 동안 가소화를 시작하고; 주입 장치는 생성물 주조의 새로운 주기를 시작한다.
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본 발명의 내용 중에 포함되어 있음

Claims (9)

  1. 특정한 형태를 구비한 공간들의 한 세트가 사용되며; 공간들의 부피는 주기적으로 증가하고 감소하여 공간 부피가 증가할 때 물질이 공간으로 흘러가고; 부피가 감소할 때 물질이 압축되고, 가소화되며, 방출되어서, 가소화 및 운반 공정이 수직 응력 하에 놓이는 인장 유동학을 기초로 한 거대분자 물질의 가소화 및 운반 방법.
  2. 하나 이상의 날개형 가소화 및 운반 장치를 포함하는 제 1 항의 방법을 실행하기 위한 장치로서,
    각각의 날개형 가소화 및 운반 장치는 원통의 속 빈 고정자(1), 고정자의 내부 공간에 편심적으로 설치된 기둥 회전자(2), 슬롯 내에 평평하게 배열되고 반지름 방향을 따라 자유롭게 이동할 수 있는 복수의 날개(3) 및 고정자(1)의 양 말단에 각각 장착된 방지 장치(4,5)를 포함하고,
    직사각형 슬롯의 그룹이 회전자의 둘레를 따라 형성되며,
    제공된 공간들이 주기적으로 증가하거나 감소할 수 있어서, 부피가 어느 정도 감소할 때, 물질들이 압축되고, 가소화되며, 방출되어서, 가소화 및 운반 공정이 수직 응력 하에 놓이는 제 1 항의 방법을 실행하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    고정자(1)와 회전자(2) 사이의 편심거리는 조절할 수 있고 고정자(1)의 내부 공간의 반경과 회전자(2)의 반경 사이의 차이보다 작고 영보다 큰 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    날개(3)는 회전자(2)의 지름 상에 한 쌍으로 및 적어도 두 쌍으로 제공되며, 날개(3)의 각 쌍의 전체 높이는 고정자(1)의 원통 내부 공간의 지름보다 작고, 두 날개(3)의 내부 바닥은 서로 접촉하고, 회전자(2)가 회전할 때, 회전자(2)의 지름 상의 두 날개(3)는 날개의 외부 상부 표면이 고정자(1)의 내부 표면에 의해 제한되기 때문에 직사각형 슬롯 내에서 왕복 반지름방향 운동을 하는 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    회전자(2)가 회전할 때, 고정자(1)의 내부 표면, 회전자(2)의 외부 표면, 날개(3) 및 방지 장치(4,5)에 의해 한정된 밀폐된 공간의 부피는 주기적으로 증가하고 감소하는 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    고정자(1)의 두 측면 상의 방지 장치(4,5)에 각각 물질 입구(A) 및 물질 출구(B)가 제공되며, 물질 입구(A)는 날개(3)가 회전자(2) 밖으로 서서히 이동하는 섹션(C)에 해당하고, 물질 출구(B)는 날개(3)가 회전자(2) 속으로 서서히 이동하는 섹션(D)에 해당하는 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    물질 출구(B)는 고정자(1)의 한 면 상의 방지 장치(5)에 제공되며, 물질 입구(AA)는 고정자(1)에 제공되며, 물질 입구(AA)는 날개(3)가 회전자(2) 밖으로 서 서히 이동하는 섹션(C)에 해당하는 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    복수의 날개형 가소화 및 운반 장치는 회전자(2)의 회전축을 따라서 연속해서 결합되어 압출기를 형성하는 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    스크루형 압출 장치는 스크루형 압출 장치의 스크루가 날개형 가소화 및 운반 장치의 회전자에 동축으로 연결되도록 날개형 가소화 및 운반 장치에 결합되어, 날개형 가소화 및 운반 장치로부터 스크루형 압출 장치 내로 운반된 물질을 추가 가소화 및 균일화 하고,
    주입 장치는 용해물이 스크루형 압출 장치로부터 주입 장치 내로 운반되도록 스크루형 압출 장치의 출구 말단에서 스크루형 압출 장치에 연결되는 장치.
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