KR101277063B1 - 불소수지계 중공사막 제조용 동방향 회전 이축 스크류 압출기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불소수지계 수지와 용매를 용융, 혼련, 교반시켜 고분자 용액화한 후 압출성형하는 불소수지계 중공사막 제조용 동방향 회전 이축 스크류 압출기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 내측에 길이방향을 따라 환형 내경을 가지는 작동공이 형성되며, 일측 끝단에는 적어도 하나 이상의 원환상 토출구가 형성되고, 불소수지계 분말수지를 투입시키는 수지투입구와 용매를 투입시키는 용매투입구가 타측에서 작동공을 향하여 각각 관통 형성된 적어도 하나 이상의 조립체로 이루어진 실린더와; 상기 실린더의 외부에 설치되어 작동공으로 이송되는 분말수지와 용매를 용융시키도록 된 히터와; 상기 실린더의 작동공에 삽입설치되는 두 개의 스크류축에 축설되어 분말수지와 용매를 실린더 일측의 토출구로 이송시킴과 더불어 혼련, 교반 및 분산시키며, 두 개의 스크류축 회전에 따라 맞물림 회전하도록 된 스크류부와; 상기 실린더 선단에 설치되어 방사노즐로 방사되는 고분자 용액의 토출압력 및 실린더 선단 내부의 용액 압력을 조절하여 방사노즐로 방사되는 용액의 양과 속도를 조절하며, 분말수지와 용매의 용융, 혼련, 분산 및 교반과정에서 발생하는 기포가 실린더의 일측에서 타측으로 이송되게 하도록 실린더의 일측 선단과 방사노즐 측의 용액 압력차를 조절하는 기어펌프를 포함한다.
따라서, 점도가 낮은 불소수지계 중공사막을 성형할 때, 용융, 교반, 혼련, 분산 과정에서 발생하는 기포가 방사노즐로 토출되지 않게 함으로써, 원활한 압출성형이 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 점도가 낮은 불소수지계 중공사막을 성형할 때, 분말수지와 용매를 하나의 챔버에서 장시간 용융, 교반, 혼련시키는 일련의 과정 및 이러한 공정을 위하여 더 넓은 공간이 소요되지 않게 되므로 연속적인 압출성형에 의한 생산성 향상 및 품질 향상은 물론 지속적인 생산을 위한 별도의 장비시설이 배제되므로 장소, 설비비 등이 절감됨에 따른 원가절감을 도모할 수 있는 불소수지계 중공사막 제조용 동방향 회전 이축 스크류 압출기를 제공한다.

Description

불소수지계 중공사막 제조용 동방향 회전 이축 스크류 압출기{Extrusion press using screw}

본 발명은 불소수지계 수지와 용매를 용융, 혼련, 교반시켜 고분자 용액화한 후 압출성형하는 불소수지계 중공사막 제조용 동방향 회전 이축 스크류 압출기에 관한 것으로, 특히, 점도가 낮은 불소수지계 중공사막을 연속적으로 압출성형할 수 있도록 압출기의 벤트구를 제거하고, 불소수지계 분말수지와 용매의 용융, 교반, 혼련, 분산 과정에서 발생하는 기포가 방사노즐로 토출되지 않게 함으로써, 양질의 중공사막이 압출성형되도록 하는 불소수지계 중공사막 제조용 동방향 회전 이축 스크류 압출기에 관한 것이다.

일반적으로 불소수지계 중공사막을 제조하는 종래의 방법은, 불소수지계 수지와 용매를 혼합, 교반함과 동시에 히터로 가열하여 용융시키고, 이렇게 안정적으로 용융된 용액을 질소가스 압력으로 가압하여 기어펌프로 이송시킨 후 방사시켜 외부에서 응고시키는 것이다.

즉, 일정한 용량의 반응조에서 일정량의 불소수지계 분말수지와 일정량의 용매를 채우고, 용기를 외부 히터에서 가열하며, 용기내 중심부에서는 교반기를 통하여 분말수지와 용매를 교반함과 동시에 혼련시켜 히터에 의해 용융되면서 용해되도록 함으로써, 고분자 용액으로 만들어질 수 있게 한다.

그러나, 상기한 과정을 통하여 만들어지는 고분자 용액은 용융, 혼련과정에서 기포가 발생되며, 이때, 상기한 기포는 반응조에 설치된 진공장치에 의하여 흡입배출되어진다.

상기한 종래의 방법에서는 고분자 용액을 연속적으로 제조, 생산하는 것이 어렵기 때문에 또 다른 반응조를 마련하여 상기한 바와 같은 용액이 방사되는 동안 용액화하는 일련의 공정이 방사 전에 수행되어야 하는 불편함이 있었다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이 길이방향으로 형성된 실린더(1) 내부에 두 개의 스크류축을 삽입설치하고, 이 스크류축에 리드스크류를 장착하여 정량으로 분말수지와 용매를 공급하여 분말수지와 용매가 리드스크류에 의해 이송되면서 히터(도시하지 않음)에 의해 실린더(1)가 가열되면, 실린더(1) 내부에서 이송하는 분말수지와 용매가 용융, 교반, 혼련되게 하여 연속적으로 용액이 제조될 수 있도록 하는 종래의 방법이 제시된 바 있다.

그러나, 상기한 방법은 고분자 용액의 점도가 높은 경우에만 적용되어지는 것으로서, 분말수지와 용매가 스크류의 이송과 용융, 혼련, 분산과정에서 기포가 발생하게 되는데, 이때 발생하는 기포는 도 1에 도시된 바와 같이 실린더(1) 출구 선단에 마련된 벤트구(2)를 통하여 배출된다.

여기서, 점도가 10,000cp ~ 30,000cp로 낮은 고분자 용액을 제조하여 방사시킬 경우에는 실린더(1)의 출구 선단에 설치된 기어펌프(102)에 공급되기 전에 실린더(1) 선단의 벤트구(2)로 용액과 기포가 역류하여 원활한 압출성형이 불가능하므로, 종래에는 상기한 바와 같이 점도가 낮은 고분자 용액을 압출성형할 경우에는 실린더와 스크류방식을 통한 연속적인 압출성형방식을 채택할 수 없었다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 점도가 낮은 고분자 용액을 연속적으로 생산함과 동시에 압출성형함으로써, 2 개의 반응조 설비증가의 문제를 해결하고, 실린더와 스크류를 통한 연속적인 고분자 용액의 생산이 이루어지도록 함과 동시에 벤트구를 제거하면서도 용융, 교반, 혼련, 이송과정에서 발생하는 기포가 용액이 방사노즐로 방사될 때 기포는 실린더 내부를 통하여 역류배출시키고, 고분자 용액만이 기어펌프로 이송되어 방사노즐을 통하여 방사되도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적은, 불소수지계 수지와 용매를 용융, 혼련, 교반시켜 고분자 용액화한 후 압출성형하는 불소수지계 중공사막 제조용 동방향 회전 이축 스크류 압출기에 있어서, 내측에 길이방향을 따라 환형 내경을 가지는 작동공이 형성되며, 일측 끝단에는 적어도 하나 이상의 원환상 토출구가 형성된 방사노즐이 형성되고, 불소수지계 분말수지를 투입시키는 수지투입구와 용매를 투입시키는 용매투입구가 타측에서 작동공을 향하여 각각 관통 형성된 적어도 하나 이상의 조립체로 이루어진 실린더와; 상기 실린더의 외부에 설치되어 작동공으로 이송되는 분말수지와 용매를 용융시키도록 된 히터와; 상기 실린더의 작동공에 삽입설치되는 두 개의 스크류축에 축설되어 분말수지와 용매를 실린더 일측의 토출구로 이송시킴과 더불어 혼련, 교반 및 분산시키며, 두 개의 스크류축 회전에 따라 맞물림 회전하도록 된 스크류부와; 상기 실린더 선단에 설치되어 방사노즐로 방사되는 고분자 용액의 토출압력 및 실린더 선단 내부의 용액 압력을 조절하여 방사노즐로 방사되는 용액의 양과 속도를 조절하며, 분말수지와 용매의 용융, 혼련, 분산 및 교반과정에서 발생하는 기포가 실린더의 일측에서 타측으로 이송되게 하도록 실린더의 일측 선단과 방사노즐측의 용액 압력차를 조절하는 기어펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 불소수지계 중공사막 제조용 동방향 회전 이축 스크류 압출기에 의해 달성된다.

여기서, 상기 스크류부는, 상기 실린더의 타측 또는 수지투입구와 용매투입구로 투입되는 분말수지와 용매를 실린더의 일측으로 이송시키며, 두 개의 스크류축에 적어도 하나 이상의 리드스크류가 축설되어 이루어진 이송스크류부와; 상기 이송스크류부에서 이송되는 분말수지와 용매의 교반과 혼련이 이루어지게 하며, 나사산이 형성되지 않은 환형의 원판으로 이루어진 다수 개의 니딩디스크가 두 개의 스크류축에 축설되어 맞물림 회전하는 용융혼련스크류부와; 상기 용융혼련스크류부의 스크류축에 적어도 하나 이상 이격되게 다수 개가 설치되어 리드스크류 및 니딩디스크에 의해 이송되는 분말수지의 이송을 억제, 지연시키고, 분말수지와 용매를 분산시켜 히터에 의해 가열되는 시간을 증가시켜 용융과 혼련이 촉진되게 하며, 일정길이의 리드스크류와 이 리드스크류의 타측에 리드스크류의 나사산과 반대방향으로 나사산이 형성된 역리드스크류가 한 조로 이루어진 지연스크류부와; 상기 용융혼련스크류부 내의 스크류축에 적어도 하나 이상 이격설치되며, 분말수지와 용매의 진행을 억제하면서 분말수지와 용매가 이송, 용융, 혼련과 분산되는 과정에서 발생하는 기포가 실린더의 타측으로 이동될 수 있도록 하고, 경사면이 형성된 원형링의 경사면이 엇갈리게 접촉되어 회전하는 한 쌍으로 이루어진 기포억제링과; 상기 용융혼련스크류부에서 이송된 수지와 용매의 혼련을 촉진시키도록 스크류축에 축설되며, 원형링의 외경면에 다수 개의 돌기부가 형성된 한 쌍의 혼련스크류가 서로 엇갈리게 접하여 한 조를 이루고, 스크류축의 회전에 따라 다수 개의 혼련스크류가 서로 맞물림 회전하는 혼련스크류부와; 상기 혼련스크류부에서 이송되는 용융된 고분자 수지에 포함된 잔류 기포가 역류 시 작동공에 체류될 수 있도록 리드스크류를 스크류축에 축설하여 이루어진 기포저장부와; 상기 기포저장부에서 이송되는 용융된 고분자 용액이 토출구로 일정하게 토출되도록 스크류축에 리드스크류를 축설하여 이루어진 계량구간을 포함한다.

또한, 상기 실린더 선단의 내부 용액 압력이 10Kgf/㎠ ~ 50Kgf/㎠ 범위 내에서 제어되도록 송출용 기어의 회전비를 조절하여 방사노즐 내측의 용액 압력과 실린더 선단 내부의 용액 압력차에 의해 용액과 기포가 분리되어 용액만이 방사노즐로 방사되게 한다.

본 발명은 점도가 높은 고분자 용액을 압출성형하는 실린더 및 이송스크류 방식에서도 점도가 낮은 고분자 용액이 압출성형되도록 함으로써, 2 개의 반응조를 설비하여야 함으로써 발생하는 중복 설치 비용 증가의 문제점, 장소적으로 제한을 받을 수밖에 없었던 문제점을 해결하여 분말수지와 용매가 정량공급장치에 의하여 일정한 양으로 공급되면, 공급된 분말수지와 용매가 실린더 내부에서 이송하면서 혼합, 혼련, 교반, 분산 및 가열에 의한 용융단계를 거치면서 연속적으로 압출성형됨으로써, 설비감소에 따른 원가절감 및 연속적인 압출성형에 따른 생산시간의 단축 및 재료절감효과를 갖는다.

도 1은 종래 벤트구가 있는 압출기를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 벤트구가 없는 압출기를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 실린더 및 실린더 내부의 스크류구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 리드스크류의 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 니딩디스크의 구조를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 기포억제링의 구조를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 혼련스크류의 구조를 도시한 도면.

불소수지계 분말수지와 용매는 도 3에 도시된 실린더(101)의 수지투입구(101a)와 용매투입구(101b)에 설치되는 정량공급장치에 의해 각각 일정량으로 공급된다.

아울러, 상기 실린더(101)는 내부에 환형의 작동공(101c)이 일측에서 타측을 향하여 길이방향으로 형성되며, 다수 개의 조립체로 구성된다.

일측의 끝단에는 적어도 하나 이상의 원환상 방사노즐(103)이 형성되어 실린더(101) 내부에서 용융, 혼련된 고분자 용액이 방사노즐(103)로 방사되어 하술하게 될 기어펌프(102)로 이송된다.

또한, 상기 실린더(101)의 외부에는 실린더(101) 내부로 이송되는 분말수지와 용매가 용융되도록 열을 가하는 히터(도시하지 않음)가 설치된다.

그리고, 상기 다수 개의 조립체로 조립된 실린더(101)의 내측 작동공(101c)에는 두 개의 축으로 이루어진 스크류축이 삽입설치되며, 이 스크류축에는 분말수지와 용매를 방사노즐(103)측으로 이송시킴과 더불어 교반, 혼합, 지연교반, 지연이송 등의 작용을 하게 될 스크류부(110)가 맞물림 회전하도록 설치된다.

상기 스크류부(110)는, 이송스크류부(111)와, 용융혼련스크류부(112), 지연스크류부(113), 기포억제링(114), 혼련스크류부(115), 기포저장부(116)로 구성된다.

상기한 이송스크류부(111)는, 상기 실린더(101)의 타측 또는 수지투입구(101a)와 용매투입구(101b)로 투입되는 분말수지와 용매를 실린더(101)의 일측 선단으로 이송시키며, 두 개의 스크류축에 적어도 하나 이상의 리드스크류(111a)가 축설되어 맞물림 회전하는 것으로, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 나사산과 골이 형성된 구조이다.

그리고, 상기 용융혼련스크류부(112)는, 상기 이송스크류부(111)에서 이송되는 분말수지와 용매의 교반과 혼련이 이루어지게 하며, 도 5에 도시된 바와 같이 나사산이 형성되지 않은 환형의 원판으로 이루어진 다수 개의 니딩디스크(112a)가 두 개의 스크류축에 축설되어 맞물림 회전한다.

또한, 상기 지연스크류부(113)는, 상기 용융혼련스크류부(115)가 설치된 구간내에서의 스크류축에 적어도 하나 이상이 서로 이격되도록 다수 개가 설치되는 것으로, 리드스크류(111a) 및 니딩디스크(112a)에 의해 이송되는 분말수지와 용매의 이송을 억제, 지연시키고, 분말수지와 용매를 분산시켜 히터에 의해 가열되는 시간을 증가시켜 용융과 혼련이 촉진되게 하며, 도 3에 도시된 바와 같이 일정길이의 리드스크류(111a)와 이 리드스크류(111a)의 타측에 리드스크류(111a)의 나사산과 반대방향으로 나사산이 형성된 역리드스크류(111b)가 한 조로 이루어진다.

그리고, 상기 기포억제링(114)은 상기 용융혼련스크류부(112)가 설치된 구간내에서의 스크류축에 적어도 하나 이상이 도 3에 도시된 바와 같이 서로 이격되게 다수 개 설치되며, 분말수지와 용매의 진행을 억제하면서 분말수지와 용매가 이송, 용융, 혼련과 분산되는 과정에서 발생하는 기포가 실린더(101)의 타측으로 이동될 수 있도록 도 6에 도시한 바와 같이 경사면이 형성된 원형링의 경사면이 엇갈리게 접촉되어 회전하는 한 쌍으로 이루어진다.

또한, 상기 혼련스크류부(115)는, 상기 용융혼련스크류부(112)에서 이송된 수지와 용매의 혼련을 촉진시키도록 스크류축에 축설되며, 원형링의 외경면에 다수 개의 돌기부가 베벨기어와 같은 형상으로 형성된 한 쌍의 혼련스크류(115a)가 도 7에 도시된 바와 같이 서로 엇갈리게 접하여 한 조를 이루고, 스크류축의 회전에 따라 다수 개의 혼련스크류(115a)가 서로 맞물림 회전한다.

그리고, 상기 기포저장부(116)는, 상기 혼련스크류부(115)에서 이송되는 용융된 고분자 용액에 포함된 잔류 기포가 하술하게 될 실린더 선단 내부의 용액 압력차에 의하여 역류할 때 작동공(101c)에 체류됨과 동시에 점차 실린더(101)의 타측으로 이송될 수 있도록 리드스크류(111a)와 역리드스크류(111b) 중 적어도 어느 하나를 스크류축에 축설하여 이루어진 실린더(101) 내부 작동공(101c) 구간을 말한다.

아울러, 상기 계량구간은, 상기 기포저장부(116)에서 이송되는 용융된 고분자 용액이 토출구(101d)로 일정하게 토출되도록 스크류축에 리드스크류를 축설하여 이루어진 구간을 말한다.

한편, 본 발명에 따른 실린더(101)의 일측 선단에 설치되는 기어펌프(102)는, 송출용 기어의 회전비를 조절하여 방사노즐(103) 내부의 용액 압력과 실린더(101) 선단 내부의 용액 압력의 차가 발생할 수 있도록 함과 동시에 방사노즐(103)에서 방사 또는 이송된 고분자 용액이 방사노즐로 일정하게 방사될 수 있게 한 것이다.

여기서, 상기 기어펌프(102)는, 방사노즐(103)로 방사되는 고분자 용액의 토출압력 및 실린더(101) 선단 내부의 용액 압력차를 기어펌프(102)에서 조절하여 방사노즐로 방사되는 용액의 양과 속도를 조절하며, 이때, 상기 실린더 선단의 내부 용액 압력이 10Kgf/㎠ ~ 50Kgf/㎠ 범위 내에서 제어되도록 송출용 기어의 회전비를 조절하여 실린더 선단 내부의 용액 압력과 방사노즐(103) 내부의 용액 압력차에 의해 용액과 기포가 분리되어 용액만이 방사노즐(103)로 방사되게 한다.

따라서, 분말수지와 용매의 용융, 혼련, 분산 및 교반과정에서 발생하는 기포가 용액으로부터 분리되어 기포저장실에 체류하였다가 실린더(101)의 일측에서 타측으로 이송되는 것이다.

결국, 상기 실린더(101) 선단에 기포가 배출되는 벤트구를 성형하지 않아도 용액의 교반, 용융, 혼련 및 이송과정에서 발생하는 기포는 용액으로부터 분리되어 방사노즐(103)의 반대편인 실린더(101)의 타측으로 이송됨으로써, 점도가 낮은 고분자 수지를 연속적으로 압출성형할 수 있게 되는 것이다.

101 : 실린더 102 : 기어펌프
103 : 방사노즐 110 : 스크류부
111 : 이송스크류부 112 : 용융혼련스크류부
113 : 지연스크류부 114 : 기포억제링
115 : 혼련스크류부 116 : 기포저장부

Claims (3)

1. 불소수지계 수지와 용매를 용융, 혼련, 교반시켜 고분자 용액화한 후 압출성형하는 불소수지계 중공사막 제조용 동방향 회전 이축 스크류 압출기에 있어서,
   내측에 길이방향을 따라 환형 내경을 가지는 작동공이 형성되며, 일측 끝단에는 적어도 하나 이상의 원환상 토출구를 가진 방사노즐이 형성되고, 불소수지계 분말수지를 투입시키는 수지투입구와 용매를 투입시키는 용매투입구가 타측에서 작동공을 향하여 각각 관통 형성된 적어도 하나 이상의 조립체로 이루어진 실린더와;
   상기 실린더의 외부에 설치되어 작동공으로 이송되는 분말수지와 용매를 용융시키도록 된 히터와;
   상기 실린더의 작동공에 삽입설치되는 두 개의 스크류축에 축설되어 분말수지와 용매를 실린더 선단부로 이송시킴과 더불어 혼련, 교반 및 분산시키며, 두 개의 스크류축 회전에 따라 맞물림 회전하도록 된 스크류부와;
   상기 실린더 선단에 설치되어 방사노즐로 방사되는 고분자 용액의 토출압력 및 실린더 선단 내부의 용액 압력을 조절하여 방사노즐로 방사되는 용액의 양과 속도를 조절하며, 분말수지와 용매의 용융, 혼련, 분산 및 교반과정에서 발생하는 기포가 실린더의 일측에서 타측으로 이송되게 하도록 실린더 선단 내부의 용액 압력을 조절하는 기어펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 불소수지계 중공사막 제조용 동방향 회전 이축 스크류 압출기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 스크류부는,
   상기 실린더의 타측 또는 수지투입구와 용매투입구로 투입되는 분말수지와 용매를 실린더의 일측으로 이송시키며, 두 개의 스크류축에 적어도 하나 이상의 리드스크류가 축설되어 이루어진 이송스크류부와;
   상기 이송스크류부에서 이송되는 분말수지와 용매의 교반과 혼련이 이루어지게 하며, 나사산이 형성되지 않은 환형의 원판으로 이루어진 다수 개의 니딩디스크가 두 개의 스크류축에 축설되어 맞물림 회전하는 용융혼련스크류부와;
   상기 용융혼련스크류부의 스크류축에 적어도 하나 이상 이격되게 다수 개가 설치되어 리드스크류 및 니딩디스크에 의해 이송되는 분말수지의 이송을 억제, 지연시키고, 분말수지와 용매를 분산시켜 히터에 의해 가열되는 시간을 증가시켜 용융과 혼련이 촉진되게 하며, 일정길이의 리드스크류와 이 리드스크류의 타측에 리드스크류의 나사산과 반대방향으로 나사산이 형성된 역리드스크류가 한 조로 이루어진 지연스크류부와;
   상기 용융혼련스크류부 내의 스크류축에 적어도 하나 이상 이격설치되며, 분말수지와 용매의 진행을 억제하면서 분말수지와 용매가 이송, 용융, 혼련과 분산되는 과정에서 발생하는 기포가 실린더의 타측으로 이동될 수 있도록 하고, 경사면이 형성된 원형링의 경사면이 엇갈리게 접촉되어 회전하는 한 쌍으로 이루어진 기포억제링과;
   상기 용융혼련스크류부에서 이송된 수지와 용매의 혼련을 촉진시키도록 스크류축에 축설되며, 원형링의 외경면에 다수 개의 돌기부가 형성된 한 쌍의 혼련스크류가 서로 엇갈리게 접하여 한 조를 이루고, 스크류축의 회전에 따라 다수 개의 혼련스크류가 서로 맞물림 회전하는 혼련스크류부와;
   상기 혼련스크류부에서 이송되는 용융된 고분자 용액에 포함된 잔류 기포가 역류 시 작동공에 체류될 수 있도록 리드스크류를 스크류축에 축설하여 이루어진 기포저장부와;
   상기 기포저장부에서 이송되는 용융된 고분자 용액이 방사노즐로 일정하게 방사되도록 스크류축에 리드스크류를 축설하여 이루어진 계량구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 불소수지계 중공사막 제조용 동방향 회전 이축 스크류 압출기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 실린더 선단 내부의 용액 압력이 10Kgf/㎠ ~ 50Kgf/㎠ 범위 내에서 제어되도록 송출용 기어의 회전수를 조절하여 실린더 선단 내부의 용액압력을 방사노즐 내부의 압력차에 의해 용액과 기포가 분리되어 용액만이 방사노즐로 방사되게 하는 것을 특징으로 하는 불소수지계 중공사막 제조용 동방향 회전 이축 스크류 압출기.

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