KR101309975B1

KR101309975B1 - 기능성 수지 혼련 압출장치 및 이로부터 제조된 기능성 수지

Info

Publication number: KR101309975B1
Application number: KR1020120023131A
Authority: KR
Inventors: 구보현
Original assignee: 구보현
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2013-09-17

Abstract

본 발명은 간략한 구조의 설비를 통해 고무, 플라스틱용 원자재인 수지와, 부자재 및 첨가제를 다량 비율로 포함하는 원료를 연속적으로 배합, 혼련, 반응 및 가공 공정을 통하여 기능성 수지로 제품화되도록 한 기능성 수지 혼련 압출장치 및 이로부터 제조된 기능성 수지에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 수지 제조장치는, 원자재인 수지와, 부자재 및 첨가제를 포함하는 원료가 연속적으로 혼합되는 연속혼련기(continuous kneader)부; 상기 연속혼련기부에서 혼련되어 용융된 수지가 토출될 때 발생되는 가스 또는 습기를 배출시키는 가스 및 습기 배출장치부; 전동기의 구동에 따른 동력이 감속기와 연결된 스크류에 전달되어 상기 스크류가 회전하면서 상기 연속혼련기부를 통해 공급된 혼합물이 가공되는 이축압출기(twin screw extruder)부; 및 원료투입조 내부에 회전가능하게 설치된 회전축에 구비된 교반날개를 통해 고무, 플라스틱용 원자재인 수지와, 부자재 및 첨가제를 포함하는 원료를 교반시키면서 케이싱의 내부에 회전가능하게 설치된 축에 구비된 스크류를 통해 상기 원료를 상기 이축압출기부의 이축스크류에 공급하는 원료이송공급장치부를 포함하여 구성된다.

Description

기능성 수지 혼련 압출장치 및 이로부터 제조된 기능성 수지{Apparatus for kneading and extruding functional resin produced therefrom}

본 발명은 기능성 수지에 관한 것으로, 특히 간략한 구조의 설비를 통해 고무, 플라스틱용 원자재인 수지와, 부자재 및 첨가제를 다량 비율로 포함하는 원료를 연속적으로 배합, 혼련, 반응 및 가공 공정을 통하여 기능성 수지로 제품화되도록 한 기능성 수지 혼련 압출장치 및 이로부터 제조된 기능성 수지에 관한 것이다.

일반적으로, 압출기(extruder)는 원료를 공급 가열시켜 용융하여 연속적으로 압력을 발생시켜 일정 모양으로 압출하는 기계로서 고무, 플라스틱의 압출 성형용으로 발달되어 왔다. 압출기는 원료공급 호퍼, 스롯트(throat), 실린더(바렐), 스크류, 감속기, 성형다이 및 동력전달장치와 제어반으로 구성된다.

압출기에는 보통 스크류의 개수가 1개인 일축압출기와 스크류가 2개인 이축압출기를 사용하며, 스크류의 종류는 수지 종류 및 사용목적에 따라 여러 종류로 설계된다. 특히 실린더(바렐)는 수백기압에 견디는 내압구조를 가지고 있으며, 이축압출기는 여러 개로 분할된 구조로서, 각 부분적으로 가열(냉각)을 통해 온도제어가 용이하다.

압출성형에 있어 스크류 내부로 공급된 원료는 실린더(바렐) 외부로부터 가열을 통한 열에너지와 스크류로부터 전단 에너지를 받아 이송,용융되어 가공된다.

도 1은 종래 이축압출기의 절단 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 이축압출기의 단면 구성도이며, 도 3는 도 1에 도시된 이축압출기의 요부 단면도이다. 이에 따른 이축압출기는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, 길이 대 직경 비율(length/out diameter = L/D)이 22-48 : 1 범위인 것을 사용할 수 있고, 일반적으로 스크류의 속도가 30-300 rpm 범위로 회전하는 것을 사용할 수 있다.

도 1을 참조하면, 이축압출기는 제1축(10)과 제2축(20)으로 구성된 2개의 축(10)(20)을 가지되, 각 축(10)(20)에는 원료공급 나선스크류(lead screw)(미도시), 정방향 스크류(forward screw)(12)(22), 니딩 디스크 스크류(14)(24) 및 역방향 스크류(backward screw (16)(26)가 각각 구비된다.

나선스크류는 정량의 원료를 공급하고, 정방향 스크류(12)(22)는 여기에 착설된 스크류(12a)(22a)로 투입된 혼합물을 혼합,분산 시킨다. 그리고 역방향 스크류(16)(26)는 여기에 착설된 스크류(16a)(26a)의 회전력으로 혼합물의 흐름을 역방향으로 바꾸어 혼합물의 체류시간을 높혀서 반응 및 혼련효과를 극대화 한다.

도 2를 참조하면, 이축압출기는 혼합물(원료)이 투입되는 호퍼(30)와, 압출기 내에서 수지가 용융되면서 발생된 가스를 제거하는 벤트(vent)(40)와, 압출물의 성형을 위한 다이(50)를 가지되, 그 내부에 상기와 같은 제1축(10) 및 제2축(20)이 나란히 배열된 구조를 갖는다.

이때, 이축압출기의 내부 구조는 제1축(10) 및 제2축(20)이 각각 적어도 2곳, 즉 2곳 이상의 정방향 스크류(12)(22)와; 적어도 1곳, 즉 1곳 이상의 니딩 디스크 스크류(14)(24))와; 적어도 1곳, 즉 1곳 이상의 역방향 스크류(16)(26)를 구비한다.

도 3을 참조하면, 각 축(10)(20)에 착설된 스크류(12a)(22a)가 서로 맞물리도록 제1축(10)과 제2축(20)은 근접하여 배열되어 있다.

이때, 상기한 종래의 이축압출기는 목분, 카본, 식물성 열매의 외,내피 분말, 유,무기 필러, 재생용 수지 및 재생용 필러, 화이버(유리섬유사/실사)등과 같은 부자재 및 첨가재 투입비율이 분말기준으로 0-30% 투입되는 것으로서, 고무와 플라스틱용 원자재인 수지의 투입비율은 분말기준으로 70-90% 대량 투입됨에 따라 기능성 소재로 작용하는 부자재 및 첨가재 투입비율이 일정이하(30%)로 한정되어야 안정되게 생산이 되는 단점이 있다.

또한 스크류와 실린더(바렐)의 구조에 있어서, 길이가 길므로 고속회전시 마찰열의 발생이 높아 회전을 높게 설정하지 못하며, 청소시에 청소가 용이하지 않고, 청소시 장시간이 소요된다.

또한, 실린더가 블록 다수 조합식과 밀폐식 구조를 가짐에 따라 제작비가 높으며, 단위생산량 당 동력 소비가 높아 전력비가 많이 소요되는 단점이 있다.

또한, 상호 마찰에 의한 금속 이물질이 자주 배출되며, 이물질 투입시 스크류 및 실린더(바렐)의 파손으로 인하여 교환/수리등 큰 손실의 단점이 있다.

또한, 일정 사용목적을 위하여 유리섬유, 화이버 및 실사등을 투입하여 생산시 유리섬유 및 화이버가 분쇄/파괴되고, 고유의 물성이 저하되며, 스크류 및 실린더(바렐)의 수명을 너무 빨리 단축시키는 단점이 있다.

또한, 수지내 포함된 수분과 수지/첨가재/부자재와 함께 융융 생산시 발생될수 있는 기체 및 가스발생시 진공장치를 사용하여 강제적 기체/가스 제거를 하여야 하므로 가스제거에 한계가 있는 단점이 있다.

또한, 설비 구조상 작업자의 전문기능(숙련도)을 필요로 하고, 설비 가격이 높으며, 스크류의 차후 마모시 수리/교환비용이 높고, 신규 제작시에 제작비용 역시 많이 소요되는 단점이 있다.

대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0711838(2007. 04. 19), 발명의 상세한 설명, 도 2, 도 3, 도 4 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0901561(2009. 06. 01), 발명의 실시를 위한 구체적인 내용

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 스크류의 고회전 작업이 용이하고, 부자재, 첨가재 배합비율이 분말기준으로 최대 85%까지 투입이 가능한 기능성 수지 혼련 압출장치 및 이로부터 제조된 기능성 수지를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 각각의 설비에 대한 회전속도의 조정을 통하여 발열 발생량을 최소로 하여 균일한 품질의 제품이나, 열경화성 수지 또는 열가소성 수지와 같이 수지에 온도에 민감하고 난이한 제품의 생산이 가능한 기능성 수지 혼련 압출장치 및 이로부터 제조된 기능성 수지를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 필요에 따라 실린더(바렐)의 상부를 개방하여 내부 잔여 원료를 청소함으로써 불량률이 낮고, 각 설비별로 실린더(바렐)의 온도조정이 용이한 기능성 수지 혼련 압출장치 및 이로부터 제조된 기능성 수지를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 부자재인 보강재로 유리섬유, 화이버사를 투입하여 사용시 스크류 내부에서 고유물성 및 특성을 유지하는 것이 가능한 기능성 수지 혼련 압출장치 및 이로부터 제조된 기능성 수지를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 원료, 첨가재, 부자재가 용융시 함유된 수분과 가스발생시 이를 용이하게 배출하는 것이 가능한 기능성 수지 혼련 압출장치 및 이로부터 제조된 기능성 수지를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 차후 마모시 수리, 교환비용이 절감되며, 신규제작시에도 제작비용이 적게 드는 기능성 수지 혼련 압출장치 및 이로부터 제조된 기능성 수지를 제공하는 데 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 원자재인 수지와, 부자재 및 첨가제를 포함하는 원료가 연속적으로 혼합되는 연속혼련기(continuous kneader)부; 상기 연속혼련기부에서 혼련되어 용융된 수지가 토출될 때 발생되는 가스 또는 습기를 배출시키는 가스 및 습기 배출장치부; 전동기의 구동에 따른 동력이 감속기와 연결된 스크류에 전달되어 상기 스크류가 회전하면서 상기 연속혼련기부를 통해 공급된 혼합물이 가공되는 이축압출기(twin screw extruder)부; 및 원료투입조 내부에 회전가능하게 설치된 회전축에 구비된 교반날개를 통해 고무, 플라스틱용 원자재인 수지와, 부자재 및 첨가제를 포함하는 원료를 교반시키면서 케이싱의 내부에 회전가능하게 설치된 축에 구비된 스크류를 통해 상기 원료를 상기 이축압출기부의 이축스크류에 공급하는 원료이송공급장치부를 포함하여 구성되는 기능성 수지 혼련 압출장치에 의하여 달성된다.

바람직하게는 이러한 본 발명에서 상기 연속혼련기부는, 동력을 발생시키는 전동기와; 상기 전동기의 동력을 감속기를 통해 전달받아 회전하는 이축스크류와; 상기 이축스크류가 내장되며, 외주면에는 원료를 용융시키기 위한 열원을 공급하는 전열히터가 설치된 실린더를 포함한다.

또한, 이러한 본 발명에서 상기 이축스크류는, 동일 방향으로 회전 구동되는 제1축, 제2축과; 상기 제1축, 제2축의 외주면 일측에 배치되어 원료를 이송시키는 스크류와; 상기 제1축, 제2축의 외주면 타측에 배치되어 상기 이송되는 원료를 혼련시키는 혼련부(M)를 포함한다.

또한, 이러한 본 발명에서 상기 이축스크류는, 길이 대 직경 비율(L/D)이 4 - 17 : 1 범위이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 기능성 수지 혼련 압출장치에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 이축스크류의 길이 대 직경 비율(L/D)이 4-17 : 1 범위로서 스크류 길이가 짧기 때문에 고속회전작업이 용이하고, 부자재 및 첨가재 투입비율이 분말기준으로 10-85%까지 광범위하게 투입가능하다.

둘째, 기계구조상 2단식으로 분리된 구조로서 각각의 설비에 대한 회전속도및 가열온도 조정이 가능함으로써 마찰열이 적어서 열가소성수지는 물론 열경화성수지와 같이 작업온도에 민감하고 난이한 제품의 생산이 가능하다.

셋째, 필요에 따라 상부 실린더를 개방하여 내부 잔여 원료의 청소가 용이하므로, 원료교환작업 시간의 단축 및 불량률이 크게 감소되고, 각 설비별로 실린더(바렐)의 온도 조정이 용이하며, 소량다품종 제품의 생산도 가능하다.

넷째, 실린더가 짧은 길이 구조로서, 수리 및 보수가 용이하고 제작비가 절감되며, 사용단위 생산량 당 동력비가 낮아 전력비가 크게 절감된다.

다섯째, 실린더가 짧은 구조로서, 부자재등(예; 유리섬유, 화이버사등)을 함께 투입하여 생산할 때, 스크류 통과 체류시간이 짧아서 회전마찰에 의한 분쇄,파괴를 방지할 수 있으므로 요구되는 물리적 성질을 유지하여 양질의 제품을 생산할 수 있다.

여섯째, 원료 부자재 및 첨가재에 함유된 수분 및 용융시 발생되는 가스를 용이하게 배출시켜서 양질의 제품을 생산할 수 있다.

일곱째, 설비의 구조상 작업방법이 간단하여 숙련된 작업자가 불필요하다.

여덟째, 기존 설비가격 대비하여 스크류 및 실린더의 수량이 적어 설비의 유지, 보수비용이 적고 신규 제작시에도 기존설비 가격대비 약 30% 저렴한 장점을 갖는다.

도 1은 종래 이축압출기의 절단 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 이축압출기의 단면 구성도,
도 3는 도 1에 도시된 이축압출기의 요부 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 수지 혼련 압출장치를 포함하는 설비의 전체 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 기능성 수지 혼련 압출장치를 나타낸 정면도,
도 6은 본 발명에 따른 기능성 수지 혼련 압출장치를 나타낸 평면도,
도 7은 본 발명에 따른 기능성 수지 혼련 압출장치에 있어서의 이축스크류를 나타낸 평면도,
도 8은 본 발명에 따른 기능성 수지 혼련 압출장치에 있어서의 실린더 개폐장치부를 나타낸 정면도,
도 9는 도 8에 도시된 실린더 개폐장치부의 작동 전 상태를 나타낸 측면도,
도 10은 도 8에 도시된 실린더 개폐장치부의 작동 후 상태를 나타낸 측면도.
도 11은 본 발명에 따른 기능성 수지 혼련 압출장치에 있어서의 가스 및 습기 배출장치부를 나타낸 부분 확대도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 수지 혼련 압출장치를 상세히 설명하기로 한다.

이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 수지 혼련 압출장치를 포함하는 설비의 전체 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 기능성 수지 혼련 압출장치를 나타낸 정면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 기능성 수지 혼련 압출장치를 나타낸 평면도이다.

또한, 도 7은 본 발명에 따른 기능성 수지 혼련 압출장치에 있어서의 이축스크류를 나타낸 평면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 기능성 수지 혼련 압출장치에 있어서의 실린더 개폐장치부를 나타낸 정면도이며, 도 9는 도 8에 도시된 실린더 개폐장치부의 작동 전 상태를 나타낸 측면도이다.

또한, 도 10은 도 8에 도시된 실린더 개폐장치부의 작동 후 상태를 나타낸 측면도이고, 도 11은 본 발명에 따른 기능성 수지 혼련 압출장치에 있어서의 가스 및 습기 배출장치부를 나타낸 부분 확대도로서, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 기능성 수지의 제조장치는 크게 베이스부(100), 연속혼련기부(200), 가스 및 습기 배출장치부(300), 그리고 이축압출기부(400)를 포함한다.

베이스부(100)는 연속혼련기부(200), 가스 및 습기 배출장치부(300), 이축압출기부(400)를 각각 안정적으로 지지하기 위한 것으로서, 하부받침대(110)상에 연결대(130)가 다수개 입설되고, 연결대(130) 상단에 상부받침대(120)가 배치되며, 하부받침대(110)는 다수의 받침부재(140)를 통해 바닥면과 이격되어 있다.

또한, 'ㄷ'자형 단면을 갖는 받침대(150)상에 연속혼련기부(200)가 설치되어 지되, 연속혼련기부(200)는 후술하는 원료이송공급장치부(800)로부터 원자재인 수지와, 부자재 및 첨가제를 포함하는 원료를 공급받아 연속적으로 혼합되는 것으로서, 받침대(150)의 상면 일측에 동력을 발생시키는 전동기(210)가 고정 설치되고, 전동기와 인접하여 받침대(150)의 상면 타측에 감속기(280)가 고정 설치되며, 전동기(210)의 출력축에는 구동풀리(220)가 장착되어 있어서 감속기(280)의 종동풀리(230)와 벨트(240)로 연결된다.

이때, 부자재 및 첨가제로는 목분, 카본, 식물성 열매의 외,내피 분말, 유/무기 필러, 재생용 수지 및 재생용 필러, 화이버(유리섬유사/실사)등이 해당될 수 있다.

또한, 감속기(280) 내부에 설치된 감속기어박스(미도시)와 연결되어 동일 방향으로 회전 구동되는 제1축(262), 제2축(264)을 포함하는 이축스크류(260)가 실린더(바렐)(250)내에 내장되며, 실린더(250)의 일측에는 원료이송공급장치부(800)가 연결 설치되어 있어서 고무, 플라스틱용 원자재인 수지와, 부자재 및 첨가제를 포함하는 원료가 원료이송공급장치부(800)를 통해 이축스크류(260)에 투입된다.

이때, 원료이송공급장치부(800)는 도 5를 참조하면, 받침대(150)와 상하 소정의 간격을 두고 전동기(810)가 고정 설치되고, 이 전동기의 출력축에 회전축(820)이 연결되며, 회전축(820)은 원료투입조(840)를 관통하여 회전가능하게 설치되며, 회전축(820)의 외주면에 원료를 교반하기 위한 교반날개(830)가 부착되어 있다.

또한, 받침대(150)와 상하 소정의 간격을 두고 전동기(810)의 직하방에 전동기(850)가 고정 설치되고, 이 전동기(850)의 출력축에 축(870)이 연결되며, 축은 상부가 개방된 케이싱(860)의 내부에서 회전가능하게 설치된다.

또한, 축(870)의 외주면에는 스크류(880)가 구비되고, 케이싱(860)의 선단 하부에는 원료를 이축스크류(260)에 투입하기 위한 투입구(890)가 구비되어 있다.

한편, 본 발명에서는 이축스크류(260)의 길이 대 직경 비율(L/D)은 4-17 : 1 범위인 것을 사용하였으며, 이와 같이 짧은 길이의 이축스크류(260)로 설계시 스크류의 고회전 작업이 용이하다.

또한, 도 7 및 도 9를 참조하면 제1축(262), 제2축(264)의 외주면 일측에는 원료를 원료배출구(미도시)측으로 이송시키는 스크류(262a)(264a)가 배치되어 있다. 또한, 제1축(262), 제2축(264)의 외주면 타측에는 이송되는 원료를 혼련시키는 혼련부(M)가 배치되어 있다.

또한, 실린더(250)의 외주면에는 실린더 내부의 원료를 용융시키기 위한 열원을 공급하는 전열히터(252)가 설치되어 있다.

가스 및 습기 배출장치부(300)는 연속혼련기부(200)에서 1차 혼련되어 용융된 수지가 토출될 때 용융수지와 가스 또는 습기가 함께 배출되기 위한 것으로서, 도 11를 참조하면, 연속 혼련기부(200)를 통해 공급된 혼합물이 이축압출기부(400)의 이축스크류에 투입되는 호퍼(310)의 수평 방향으로 밸브(320)와 압력계(330) 그리고 진공펌프(340)가 순차적으로 설치되고, 호퍼(310)의 수직 방향으로 밸브(350)와 벤트(vent)(360)가 순차적으로 설치되어 있어서, 필요에 따라 자연식 배기(Vent) 또는 강제적인 방법(진공배기)에 의해 가스 또는 습기를 배출시킨다.

이축압출기부(400)는 도 5를 참조하면, 하부받침대(110)의 상면 일측에 전동기(410)가 고정 설치되고, 상부받침대(120)의 상면에 이축압출기(미도시, 도 3 참조)가 설치되며, 전동기(410)의 출력축에는 구동풀리(420)가 장착되어 있어서 전동기(410)의 구동에 따른 동력이 도시되지 않은 감속기를 거쳐 구동풀리(420)와 벨트(440)를 통해 종동풀리(430)에 전달되어 이축압출기에 구비된 스크류가 회전하면서 연속 혼련기부(200)를 통해 공급된 혼합물이 호퍼(310)를 통해 이축압출기부(400)의 이축스크류에 투입 후 가공된다.

한편, 본 발명에 따르면 전술한 받침대(150)상에 설치되어 실린더(250)를 개폐하기 위한 실린더 개폐장치부(290)를 더 포함한다. 이러한 실린더 개폐장치부(290)는 등록특허 10-0638828호(발명의 명칭 : 연속식 분체도료 혼련 용융 압출장치)에 나타난 힌지를 중심으로 작동기에 의해 분할 부분이 개폐 가능하게 되어 있는 구성을 변형한 것이다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 받침대(150)상에 소정 높이를 갖는 지지대(291)(292)(293)가 등간격으로 입설되고, 지지대(291)(292)(293) 사이에 복수의 실린더(297)(298)가 설치된다. 즉, 제 1실린더(297)가 지지대(291)(292)의 상단에서 제1축(294)을 통해 연결되고, 제 2실린더(298)가 지지대(291)(292)의 중앙부에서 제2축(295)을 통해 연결되어 있다.

또한, 제 1실린더(297)의 실린더로드(297a)에 원통형 연결부재(297b)가 볼트(도면부호 미부여)체결되고, 연결부재(297b)의 하부에는 상부커버(297c)가 핀(297d)결합되어 있다.

또한, 제 2실린더(298)의 실린더로드(298a)에 원통형 연결부재(298b)가 볼트(도면부호 미부여)체결되고, 연결부재(298b)의 상부에는 하부커버(298c)가 핀(298d) 결합되어 있다.

또한, 상,하부커버(297c)(298c)의 단부는 지지대(291)(292)(293)를 관통하는 제3축(296)에 힌지회동가능하게 연결되어 있으며, 도 5 중 미설명부호 480은 전열히터이다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작용을 도 5 내지 도 7을 참조로 하여 설명한다.

우선, 연속혼련기부(200)를 통해 원자재인 수지와, 부자재 및 첨가제를 포함하는 원료를 연속적으로 혼합시킨다.

즉, 전동기(210)의 구동에 따라 발생된 동력은 양 풀리(220)(230)와 벨트(240)를 통해 감속기(280)에 전달되고, 이에 연결된 제1축(262), 제2축(264)이 동일 방향으로 회전 구동된다.

이때, 고무, 플라스틱용 원자재인 수지와, 부자재 및 첨가제를 포함하는 원료가 원료이송공급장치부(800)를 통해 이축스크류(260)에 투입된다. 즉, 전동기(810)의 구동에 따라 회전축(820)이 회전하면서 교반날개(830)를 통해 원료투입조(840)로 유입되는 원료를 교반하면서 케이싱(860) 내부로 원료가 낙하된다.

이후, 전동기(850)의 구동에 따라 축(870)이 회전하면서 스크류(880)를 통해 원료가 투입구(890)를 경유하여 실린더(250) 내부의 이축스크류(260)에 투입되면서 전열히터(252)에 의해 용융되어 이축스크류(260)의 스크류(262a)(264a)와 혼련부(M)를 차례로 거치면서 혼련된다.

한편, 이축압출기부(400)의 전동기(410) 구동에 따라 발생된 동력은 감속기 및 양 풀리(420)(430)와 벨트(440)를 통해 전달되어 전술한 이축압출기에 구비된 스크류가 회전하면서 상기 연속 혼련기부(200)를 통해 공급된 혼합물이 호퍼(310)를 통해 이축압출기부(400)의 이축스크류에 투입 후 가공된다.

도 4를 참조하면, 상기와 같이 가공된 혼합물은 공지의 언더워터 컷팅머신(underwater cutting machine)(500)을 통해 절단된 후, 펠렛분리기(Pellets separator) 머신(600)을 통해 냉각수와 함께 이송된 절단 수지소재와 냉각수가 분리되며, 이후, 진동 공급기(Vibrator feeder)(700)를 차례로 거치면서 수지 제품화되어진다.

한편, 실린더(250)를 청소하고자 할 경우, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2실린더(297)(298)의 작동에 따라 실린더로드(297a)가 신장되면, 이에 연결된 연결부재(297b) 또한 하방향으로 이동하며, 이와 연동하여 상부커버(297c)가 제3축(296)을 힌지축으로 하여 상방향으로 회동한다.

또한, 위와 같은 과정에서 실린더로드(298a)가 수축되면, 이에 연결된 연결부재(298b) 또한 상방향으로 이동하며, 이와 연동하여 하부커버(298c)가 제3축(296)을 힌지축으로 하여 하방향으로 회동하면서 실린더(250)가 상,하로 2분할된다.

상기와 같은 과정에서 본 발명에 따른 기능성 수지 혼련 압출장치는 연속혼련기부(200)와 이축압출기부(400)의 2단식 구조를 통해 제품이 압출되는 과정에서 이축스크류의 길이 대 직경 비율(L/D)이 4-17 : 1 범위로서 스크류의 고속회전작업이 용이하고, 부자재 및 첨가재 투입비율이 분말기준으로 10-85%까지 광범위하게 투입가능하다.

또한, 기계 구조상 2단식으로 분리된 구조로서 각각의 설비에 대한 회전속도의 조정이 가능하므로 발열의 발생량이 적어져서 균일한 품질의 제품이나, 열경화상 수지 또는 열가소성 수지와 같이 온도에 민감하고 난이한 제품의 생산이 가능하다.

또한, 필요에 따라 전술한 실린더 개폐장치부(290)를 통해 실린더(250)를 오픈(open)하여 내부 잔여 원료의 청소가 용이하므로 원료교환작업 시간의 단축 및 불량률이 크게 감소되고, 각 설비별로 실린더(바렐)의 온도 조정이 용이하며, 소량다품종 제품의 생산도 가능하다.

또한, 실린더(250)가 짧은 길이 구조로서 수리,보수가 용이하고, 제작비가 절감되며, 사용단위 생산량 당 동력비가 낮아 전력비가 크게 절감되는 한편, 부자재등(예; 유리섬유, 화이버사)을 함께 투입하여 생산할 때, 스크류 회전마찰에 의한 분쇄,파괴를 방지할 수 있으므로 요구되는 물리적 성질을 유지하여 양질의 제품을 생산할 수 있다.

또한, 원료 부자재 및 첨가재에 함유된 수분 및 용융시 발생되는 가스를 수지가 토출시 함께 용이하게 배출하여 양질의 제품을 생산할 수 있다.

또한, 설비의 구조상 작업방법이 간단하여 숙련된 작업자가 불필요하고, 기존 설비가격 대비하여 스크류 및 실린더의 수량이 적어 설비의 유지, 보수비용이 적고 신규 제작시에도 기존설비 가격대비 약 30%의 저렴한 장점을 갖는다.

이와 같이 본 발명에 따른 기능성 수지 혼련 압출장치를 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며 그 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

100 : 베이스부 200 : 연속혼련기부
210,410 : 전동기 220,420 : 구동풀리
230,430 : 종동풀리 240,440 : 벨트
250 : 실린더 260 : 이축스크류
290 : 실린더 개폐장치부 300 : 가스 및 습기 배출장치부
310 : 호퍼 320 : 밸브
330 : 압력계 340 : 진공펌프
360 : 벤트 400 : 이축압출기부
500 : 언더워터 커팅머신 600 : 펠렛분리기 머신
700 : 진동 공급기 800 : 원료이송공급장치부
820 : 회전축 830 : 교반날개
840 : 원료투입조 870 : 축
880 : 스크류 890 : 투입구

Claims

원자재인 수지와, 부자재 및 첨가제를 포함하는 원료가 연속적으로 혼합되는 연속혼련기(continuous kneader)부;
상기 연속혼련기부에서 혼련되어 용융된 수지가 토출될 때 발생되는 가스 또는 습기를 배출시키는 가스 및 습기 배출장치부;
전동기의 구동에 따른 동력이 감속기와 연결된 스크류에 전달되어 상기 스크류가 회전하면서 상기 연속혼련기부를 통해 공급된 혼합물이 가공되는 이축압출기(twin screw extruder)부; 및
원료투입조 내부에 회전가능하게 설치된 회전축에 구비된 교반날개를 통해 상기 원료를 교반시키면서 케이싱의 내부에 회전가능하게 설치된 축에 구비된 스크류를 통해 상기 원료를 상기 이축압출기부의 이축스크류에 공급하는 원료이송공급장치부를 포함하여 구성되는 기능성 수지 혼련 압출장치.
제 1항에 있어서,
상기 연속혼련기부는,
동력을 발생시키는 전동기와;
상기 전동기의 동력을 감속기를 통해 전달받아 회전하는 이축스크류와;
상기 이축스크류가 내장되며, 외주면에는 원료를 용융시키기 위한 열원을 공급하는 전열히터가 설치된 실린더를 포함하는 기능성 수지 혼련 압출장치.
제 2항에 있어서,
상기 이축스크류는,
동일 방향으로 회전 구동되는 제1축, 제2축과;
상기 제1축, 제2축의 외주면 일측에 배치되어 원료를 이송시키는 스크류와;
상기 제1축, 제2축의 외주면 타측에 배치되어 상기 이송되는 원료를 혼련시키는 혼련부(M)를 포함하는 기능성 수지 혼련 압출장치.
제 3항에 있어서,
상기 이축스크류는,
길이 대 직경 비율(L/D)이 4 - 17 : 1 범위인 기능성 수지 혼련 압출장치.
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