KR101392951B1 - 원통의 스트랜드형 부품의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스트랜드형 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 금속의 중공부(16)를 압출하고, 압출된 금속 중공부(16)가 자연 냉각 및/또는 강제 냉각되고, 하나 이상의 층을 가지는 플라스틱 스트랜드(28)를 냉각 후 또는 냉각 동안에 압출된 금속 중공부(16) 내에서 압출한다. 플라스틱 스트랜드(28)는 디스펜싱 툴(24)을 지나고, 압출기(34)의 압출된 금속 중공부(16)의 열에 노출된다. 디스펜싱 툴은 금속 중공부(16) 내에 삽입되고, 디스펜싱 출구(dispensing outlet)(26)를 포함한다.
스트랜드형 부품, 중공부, 디스펜싱 툴, 압출기
Description
본 발명은 원통의 스트랜드형 부품의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 예를 들면 위생 설비 및 히터 시스템 분야에서 이용되는 금속/플라스틱 복합관(composite tube)의 제조에 관한 것이다.
금속/플라스틱 복합관은 금속관 고유의 소성 변형의 이점과 플라스틱관의 내식성의 이점을 겸하므로, 선호도의 증가와 함께 이용되고 있다.
금속/플라스틱 복합관은 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 그러므로, 예를 들면 이러한 복합관의 금속층을 금속 스트립 성형에 의해 제조하는 방법은 공지된 것으로, 금속 스트립의 길이 방향의 에지는 서로 중첩되어 서로 용접 또는 본딩되거나, 맞대기 용접(butt welding)에 의해 접속되었다. 이어서, 일층 또는 다층의 플라스틱관은 이렇게 형성된 금속관의 내부에 압출된다. 이러한 제조 방법의 예는 DE-A-30 16 134, EP-A-0 353 977, EP-A-0 581 208, EP-A-0 920 972, WO-A-88/03084 및 WO-A-01/85430에 기재되어 있다.
또한, 금속관을 미리 제조된 일층 또는 다층의 플라스틱관 상에 배치하면서 금속관을 성형하는 방법은 공지되어 있다. 이러한 제조 방법의 예는 EP-A-0 691 193에 기술되어 있다. 추가적인 예는 DE-A-43 10 272, DE-A-44 04 492 및 DE-C-195 36 689에 기재되어 있다.
또한, 미리 제조된 플라스틱관 상에 압출에 의해 금속/플라스틱 복합관의 금속층을 직접 도포하는 방법도 공지되어 있다. EP-B-0 125 788에는, 미리 제조된 플라스틱관 상에 반경 방향으로 이격되어 금속관을 압출하고, 이어서 상기 금속관을 드로잉(drawing) 공정 또는 유사한 직경 축소 공정에 의해 직경을 축소시켜 플라스틱관에 밀착 접착시키는 방법이 기재되어 있다. US-A-5,222,284에는, 미리 제조된 플라스틱관의 직경을 축소시킨 다음, 플라스틱관 둘레에 (압출에 의해) 금속관을 압출하며, 여기서 직경이 축소된 상기 플라스틱관은 메모리 효과(memory effect)에 의해 다시 폭이 넓어져서, 내측으로부터 금속관에 밀착 접촉되는 방법이 공지되어 있다. 마지막으로, DE-A-21 39 388은 미리 제조된 플라스틱 호스 상에 이음매 없는 금속관을 금속 코팅 가압에 의해 가압하는 방법을 나타내고 있다. 여기에서는 금속의 압출에 기인하여 금속 코팅 가압에서 발생되고 플라스틱 호스에 영향을 끼치게 되는 온도가 문제된다.
본 발명의 목적은 높은 치수 안정성으로 특징되는 원통의 스트랜드형 플라스틱/금속 복합 부품의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상술한 목적을 달성하기 위해서,
- 금속으로부터 중공 프로파일을 압출하고,
- 상기 압출된 금속 중공 프로파일을 자연 냉각 및/또는 강제 냉각하고,
- 상기 프로파일의 냉각 전 또는 후에 상기 압출된 금속 중공 프로파일 내에 일층 또는 다층의 플라스틱 스트랜드를 압출하며,
- 상기 금속 중공 프로파일 내에 삽입되어 상기 압출된 금속 중공 프로파일의 열에 노출되는 상기 플라스틱 스트랜드가, 압출시 온도보다 냉각된 상기 금속 중공 프로파일의 영역 내에 배치된 토출 개구를 포함하는 압출기의 디스펜싱 툴(dispensing tool)을 지나게 하는 스트랜드형 부품의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방법에서는, 우선 원통의 스트랜드형 부품의 금속층(metal layer or stratum)이 압출되는, 즉 연속적인 가압 또는 압출 프로세스에 의해 제조되면서, 동시에 또는 그 후속으로, 일층 또는 다층의 플라스틱 스트랜드가 상기 금속층 내에 압출된다. 이러한 접근법은 원통의 스트랜드형 부품의 바깥 치수가 금속층에 대한 압출 공정, 즉 금속관에 대한 로드(rod) 압출 공정에 의해 결정된다는 이점을 제공한다. 각각의 스트랜드형 부품의 직경의 축소와 금속관의 직경의 축소를 위한 제조된 스트랜드형 부품의 후속 처리가 더이상 필요하지 않다.
압출 공정 후에, 가열된 상태에 있는 금속관은 가열된 일층 또는 다층의 용융된 플라스틱과 함께, 금속관으로의 내부 부착에 대한 긍정적인 효과를 가진다.
금속의 압출 동안에 발생된 열은 압출 직후에 플라스틱 스트랜드를 금속 중공 프로파일 내에 압출 가능하게 하기에는 여전히 매우 높다. 대신, 이를 위해, 기계 방향으로 금속의 압출의 하류 부분에 위치되는 금속 중공 프로파일 내의 영역이 필요하다. 본 발명에 따르면, 이는 금속 중공 프로파일의 내로 돌출하는 맨드릴 형상의 디스펜싱 툴을 이용하여 성취된다. 실질적으로 관 또는 맨드릴 방식으로 형성된 이 디스펜싱 툴은 용융된 플라스틱을 전달하는데 효과적이다. 상기 용융된 플라스틱이 압출에 필요한 온도를 유지 가능하게 하기 위해서, 디스펜싱 툴을 통한 상대적으로 긴 이동 경로 내내, 이 디스펜싱 툴은 가열되어야 할 것이다.
놀랍게도, 압출된 금속 중공 프로파일로부터 발산되는 열은 디스펜싱 툴의 가열 또는 템퍼링(tempering)에 이용될 수 있음이 현재 밝혀졌다. 이로써, 두 가지 효과, 특히 한편으로는 금속 중공 프로파일은 그것의 열을 디스펜싱 툴에 방산시킴으로써 냉각되고, 다른 한편으로는 디스펜싱 툴은 다른 외부 열원을 이용할 필요없이 템퍼링되는 것을 달성할 수 있다.
단지 내부에서부터 이음매가 없이 제조되어 압출된 중공 금속 프로파일 내로 용융된 플라스틱의 상기 후속되는 압출에 의해, 상이한 재료, 즉 금속 및 플라스틱은 치수 안정성을 가지고 처리될 수 있다. 이 공정에서, 상기 금속관이 이음매 없이(압출로) 제조되었다는 점에서 높은 치수 안정성을 얻는다. (또한 높은 치수 안정성에 이르는) 미리 제조된 금속관 상에 금속관의 가압 또는 압출은 압출된 금속 중공 프로파일의 높은 온도로 인해 실현불가능하다. 본 발명에 따르면, 디스펜싱 툴이 상당한 길이를 가져, 금속 중공 프로파일이 플라스틱에 악영향을 끼치지 않는 온도로 사전에 냉각될 경우에만, 용융된 플라스틱과 금속 중공 프로파일이 접촉하므로, 압출된 금속 중공 프로파일 내로 플라스틱 스트랜드의 압출은 성공적일 수 있다. 이와 관련하여, 상술한 바와 같이, 압출된 금속 중공 프로파일로부터 열 방산을 통해 디스펜싱 툴의 전체 길이를 따라 템퍼링이 실시된다는 사실이 이용된다.
본 발명의 방법은 원통의 스트랜드형 중공 또는 풀 프로파일 부품의 제조에 특히 유용하다. 이 방법은 다층의 플라스틱/금속 복합관의 제조에 특히 적합하다.
본 발명의 수정된 변형에 따르면, 일층 또는 다층의 플라스틱층이 외측으로부터 금속관 상에, 바람직하게는 압출에 의해 도포될 수 있다. 외측 플라스틱 층의 압출은 압출된 금속관 상에 즉각 또는 금속관의 냉각 후에 실시될 수 있다. 복수의 플라스틱층을 압출하는 경우, 이것은 개별 층의 탠덤(tandem) 압출 또는 공압출에 의해 실시될 수 있다.
본 발명의 이로운 변형에 따르면, 금속관은 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된다. 바람직하게는, 금속관 내에 압출되거나 금속관에 외부에서 도포될 수 있는 상기 다층의 플라스틱층은 열가소성 재료를 포함하고, 금속관에 인접한 각각의 플라스틱층은 열가소성 접착제를 포함한다.
본 발명의 방법은, 금속관의 벽 두께로 인해, 금속관을 제조한 후에, 내부 플라스틱 스트랜드와 접촉하도록 금속관의 직경을 축소시키는 것이 높은 비용으로만 가능한 큰 직경(예를 들면, 40 ㎜에서부터)을 가지는 다층의 플라스틱/금속 복합관의 제조에 특히 적합하다. 이런 이유로, 본 발명에 따르면, 이 금속관의 직경을 축소하는 단계는 플라스틱 스트랜드가 전체적으로 제조된 금속관 내에(특히 그 내측면에) 압출된다는 점에서 회피된다. 또한, 금속관의 직경 축소의 단점은 금속의 형태의 변경이 재료의 경화된 영역을 야기시키고, 이는 다시 제조된 금속/플라스틱 복합관의 유연성에 악영향을 끼칠 수 있다는 점에서 알 수 있는 것이다. 이제까지, 본 발명의 방법은 작은 크기(예를 들면, 40 ㎜까지)의 다층의 플라스틱/금속 복합관의 제조 시에도 이점이 있으며, 이는 이러한 관 치수의 경우에 기계 제어식으로 실시될 수 있는 금속관의 직경 축소 없이 가능하기 때문이다. 마지막으로, 본 발명을 이용하여, 템퍼링되기 위해 디스펜싱 툴이 디스펜싱 툴의 구성 부품으로서 제공되어야 하는 별개의 가열 요소 등에 의해 가열될 필요가 없이 그 직경을 크게 할 수 있기 때문에 작은 직경의 다층의 플라스틱/금속 복합관을 제조하는 것이 또한 가능하며, 압출된 금속 중공 프로파일의 열에 의해 디스펜싱 툴을 템퍼링하는데 필요한 열이 이용 가능해지므로 이러한 필요가 제거된 것이다.
냉각 공정 중에 있는 압출된 금속 중공 프로파일에 의한 디스펜싱 툴의 가열은 양쪽 구성요소 사이의 열적 결합(thermal coupling)을 이룸으로써 적절하게 달성될 수 있다. 이와 관련하여, 압출된 금속 중공 프로파일이 디스펜싱 툴과 접촉하면서 이동하는 경우에 특히 유용하다. 이 공정에서, 디스펜싱 툴은 압출 직후 상태의 압출된 금속 중공 프로파일의 형태를 안정화시키는 추가 기능을 맡을 수 있다. 혹은, 열적 결합은 또한 금속 중공 프로파일의 방열을 디스펜싱 툴이 차지한다는 점에서 이루어질 수 있다. 이 상황에서, 압출된 금속 중공 프로파일은 디스펜싱 툴을 따라 연장하면서 에어 갭을 형성한다.
디스펜싱 툴은 디스펜싱 단부에 환상 노즐이 설치되는 환상 공간을 포함하는 관 또는 맨드릴 형태의 툴로서 실현되는 것이 적절하다. 두 개의 상호 동심의 벽 또는 표면(예를 들면, 관)에 의해 규정되는 상기 환상 공간은 상기 벽을 접속시키는 웹(web) 또는 유사 수단에 의해 안정화될 수 있다. 이들 웹은 환상 공간을 통해 흐르는 용융된 플라스틱의 통과 흐름에 의해 둘러싸이며, 이는 플라스틱 스트랜드의 압출 공정에 불리하지 않다. 다층의 플라스틱 용융 흐름의 경우에, 환상 공간은 그 전체 길이를 따라 자유로워야 한다. 이어서, 환상 공간 사이에서 생성되는 관들은 그들의 일 단부에서 서로 각각 고정될 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 방법은 풀-프로파일 부품의 제조에도 적합하다. 예를 들면, 본 발명의 방법은 플라스틱 또는 금속에 의해 둘러싸인 케이블, 또는 예를 들면 금속관 등의 실질적으로 비변형성 및 내열성 형태를 갖는 다른 풀 또는 중공 프로파일의 제조에 이용될 수 있다. 케이블 및 프로파일 각각은 플라스틱 스트랜드 및 금속관용 압출기의 환상 노즐을 통해 중심을 통과하여, 플라스틱 스트랜드의 압출 동안에, 중심에 배치된 도체 및 금속관 사이의 공간은 플라스틱 재료로 충전될 것이다. 이 플라스틱 재료는, 예를 들면 발포성 플라스틱 재료일 수 있다. 이 경우에, 발포성 플라스틱 그 자체가 충분한 안정성으로 금속관의 내측에 부착되는 것이 보장된다면, 접착제가 반드시 필요한 것은 아니다.
이하에서는 본 발명을 구체적인 변형의 예 및 도면을 참조하여 더 상세하게 설명한다. 도면은 다음과 같이 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제 1 변형에 따른 원통의 스트랜드형 중공 프로파일의 제조용 압출 설비의 구성 부품을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 제 2 변형에 따른 원통의 스트랜드형 중공 프로파일의 제 조용 압출 설비의 구성 부품을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 제 1 및 제 2 변형에 따른 원통의 스트랜드형 풀(full) 프로파일의 제조용 압출 설비의 구성 부품을 나타내는 도면.
도 1은 다층의 플라스틱/금속 복합관(composite tube)(12)의 제조용 디바이스(10)의 주요 설비 구성 부품을 개략적으로 나타낸다. 상기 디바이스(10)는 알루미늄관(16)을 제조하기 위한 압출기(14) 및 가압 유닛을 각각 포함한다. 부호 18은 압출기(14)의 환상 노즐(annular nozzle)을 나타내고, 부호 20은 소성 변형의 공정을 위해 가열되는 금속을 나타낸다. 압출되는 알루미늄관(16)은, 예를 들면 450℃ 와 500℃ 사이의 온도에서 압출되고, 이어서 노즐(18)로부터 토출된 후에 냉각(부호 22에서 나타낸 바로써, 예를 들면 200℃ 내지 250℃로)될 것이다.
중공 맨드릴(mandrel)(24)은 환상 노즐(18)을 통해 압출된 금속관(16) 내에서 중앙에서 연장되고, 상기 맨드릴(24)은 그 일 단부에, 외부에 플라스틱 접착층(30)을 포함하고 내부에 추후에 베이스 관을 형성하는 내부 플라스틱층(32)을 포함하는 이층의 중공 원통의 플라스틱 스트랜드(28)의 토출용 환상 노즐(26)을 포함한다. 양쪽 플라스틱층 모두는 공압출기(coextruder)(34)에 의해서 냉각된 금속관(16) 내에, 특히 이 금속관(16)의 내측면에 압출된다. 이 내측면에 용융된 플라스틱이 확실히 유지되게 하기 위해서, 기체, 예를 들면 공기를 맨드릴(24)을 통해 플라스틱 용융관(중공 원통의 플라스틱 용융 스트랜드(28)) 내에 도입하여, 초과 압력을 생성한다. 중공 원통의 플라스틱 용융 스트랜드(28) 내의 초과 압력은 그 내에 배치된 플러그(plug)(38)를 이용하여 유지되며, 이 플러그는 중공 코어(24)를 통해 안내되는 코드(40)에 의해 디바이스(10)의 압출 구성 부품의 외부에 있는 부호 42에 고정된다. 플러그(38)를 이용하는 대신에, 내부 플라스틱 스트랜드를 가지고 제조된 금속관(16)을 압착에 의해 밀폐하여 초과 압력의 누설을 방지할 수 있다.
도 2는 다층의 플라스틱/금속 복합관(12)의 제조용 디바이스의 약간 수정된 변형(10')을 나타낸다. 도 2에 나타낸 설비 구성 부품을 도 1에 따른 설비 구성 부품과 일치하거나 기능적으로 대등한 내에서는 동일한 참조 부호로 나타낸다.
도 2의 디바이스(10')에서, 도 1의 디바이스(10)와 대조해, 금속관(16) 및 플라스틱 스트랜드(28)가 공압출된다. 이것 이외에는, 전술한 바와 같은 제조 공정을 실시한다.
도 3은 도 2의 디바이스(10')와 유사한 구성이지만, 도 3에서는 실질적으로 비변형성 및 내열성 형태의 원통의 스트랜드형 풀 또는 중공 프로파일 부품(44)의 제조 기능을 하는 디바이스(10")를 나타낸다. 도 3에서는, 도 1 및 도 2에 나타낸 설비 부품과 동일한 구성 부품 및 구성요소를 동일한 참조 부호에 의해 나타낸다.
도 3의 디바이스(10")에서, 금속관(16) 및 플라스틱 스트랜드(28)는 마찬가지로 실질적으로 공압출된다. 중공 맨드릴(24)을 지난 후에 플라스틱 스트랜드(28)의 재료 내에 내장되며, 또한 그에 의해 둘러싸이는 전기 도체(46)는 플라스틱 스트랜드(28)용 압출기(34)의 중공 맨드릴(24)을 통해 연장하고, 금속관(16)의 내측면(36)과 전기 도체(46) 사이에 플라스틱 재료가 배치될 것이다.
이와 같이, 도 3의 디바이스(10")는, 예를 들면 플라스틱 재료가 개재되는 전기 도체(46)를 포함하는 금속관을 포함하는 전기적으로 절연된 케이블의 제조에 유용하다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 디바이스(10, 10', 10")와 관련하여, 금속관(16) 상에 외측으로부터 일층 또는 다층의 플라스틱층을 도포하는 하나 또는 복수의 압출기 또는 공압출기를 추가적으로 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 3에서는, 용이하게 관찰할 수 있도록, 관의 제조에 있어서 일반적으로 공지된 이들 추가적인 압출기를 도시 생략한다.
Claims (14)
- 금속으로부터 중공 프로파일(16)을 압출하는 단계,상기 압출된 금속 중공 프로파일(16)을 자연 냉각 또는 강제 냉각하는 단계, 및상기 프로파일의 냉각 전 또는 후에 상기 압출된 금속 중공 프로파일(16) 내에 일층 또는 다층의 플라스틱 스트랜드(strand)(28)를 압출하는 단계를 포함하고,상기 금속 중공 프로파일(16) 내에 삽입되어 상기 압출된 금속 중공 프로파일(16)의 열에 노출되는 상기 플라스틱 스트랜드(28)는, 압출시 온도보다 냉각된 상기 금속 중공 프로파일(16)의 영역 내에 배치된 토출 개구(26)를 포함하는 압출기(34)의 디스펜싱 툴(dispensing tool)(24)을 지나게 되는 것을 특징으로 하는 스트랜드형 부품의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 디스펜싱 툴(24)은 상기 금속 중공 프로파일(16)에 열적으로 결합되고 상기 프로파일에 의해 템퍼링(tempering)되는 것을 특징으로 하는 스트랜드형 부품의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 디스펜싱 툴(24)은 상기 금속 중공 프로파일(16)의 내측면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 스트랜드형 부품의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 금속 중공 프로파일(16) 상에 외측으로부터, 압출, 탠덤 압출(tandem extrusion) 또는 공압출(coextrusion)에 의해 일층 또는 다층의 플라스틱층이 도포되는 것을 특징으로 하는 스트랜드형 부품의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 금속 중공 프로파일(16) 내에 압출된 상기 일층 또는 다층의 플라스틱 스트랜드(28)는 플라스틱관으로서 형성되고, 상기 금속 중공 프로파일(16)에 상기 플라스틱관을 가압하기 위해 상기 플라스틱관 내에 초과 압력(overpressure)을 발생시키는 것을 특징으로 하는 스트랜드형 부품의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 일층 또는 다층의 플라스틱 스트랜드(28)는 풀 프로파일(full profile)로서 성형되고, 상기 풀 프로파일의 압출 동안에, 내부에 풀 또는 중공 프로파일 부재가 삽입되고, 상기 풀 또는 중공 프로파일 부재는 실질적으로 비변형성 및 내열성 상태에 있고 하나 또는 다수의 코어 전기 도체(46)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드형 부품의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 금속 중공 프로파일(16)은 그 용융점 아래에서 소성 변형 가능하고 압출 가능한 금속, 또는 그 용융점 아래에서 소성 변형 가능하고 압출 가능한 금속 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드형 부품의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 금속이 알루미늄을 포함하거나, 상기 금속 합금이 알루미늄 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드형 부품의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 플라스틱 스트랜드(28)는 접착제로 이루어진 외층(30) 및 상기 외층(30)에 인접한 고분자 재료층을 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드형 부품의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 금속 중공 프로파일(16) 상에 외측으로부터 도포된 상기 플라스틱층은 상기 금속 중공 프로파일(16)에 인접한 접착제로 이루어진 내층, 및 상기 내층에 인접한 고분자 재료로 이루어진 외층을 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드형 부품의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 금속 중공 프로파일 및 상기 플라스틱 스트랜드(28)는 공압출되거나 연속적으로 배치된 압출기에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 스트랜드형 부품의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 금속 중공 프로파일(16)은 금속관인 것을 특징으로 하는 스트랜드형 부품의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 플라스틱 스트랜드(28)는 상기 금속에 대해 접착성 또는 비접착성을 가지는 발포성 플라스틱 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드형 부품의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 디스펜싱 툴(24)은 맨드릴(mandrel)의 토출 개구(26)로서 이용되는 환상 노즐이 축 단부에 설치되어 있는 환상 공간을 포함하는 맨드릴을 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드형 부품의 제조 방법.
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