KR101546997B1

KR101546997B1 - 압출된 합성 목재 제조용 다이 및 이와 관련된 방법

Info

Publication number: KR101546997B1
Application number: KR1020117009726A
Authority: KR
Inventors: 브라이언 데이비드 켈러; 데이비드 프랭크 도스탈; 알프레드 브루스 잉글랜드
Original assignee: 스트랜덱스 코포레이션
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2015-08-24
Also published as: EP2349676B1; AU2009296226B2; JP2014166763A; CN102333636A; CA2738798A1; KR20110079696A; CN103786325A; WO2010037113A3; EP2349676A2; BRPI0919374A2; US20100015267A1; AU2009296226A1; JP2012504069A; MX2011003303A; NZ592182A; WO2010037113A2; ZA201102724B; US8337191B2; JP5844415B2; CA2738798C

Abstract

본 발명은 압출된 합성 목재를 제조하기 위한 압출 다이와 그에 관련된 방법들에 관한 것이다. 다이는 어댑터 다이, 전이 다이, 스트랜딩 다이 및 몰딩 다이를 포함한다. 어댑터 다이는 제한된 단면적을 갖는 채널을 포함한다. 스트랜딩 다이는 길이, 단면적, 단면 형상, 또는 그 조합에서 다른 복수의 불균일한 채널을 포함한다. 전이 다이는 압출의 유속을 조정하도록 스트랜딩 다이에 위해 동위로 구성된다. 몰딩 다이의 다이 상류의 특정한 구성은 이미 실행할 수 있는 것보다 몰딩 다이에서 더 높은 압축비율을 허용한다. 본 명세서에 기술된 각각의 다이는 업계에 알려진 표준 다이에 의해 개별적으로 사용될 수 있다. 대안적으로, 다이는 통합된 유닛을 형성하도록 조합하여 사용될 수 있다. 본 명세서에 기술된 다이는 이미 가능한 것보다 더 큰 출력 비율에서 더 강하고 더 일치적인 합성 목재를 제조하는 것을 허용한다.

Description

압출된 합성 목재 제조용 다이 및 이와 관련된 방법{DIES FOR MAKING EXTRUDED SYNTHETIC WOOD AND METHODS RELATING THERETO}

관련출원의 참조

본 출원은 켈러(Keller) 등의 이름으로 2007년 9월 17일자로 출원된 미국특허출원 제11/856,431호의 부분계속출원이며, 2008년 9월 29일자로 출원된 미국 가출원 제61/194,626호의 우선권의 이익을 주장하며, 이 문헌들은 모두 그 전체가 본원에 참조로 포함되어 있다.

기술분야

본 발명은 일반적으로 복합재료를 제조하기 위한 압출기 다이 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 특히 시스템의 교체가능한 안착된(nested) 다이를 독립적으로 조작함으로써 사용자가 복합재의 혼합, 유동 및 성형을 정교하게 제어할 수 있는 압출기 시스템에 포함되는 개조된 압출기 다이에 관한 것이다.

전체가 본원에 참조로 포함되어 있는 미국특허 제5,516,472호(레이버, Laver)는 셀룰로오스-플라스틱 복합재 및 복합재를 최종 제품으로 처리하는 방법을 개시한다. 레이버에게 허여된 특허에 개시된 방법은 일련의 안착된 다이로 이루어진 다이 압출기 시스템을 통해 재료를 통과시키는 단계를 포함한다. 이 시스템에 포함된 다이의 유형으로는 어댑터 다이, 전이 다이(transition die), 스트랜딩 다이(stranding die), 몰딩 다이, 및 세팅 다이가 있다. 다이의 각각의 유형은 다수의 채널을 포함하는 평판(flat plate)이다. 채널의 크기, 수량, 및 형상은 각 다이의 특정 기능에 의해 결정된다.

레이버에게 허여된 특허의 셀룰로오스 플라스틱 복합재 처리 방법은 중간 압출 속도(대략 600 lb/hr)에서, 균일한 입자크기 및 (각종 원료의 물리적 성질과 화학적 성질 및 순도의 관점에서) 일정한 품질의 원료로, 그리고 비교적 작은 제품 크기를 형성하는데 잘 적용된다. 그러나 압출 속도가 중간치를 넘어 증가하거나, 불균일한 입자크기 또는 일반적인 저품질 원료가 사용되거나, 또는 압출된 제품이 최소 크기를 넘어 증가할 때는, 최종 압출 제품에 결함이 나타난다. 결함에는 거친 표면, 고르지 않게 분산된 성분들, 및 강도 저하가 포함된다.

본 발명은 셀룰로오스 플라스틱 복합재의 제조를 위한 다이 압출기 시스템에 관한 것이다. 시스템은 어댑터 다이, 전이 다이, 스트랜딩 다이, 몰딩 다이, 및 세팅 다이를 포함한다. 본 발명은 개조된 다이 설계, 개조된 다이 설계를 사용하는 방법, 및 개조된 다이 설계로 광범위한 조건하에서 사용되는 제품을 생산하는 방법을 제공한다. 본원에서 개조된 다이의 특징들은 다이의 두께 및 다이의 채널의 수량, 배향, 형상 및 단면적이 포함한다. 개조된 다이의 각각의 개선된 유형은 개조되지 않은 표준형 다이에 사용될 수 있다. 대안적으로, 각각의 개선된 다이는 통합 시스템을 형성하기 위해 다른 개선되고 개조된 다이에 사용될 수 있다. 임의의 특정 용례에 사용되는 다이의 특정 조합은 용례의 조건 및 목적에 의존한다. 본 발명은 사용자가 구체적인 복합재의 처리에 가장 알맞은 다이만을 사용하여 다이 시스템을 제작할 수 있도록 한다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 광범위한 경도(consistency), 순도 레벨, 압출 속도, 및 제품 크기를 실현할 수 있는 다이 압출기 시스템에 사용되는 개조된 다이를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 시스템은 스트랜딩 다이를 포함하거나, 시스템은 스트랜딩 다이 및 전이 다이를 포함하거나, 시스템은 스트랜딩 다이 및 몰딩 다이를 포함하거나, 시스템은 스트랜딩 다이 및 어댑터 다이를 포함하거나, 시스템은 스트랜딩 다이, 전이 다이 및 몰딩 다이를 포함한다.

본원의 개조된 파라미터 및 다이의 각 유형별 기능은 다음과 같이 설명된다.

어댑터 다이는 다이 시스템을 압출기에 연결하며, 압출기는 다이 시스템을 통해 복합재료를 밀어낸다. 압출기와 남아있는 다이 시스템 사이의 계면으로 작용함에 있어서, 어댑터 다이는 다이 시스템으로 유입되는 복합재의 유속을 제어한다. 본원에서 설명되는 개조된 어댑터 다이는 하나의 채널을 포함하며, 이 채널은 그 형상, 단면적, 및 길이가 변화(다이의 두께에 의해 결정됨)한다.

전이 다이는 어댑터 다이로부터 복합재료를 공급받고 모양을 고치거나, 그렇지 않으면 복합재료를 스트랜딩 다이로 전달하기 위해 준비한다. 어댑터 다이와 유사하게, 전이 다이도 통상적으로 단일 채널을 포함한다. 채널의 형상은 다이의 전방으로부터 그 후방으로 변화한다. 전이 다이의 전방은 어댑터 다이의 후방 오리피스의 형상과 유사하며, 전이 다이의 후방은 완제품의 형상과 유사하다. 본원에 설명된 바와 같이, 전이 다이 채널의 치수는 스트랜딩 다이에 전달되는 재료의 특성에 영향을 미칠 수 있는데, 이는 완제품의 구조적 품질 및 심미적 품질에 영향을 미친다.

스트랜딩 다이는 전이 다이로부터 공급받은 재료를 개별 스트랜드로 분리한다. 스트랜딩 다이는 제품의 최종 형태와 유사한 패턴으로 배열된 다수의 스트랜딩 채널을 포함한다. 본원에서 설명되는 스트랜딩 다이는 다이 두께, 스트랜딩 채널 수량, 단면적 및 형상, 그리고 각각의 스트랜딩 채널의 중심선들 사이의 거리를 특징으로 하는 스트랜딩 채널의 상대적 간격이 변화한다.

몰딩 다이는 스트랜딩된 복합재를 그 최종 형태와 유사한 형상으로 압축하며, 개별 스트랜드의 인터 용접(inter-welding)을 수월하게 해준다. 이 공정은 몰딩 다이의 입구에서 오리피스의 단면적이 출구에서의 오리피스의 단면적보다 클 것을 요구한다. 몰딩 다이의 전방과 후방에서 오리피스의 단면적 차는 다이가 복합재에 부여하는 압축량을 결정한다. 완제품에 영향을 미치는 다른 파라미터는 완제품의 크기를 결정하는 몰딩 다이의 후방의 오리피스의 크기 및 제품에 대해 압축이 일어나는 거리, 즉 다이의 두께를 포함한다. 본원에 설명되는 다이는 몰딩 다이의 상기 파라미터의 큰 가변성을 허용한다.

본원에 설명되는 개조된 다이의 한 유형은 전방 오리피스, 후방 오리피스, 및 전방 오리피스를 후방 오리피스로 연결하는 채널을 포함하는 어댑터 다이를 포함하며, 채널은 후방 오리피스의 단면적보다 작은 단면적의 제한된 구역을 포함한다.

본원에 설명되는 다른 개조된 다이는 전방 천공 표면, 후방 천공 표면, 및 전방 천공 표면으로부터 후방 천공 표면으로 연장하는 복수의 불균일 채널을 포함하는 스트랜딩 다이를 포함한다. 복수의 불균일 채널의 개별 채널은 길이, 단면적, 단면 형상, 또는 이들의 조합이 상이할 수 있다. 복수의 불균일 채널은 시스템을 통한 압출물의 유동을 조절하도록 구성될 수 있다.

본원에 설명되는 다른 개조된 다이는 전방 오리피스, 후방 오리피스, 및 전방 오리피스를 후방 오리피스로 연결하며 내부 표면을 갖는 채널을 포함하는 전이 다이를 포함하며, 채널은 전방 오리피스로부터 후방 오리피스로 단면적이 감소하는 테이퍼 구역을 포함한다. 전이 다이는 시스템을 통한 압출물의 유동을 조절하기 위해 스트랜딩 다이와 통합될 수 있다.

본원에서 설명되는 다른 개조된 다이는 전방 오리피스, 후방 오리피스, 및 전방 오리피스를 후방 오리피스로 연결하는 채널을 포함하는 몰딩 다이를 포함하며, 후방 오리피스의 단면적에 대한 전방 오리피스의 단면적의 비는 압축비를 규정하며, 압축비는 약 1.5:1보다 크다. 몰딩 다이는 시스템을 통한 압출물의 유동을 조절하기 위해 스트랜딩 다이 및/또는 전이 다이와 통합될 수 있다.

또한, 본 발명은 어댑터 다이, 전이 다이, 스트랜딩 다이, 및 몰딩 다이를 통해 압출물을 순차적으로 통과시키는 단계를 포함하는 셀룰로오스 플라스틱 복합재 압출물의 압출 공정에 관한 것으로, 본원에 설명되는 개조된 다이 중 하나는 압출 공정에 사용될 수 있다.

추가적으로, 본 발명은 압출 시스템의 압출물 유속 측정 및 조절 방법에 관한 것이다. 이 방법은 압출 다이의 단면 프로파일의 별개의 부분(distinct portion)에서 초기 압출물 유속을 측정하는 단계 및 측정된 유속으로부터 유속 맵(flow rate map)을 생성하는 단계와, 유속 맵에 나타난 각 부분에 따른(portion-specific) 개시 유속으로부터 초기 압력 강하 값을 산출하는 단계와, 단면 프로파일의 각 부분에 대한 소정의 유속을 달성하기 위해 요구되는 압력 강하 값의 변화를 산출하는 단계와, 압력 강하 값의 변화를 얻기 위해 스트랜딩 채널의 단면적 및/또는 길이를 조절하는 단계를 포함하며, 단면 프로파일의 각 부분은 부분에 따른 초기 유속과 함께 유속 맵에 나타나며, 단면 프로파일의 각 부분의 소정의 유속이 달성된다. 다른 유형의 경우, 스트랜딩 채널의 상류에 위치하는 매니폴드는 압력 강하 값에서 요구되는 변화를 얻기 위해 스트랜딩 채널의 단면적 및/또는 길이와 함께 좌표적으로(coordinately) 조절된다.

측정 및 조절 방법의 다른 유형의 경우, 유속 맵은 적어도 제1 반부와 제2 반부를 생성하기 위해 라인을 따라 2등분 되며, 제1 반부는 제2 반부와 대칭이고 제1 반부의 각 부분에 따른 유속은 제2 반부의 대응하는 부분에 따른 유속을 가지며, 제1 반부의 부분에 따른 유속을 제2 반부의 대응하는 부분에 따른 유속과 함께 평균화한다. 유속 맵은 2개, 3개 또는 4개의 라인을 비제한적으로 포함하는 하나 보다 많은 라인을 따라 2등분 될 수 있다.

사용자가 본원에서 설명되는 특정 다이를 압출기 시스템에 선택할 수 있게 함으로써 많은 장점이 제공된다.

본 발명에 의해 제공되는 하나의 장점은 압출기 다이 시스템을 사용하여 처리될 수 있는 복합재의 범위가 확대된다는 것이다. 압출기 시스템은 복합재의 유동에 저항을 부여함으로써 압출된 제품 내에 균일성을 증진한다. 레이버(Laver) 특허의 방법에서, 이것은 압출기 시스템 내에 스트랜딩 다이를 포함시킴으로써 달성된다. 스트랜딩 다이는 시스템에 의해 복합재에 가해지는 벽 전단의 크기를 증가시킴으로써 복합재 유동에 대한 시스템의 저항을 증가시킨다. 따라서, 복합재 유동에 대한 저항은 주로 스트랜딩 다이 내의 스트랜딩 채널의 치수에 의해 좌우된다. 통과하는 복합재가 비교적 낮은 점도를 갖는 상황에서는, 또는 증가된 복합재 유속을 요구하는 응용예에서는, 복합재 유동에 대한 시스템의 저항 레벨에 있어서의 유연성이 요구된다. 스트랜딩 다이에 의해 부여되는 저항은 스트랜딩 채널의 길이와 단면적의 함수이다. 레이버 특허는 단정적으로 1.5인치(3.81cm)의 스트랜딩 채널 길이를 특정하고 있다. 그러나, 레이버 특허에 의해 기술된 단일 길이는 시스템이 효과적으로 처리할 수 있는 복합재 유속을 제한한다. 본 발명은 가변적인 길이를 갖는 스트랜딩 채널을 스트랜딩 다이에 제공함으로써 레이버 특허를 개선한다. 이러한 유연성은 압출기 시스템이 전통적으로 성공적으로 처리할 수 있었던 복합재 유속 및 경도의 범위를 현저히 확대시킨다. 유사하게, 본 발명은 가변적인 단면적을 가진 스트랜딩 채널을 스트랜딩 다이에 제공한다. 복합재 유동에 대한 시스템의 저항을 변경하기 위해 스트랜딩 채널 단면적을 수정하는 것은 길이의 변화가 실행 불가능할 때 유리하다.

본 발명은 또한 압출물에 노출되는 열을 증가시키는 수단을 제공함으로써 처리될 수 있는 재생 재료의 양의 증가를 제공한다. 압출 공정에 사용될 수 있는 두 종류의 재생 재료는 소비 후 재생 플라스틱 및 제조 후 재생 플라스틱을 포함한다. 소비 후 재생 플라스틱은 일반적으로 더 높은 용융점을 가진 유사 플라스틱 또는 복합재 내에 분산되기 어려운 양립 불가능한 플라스틱과 같은 오염물을 포함한다. 제조 후 재생 플라스틱은 일반적으로 배리어 층을 포함하거나 또는 다층 필름에서 발견되는 상이한 플라스틱 혼합물을 갖는다. 이들 각각의 재생 재료에 존재하는 다양한 플라스틱은 일반적으로 상이한 처리 요건을 갖는다. 어느 한 유형의 재생 플라스틱을 포함하는 복합재는 균일한 최초 재료로 제조된 복합재에서 보이는 것과 동일한 균질성을 최종 제품이 갖도록 제조 중의 압출 단계에서 추가적인 열 및 혼합을 요구한다.

복합재 압출물이 노출되는 열의 양은 온도, 시간, 마찰열의 함수이며, 마찰열은 압출기에 의한 복합재의 혼합 및 운반으로부터 발생된다. 열 노출을 증가시키기 위해서는, 이들 인자들 중 적어도 하나가 증가되어야 한다. 처리 온도를 증가시키는 것은 압출 공정 중에 셀룰로오스 섬유의 열화를 초래할 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 처리 시간을 증가시키는 것은 더 느린 처리 속도(단위 시간당 재료 출력이 적음) 또는 더 긴 체류 시간(단위 시간당 동일한 출력에서 재료가 압출기 내에 더 긴 시간 동안 체류함)을 요구한다. 더 느린 처리 속도는 생산성을 제한하므로 바람직하지 않다. 따라서, 열 노출을 증가시키는 바람직한 방법은 복합재의 체류 시간을 증가시키는 것이다. 이것은 낮은 생산 속도를 야기하지 않으며, 혼합 시간의 증가를 통해 복합재에 추가되는 마찰열의 양을 증가시키는 추가의 이점을 갖는다.

체류 시간을 증가시키는 것은 어댑터 다이를 통한 유동을 억제함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 이 지점에서만 유동을 억제하는 것은 나머지 다이를 통해 유동하는 재료의 소량 고속 스트림을 발생시킬 것이다. 증가된 속도는 다이 공동의 주연부와의 접촉으로 인한 주연부에서의 재료의 마찰을 증가시킨다. 이것은 유동 스트림의 단면 프로파일을 가로질러, 프로파일의 중심이 에지보다 더 빠르게 유동하는 유동의 불균형을 발생시킨다. 유동의 불균형은 에지 파열, 표면 거칠기, 및/또는 최종 압출된 제품의 프로파일 형상의 왜곡을 유발한다. 본 발명은 어댑터 다이, 전이 다이 및 스트랜딩 다이의 설계를 통합하는 다이 설계를 통해 재료 유동의 균형을 달성함으로써 이러한 문제를 극복한다.

본 발명의 다른 이점은 압출되는 제품의 크기가 더 다양하다는 것이다. 예를 들어, 레이버 특허는 몰딩 다이가 그 입구 오리피스로부터 그 출구 오리피스까지 대략 1.5인치(3.81cm)이며, 입구 오리피스가 전이 다이의 출구 오리피스와 유사한 형상을 갖고, 출구 오리피스가 제품과 동일한 형상을 갖는다고 기술하고 있다. 본원에 설명되는 바와 같이, 몰딩 다이의 길이는 최종 제품의 강도 및 제품 크기와 관련이 있다. 레이버 특허에서는 표준 어댑터 다이, 전이 다이 및 스트랜딩 다이가 강도를 희생하지 않고 발생될 수 있는 제품의 크기에 제약을 가하기 때문에 몰딩 다이의 길이가 제한된다. 본 발명은 최종 제품의 강도를 유지하면서도 몰딩 다이의 길이 및 복합재 유동의 각도를 변경하기 위한 수단을 제조자에게 제공함으로써 이러한 제약을 극복한다. 그 결과, 큰 제품을 생산할 때 몰딩 다이가 복합재에 가하는 압축의 크기 및 기타 특징이 최대화될 수 있다.

본 발명의 또 다른 이점은 압출된 프로파일의 제조자가 프로파일의 하나 이상의 기계적 특성을 특정한 최종 용도를 위해 최적화하는 것을 허용한다는 것이다. 레이버 특허의 스트랜딩 다이는 스트랜딩 다이로부터 유출되는 유동 스트림의 어레이를 생성한다. 이러한 유동 스트림의 어레이는 촘촘하고, 개별 스트림들이 서로 융합된다. 본 발명은 임계 영역에서 스트랜드간 부착을 개선한다.

본원에 제공된 변형된 다이는 레이버 특허를 비롯한 종래 기술에 의해 인식되지 못했던 문제들을 해결한다.

본 발명의 목적 및 이점은 첨부된 도면과 연계한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.

도 1a는 레이버에게 허여된 미국 특허 제5,516,472호에 따른 종래 기술의 어댑터 다이의 정면도이다.
도 1b는 선 1B-1B를 따라 취한 도 1a에 도시된 종래 기술의 어댑터 다이의 단면도이다.
도 1c는 선 1C-1C를 따라 취한 도 1a에 도시된 종래 기술의 어댑터 다이의 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 어댑터 다이의 정면도이다.
도 2b는 선 2B-2B를 따라 취한 도 2a에 도시된 어댑터 다이의 단면도이다.
도 2c는 선 2C-2C를 따라 취한 도 2a에 도시된 어댑터 다이의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 압출기 및 어댑터 다이의 측단면도이다.
도 4는 크로스 헤드 압출 장치의 평면도이다.
도 5는 크로스 헤드 압출 장치와 함께 사용하기 위한 본 발명의 전이 다이 및 스트랜딩 다이의 측단면도이다.
도 6은 크로스 헤드 압출 장치와 함께 사용하기 위한 본 발명의 전이 다이 채널 및 대응 스트랜딩 채널 그룹의 확대도이다.
도 7은 통합된 매니폴드 테이퍼 및 스트랜딩 채널 길이를 갖는 본 발명의 전이 다이 및 스트랜딩 다이에 대한 압력 강하 계산을 나타내는 표이다.
도 8은 동일한 길이의 스트랜딩 채널을 갖는 종래 기술의 전이 다이 및 스트랜딩 다이에 대한 압력 강하 계산을 나타내는 표이다.
도 9는 통합되지 않은 매니폴드 테이퍼 및 스트랜딩 채널 길이를 갖는 전이 다이 및 스트랜딩 다이에 대한 압력 강하 계산을 나타내는 표이다.
도 10은 낮은 생산 속도에서 스트랜딩 다이로부터의 압출 유속을 ㎤/초의 단위로 나타내는 프로파일 맵이다.
도 11은 중간 생산 속도에서 스트랜딩 다이로부터의 압출 유속을 ㎤/초의 단위로 나타내는 프로파일 맵이다.
도 12는 높은 생산 속도에서 스트랜딩 다이로부터의 압출 유속을 ㎤/초의 단위로 나타내는 프로파일 맵이다.
도 13은 도 12의 유속으로부터 도출된 평균 압출 유속을 ㎤/초의 단위로 나타내는 프로파일 맵이다.
도 14는 도 13의 평균 유속으로부터 도출된 상대 압출 유속의 프로파일 맵이다.
도 15는 도 14의 상대 유속으로부터 계산된 상대 압력 강하 분포의 프로파일 맵이다.
도 16a는 상이한 단면적을 갖고 각각의 스트랜딩 채널의 중심선들 사이에 동일한 거리를 갖는 스트랜딩 채널들을 구비한 스트랜딩 다이의 정면도이다.
도 16b는 상이한 단면적을 갖고 스트랜딩 채널들 사이의 거리를 최소화하기 위해 각각의 스트랜딩 채널의 중심선들 사이에 동일하지 않은 거리를 갖는 스트랜딩 채널들을 구비한 스트랜딩 다이의 정면도이다.
도 17a는 1.0인치(2.54cm)의 프로파일 두께로 압출물을 압축하는 몰딩 다이 내의 몰딩 채널을 도시한다.
도 17b는 2.0인치(5.08cm)의 프로파일 두께로 압출물을 압축하는 몰딩 다이 내의 몰딩 채널을 도시한다.
도 18은 배향 평면을 도시하는 스트랜딩 채널의 정면도이다.
도 19a는 도 18에 도시된 선 A-A를 따라 취한 데크 보드 표본의 전단 응력을 나타내는 표이다.
도 19b는 도 18에 도시된 라인(B-B)을 따라 취한 데크 보드 표본의 전단 강도를 나타내는 표이다.
도 20은 변형된 스트랜딩 채널을 포함하는 스트랜딩 채널 그룹의 정면도를 도시한다.
도 21a는 도 18의 스트랜딩 설계에 따라 준비된 데크 보드의 휨 특성을 나타내는 표이다.
도 21b는 도 20의 스트랜딩 설계에 따라 준비된 데크 보드의 휨 특성을 나태는 표이다.
도 22a는 도 18의 스트랜딩 설계에 따라 준비되고 라인(B-B)을 따라 취한 데크 보드의 전단 강도를 나타내는 표이다.
도 22b는 도 20의 스트랜딩 설계에 따라 준비되고 라인(B-B)을 따라 취한 데크 보드의 전단 강도를 나타내는 표이다.

본 발명의 일 태양은 어댑터 다이를 통한 유동을 제한함으로써 복합재 체류 시간을 증가시키기 위한 압출 시스템을 제공한다.

도 1a, 도 1b 및 도 1c에는 종래 기술에 공지된 통상의 어댑터 다이(10)가 도시되어 있다. 어댑터 다이(10)는 전방 오리피스(12), 후방 오리피스(14), 어댑터 채널(16) 및 볼트 구멍(18)을 포함한다. 전방 오리피스(12)는 복합재를 전방 오리피스(12)를 통해 어댑터 다이(10)의 어댑터 채널(16)로 공급하는, 도 3에 도시된 압출기(32)와 같은, 압출기를 수용하도록 형성된다. 후방 오리피스(14)는 어댑터 다이(10)의 어댑터 채널(16)을 통해 전이 다이로 복합재를 공급하도록 형성된다. 종래의 어댑터 다이의 후방 오리피스(14)는 대체로 원형 형상으로서 50 ㎜ 내지 300 ㎜의 직경 범위를 갖는다. 종래의 어댑터 다이는 통상적으로 압출기를 다이 시스템의 나머지(remaining) 다이에 연결하기 위해서만 제공된다. 따라서, 어댑터 채널(16)은 전방 오리피스(12)로부터 후방 오리피스(14)로 갈수록 일정하면서도 점진적으로 단면적이 변화되도록 형성된다. 도 1b 및 도 1c에는 전방 오리피스(12)로부터 후방 오리피스(14)로 가면서 단면적이 감소하도록 어댑터 채널(16)의 단면적이 일정하면서도 균일하게 감소하는 어댑터 다이가 도시되어 있다. 어댑터 채널(16)의 단면적은 후방 오리피스의 단면적보다 작게 감소되지는 않는다. 볼트 구멍(18)은 어댑터 다이(10)를 압출기에 고정하도록 어댑터 다이(10)에 구성되어 위치된다.

도 2a, 도 2b 도 2c는 본 발명의 어댑터 다이(20)를 도시하고 있다. 종래의 어댑터 다이(10)와 유사하게, 본 발명의 어댑터 다이(20)는 전방 오리피스(12), 후방 오리피스(14), 어댑터 채널(16) 및 볼트 구멍(18)을 포함한다. 그러나, 본 발명의 어댑터 다이(20)의 어댑터 채널(16)은 전방 오리피스(12)로부터 후방 오리피스(14)로 가면서 단면적이 일정하게 변화하지 않고 제한된 구역(26)을 포함한다. 제한된 구역(26)은 어댑터 채널(16)의 일부로서, 그 단면적은 후방 오리피스(14)의 단면적보다 작다. 변형된 어댑터 다이의 일 태양에서, 후방 오리피스(14)의 단면적은 약 1257 ㎟이고, 제한된 구역(26)의 단면적 범위는 약 175 ㎟ 내지 약 900 ㎟ 이며, 약 645 ㎟일 수 있다. 다양한 단면적을 갖는 제한된 구역(26)을 구비한 어댑터 다이(20)는 원하는 제한 정도에 따라 사용될 수 있다. 제한된 구역(26)의 단면적에 대한 후방 오리피스(14)의 단면적의 비율은 약 1:1, 1.01:1, 1.05:1, 1.1:1, 1.2:1, 1.5:1, 2:1, 7:1, 또는 10:1이거나 이보다 클 수 있다. 허용 가능한 비율 범위는 약 1.1:1 내지 약 10:1을 포함하며, 약 1.5:1 내지 약 8:1이 바람직하다. 가장 바람직한 비율은 복합재의 포뮬레이션, 사용된 수지 및 재생 재료 양에 따라 달라진다.

어댑터 다이(20)가 제한된 구역(26)을 포함함으로써 프로세싱 동안 압출기에 대한 열의 노출을 증가시킨다. 이는 어댑터 다이(20)의 제한된 구역(26)을 통해 재료를 가압하기 위해 필요한 압력의 증가와 이에 따른 작용 효과의 함수이다. 셀룰로오스 플라스틱 복합재는 용융되면 압축될 수 있다. 증가된 압력은 압출 시스템의 제한된 구역(26)의 상류에서 셀룰로오스 플라스틱 복합재를 압축한다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이 어댑터 다이(20)의 상류에 압출기(32)를 구비한 압출 시스템에서, 제한된 구역(26)으로 인해, 임의 시간에 압출기(32)에 더 많은 복합재(34)가 존재할 수 있다. 이로 인해, 복합재가 기계적 교반, 혼합, 및 이에 따른 열 노출에 노출되는, 압출기(32) 내에서의 복합재(34)의 체류 시간의 양을 증가시킨다. 이에 따라, 제한된 구역(26)을 구비한 변형된 어댑터 다이(20)는 산출 생산율을 감소시키지 않으면서 압출물에 대한 열 노출을 증가시킨다.

체류 시간, 기계적 교반, 혼합 및 열 노출의 증가는 복합재 매트릭스 내의 포뮬레이션 성분(formulation ingredient)을 완전히 분산(dispersing)시킴으로써 더욱 균질인 복합재를 촉진시킨다. 이는 특히 내부에 포함되는 불순물로 인해 더 높은 처리 온도 및 혼합을 요구하는 재생 재료를 사용할 때 유리하다. 이러한 이유로, 제한된 구역(26)을 갖는 변형된 어댑터 다이(20)는 다른 종래의 압출 시스템에서 사용될 때 유리할 수 있다. 하지만, 후술되는 바와 같이, 최선의 결과는 변형된 어댑터 다이(20)가 변형된 전이, 스트랜딩 및 몰딩 다이와 일체일 때 달성된다.

제한된 구역(26)을 포함하는 어댑터 다이(20)는 다이 채널의 단면적에 걸쳐 불균일한 유동을 야기할 수 있을 것이다. 이러한 용례를 위해, "불균일한 유동(non-uniform flow)"은 압출물의 단면 프로파일의 일부의 체적 유속(㎤/초)이 압출물의 단면 프로파일의 다른 부분에 비해 1.10 배 증가하는 것으로 정의된다. 최종 제품의 원하는 특성에 따라, "불균일한 유동"은 압출물의 단면 프로파일의 일부의 체적 유속이 단면 프로파일의 다른 부분에 비해 약 1.10 배, 약 1.50 배, 약 2.00 배, 약 4.00 배 또는 약 8.00 배 증가하는 것일 수 있다. "균일한 유동(uniform flow)"은 압출물의 단면 프로파일에 걸쳐 불균일한 유동이 없는 것으로 정의된다. 제한된 구역(26)을 구비한 어댑터 다이(20)로 인한 불균일한 유동은 압출물이 제한된 구역(26)을 통과할 때 압출 유동의 증가를 유도한다. 그러나, 압출물의 유속은, 어댑터 채널(16)의 내부 표면과 압출물 사이의 마찰로 인해 어댑터 채널(16)의 주연에서보다 중앙에서 유동이 보다 증가하는 바와 같이, 균일하지 않게 증가한다. 제한된 구역(26)으로부터 후방 오리피스(14)로의 단면적 증가에도 불구하고, 셀룰로오스 플라스틱 복합재에게 통상적으로 나타나는 "유동 메모리(flow memory)"는 압출물이 어댑터 다이(20)의 후방 오리피스(14)로부터 배출될 때 불균일한 유동의 연속을 초래한다.

또한, 불균일한 유동은 시스템을 통한 전체 유속을 증가시킴으로써 생산율을 증가시키는 결과를 일반적으로 가져온다. 유동 채널을 통한 압출물 유동은 압출물과 유동 채널의 벽 사이의 마찰(벽면 전단력)에 의해 방해를 받는다. 유동의 전체 속도가 증가하면, 표면 저항 또한 증가한다. 레이버(Laver)로서 설명된 시스템과 같은 표준 압출 시스템에서, 마찰에 의해 방해받는 채널의 표면에서보다 중앙에서 유동이 보다 증가하는 바와 같이 유동은 불균일하게 증가한다. 이런 불균형은 생산율이 증가할수록 악화된다.

불균일한 유동이 제한된 구역(26)을 구비한 변형된 어댑터 다이(20)의 사용에 기인하든 또는 생산율의 전체적 증가에 기인하든 이와 무관하게, 유동의 불균형은 에지 인열(edge tearing), 표면 거칠기 및/또는 최종 압출 제품의 프로파일 형상의 파괴로 인해 최종 제품에 결점(inconsistencies)을 야기한다.

본 발명의 변형 다이는 높은 국부 속도의 구역에서 유동에 대한 저항을 더 발생시킴으로써 균일하지 않은 유동에 대해 해결책을 제공한다. 이는 이하의 예시에 도시되는 바와 같이 개별 스트랜딩 채널의 저항을 증가시킴으로써 스트랜딩 다이에서 이루어진다. 소정 속도의 유동 저항은 유체 역학을 통해 개별 스트랜딩 채널에 대해 산출될 수 있다. 그러나, 어댑터 다이, 전이 다이 및 몰딩 다이의 별개 영역에서의 유속은 판단하기가 어렵다. 본 발명은 다이가 조합될 때 프로파일 단면의 모든 구역에서 유동 저항이 동일하게 이루어지도록 개별 다이의 설계를 통합함으로써 유동의 균일함을 향상시킨다.

유동의 균일함을 조장하는 변형된 다이가 먼저 도 4에 도시된 바와 같은 크로스헤드형 압출 장치(40)로서 도시되어 있다. 불균일한 유동은 이런 크로스헤드형 압출 장치(40)를 사용할 때 특히 문제이다. 크로스헤드형 압출기에서, 스트랜딩 다이의 상류에서 시스템을 통과하는 유동 방향은 스트랜딩 다이(60)에서의 재료의 유동 방향에 대해 각도를 이루며 진행한다. 크로스헤드형 압출 시스템은 스트랜딩 다이의 유동 방향에 대해 스트랜딩 다이의 상류에서의 방향 사이에서 0°보다 큰 임의의 각도를 가질 수 있다. 특히 도 4에 도시된 크로스헤드형 압출 장치에서, 압출기에서 전이 다이(50)로 유입되는 유동 방향은 스트랜딩 다이(60)의 유동 방향에 대해 직각(90°)을 이룬다. 도 4에 도시된 이런 크로스헤드형 압출 장치는 코어 재료(44)의 상부 및 하부의 블록에 셀룰로오스 플라스틱 복합재(34)를 압출하도록 설계된다. 코어 재료(44)는 재료가 코어를 형성하기 위해 사용되는 다양한 다이를 통해 압출기로부터 직선으로 유동하는 통상의 방식으로 압출된다. 대조적으로, 셀룰로오스 플라스틱 복합재(34)는 코어 재료에 대해 직각으로 압출되고, 블록이 코어의 위쪽 및 아래쪽에 형성될 때 90°변경되어야 한다. 이런 형식의 압출은 유체가 최단 경로를 따라 유동하는 문제를 가지는데, 그 이유는 유동 저항이 경로를 따라 최소이기 때문이다. 유동의 이런 불균형은 유속이 증가함에 따라 악화된다.

도 5에는 압출된 프로파일의 모든 영역에서 균일한 유동과 균일한 압력 강하를 제공하도록 조직적으로 설계된 크로스헤드형 압출 장치에 사용되는 전이 다이(50)와 스트랜딩 다이(60)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같은 전이 다이(50)는 2개의 전이 채널을 가지며, 하나의 전이 채널(52)은 상부 블록용이고, 다른 하나의 전이 채널(54)은 하부 블록용이다. 스트랜딩 다이(60)는 스트랜딩 채널(62, 64)의 2개의 대응 그룹을 가진다.

도 6은 전이 채널(52) 및 그의 대응하는 스트랜딩 채널 그룹(62)의 확대도를 도시한다. [전이 채널(54) 및 그의 대응하는 스트랜딩 채널 그룹(64)은 아래에 설명될 바와 같이 유사하게 구성될 것이다.] 전이 다이(50)는 전이 채널(52) 및 후방 오리피스(51)를 포함한다[전이 다이(50)의 전방 오리피스는 도시되지 않음]. 전이 채널(52)은 그의 단면적이 전방 오리피스로부터 후방 오리피스(51)까지 감소되도록 테이퍼진다.

도 6의 스트랜딩 다이(60)는 스트랜딩 채널 그룹(62)을 포함하는 개별 스트랜딩 채널(63) 및 전방 오리피스(61)[스트랜딩 다이(60)의 후방 오리피스는 도시되지 않음]를 포함한다. 스트랜딩 채널 그룹(62) 내의 개별 스트랜딩 채널(63)은 전이 채널(52)로부터 압출물 유동의 소스에 대한 그의 위치에 따라 다양한 길이를 갖는다. 스트랜딩 다이(60) 내의 스트랜딩 채널(63)은, 압출물 유동의 소스로부터의 거리가 증가함에 따라 길이가 증분적으로 감소된다. 압출물 유동의 소스에 가장 근접한 (또한 도 6에서 좌측에 있는) 스트랜딩 채널(63)은 스트랜딩 채널 최장 길이를 갖고; 압출물 유동의 소스로부터 가장 멀리 있는 (도 6에서 우측에 있는) 스트랜딩 채널(63)은 최단 스트랜딩 채널 길이를 갖고; 개재 스트랜딩 채널(63)은 이들 사이에서 증분적으로 변한다. 스트랜딩 다이(60) 내의 스트랜딩 채널의 길이의 증분적 감소는 스트랜딩 채널 그룹(62)의 입구에서 경사진 천공 표면(66)을 형성한다. 이로 인해, 전이 채널(52)의 내부 표면(55)과 경사 표면(66) 사이에 매니폴드(65)를 형성한다. 스트랜딩 채널(63)의 변하는 길이에 의해 생성되는 전이 채널(52)과 경사 표면(66)의 테이퍼는 단면을 감소시키는 유동 채널을 형성한다. 전이 채널(52)로부터 방출되는 재료는 우선, 스트랜딩 채널 그룹(62)의 근위 측부에서 경사 표면과 접촉하고, 스트랜딩 채널 그룹(62)의 원위 측부에 도달하도록 경사 표면(66)을 가로질러 수직으로 유동할 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 재료의 일부는 재료가 표면(66)을 가로질러 나아갈 때 각각의 스트랜딩 채널(63)로 진입할 것이다. 스트랜딩 채널(63)에 의해 형성되는 표면(66)의 경사 및 전이 채널(52)의 테이퍼는, 재료가 연속된 열의 스트랜딩 채널(63)을 통하여 전이 다이(50)를 떠날 때 발생하는 유동의 감소를 보상하도록 계산된다.

도 7은 도 6에 도시된 방식으로 전이 다이 및 스트랜딩 다이의 설계를 좌표적으로 통합하는 결과를 도시한다. 표의 각 행은 매니폴드의 그리고 스트랜딩 채널의 세그먼트를 나타낸다. 매니폴드의 세그멘트는 각각의 스트랜딩 채널(63) 위에 놓이는 영역이다. 스트랜딩 채널의 세그멘트는 각각의 스트랜딩 채널에 의해 형성되는 영역 내에 존재한다. 도 7의 열 1(제1 열)은 세그먼트 번호를 나열한다. 열 2는 각 세그멘트의 매니폴드 폭을 도시한다. 열 3은 세그멘트의 시작과 끝에서 높이의 평균으로 얻어지는 각 세그먼트의 높이를 도시한다. 세그멘트 높이는 전이 다이 오리피스의 테이퍼 때문에 감소한다. 열 4는 각 세그멘트를 통과하는 유속을 도시한다. 세그멘트 1에서의 유동은 후속 세그멘트 및 스트랜딩 채널의 제1 열 등에서의 유동을 공급한다. 열 5는 재료를 매니폴드의 입구로부터 각 세그멘트로 제4 열에 도시된 유속으로 이동시키는데 요구되는 압력 강하를 도시한다. 열 6과 열 7은, 코지키(Kozicki)[코지키 더블유.(Kozicki, W.), 쇼우 씨. 에이치.(Chou, C. H.) 및 티우 씨.(Tiu, C.), "임의의 단면의 덕트에서의 비-뉴턴 유동(Non-Newtonian flow in ducts of arbitrary cross section)", 케미컬 엔지니어링 사이언스(Chemical Engineering Science), 1966년, Vol. 21, pp. 665-679]에 의해 개발된 방법에 따라 각 세그멘트에서의 압력 강하를 계산하는데 이용된 형상 인자(a 및 b)이다. 코지키에 의해 개발된 수학식 1을 참조.

여기서, ΔP는 계산 압력 강하이고, L은 덕트 길이이고, M은 (알려진 방법에 의해 점도로부터 계산된) 재료의 경도(consistency)이고, R_h는 덕트의 수력 반경(주연부 길이에 의해 분할된 단면적)이고, Q는 유체의 체적 유속이고, a 및 b는 형상 인자이고, A는 덕트의 단면적이고, n는 유체의 거동을 기술한 거듭 제곱 지수(power law exponent)이다. 열 8은 각 스트랜딩 채널의 길이를 나타낸다. 열 9는 열 10에서 주어진 유속으로 미리 정해진 직경을 갖는 그 길이의 튜브를 통하여 재료를 이동시키는데 요구되는 압력 강하를 제공한다. 열 11은 각 세그멘트를 위한 스트랜딩 채널의 압력 강하 외에 매니폴드 내의 압력 강하를 포함하는 전체 압력 강하를 나타낸다. 용어 "압력 강하"는 압출기 시스템의 다양한 내부 부분들 사이의 압력 차이를 말한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 개선된 스트랜딩 다이의 모든 세그멘트에 대한 전체 예측된 압력 강하는 매우 균일하고 1570 psi(110.38 Kg/㎠)로부터 1504 psi(105.74 Kg/㎠) 범위에 있다.

도 8은 도 9에서 수행되는 동일한 계산을 도시하지만 동일 길이의 스트랜딩 채널을 이용한다(도 8의 제8 열을 참조). 도 8의 표의 최우측 열에 도시된 바와 같이, 1570 psi(110.38 Kg/㎠)로부터 1764 psi(124.02 Kg/㎠)까지 이르는 예측된 압력 강하의 더 큰 변화가 있다. 이 설계는 본 발명의 설계에서 달성되는 일정한 전체 압력 강하 및 균일한 유동을 이루지 않는다.

도 9는 매니폴드의 테이퍼(제3 열을 참조) 및 스트랜딩 채널의 길이(제8 열을 참조)가 통합되지 않을 때 예상되는 압력 강하(최우측 열을 참조)를 도시한다. 이러한 설계는 본 발명의 설계에 달성된 일정한 전체 압력 강하 및 균일한 유동을 이루지 않는다.

도 7 내지 도 9에 도시된 예는 크로스-헤드 다이 시스템에서 2차원 유동 경로로부터 기인하는 압력 강하를 도시한다. 본 발명의 통합된 전이 다이 및 스트랜딩 채널 길이 설계는 표준[즉 비-크로스-헤드(non-cross-head) 또는 "스트레이트(straight)"] 압출 다이 시스템에서 전형적인 3차원 유동 경로의 설계에 또한 적용될 수 있다. 스트레이트 압출 시스템에서, 최단 유동 경로는 일반적으로 다이의 중심에 있다. 크로스-헤드 압출 장치에서 균일한 유동을 생성하기 위한 변형된 다이를 설계하기 위해 사용된 방법은, 표준 압출 시스템에서 균일한 유동을 생성하기 위해 도 10 내지 도 15와 관련하여 이제 보여질 것이다.

도 10 내지 도 12는 표준 데크 보드 압출 시스템에서 생산율을 증가시킬 때 유동의 불균일성의 점진적 유발을 보여주는 윤곽 그래프이다. 그래프 상의 각 밴드는 질량 유속의 좁은 범위를 나타낸다. 그래프 상의 위치는 스트랜딩 다이의 단면 프로파일을 가로지르는 위치에 대응된다. 그래프를 생성하기 위해, 레이버(Laver)의 일반적인 균일한 스트랜딩 채널 크기 및 길이를 갖는 스트랜딩 다이는 유동을 분리하는데 사용된다. 성형 다이 및 세팅 다이는 압출된 재료가 대기압으로 스트랜딩 다이를 방출하도록 제거되었다. 이렇게 구성된 스트랜딩 다이는 모세관 다이의 어레이의 방법으로 기능을 한다. 모세관 다이를 통과하는 유속은 코지키로부터의 수학식 1을 수학식 2로 재정리함으로써 특징지워질 수 있다.

균일한 스트랜딩 채널 길이 및 크기를 갖는 스트랜딩 다이에서, 수력 반경, 면적, 길이 및 형상 인자는 모든 채널에 대해서 동일하다. 스트랜딩 다이로 진입하는 셀룰로오스-플라스틱 복합재가 동질적일 것으로 추측될 때, 재료 특성(M 및 n)은 모든 스트랜딩 채널을 통과하는 재료에서 평균적으로 동일할 것으로 추측될 수 있다. 따라서, 유속의 차이는 재료가 스트랜딩 채널을 통과할 때 재료에 의해 경험되는 압력 강하(ΔP)의 차이에 기인할 수 있다. 재료가 스트랜딩 플레이트로부터 대기 정상 공기 압력으로 방출되기 때문에, 모든 스트랜딩 채널에 대한 출구 압력은 동일하다. ΔP의 차이는 스트랜딩 채널로의 입구에서 압력의 변화에 기인할 수 있다. 따라서, 질량 유속은 매니폴드에서 압력장(pressure field)의 맵을 제공한다.

도 10, 도 11 및 도 12는 각각 낮은 생산율, 중간 생산율 및 높은 생산율의 유속의 맵이다. 그래프에서의 윤곽선은 생산율이 증가함에 따라 더 다수이고 더 긴밀하게 패킹되게 된다. 이는 생산율이 증가함에 따른 재료 유동의 균일성의 감소를 보여준다.

도 12의 불균일 유속을 보정하기 위한 코디네이트 전이 다이 및 스트랜딩 다이의 설계가 아래와 같이 이루어질 수 있다. 도 12의 유속 맵은 X축 및 Y축 상에서 맵을 균등하게 2등분함으로써 4개의 사분면으로 분할될 수 있다. 이후 각 스트랜딩 채널은 다른 3개의 사분면에서 대응 위치를 점유하는 3개의 다른 스트랜딩 채널을 갖는다. 4개의 사분면의 대응 위치 각각에서 4개의 스트랜딩 채널의 유속을 평균화하는 것은 수직 및 수평 축을 중심으로 대칭인 유동 맵을 가져온다. 이러한 평균 유속 맵이 도 13에 도시된다. 도 14에서, 도 13의 평균 유속은 전체 필드에 대한 최소 유속에 의해 각 위치에서 유속을 분할함으로써, 상대 값, 무차원 수(dimensionless numbers)로 변환된다. 값은 최소 유속인 1로부터 2.24까지 범위, 또는 최소 유속의 2배보다 약간 큰 범위에 있고, 최고 유속은 프로파일의 중심에 발생하고 최저 유속은 프로파일의 주연부에서 발생한다.

개별 스트랜딩 채널의 유속은 이하와 같이 스트랜딩 채널의 길이를 변경함으로써 균일한 유속 프로파일을 이루도록 조절될 수 있다. 유속이 수학식 1 및 2에 나타난 바와 같이 ΔP과 관련이 있기 때문에, 도 15에 도시된 바와 같이 유동 채널을 가로지르는 상대 압력 강하 분포의 맵을 생성하기 위해 도 14의 상대적인 유속 맵을 이용할 수 있다. 도 15에서의 값은 1로부터 1.21까지의 범위에 있다. 도 15에 도시된 상대적인 압력 강하 값의 범위는 이 예에 사용된 특정 유체 압출물의 성질 때문에 상대적인 유속의 것보다 훨씬 작다. 다시 수학식 2를 살펴보면, 유속(Q)은 1/n의 지수에 의해 압력 강하 ΔP와 관련이 있고 여기서 n은 유체의 유동 유발 거동을 기술하는 거듭 제곱 지수이다. 이 예에 사용된 유체를 기술하는 거듭 제곱 지수는 0.24이어서, 압력의 변화는 4배가 된(1/0.24=4.167) 유동 변화를 야기한다. 유동 방정식은 유동 채널 길이(L)가 ΔP과 동일한 방식으로 유속(Q)과 관련이 있다는 것을 보여준다. 이 발명의 개선된 방법을 이용하면, 유속은 전이 다이에서 압력 분포를 변경하지 않으면서 스트랜딩 채널의 길이(L)를 변경함으로써 스트랜딩 다이를 통하여 균형잡힐 수 있다. 표준 압출 시스템에서의 전이 다이는 환형 테이퍼를 채용할 수 있다. 스트랜딩 다이의 전방 면에 의해 형성되는 경사 표면에 대하여 매니폴드를 형성하는 이러한 테이퍼는 스트랜딩 채널의 길이를 결정하는데 고려된다.

표준 압출 시스템에 대해 도 10 내지 도 15에 도시된 경우, 도 6의 경사 표면(66)에 대해 도시된 바와 같이, 스트랜딩 다이의 스트랜딩 채널의 다양한 길이에 의해 형성된 경사 표면(66)은 일 측에서부터 다른 측부까지 경사지지 않는다. 오히려, 도 10 내지 도 15에 도시된 경우의 경사 표면은, 최장 채널이 스트랜딩 다이 프로파일의 중심에 위치되고, 최단 채널이 스트랜딩 다이 프로파일의 주연부에 위치되고, 길이는 중심으로부터 주연부까지 점진적으로 감소하는, (스트랜딩 다이의 전방에서 보았을 때) 조합된 볼록 또는 아치형 경사 표면을 갖는다. 양호한 버전에서, 개별적인 스트랜딩 채널의 실질적인 길이(및 경사 표면의 기울기)는 스트랜딩 다이의 바로 선행하는 전이 채널의 테이퍼(taper)에 의존한다. 스트랜딩 다이 프로파일의 최단 스트랜딩 채널에 대한 최장 스트랜딩 채널의 비율은 약 1:1, 1.01:1, 1.05:1, 1.1:1, 1.2:1, 1.3:1, 1.4:1, 1.5:1, 2:1, 또는 4:1과 동일하거나 이보다 클 수 있다. 허용가능한 비율의 범위는 약 1.1:1 내지 약 4:1을 포함하고, 바람직하게는 약 1.3:1 내지 약 3:1이다. 가장 바람직한 비율은 사용되는 수지 및 포뮬레이션에 따라 변경된다.

본 발명의 다른 버전에서, 스트랜딩 다이의 경사 표면(66)은 스트랜딩 채널 길이가 주연부에서 더 길어지고 그 길이가 주연부로부터 중심까지 점진적으로 감소되도록 반전될 수 있다. 따라서, 이 버전의 스트랜딩 다이는, (스트랜딩 다이의 전방에서 보았을 때) 볼록한 경사 표면을 갖는 것보다 오히려, 오목한 경사 표면을 갖는다. 이런 유형의 경사 표면은, 셀룰로오스계 섬유의 분해가 발생하기 시작하는 범위에서 용융점 또는 요구되는 처리 온도를 갖는 수지를 이용하는 복합재를 압출할 때 특히 유용한 것으로 기대된다. 이러한 수지는, 셀룰로오스계 복합재의 생산에 일반적으로 사용되는 수지보다 더 높은 용융점 및/또는 처리 온도를 갖고, 더 큰 정도의 열 저항성을 요구하는 다운스트림 용례에 유용하다. 나일론과 같은 다수의 소위 엔지니어링 수지(engineering resin), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 및 폴리아릴에테르에테르케톤(PEEK)은 이러한 수지의 예시이다. 이러한 고온 수지에 의해 생성된 셀룰로오스계 복합재는 셀룰로오스계 섬유를 분해하지 않도록 가능한 낮은 온도로 처리되어야 한다. 수지의 용융점의 로우 엔드(low end)의 온도에서의 처리는 다이 시스템의 수지의 경화 또는 결정화를 유도하고, 이는 종종 압출기에서의 제품의 형성을 방해한다. 다이의 가열은 압출물의 중심선의 유동성을 유지시키지만, 압출물의 중심까지 열이 침투시키지 않을 것이다. 압출물의 중심이 냉각됨에 따라, 이 영역에서의 수지의 점도가 증가할 것이다. 이러한 예시에서는, 스트랜딩 다이의 중심에서의 저항을 감소시킴으로써, 즉 스트랜딩 채널을 쇼트닝(shortening)시킴으로써 밸런싱 유동(balanced flow)이 달성될 수 있다. 본 발명의 이 버전에서, 스트랜딩 다이의 중심에 위치한 최단 채널에 대한 스트랜딩 다이의 주연부에 위치한 최장 스트랜딩 채널의 길이의 비율은 약 1:1, 1.01:1, 1.05:1, 1.1:1, 1.2:1, 1.3:1, 1.4:1, 1.5:1, 2:1, 또는 4:1과 동일하거나 또는 이들보다 클 수 있다. 허용가능한 비율 범위는 약 1.1:1 내지 약 3:1을 포함한다. 바람직한 범위는 약 1.1:1 내지 약 2:1이다.

또한, 스트랜딩 다이를 가로지르는 밸런싱 복합재 유동을 갖는 스트랜딩 다이 및 전이의 발생은 스트랜딩 채널의 단면 영역을 조절함으로써 성취될 수 있다. 이와 같은 전이 및 스트랜딩 다이의 설계의 조합은 전술된 방법과 유사한 방법으로 수행될 것이며, 다양한 스트랜딩 채널 길이에 대해 도 10 내지 도 15에 도시된다. 그러나, 유동에 대한 저항은 채널 길이를 조절하는 것보다(또는 이에 더해) 오히려 스트랜딩 채널의 단면 영역을 감소시킴으로써 증가된다. 수학식 1은 압력 강하(ΔP)가 유동 채널의 단면 영역(A)에 대해 반비례하는 것을 보여준다. 유동에 대한 저항 및 압력 강하는 스트랜딩 채널의 단면 영역을 감소시킴으로써 증가될 수 있다. 유동에 대한 저항 및 압력 강하는 스트랜딩 채널의 단면 영역을 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 전이 다이의 압력 밸런싱은 전술된 바와 같이 유속 및 압력 강하를 계산함으로써 유지된다. 이러한 설계는 복합재 내의 동질성을 증진시키면서 정적 밀도를 갖는 제품의 생산을 용이하게 한다.

표준 압출 시스템에 대한 도 10 내지 도 15에 보여지는 경우의 유동 밸런싱을 위해, 스트랜딩 채널의 단면 영역은 프로파일의 중심에서 가장 작고, 프로파일의 주연부에서 가장 크고, 프로파일의 중심으로부터 주연부까지 점진적으로 증가할 것이다. 바람직한 버전에서, 개개의 스트랜딩 채널의 단면 영역은 스트랜딩 다이의 바로 선행하는 전이 채널의 테이퍼에 의존한다. 스트랜딩 다이 프로파일의 가장 작은 단면 영역에 대한 스트랜딩 채널의 가장 큰 단면 영역의 비율은 약 1:1, 1.01:1, 1.05:1, 1.1:1, 1.2:1, 1.3:1, 1.4:1, 1.5:1, 2:1, 또는 4:1과 동일하거나 이보다 클 수 있다. 허용가능한 비율의 범위는 약 1.1:1 내지 약 4:1을 포함하며, 바람직하게는, 약 1.3:1 내지 약 2.5:1이다. 가장 바람직한 비율은 사용되는 수지 및 포뮬레이션에 따라 변경된다.

고 용융점을 갖는 엔지니어링 수지와 함께 사용되는 버전에서, 스트랜딩 채널의 단면 영역은 프로파일의 중심에서 가장 크고, 프로파일의 주연부에서 가장 작고, 프로파일의 중심으로부터 주연부까지 점진적으로 감소한다. 이러한 버전에서, 프로파일의 주연부의 가장 작은 단면 영역에 대한 프로파일의 중심의 가장 큰 단면 영역의 비율은 약 1:1, 1.01:1, 1.05:1, 1.1:1, 1.2:1, 1.3:1, 1.4:1, 1.5:1, 2:1, 또는 4:1과 동일하거나 이보다 클 수 있다. 허용가능한 비율의 범위는 약 1.1:1 내지 약 3:1을 포함한다. 바람직한 범위는 약 1.1:1 내지 약 2:1이다.

스트랜딩 채널의 단면 영역을 변경시킴으로써 압출물 유동을 조절할 때, 다양한 스트랜딩 채널 구성이 가능하다. 도 16A에 도시된 일 구성에서, 각각의 스트랜딩 채널(63)은 스트랜딩 다이(60)의 단면 프로파일 내에서 각각의 스트랜딩 채널(63)의 중심선(69) 사이의 동일한 거리로 위치된다. 이러한 구성은 스트랜딩 채널(63)간의 거리를 변경시킨다. 이러한 구성을 갖추고, 다이의 주연부의 넓은 스트랜딩 채널(63) 및 중심의 좁은 채널(63)을 갖는 스트랜딩 다이(60)는, 스트랜딩 다이(60)의 중심의 압출물 스트랜드가, 압출물이 스트랜딩 다이(60)를 떠날 때 주연부의 압출물 스트랜드보다 더 큰 공간(room)으로 확장되게 허용한다. 이는 압출된 제품의 프로파일의 중심에서의 밀도를 감소시킨다.

다양한 단면 영역을 갖는 스트랜딩 채널을 갖는 스트랜딩 다이에 대한 두 번째 구성이 도 16B에 도시된다. 이러한 구성에서, 스트랜딩 채널(63)의 중심선(69) 간의 거리는, 스트랜딩 채널(63) 간의 거리가 기하학적 구조의 범위 내에서 가능한 한 일정하게 자체적으로 유지되도록 채널(63)의 단면 영역이 변함에 따라 변경된다. 이러한 구성은, 단면 프로파일의 일부의 밀도의 감소 없이도 압출물 유속의 조절을 허용한다.

본 발명의 신규성은, 사용자가 특정 효과를 발생시키기 위해 다양한 조합의 다이를 선택하게 허용한다는 것이다. 예를 들어, 어댑터 다이의 후방 오리피스의 크기는 스트랜딩 다이의 스트랜딩 채널의 결합된 단면 영역과 직접적으로 관련된다. 통상적으로 스트랜딩 다이의 스트랜딩 채널의 결합된 단면 영역이 증가함에 따라 어댑터 다이의 후방 오리피스의 크기가 증가한다. 그러나, 오리피스의 크기는 시스템을 완전히 통과하기 위해 복합재에 요구되는 시간의 길이와 직접적으로 관련된다. 오리피스 크기의 증가가 생산율을 증가시키는 반면, 복합 혼합물의 균일성을 감소시킨다. 또한, 제조자는 종종 스트랜딩 다이의 유효성을 극대화하고 최적 체류 시간을 제공하는 것 중에 선택할 것을 요구당한다. 본 발명에서, 어댑터 다이 채널의 크기 및 형상은 본원에 기술된 유동 평균화(equating)의 방법에 기인하여 스트랜딩 다이의 스트랜딩 채널의 결합된 단면 영역과 독립적으로 변경될 수 있다. 본 발명의 모든 다이가 대체될 수 있기 때문에, 하나의 다이의 변경에 기인하여 잃게 되는 이득은 어떤 다른 변경에 의해서도 되찾을 수 있다. 특히, 오리피스 형상, 전이 다이 설계, 스트랜딩 다이 설계, 또는 이러한 특성의 임의의 조합은 스트랜딩 다이의 유효성, 복합재의 동질성, 및 생산율을 변경시키도록 변경될 수 있다.

본원에 기술된 단면 프로파일을 가로지르는 복합재 유동의 밸런싱 방법 및 변경된 다이는 변경된 몰딩 다이와 조합하여 사용될 수 있다. 이는 특히 넓은 범위의 제품 크기를 생성하는데 유용하다. 도 17A 및 17B는 다양한 크기의 제품을 압출하도록 구조화된 몰딩 채널(92)을 갖는 2개의 몰딩 다이(90, 91)를 도시한다. 각각의 몰딩 다이(90, 91)의 몰딩 채널(92)은 전방 오리피스(93), 후방 오리피스(94), 및 길이(98)에 의해 형성된다. 몰딩 채널(92)은 또한 몰딩 채널 오프셋(96)에 의해 형성되고, 이는 전방 오리피스(93)의 몰딩 채널(92)의 최외측 위치와 후방 오리피스(94)의 몰딩 채널(92)의 최외측 위치 사이의 거리에 의해 자체적으로 형성된다. 후방 오리피스(94)의 크기는 최종 제품의 크기를 결정한다.

최종 압출 제품의 품질에 영향을 미치는 몰딩 다이의 3개의 인자는 압축률, 다이 수렴, 및 몰딩 채널 길이(98)이다. 압축비율은 압출물의 몰딩 다이에 의해 부과된 압축량을 반영한다. 압축률은 후방 오리피스(94)의 단면 영역에 대한 전방 오리피스(93)의 단면 영역의 비율에 의해 형성된다. 예를 들어, 도 17A 및 17B의 몰딩 다이(90, 91)의 압축률은 각각 3:1 및 2:1이다. 높은 압축률이 인터-스트랜드 용접(inter strand weld)의 강도를 증가시키고, 이에 따라 압출된 제품의 강도를 증가시킴에 따라 압축률을 최대화시키는 것이 유리하다.

다이 수렴은, 전방 오리피스(93)의 크기에서 후방 오리피스(94)까지 변경됨에 따라 몰딩 채널(92)이 감소되는 기울기를 반영한다. 다이 수렴은 길이(98)에 대한 몰딩 채널 오프셋(96)의 비율에 의해 형성된다. 예를 들어, 도 17A 및 17B의 몰딩 다이(90, 91)의 압축률은 각각 1:3이다. 이러한 인자들 중 하나의 증가가 압출물의 표면에 가해진 벽 전단의 양을 증가시킴에 따라(이하 참조), 다이 수렴 및 길이를 최소화하는 것이 최종 압출 제품의 품질을 위해 유리하다. 벽 전단은, 압출물의 주연부에 드래그(drag)를 부가하여 최종 제품의 표면의 깨짐(cracking), 찢어짐(tearing), 및 거칠어짐을 유도한다.

다이(die) 길이와 벽 전단(wall shear) 사이의 관계는 전술한 바와 같이 수학식 1로 나타난다. 이와 대비하여 다이 수렴 각도와 벽 전단의 관계는, 후앙(Huang)과 슈로프(Shroff)의 수학식 3으로 나타난다[후앙, 디.씨.(Huang, D.C.)와 슈로프 알. 엔.(Shroff, R. N.)의 "폴리머 용융물의 수렴 유동(Converging Flow of Polymer Melts)", 저널 오브 리올로지(Journal of Rheology), 1981, Vol. 21, No. 6, 605쪽부터 617쪽].

P₀는 수렴 다이로의 입구에서의 압력이다. 적분은 연장된 유동(그 체적을 더 작은 공간 내로 압착시킴으로써 발생되는 유동의 가속)과 관련된 압력을 나타낸다. 두 번째 항은 벽 전단력과 관련된 압력 부분을 나타낸다. 두 번째 항에서 F(β)는 다이 형상과 수렴 각도에 관련된 형상 인자이며, (σ₁₂)_e는 다이 출구에서의 벽 전단 응력이다. 도 17a 또는 도 17b에 도시된 것과 같은 편평한 수렴 다이 채널에 있어서, 형상 계수는 F(β)=1/2(β)이며, 단, β는 수렴 각도이다. 이러한 관계로부터, 수렴 각도가 증가함에 따라 벽 전단과 관련된 압력이 증가하고 압출물 상에 부과된 전단 응력 또한 증가한다는 것을 알 수 있다.

상기 제한과 관계의 관점에서, 압출된 생성물의 크기가 증가할 시 문제가 발생한다. 다이 수렴도(convergence)와 성형 채널 길이를 일정하게 유지시키면서 생성물의 크기를 증가시키기 위하여 압축비가 필연적으로 감소된다. 반대로, 생성물 크기가 증가할 시 압축비를 유지시키는 것은 다이 수렴도 및/또는 성형 채널 길이가 증가되는 것을 필요로 한다. 이러한 트레이드오프(trade-off)는 도 17a 및 도 17b의 성형 다이(90, 91)에 도시된다. 도 17a는 1.0 인치(2.54 cm) 폭의 후방 오리피스(94)를 갖는 성형 다이를 도시한다. 도 17b는 압출된 생성물 크기를 증가시키기 위해 1.0 인치(2.54 cm)에서 2.0 인치(5.08 cm)로 확대된 후방 오리피스(94)를 갖는 성형 다이를 도시한다. 압출물의 외부 스트랜드 상의 전단력을 최소화시키기 위하여, 도 17b의 성형 다이(91) 내의 전방 오리피스(93)는 3.0 인치(7.62 cm)에서 4.0 인치(10.16 cm)로 확대되어 다이 수렴도와 길이(98)를 일정하게 유지한다. 그러나, 이는 도 17a의 성형 다이(90)(3:1)와 비교했을 때 도 17b의 성형 다이(91)에 대한 더 낮은 압축비(2:1)를 발생시켜, 인터 스트랜드 용접의 강도를 감소시킨다. 압축비를 증가시키는 것은 전방 오리피스(93)를 더 증가시킴으로써만 달성될 수 있으나, 이는 또한 다이 수렴도 또는 성형 다이(91)의 길이(98)를 증가시키는 것을 필요로하며, 이는 최종 생성물의 표면 결함으로 이어질 수 있다.

본 명세서에서 설명된 변형된 다이는 압축비와 다이 수렴도/길이 사이의 트레이드오프의 영향을 최소화시키는 방법을 제공한다. 스트랜딩 채널 길이(stranding channel length) 또는 단면적을 조정함으로써, 압출물이 스트랜딩 다이를 이탈하여 성형 다이에 진입할 때 압출물 프로파일의 전체 단면을 가로지르는 유동에 대한 저항성이 정밀하게 조정될 수 있다. 이러한 정밀 조정은, 생성물의 크기가 증가됨에 따른 다이 수렴도와 길이의 임의의 증가에 의해 압출물 상에 부가된 전단 응력의 증가를 보상할 수 있다. 단순한 직사각형 프로파일에서, 이는, 프로파일이 세팅 다이(setting die)에 존재할 시 균일한 속도가 달성되도록 스트랜딩 채널 길이를 증가시키거나 스트랜딩 채널 단면적을 감소시켜 프로파일의 중심에서의 유동을 방해함으로써 달성된다. 스트랜딩 및 성형 다이 모두에 이러한 좌표적 수정을 가하는 것은, 제조자가 압축비를 최대화하여 최종 생성물의 강도나 경도(consistency)를 최소화하지 않고 압출된 생성물의 크기를 증가시키면서 성형 다이의 길이 및/또는 다이 수렴도를 변경하는 것을 허용한다. 본 변형된 성형 다이에 사용된 길이는 2 인치(5.08 cm), 3 인치(7.62 cm), 4 인치(10.16 cm)이거나 더 길 수 있다. 길이는 약 2 인치(5.08 cm) 내지 약 6 인치(15.24 cm)의 범위이고 바람직하게는 약 2 인치(5.08 cm) 내지 약 4 인치(10.16 cm)의 범위일 수 있다. 본 발명의 변형된 다이는, 최종 생성물의 강도 또는 경도를 떨어뜨리지 않으면서 변형된 다이의 압축비가 약 1.5:1, 2:1, 4:1, 6:1, 또는 8:1과 동일하거나 이보다 더 크게 되는 것을 허용한다. 허용가능한 압축비는 약 1.5:1 내지 약 8:1의 범위를 포함하고, 바람직하게는 약 1.5:1 내지 약 6:1의 범위를 포함한다. 가장 바람직한 압축비는 프로파일 형상, 포뮬레이션, 및 사용된 수지에 따라 변화한다.

또한, 본 발명은 압출된 최종 생성물을 특정 배향으로 강화시키는 변형된 스트랜딩 다이를 제공한다. 생성물을 형성하고 그것을 전단력에 대해 유지시키는 접합은 인터스트랜드 용접(inter-strand weld)이라고 언급된다. 설계에 의해 스트랜딩 다이는 중심 인터스트랜드 용접에 이용가능한 표면적을 결정하는 배향을 갖는 평면을 갖는다. 이러한 평면의 각도는 예상된 하중에 기초한 전단 변형과 전단 응력에 더 큰 저항성을 제공하도록 변경될 수 있다. 전형적인 배향의 평면은 도 18에 도시되며, 이는 스트랜딩 채널의 하나의 가능한 배열을 도시한다. 이러한 스트랜딩 채널에 의해 생성된 스트랜드는 성형 다이 내에서 함께 가압될 것이며, 접하는 표면들은 이러한 표면들 내의 폴리머 체인(polymer chain)의 상호잠금(interlocking)에 의해 함께 용접될 것이다. 스트랜드는 스트랜딩 채널들 사이의 공간이 위치되는 곳에서 인터스트랜드 용접이 발생되도록 스트랜딩 다이에 의해 부가된 공간적 위치를 유지할 것이다. 도 18의 2개의 선(A-A 및 B-B)은 스트랜딩 채널의 배열을 통과하는 2개의 평면의 배향을 도시한다. 선(A-A)을 통과하는 평면은, 선(B-B)을 통과하는 평면이 스트랜드들 사이를 지나가는 동안 매 열마다 스트랜드와 교차한다. 선(B-B)의 배향에서 발생되는 인터스트랜드 용접은, 선(A-A)의 배향에서 발생되는 인터스트랜드 용접이 교차된 스트랜드 둘레의 우회로(circuitous path)를 취하는 동안 직선의 일반적 형상을 취할 것이다. 이는 이러한 기술로 생성된 셀룰로오스 플라스틱 합성물의 성능에 실질적인 중요성을 갖는다.

전단 강도에 대한 이러한 배향의 선의 효과가 도 19a 및 도 19b에 도시된다. 도 18의 선(A-A)을 따른 전단력을 시험하기 위해, 10개의 데크 보드(deck board) 견본이 준비되어 데크 보드 프로파일의 더 좁은 치수에 직각인 평면을 따라 전단력이 가해졌다. 도 18의 선(B-B)을 따른 전단력을 시험하기 위해, 동일한 데크 보드로부터 추가적인 10개의 견본이 준비되어 프로파일의 더 넓은 치수에 직각인 평면을 따라 전단력이 가해졌다. 선(B-B)을 따라 시험된 10개의 견본에 대해 925 lb/in²(65.0 kg/cm²)의 평균 전단 강도에 비해(도 19b), 선(A-A)을 따라 시험된 10개의 견본의 평균 전단 강도는 1790 lb/in²(125.9 kg/cm²)였다(도 19a). 이는 93.5 퍼센트 증가된 것이다.

A-A와 B-B에 의해 한정된 평면들 사이의 전단 강도의 차이는 건축 재료로서의 셀룰로오스 플라스틱 합성물의 사용에 있어서 실질적인 의미를 갖는다. 레이버(Laver)에 의해 제공된 방법으로 제조된 셀룰로오스-플라스틱 합성물은 내부식성이고 높은 레벨의 압축 강도를 갖는다. 이러한 특성은 재료가 나무 프레임 구조의 실 플레이트(sill plate)로서 사용되는 데 적합하게 만든다. 그러나, 합성물은 임의의 배향의 전단력에 무르기 때문에(susceptible) 어떤 응용에 대해서는 덜 이상적이다. 예를 들어, 실 플레이트는 우드 프레이밍의 나머지와 기초(foundation) 사이에 놓인 편평한 플랭크(flat plank) 형상의 부재이다. 실 플레이트는 구조물의 나머지로부터 기초에, 그리고 궁극적으로는 지구에 압축 하중과 전단 하중 모두를 전달한다. 압축 하중은 구조물과 내용물의 중량에 기인한다. 전단력은 바람과 지구 운동으로부터 생성된다. 실 플레이트의 전단 강도를 개선하는 것은 구조물이 더 높은 전단력에 견딜 수 있게 한다.

스트랜딩 다이 내의 채널의 형상은 전단력에 노출된 인터스트랜드 용접 표면의 양을 증가시키도록 설계될 수 있다. 인터스트랜드 용접을 위한 더 많은 표면적을 제공하는 형상은 전단력에 더 큰 저항성을 제공할 것이다. 예를 들어, 데크 보드와 같은 편평한 플랭크로서 기능하도록 설계된 생성물은 수직 중심에 그리고 그의 폭에 평행하게 위치된 평면 내에 최고의 전단 응력을 발생시키기 가장 쉽다. 레이버에 의해 밝혀진 스트랜딩 다이에서 이러한 평면은, 최저 전단 저항성의 평면인 도 18의 선(B-B)에 대응한다. 최고 전단 응력의 평면이 도 18의 선(A-A)에 대응하도록 스트랜딩 다이 내의 스트랜딩 채널의 단면 배향을 변경하는 것은, 체결구 위치에서의 분리(splitting)의 가능성을 증가시킬 수 있는 데크 보드의 두께에 평행한 약한 평면을 생성할 것이다. 선(B-B)에 대응하는 평면 내의 전단력에 더 큰 저항성을 제공하도록 형상화된 스트랜딩 채널이 유익할 것이다.

도 20은 인터스트랜드 용접을 형성하는 데 이용가능한 표면적을 증가시킴으로써 압출된 프로파일의 전단 강도를 증가시키도록 설계된 스트랜딩 채널 그룹(80)을 도시한다. 스트랜딩 채널 그룹(80)은 단면(82)이 실질적으로 원형인 스트랜딩 채널과, 단면이 실질적으로 비원형인 단면을 갖는 변형된 스트랜딩 채널(84)을 포함한다. 변형된 스트랜딩 채널(84)은 스트랜딩 채널들의 열들 사이의 편평한 평면을 가로막도록(interrupt) 배열된다. 바람직한 변형된 스트랜딩 채널(84)은 도 20에 도시된 바와 같은 직사각형 단면을 갖는 것들을 포함한다. 그러나, 인터스트랜드 용접을 형성하는 데 이용가능한 표면적을 증가시키고 스트랜딩 채널들의 열들 사이의 편평한 평면을 가로막는 다른 모든 형상이 본 발명에서 고려된다.

변형된 스트랜딩 채널을 포함하는 스트랜딩 다이로 발생된 데크 보드의 강도를 시험하기 위해, 데크 보드는 도 20에 도시된 설계를 갖는 스트랜딩 다이를 사용하여 그리고 도 18에 도시된 종래 설계의 스트랜딩 다이로 압출되었다. 견본은 시험을 위해 양 샘플로부터 수집되었다. 견본은 휨(flexure)과 전단 모두에 대해 시험되었다. 휨 시험은 스트랜딩 채널의 일부의 형상의 변경하는 것이 휨 강도와 강성에 어떠한 해로운 영향을 미치는지 측정하기 위해 수행되었다. 전단 시험 견본은 더 넓은 치수의 프로파일에 직각인 평면을 따라, 즉, 도 18 및 도 20의 선(B-B)을 따라 전단력을 가하도록 준비되고 시험되었다.

휨 시험의 결과는 도 21a 및 도 21b에 도시된다. 휨 강도는 파괴 계수(modulus of rupture: MOR)에 의해 표시된다. 휨 강성은 탄성 계수(MOE)에 의해 표시된다. 종래의 스트랜딩 채널로 생성된 견본의 평균[average(mean)] MOE 및 MOR은 각각 645400 lb/in²(45376.11 kg/cm²) 및 3700 lb/in²(260.14 kg/cm²)였다(도 21a). 변형된 스트랜딩 채널을 포함하는 스트랜딩 다이로 생성된 견본의 평균(means) MOE 및 MOR은 각각 678300 lb/in²(47689.21 kg/cm²) 및 3800 lb/in²(267.17 kg/cm²)였다(도 21b). 변형된 스트랜딩 채널 형상은 휨 강도 또는 강성에 해로운 영향을 갖지 않았다. 두 특성 모두에서 작은 증가가 나타났다.

전단 시험 결과는 도 22a 및 도 22b에서 도시되어 있다. 종래의 스트랜딩 다이로 구성된 12개의 견본들의 평균(means) 전단 강도는 783 lb/in²(55.05 kg/cm²)(도 22a)이다. 변형된 스트랜딩 채널을 포함하는 스트랜딩 다이로 구성된 12개의 견본들의 평균(means) 전단 강도는 863 lb/in²(60.67kg/cm²)(도 22b)이다. 적은 개수의 단순하고 변형된 스트랜딩 채널은 그 평면 내에 상호 스트랜드 용접의 표면적을 증가시킴으로써 기술된 평면에서의 전단 강도를 증가시키는데 효과적이었다.

셀룰로오스 플라스틱 복합재는 목재 실 플레이트(wood sill plate)로 대체될 수 있다. 복합재는 향상된 내구성, 부패에 대한 저항성 및 실 플레이트의 길이에 직교하는(목재 실 플레이트의 조직에 직교하는) 큰 압축 강도의 이점을 갖는다. 본 발명은 최대 응력의 평면에서 최대 저항성을 제공하도록 배향될 수 있는 강도 특성을 갖는 압출된 프로파일을 생성하는 능력을 제공한다. 목재 실 플레이트가 목재의 취약한 전단 강도를 고려하도록 설계되어야만 하지만, 본 발명에 따라 구성된 복합재 실 플레이트는 전단 강도가 가장 효율적인 방식으로 배향되도록 설계될 수 있다.

본 발명의 셀룰로오스 플라스틱 복합재는 셀룰로오스식 구성요소 및 플라스틱 구성요소를 포함할 수 있다. 셀룰로오스식 구성요소는 톱밥(sawdust)으로부터 폰드 슬러지(pond sludge) 및 신문지까지 사실상 임의의 종류의 셀룰로오스식 재료일 수 있다. 셀룰로오스식 재료는 오래된 신문지, 알팔파(alfalfa), 소맥 펄프(wheat pulp), 목재 칩, 목재 입자, 목분(wood flour), 목재 플레이크(wood flakes), 목섬유(wood fiber), 그라운드 목재(ground wood), 목재 베니어(wood veneers), 목재 라미네이트(wood laminates), 케나프(kenaf), 종이, 판지, 짚, 및 다른 셀룰로오스식 섬유 재료들을 포함할 수 있다. 또한, 셀룰로오스식 섬유 재료는 면 또는 비스코스(viscous)와 같은 정제된 셀룰로오스와 케나프, 대나무 또는 팜 파이버(palm fiber)와 같은 플랜트 섬유, 짚 또는 다른 셀룰로오스 섬유 재료를 포함할 수 있다.

플라스틱 구성요소는 열가소성 재료의 대부분의 형태를 포함할 수 있다. 열가소성 재료는 주로 프로세스 유동화기(process fluidizer)로서 역할을 한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 열가소성의 예는 다층 필름, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리-비닐 클로라이드(PVC), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 코폴리-에틸렌-비닐 아세테이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리아릴에테르에테르케톤(PEEK) 및 다른 재활용 중합체 재료뿐만 아니라 다른 산업체로부터의 폐기 플라스틱 톱밥과 같은 가공되지 않은 가소성 물질을 포함한다. 가소성 물질 재료가 시동 재료의 구성에서 바람직한 구성요소이지만, 그들이 필요하지는 않는다. 압출물 내의 혼합물에 "가소성"을 주도록(예를 들어, 교차 링크 제제 및 윤활제의 미국 특허 제5,516,472호 참조) 시동 재료가 충분한 양의 교차-링크 제제 및 윤활제를 포함하는 한, 시동 재료는 열가소성 재료의 사용을 반드시 필요하지 않는다.

셀룰로오스 섬유 대 열가소성 재료의 비율은 약 1:4 및 1:0 사이일 수 있다. 셀룰로오스 섬유 대 열가소성 재료 사이의 비율은 양호하게 약 1:1이다.

본 발명이 본 명세서에서 예시되고 기술된 부품들의 특정한 구조 및 배치에 한정되지 않지만, 이하의 청구범위의 범위 내에서 도출하는 바와 같이 그의 이러한 변형된 형태들을 포함한다.

Claims

압출물 유동의 소스와,
압출물 유동의 소스로부터 압출물을 수용하도록 구성되는 스트랜딩 다이와,
스트랜딩 다이에 연결되도록 구성되고 치수 결정되는 전이 다이를 포함하고,
스트랜딩 다이는
경사진 전방 천공 표면;
후방 천공 표면; 및
전방 천공 표면으로부터 후방 천공 표면으로 연장되는 복수의 불균일한 채널들을 포함하고, 압출물 유동의 소스는 스트랜딩 다이의 복수의 불균일한 채널들을 통해 전방 천공 표면에 대해 압출물을 공급하도록 스트랜딩 다이에 대해 구성되고,
전이 다이는
전방 오리피스;
후방 오리피스; 및
전방 오리피스를 후방 오리피스에 연결하고 내부 표면을 갖는 채널을 포함하고, 채널은 전방 오리피스로부터 후방 오리피스로 단면적이 감소하는 테이퍼진 구역을 포함하고, 채널은 매니폴드를 형성하는 스트랜딩 다이의 전방 천공 표면과 테이퍼진 구역의 내부 표면 사이에 공간을 더 포함하고, 매니폴드는 동일한 길이 및 단면적의 채널들을 갖는 스트랜딩 다이에 대한 압출물 유동의 균일성을 증가시키도록 스트랜딩 다이 내의 복수의 불균일한 채널들 내의 채널의 길이 및 단면적 중 적어도 하나를 갖도록 좌표적으로 구성되고 치수 결정되는,
장치.
제1항에 있어서,
전이 다이에 진입하는 압출물의 유동 방향이 스트랜딩 다이에 진입하는 압출물의 유동 방향에 대해 경사지도록, 전이 다이 및 스트랜딩 다이가 구성되는
장치.
제1항에 있어서,
전이 다이 및 스트랜딩 다이는 직선 압출기 시스템 내에 포함되고, 테이퍼진 구역은 환형 테이퍼를 형성하는
장치.
제1항에 있어서,
전이 다이에 연결되도록 치수 결정되고 구성되는 어댑터 다이를 더 포함하고,
어댑터 다이는
전방 오리피스;
후방 오리피스; 및
전방 오리피스를 후방 오리피스에 연결하는 채널을 포함하고, 채널은 제한된 구역을 포함하는
장치.
제1항에 있어서,
스트랜딩 다이는 관통하는 압출물의 유동을 조절하도록 치수 결정되고 구성되며, 복수의 불균일한 채널들은 상이한 길이 및 상이한 단면적 중 적어도 하나를 갖는 채널들을 포함하는
장치.
제1항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들은 적어도 1.01배만큼의 가장 좁은 채널로부터 가장 넓은 채널까지의 단면적 범위를 갖는
장치.
제1항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들은 중심선을 갖는 채널들을 포함하고, 중심선들 사이의 거리가 균일한
장치.
제1항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들은 중심선을 갖는 채널들을 포함하고, 중심선들 사이의 거리가 가변적인
장치.
제1항에 있어서,
경사진 전방 천공 표면은 일정한 경사를 포함하는
장치.
제1항에 있어서,
압출기를 더 포함하고, 압출기는 압출기 내의 압출물의 유동 방향이 스트랜딩 다이 내의 압출물의 유동의 방향에 대해 경사지도록 스트랜딩 다이에 대해 구성되는
장치.
제1항에 있어서,
경사진 전방 천공 표면은 가변 경사를 포함하는
장치.
제1항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들의 중심은 복수의 불균일한 채널들의 주연부의 채널보다 큰 단면적을 갖는 채널을 구비하는
장치.
제1항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들의 주연부는 복수의 불균일한 채널들의 중심의 채널보다 큰 단면적을 갖는 채널을 구비하는
장치.
제1항에 있어서,
복수의 불균일한 채널 내의 채널은 압출물 유동의 소스로부터의 거리가 가변적이고, 압출물 유동의 소스로부터의 거리가 증가할수록 채널의 길이는 감소하는
장치.
제1항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들은 상이한 단면적을 갖는 채널들을 포함하고, 복수의 불균일한 채널들 내의 채널들 사이의 거리는 기하학적 형상의 한계 내에서 가능한 한 일정한
장치.
제1항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들은 단면이 원형인 채널과 단면이 원형이 아닌 채널을 포함하는
장치.
제16항에 있어서,
단면이 원형이 아닌 채널은 단면이 원형인 채널의 열들에 의해 형성되는 평면을 중절하는
장치.
압출물 유동의 소스와,
압출물 유동의 소스로부터 압출물을 수용하도록 구성되는 스트랜딩 다이와,
스트랜딩 다이에 연결되도록 구성되고 치수 결정되는 몰딩 다이를 포함하고,
스트랜딩 다이는
경사진 전방 천공 표면;
후방 천공 표면; 및
전방 천공 표면으로부터 후방 천공 표면으로 연장되는 복수의 불균일한 채널들을 포함하고, 압출물 유동의 소스는 스트랜딩 다이의 복수의 불균일한 채널들을 통해 전방 천공 표면에 대해 압출물을 공급하도록 스트랜딩 다이에 대해 구성되고,
몰딩 다이는
전방 오리피스;
후방 오리피스; 및
전방 오리피스를 후방 오리피스에 연결하는 채널을 포함하고, 후방 오리피스의 단면적에 대한 전방 오리피스의 단면적의 비는 압축비를 규정하고 압축비는 1.5:1보다 큰,
장치.
압출물 유동의 소스와,
압출물 유동의 소스로부터 압출물을 수용하도록 구성되는 스트랜딩 다이와,
스트랜딩 다이에 연결되도록 구성되고 치수 결정되는 전이 다이와,
스트랜딩 다이에 연결되도록 구성되고 치수 결정되는 몰딩 다이를 포함하고,
스트랜딩 다이는
경사진 전방 천공 표면;
후방 천공 표면; 및
전방 천공 표면으로부터 후방 천공 표면으로 연장되는 복수의 불균일한 채널들을 포함하고, 압출물 유동의 소스는 스트랜딩 다이의 복수의 불균일한 채널들을 통해 전방 천공 표면에 대해 압출물을 공급하도록 스트랜딩 다이에 대해 구성되고,
전이 다이는
전방 오리피스;
후방 오리피스; 및
전방 오리피스를 후방 오리피스에 연결하고 내부 표면을 갖는 채널을 포함하고, 채널은 전방 오리피스로부터 후방 오리피스로 단면적이 감소하는 테이퍼진 구역을 포함하고, 채널은 매니폴드를 형성하는 스트랜딩 다이의 전방 천공 표면과 테이퍼진 구역의 내부 표면 사이에 공간을 더 포함하고, 매니폴드는 압출물의 단면 프로파일의 주연부에 비해 압출물의 단면 프로파일의 중심에서 압출물의 유속을 증가시키도록 스트랜딩 다이 내의 복수의 불균일한 채널들 내의 채널의 길이 및 단면적 중 적어도 하나를 갖도록 좌표적으로 구성되고 치수 결정되고,
몰딩 다이는
전방 오리피스;
후방 오리피스; 및
전방 오리피스를 후방 오리피스에 연결하는 채널을 포함하고, 후방 오리피스의 단면적에 대한 전방 오리피스의 단면적의 비는 압축비를 규정하고 압축비는 1.5:1보다 큰,
장치.
압출물 유동의 소스와,
압출물 유동의 소스로부터 압출물을 수용하도록 구성되는 스트랜딩 다이와,
어댑터 다이를 포함하고
스트랜딩 다이는
경사진 전방 천공 표면;
후방 천공 표면; 및
전방 천공 표면으로부터 후방 천공 표면으로 연장되는 복수의 불균일한 채널들을 포함하고, 압출물 유동의 소스는 스트랜딩 다이의 복수의 불균일한 채널들을 통해 전방 천공 표면에 대해 압출물을 공급하도록 스트랜딩 다이에 대해 구성되고,
어댑터 다이는
전방 오리피스;
후방 오리피스; 및
전방 오리피스를 후방 오리피스에 연결하는 채널을 포함하고, 채널은 후방 오리피스의 단면적보다 작은 단면적을 갖는 제한된 구역을 포함하고, 동일한 길이 및 단면적의 채널들을 갖는 스트랜딩 다이에 대한 압출물 유동의 균일성을 증가시키도록 스트랜딩 다이 내의 복수의 불균일한 채널들이 치수 결정되고 구성되는,
장치.
장치를 이용하여 셀룰로오스 플라스틱 복합재 압출물을 압출 성형하는 방법이며,
장치는
압출물 유동의 소스와,
압출물 유동의 소스로부터 압출물을 수용하도록 구성되는 스트랜딩 다이와,
어댑터 다이를 포함하고,
스트랜딩 다이는
경사진 전방 천공 표면;
후방 천공 표면; 및
전방 천공 표면으로부터 후방 천공 표면으로 연장되는 복수의 불균일한 채널들을 포함하고, 압출물 유동의 소스는 스트랜딩 다이의 복수의 불균일한 채널들을 통해 전방 천공 표면에 대해 압출물을 공급하도록 스트랜딩 다이에 대해 구성되고,
어댑터 다이는
전방 오리피스;
후방 오리피스; 및
전방 오리피스를 후방 오리피스에 연결하는 채널을 포함하고, 채널은 후방 오리피스의 단면적보다 작은 단면적을 갖는 제한된 구역을 포함하고, 스트랜딩 다이 내의 복수의 불균일한 채널들은 스트랜딩 다이의 후방 천공 표면으로부터 압출물의 균일한 유동을 생성하도록 치수 결정되고 구성되는,
압출 성형 방법.
장치를 이용하여 셀룰로오스 플라스틱 복합재 압출물을 압출 성형하는 방법이며,
장치는
압출물 유동의 소스와,
압출물 유동의 소스로부터 압출물을 수용하도록 구성되는 스트랜딩 다이와,
몰딩 다이를 포함하고,
스트랜딩 다이는
경사진 전방 천공 표면;
후방 천공 표면; 및
전방 천공 표면으로부터 후방 천공 표면으로 연장되는 복수의 불균일한 채널들을 포함하고, 압출물 유동의 소스는 스트랜딩 다이의 복수의 불균일한 채널들을 통해 전방 천공 표면에 대해 압출물을 공급하도록 스트랜딩 다이에 대해 구성되고,
몰딩 다이는
전방 오리피스;
후방 오리피스; 및
전방 오리피스를 후방 오리피스에 연결하는 채널을 포함하고, 후방 오리피스의 단면적에 대한 전방 오리피스의 단면적의 비는 압축비를 규정하고 압축비는 1.5:1보다 큰,
압출 성형 방법.
장치를 이용하여 셀룰로오스 플라스틱 복합재 압출물을 압출 성형하는 방법이며,
장치는
압출물 유동의 소스와,
압출물 유동의 소스로부터 압출물을 수용하도록 구성되는 스트랜딩 다이와,
전이 다이와,
몰딩 다이를 포함하고,
스트랜딩 다이는
경사진 전방 천공 표면;
후방 천공 표면; 및
전방 천공 표면으로부터 후방 천공 표면으로 연장되는 복수의 불균일한 채널들을 포함하고, 압출물 유동의 소스는 스트랜딩 다이의 복수의 불균일한 채널들을 통해 전방 천공 표면에 대해 압출물을 공급하도록 스트랜딩 다이에 대해 구성되고,
전이 다이는
전방 오리피스;
후방 오리피스; 및
전방 오리피스를 후방 오리피스에 연결하고 내부 표면을 갖는 채널을 포함하고, 채널은 전방 오리피스로부터 후방 오리피스로 단면적이 감소하는 테이퍼진 구역을 포함하고, 채널은 매니폴드를 형성하는 스트랜딩 다이의 전방 천공 표면과 테이퍼진 구역의 내부 표면 사이에 공간을 더 포함하고, 매니폴드는 압출물의 단면 프로파일의 주연부에 비해 압출물의 단면 프로파일의 중심에서 압출물의 유속을 증가시키도록 스트랜딩 다이 내의 복수의 불균일한 채널들 내의 채널의 길이 및 단면적 중 적어도 하나를 갖도록 좌표적으로 구성되고 치수 결정되고,
몰딩 다이는
전방 오리피스;
후방 오리피스; 및
전방 오리피스를 후방 오리피스에 연결하는 채널을 포함하고, 후방 오리피스의 단면적에 대한 전방 오리피스의 단면적의 비는 압축비를 규정하고 압축비는 1.5:1보다 큰,
압출 성형 방법.
장치를 이용하여 셀룰로오스 플라스틱 복합재 압출물을 압출 성형하는 방법이며,
장치는
압출물 유동의 소스와,
압출물 유동의 소스로부터 압출물을 수용하도록 구성되는 스트랜딩 다이와,
전이 다이를 포함하고,
스트랜딩 다이는
경사진 전방 천공 표면;
후방 천공 표면; 및
전방 천공 표면으로부터 후방 천공 표면으로 연장되는 복수의 불균일한 채널들을 포함하고, 압출물 유동의 소스는 스트랜딩 다이의 복수의 불균일한 채널들을 통해 전방 천공 표면에 대해 압출물을 공급하도록 스트랜딩 다이에 대해 구성되고,
전이 다이는
전방 오리피스;
후방 오리피스; 및
전방 오리피스를 후방 오리피스에 연결하고 내부 표면을 갖는 채널을 포함하고, 채널은 전방 오리피스로부터 후방 오리피스로 단면적이 감소하는 테이퍼진 구역을 포함하고, 채널은 매니폴드를 형성하는 스트랜딩 다이의 전방 천공 표면과 테이퍼진 구역의 내부 표면 사이에 공간을 더 포함하고, 매니폴드는 동일한 길이 및 단면적의 채널들을 갖는 스트랜딩 다이에 대한 압출물 유동의 균일성을 증가시키도록 스트랜딩 다이 내의 복수의 불균일한 채널들 내의 개별 채널의 길이 및 단면적 중 적어도 하나를 갖도록 좌표적으로 구성되고 치수 결정되는,
압출 성형 방법.
제24항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들의 주연부는 복수의 불균일한 채널들의 중심의 채널보다 큰 단면적을 갖는 채널을 구비하는
압출 성형 방법.
제24항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들의 중심은 복수의 불균일한 채널들의 주연부의 채널보다 큰 단면적을 갖는 채널을 구비하는
압출 성형 방법.
제24항에 있어서,
경사진 전방 천공 표면은 가변 경사를 포함하는
압출 성형 방법.
제24항에 있어서,
장치는 전이 다이를 더 포함하고,
전이 다이에 진입하는 압출물의 유동 방향이 스트랜딩 다이에 진입하는 압출물의 유동 방향에 대해 경사지도록, 전이 다이 및 스트랜딩 다이가 구성되는
압출 성형 방법.
제24항에 있어서,
전방 천공 표면은 일정한 경사를 포함하는
압출 성형 방법.
제24항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들은 적어도 1.01배만큼의 가장 좁은 채널로부터 가장 넓은 채널까지의 단면적 범위를 갖는
압출 성형 방법.
제24항에 있어서,
스트랜딩 다이는 관통하는 압출물의 유동을 조절하도록 치수 결정되고 구성되며, 복수의 불균일한 채널들은 상이한 길이 및 상이한 단면적 중 적어도 하나를 갖는 채널들을 포함하는
압출 성형 방법.
제24항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들은 중심선을 갖는 채널들을 포함하고, 중심선들 사이의 거리가 균일한
압출 성형 방법.
제24항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들은 중심선을 갖는 채널들을 포함하고, 중심선들 사이의 거리가 가변적인
압출 성형 방법.
제24항에 있어서,
전이 다이에 진입하는 압출물의 유동 방향이 스트랜딩 다이에 진입하는 압출물의 유동 방향에 대해 경사지도록, 전이 다이 및 스트랜딩 다이가 구성되는
압출 성형 방법.
제24항에 있어서,
장치는 전이 다이를 더 포함하고,
전이 다이 및 스트랜딩 다이는 직선 압출기 시스템 내에 포함되고, 테이퍼진 구역은 환형 테이퍼를 형성하는
압출 성형 방법.
제24항에 있어서,
장치는 어댑터 다이를 더 포함하고,
어댑터 다이는
전방 오리피스;
후방 오리피스; 및
전방 오리피스를 후방 오리피스에 연결하는 채널을 포함하고, 채널은 제한된 구역을 포함하는
압출 성형 방법.
제24항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들은 단면이 원형인 채널과 단면이 원형이 아닌 채널을 포함하고, 단면이 원형이 아닌 채널은 단면이 원형인 채널의 열들에 의해 형성되는 평면을 중절하는
압출 성형 방법.
장치를 이용하여 셀룰로오스 플라스틱 복합재 압출물을 압출 성형하는 방법이며,
장치는
압출물 유동의 소스와,
압출물 유동의 소스로부터 압출물을 수용하도록 구성되는 스트랜딩 다이를 포함하고,
스트랜딩 다이는
경사진 전방 천공 표면;
후방 천공 표면; 및
전방 천공 표면으로부터 후방 천공 표면으로 연장되는 복수의 불균일한 채널들을 포함하고, 압출물 유동의 소스는 스트랜딩 다이의 복수의 불균일한 채널들을 통해 전방 천공 표면에 대해 압출물을 공급하도록 스트랜딩 다이에 대해 구성되고, 경사진 전방 천공 표면은 가변 경사를 포함하고, 가변 경사는 스트랜딩 다이의 전방 천공 표면상에 오목한 천공 표면을 형성하고, 오목한 천공 표면의 중심 부분은 압출물 유동의 소스로부터 오목한 천공 표면의 주연 부분보다 더 후퇴하는,
압출 성형 방법.
제38항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들은 적어도 1.01배만큼의 가장 짧은 길이로부터 가장 큰 길이까지의 길이 범위를 갖는
압출 성형 방법.
장치를 이용하여 셀룰로오스 플라스틱 복합재 압출물을 압출 성형하는 방법이며,
장치는
압출물 유동의 소스와,
압출물 유동의 소스로부터 압출물을 수용하도록 구성되는 스트랜딩 다이를 포함하고,
스트랜딩 다이는
경사진 전방 천공 표면;
후방 천공 표면; 및
전방 천공 표면으로부터 후방 천공 표면으로 연장되는 복수의 불균일한 채널들을 포함하고, 압출물 유동의 소스는 스트랜딩 다이의 복수의 불균일한 채널들을 통해 전방 천공 표면에 대해 압출물을 공급하도록 스트랜딩 다이에 대해 구성되고, 경사진 전방 천공 표면은 가변 경사를 포함하고, 가변 경사는 스트랜딩 다이의 전방 천공 표면상에 볼록한 천공 표면을 형성하고, 볼록한 천공 표면의 중심 부분은 압출물 유동의 소스를 향해 볼록한 천공 표면의 주연 부분보다 더 연장되는,
압출 성형 방법.
제40항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들은 적어도 1.01배만큼의 가장 짧은 길이로부터 가장 큰 길이까지의 길이 범위를 갖는
압출 성형 방법.
압출물 유동의 소스와,
압출물 유동의 소스로부터 압출물을 수용하도록 구성되는 스트랜딩 다이를 포함하고,
스트랜딩 다이는
경사진 전방 천공 표면;
후방 천공 표면; 및
전방 천공 표면으로부터 후방 천공 표면으로 연장되는 복수의 불균일한 채널들을 포함하고, 압출물 유동의 소스는 스트랜딩 다이의 복수의 불균일한 채널들을 통해 전방 천공 표면에 대해 압출물을 공급하도록 스트랜딩 다이에 대해 구성되고, 경사진 전방 천공 표면은 가변 경사를 포함하고, 가변 경사는 스트랜딩 다이의 전방 천공 표면상에 볼록한 천공 표면을 형성하고, 볼록한 천공 표면의 중심 부분은 압출물 유동의 소스를 향해 볼록한 천공 표면의 주연 부분보다 더 연장되는,
장치.
제42항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들은 적어도 1.01배만큼의 가장 짧은 길이로부터 가장 큰 길이까지의 길이 범위를 갖는
장치.
장치이며,
압출물 유동의 소스와,
압출물 유동의 소스로부터 압출물을 수용하도록 구성되는 스트랜딩 다이를 포함하고,
스트랜딩 다이는
경사진 전방 천공 표면;
후방 천공 표면; 및
전방 천공 표면으로부터 후방 천공 표면으로 연장되는 복수의 불균일한 채널들을 포함하고, 압출물 유동의 소스는 스트랜딩 다이의 복수의 불균일한 채널들을 통해 전방 천공 표면에 대해 압출물을 공급하도록 스트랜딩 다이에 대해 구성되고, 경사진 전방 천공 표면은 가변 경사를 포함하고, 가변 경사는 스트랜딩 다이의 전방 천공 표면상에 오목한 천공 표면을 형성하고, 오목한 천공 표면의 중심 부분은 압출물 유동의 소스로부터 오목한 천공 표면의 주연 부분보다 더 후퇴하는
장치.
제44항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들의 중심은 복수의 불균일한 채널들의 주연부의 채널보다 큰 단면적을 갖는 채널을 구비하는
장치.
제44항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들은 적어도 1.01배만큼의 가장 짧은 길이로부터 가장 큰 길이까지의 길이 범위를 갖는
장치.
제1항에 있어서,
복수의 불균일한 채널들은 단면이 원형인 채널과 단면이 원형이 아닌 채널을 포함하고, 단면이 원형이 아닌 채널은 단면이 원형인 채널의 열들에 의해 형성되는 평면을 중절하는
장치.
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