KR101638638B1 - 가소성 물질 압출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특수 스크류 기하학적 구조를 가지는 다축 샤프트 압출기를 이용해서 가소성 물질, 특히 중합체 용융물 및 중합체 용융물의 혼합물, 특히 열가소성 수지 및 엘라스토머, 특히 바람직하게는 폴리카르보네이트 및 폴리카르보네이트 블렌드를, 가능하게는 개선된 광학 성질을 가지는 다른 물질, 예를 들어 고체, 액체, 기체 또는 다른 중합체 또는 다른 중합체 혼합물을 혼합해서 압출하는 방법에 관한 것이다.

Description

가소성 물질 압출 방법{METHOD FOR THE EXTRUSION OF PLASTIC MATERIALS}
본 발명은 특수 스크류 기하학적 구조를 가지는 다축 스크류 압출기를 이용해서 가소성 조성물, 특히 중합체 용융물 및 중합체 용융물 혼합물, 특히 모든 열가소성 물질 및 엘라스토머, 특히 바람직하게는 폴리카르보네이트 및 폴리카르보네이트 블렌드를 또한 개선된 광학 특성을 가지는 다른 물질, 예를 들어 고체, 액체, 기체 또는 다른 중합체 또는 다른 중합체 블렌드를 혼입해서 압출하는 방법에 관한 것이다.
압출은 중합체 제조, 배합 및 가공에서 알려진 방법이다. 여기서 및 이하에서, 압출은 문헌 [1]([1]=Kohlgruber. Der gleichlaufige Doppelschneckenextruder [The co-rotating twin-screw extruder], Hanser Verlag Munich 2007)에 포괄적으로 기술된 바와 같은 동방향 회전 이축 또는 다축 스크류 압출기에서 물질 또는 물질 혼합물을 처리하는 것을 의미하는 것으로 여긴다.
이하에서, 다축 스크류 압출기는 항상 고리 압출기를 의미를 의미하는 것으로 여긴다.
압출 동안 가소성 조성물의 처리는 다음 작업 중 하나 이상을 포함한다: 운반, 용융, 분산, 혼합, 액체 성분 배출, 탈기 및 압력 증강.
중합체 제조에서, 압출은 예를 들어 중합체로부터 휘발성 성분, 예를 들어 단량체 및 잔류 용매를 제거하여([1], 192 - 212 페이지) 중첨가 또는 중축합 반응을 수행하고, 임의로, 중합체를 용융하고 전환하고, 추가로, 첨가제를 중합체와 혼합하는 데 쓰인다.
중합체 배합 동안, 압출은 특히, 중합체와 첨가제, 보조제 및 보강재 및 착색제의 혼합물을 제조하고, 예를 들어 상이한 중합체, 예를 들어 화학 조성, 분자량 또는 분자 구조가 상이한 중합체 혼합물을 제조하는 데 이용된다(예를 들어, [1], 59 - 93 페이지 참조). 배합은 중합체를 통상적으로는 용융되는 가소성 원료를 이용해서 최종 가소성 성형 조성물(또는 배합물)로 전환하고, 충전재 및/또는 보강재, 가소제, 결합제, 슬립제, 안정화제, 착색제 등을 첨가하여 혼입하고 중합체와 혼합하는 것을 포함한다. 종종, 배합은 휘발성 성분, 예를 들어 공기 및 물의 제거도 포함한다. 또, 배합은 화학 반응, 예를 들어 그래프팅, 관능기 변형, 또는 의도적인 분자량 증가 또는 감소에 의한 분자량 변형일 수 있다.
일반적으로 알려지고 기술된 바와 같이, 예를 들어, 문헌 [1]의 169 - 190 페이지에서, 혼합은 분배 혼합 및 분산 혼합으로 구분될 수 있다. 분배 혼합은 주어진 부피에서 다양한 성분의 균일한 분배를 의미하는 것으로 여긴다. 분배 혼합은 예를 들어, 유사한 중합체를 혼합할 때 일어난다. 분산 혼합에서는, 먼저 고체 입자, 유체 액적 또는 기체 기포를 세분한다. 세분은 예를 들어 중합체 용융물과 첨가제 사이의 계면에서 표면 장력을 극복하기 위해 충분히 큰 전단력을 적용하는 것을 필요로 한다. 이하에서는 혼합이 분배 및 분산 혼합을 의미하는 것으로 항상 이해한다.
용융물 운반 및 압력 증강은 문헌 [1]의 73 페이지 이하에 기술되어 있다. 용융물 운반 대역은 생성물을 한 가공 대역으로부터 다음 가공 대역으로 이송하고 충전재를 끌어들이는 역할을 한다. 용융물 운반 대역은, 예를 들어 생성물을 한 가공 대역으로부터 다음 가공 대역으로 이송하는 동안, 탈기하는 동안 및 대기 대역에서 일반적으로 부분 충전된다.
중합체 가공 동안, 중합체는 바람직하게는 반제품, 즉시 사용 가능한 제품 또는 성분의 형태로 전환된다. 가공은 예를 들어 사출 성형, 압출, 필름 블로윙, 캘린더링 또는 방적에 의해 일어날 수 있다. 또, 가공은 중합체의 충전재 및 보조 물질 및 첨가제와의 혼합 뿐만 아니라 화학적 변형, 예를 들어 가황을 포함할 수 있다.
당업계 숙련자가 알고 있는 바와 같이, 중합체 압출은 유리하게는 2 개 또는 임의로 2 개 초과의 스크류를 가진 압출기로 수행한다.
완전 자체-와이핑(self-wiping) 회전자를 가지는 동방향 회전 이축 또는 임의로 다축 스크류 압출기는 오랫동안 알려져 왔다(DE 862 668). 완전 자체-와이핑 프로파일의 원리에 기반한 압출기는 중합체 제조, 배합 및 가공에서 많은 상이한 용도로 이용되어 왔다. 이러한 압출기는 양호한 혼합 작용, 양호한 탈기 작용 및 양호한 중합체 용융 작용을 가지는 것으로 알려져 있다. 중합체 용융물은 표면에 부착하고 통상의 가공 온도에서 시간이 지남에 따라 분해되는데 이것이 완전 자체-와이핑 스크류의 자체-세척(self-cleaning) 작용에 의해 방지되기 때문에, 이러한 압출기는 그것으로 제조된 생성물의 품질에서 이점을 제공한다. 완전 자체-와이핑 스크류 프로파일을 제조하는 방식은 예를 들어 문헌 [Klemens Kohlgruber: Der gleichlaufige Doppelschneckenextruder[The co-rotating twin-screw extruder], Hanser Verlag Munich 2007, 96 페이지 이하] ([1])에서 설명되었다. 단일, 이중 및 삼중 플라이트(flighted) 프로파일의 디자인이 여기에 기재되어 있다. 또한 이축 스크류 압출기의 제1 스크류의 예비결정된 스크류 프로파일이 이축 스크류 압출기의 제2 스크류의 스크류 프로파일을 어떻게 결정하는가에 대해 설명되었다. 따라서 이축 스크류 압출기의 제1 스크류의 스크류 프로파일이 발생시키는 스크류 프로파일로서 알려져 있다. 이축 스크류 압출기의 제2 스크류의 스크류 프로파일은 이축 스크류 압출기의 제1 스크류의 스크류 프로파일을 따르므로 이는 발생되는 스크류 프로파일로서 알려져 있다. 다축 스크류 압출기의 경우, 이웃하는 스크류는 항상 발생시키는 스크류 프로파일 및 발생되는 스크류 프로파일이 교번 배열된다.
당업계 숙련자에게는 스크류 첨단부 영역에서 특히 많은 양의 에너지가 용융물에 소산되고, 이것이 생성물의 심한 과열을 국소적으로 일으킨다는 것이 알려져 있다. 이것은 예를 들어 문헌([1], 160 페이지 이하)에 설명되어 있다. 이러한 국소 과열은 생성물 손상, 예를 들어 냄새, 색, 화학 조성 또는 분자량 변화를 초래하거나 또는 생성물에 불균일성, 예를 들어 겔 입자 또는 스펙(speck) 형성을 초래할다. 이 점에서, 특히, 큰 첨각(tip angle)은 유해하다.
당업계 숙련자는 중합체 손상이 일어나는 반응 속도가 온도 의존적이라는 사실을 인지하고 있다. 당업계 숙련자가 알고 있는 바와 같이 및 예를 들어 문헌 [J. Robertson: Thermal Degradation Studies of Polycarbonate, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, 2001 in chapter 3] 또는 [K. Chrissafis: Kinetics of Thermal Degradation of Polymers, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, vol. 95 (2009) 1, 273-283]에서 입증될 수 있는 바와 같이, 반응 속도 상수 k(T)는 아레니우스(Arrhenius) 접근법으로 기재될 수 있다: k(T) = A*exp(-EA/(R*T)). 상기 방정식에서, k는 반응 속도 상수를 의미하고, T는 절대 온도 [K]를 의미하고, A는 빈도 인자를 의미하고, EA는 활성화 에너지 [J/mol]를 의미하고, R은 보편 기체 상수 [J/mol/K]를 의미한다. 추가로, 단지 10K의 온도의 증가가 반응 속도 상수의 배가를 초래할 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 압출 가소성 조성물에 대한 공정은 가소성 조성물의 가공 및 처리 동안에 평균 온도의 상승이 가능한 한 낮도록 고안되어야 한다. 특히, 압출 가소성 조성물에 대한 공정은 가소성 조성물의 가공 및 처리 동안, 예를 들어 종래 기술에 따른 에르트멩게르(Erdmenger) 스크류 프로파일을 갖는 스크류 요소의 첨단부 대역에서 일어나는 것과 같은 국소 온도 피크를 피하도록 고안되어야 한다.
현대식 이축 스크류 압출기는 빌딩 블록 시스템을 가지고, 이 빌딩 블록 시스템에서는 다양한 스크류 요소가 중심 샤프트에 탑재될 수 있다. 이러한 방식으로, 당업계 숙련자는 이축 스크류 압출기를 연구 중인 특정 과제에 적응시킬 수 있다. 일반적으로, 오늘날에는 이중 및 삼중 플라이트(flight) 프로파일을 가지는 스크류 요소가 이용되고, 단일 플라이트 스크류 프로파일은 큰 첨각 때문에 지나치게 높은 에너지 투입을 가진다.
편심적으로 배열된 원형 디스크를 제외하고, 종래 기술로부터 공지된 스크류 요소는 프로파일 곡선이 스크류 첨단부와 나사산 플랭크(thread flank) 사이의 이동에서 일어나는 하나 이상의 꼬임(kink)을 그의 횡단면에 포함하는 것을 특징으로 한다 (예를 들어, 도 1 참조). 첨단부는 반경이 프로파일의 외측 직경이고, 중심점으로서 프로파일의 회전점을 갖는 원호로 구성된다. 프로파일 플랭크로의 이동에서의 꼬임은 스크류 요소 상에 모서리를 형성한다.
다축 스크류 압출기에 대해 수행되는 필수적 작업 중 하나는, 서로 균질하게 혼화성이 아닌 액상 또는 용융물의 분산, 또는 중합체 용융물의 고체의 분산이다. 전단 유동 및 신축 유동의 조합이 분산 작업을 어렵게 하는데 이상적인 것임이 기술 문헌으로부터 알려져 있다 (예를 들어, 문헌 [Chang Dae Han: Multiphase Flow in Polymer Processing, Academic Press, New York 1981] 참조).
이러한 유동은 조성물이 첨단부로의 스크류 채널의 수렴에 의해, 한편에서는 스크류의 회전에 의해 전단되고, 또다른 한편에서는 동시에 신축되는 스크류 채널에서 우세하다. 그러나, 스크류 첨단부의 대역에서는 순수한 전단 유동이 우세하며, 이는 어려운 분산 작업으로, 분산에 대해 거의 공헌을 하지 못할 것이다. 반면, 유입 에너지의 가장 큰 부분은 스크류 첨단부와 배럴 또는 이웃하는 스크류 사이의 틈에서 소산된다. 따라서, 이러한 대역은 중합체 조성물을 가열하는 주요 원인이 되며, 이에 따라 진행 중인 분산 작업에의 공헌 없이 잠재적으로 열적 손상이 일어나는 주요 원인이다.
공지된 바와 같이 완전 자체-와이핑 방식으로 배열될 수 있는 편심적으로 배열된 원형 디스크는 예외이다. 이들은 순수한 전단 유동을 갖는 첨단 대역을 포함하지 않는다. 이들은 그의 탁월한 분산 작용에 대해 알려져 있으나, 이들이 큰 원주 대역에 비해 매우 좁은 틈을 생성하기 때문에 상승된 에너지 유입을 가지지 않는다. 그의 플라이트(flight) 수는 또한 Z=1로 제한된다.
따라서, 본 발명의 목적은 중합체 손상을 피하기 위해 온도의 평균 및 최대 증가량이 감소되는 압출 가소성 조성물에 대한 방법을 제공하는데 있다.
이러한 목적은 놀랍게도, 특정한 기하학을 갖는 스크류 요소가 사용되는 빈틈없는 치합형 동방향 회전 배합 또는 탈기 압출기를 사용함으로써 달성된다. 이는 전체 횡단면에 걸친 프로파일이 항상 미분가능한 프로파일 곡선으로 표현될 수 있는 스크류 요소를 포함한다. 다축 스크류 압출기에 대해 이러한 스크류 요소를 사용함으로써, 종래 기술과 비교하여 가능한 최저 에너지 유입을 달성할 수 있으며, 이는 보다 적은 온도 증가 및 이에 따른 보다 낮은 평균 및 최대 온도를 야기한다. 동시에, 종래 기술에 필적하거나 또는 그보다 훨씬 높은 매우 양호한 압력 증강이 달성된다.
놀랍게도, 본 발명에 따라 사용되는 운반 요소의 압력 증강 용량은 종래 기술에 따른 에르트멩게르 스크류 프로파일로의 운반 요소의 것보다 크다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 본 발명에 따라 사용되는 운반 요소에 의해, 예를 들어 보다 짧은 압력 증강 대역에서 목적하거나 필수적인 압력 증강을 일으키는 것이 가능하며, 이로써 압출기 구조는 축소되거나, 또는 일정한 압출기 길이에서는 다른 가공 대역, 예컨대 탈기 대역 또는 혼합 대역이 연장되어 가소성 조성물에 대한 그의 작용을 증진시킨다.
따라서, 본 발명은 발생시키는(generating) 및 발생되는(generated) 스크류 프로파일이 각각의 경우, 전체 횡단면에 걸쳐 항상 미분가능한 프로파일 곡선으로 표현될 수 있는 것을 특징으로 하는, 둘이 한 쌍이 되어 동방향 회전하고 둘이 한 쌍이 되어 2개 이상의 스크류 플라이트로 완전 자체-와이핑된 스크류를 이용하는 빈틈없는 치합형 동방향 회전 배합 또는 탈기 압출기를 이용하여 가소성 조성물, 특히 중합체 용융물 및 중합체 용융물 혼합물, 특히 열가소성 물질 및 엘라스토머, 특히 바람직하게는 폴리카르보네이트 및 폴리카르보네이트 블렌드를 또한 다른 물질, 예를 들어 고체, 액체, 기체 또는 다른 중합체 또는 다른 중합체 블렌드를 혼입해서 배합하는 방법을 제공한다.
여기서, 본 발명은 개별 스크류 요소 및 중심 샤프트를 가지는 스크류로 이루어지는 현존하는 통상의 모듈러 구조의 스크류 요소뿐만 아니라 솔리드 구조의 스크류로 제한된다. 따라서, "스크류 요소"라는 용어는 또한 솔리드 구조의 스크류를 의미하는 것으로 받아들여져야 한다.
본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소의 횡단면 프로파일 (이하, 간략하게 프로파일로서 또는 스크류 프로파일로서 공지됨)은 원호의 배열에 의해 명확하게 기재될 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 발생시키는 및 발생되는 스크류 요소의 스크류 프로파일은 전체적으로 n 개의 원호로 구성된다 (여기서, n은 4 이상임). n 개의 원호 각각은 출발점 및 종점을 갖는다. n 개의 원호는 그의 출발점 및 종점에서 접해서 서로 합쳐져, 본 발명에 따라 이들은 항상 미분가능한 프로파일 곡선을 형성한다.
각각의 원호 j (j는 1 내지 n임)의 위치는 2개의 상이한 지점을 제시함으로써 명확하게 확립될 수 있다. 원호의 위치는 중심점 및 출발점 또는 종점을 제시함으로써 편의상 확립된다. 각각의 원호 j의 크기는 출발점과 종점 사이의 중심점에 대한 반경 rj 및 각 αj에 의해 확립되며, 여기서, 반경 rj는 0 초과 및 스크류 사이의 중심선 거리 a 미만이고, 반경의 각 αj는 0 이상 2π (여기서, π는 원주 상수임) 이하이다.
본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소는 하기를 특징으로 한다:
- 발생시키는 스크류 프로파일 및 발생되는 스크류 프로파일은 한 평면에 있고,
- 거리 a (중심선 거리)에서 발생시키는 스크류 프로파일의 회전축 및 발생되는 스크류 프로파일의 회전축은 각각의 경우, 스크류 프로파일의 상기 면에 대해 수직이고, 발생시키는 스크류 프로파일의 회전축과 상기 면의 교차점은 발생시키는 스크류 프로파일의 회전점으로 명시되고, 발생되는 스크류 프로파일의 회전축과 상기 면의 교차점은 발생되는 스크류 프로파일의 회전점으로 명시되고,
- 전체 발생시키는 스크류 프로파일의 원호의 수 n은 4 이상 (n≥4)이고,
- 발생시키는 스크류 프로파일의 외측 반경 ra는 0 초과 (ra>0) 및 중심선 거리 a 미만 (ra<a)이고,
- 발생시키는 스크류 프로파일의 중심 반경 ri는 0 초과 (ri>0) 및 ra 이하 (ri≤ra)이고,
- 발생시키는 스크류 프로파일의 모든 원호는 접해서 서로 합쳐지고,
- 원호는 밀폐형(closed; 출발점과 종점이 같음) 스크류 프로파일을 형성하고, 즉, 모든 원호 j의 각 αj의 합은 2π이며, 여기서, π는 원주 상수 (π
Figure 112010083436032-pct00001
3.14159)이고,
- 원호는 볼록 스크류 프로파일을 형성하고,
- 발생시키는 스크류 프로파일의 원호 각각은 외측 반경 ra 및 중심 반경 ri를 갖는 원형 고리 내에 또는 그의 경계선에 있고, 이의 중심점은 발생시키는 스크류 프로파일의 회전점 상에 있고,
- 발생시키는 스크류 프로파일의 원호들 중 적어도 하나는 지점 PA에서 발생시키는 스크류 프로파일의 외측 반경 ra에 접하고,
- 발생시키는 스크류 프로파일의 원호들 중 적어도 하나는 지점 PI에서 발생시키는 스크류 프로파일의 중심 반경 ri에 접하고,
- 발생되는 스크류 프로파일의 원호의 수 n'은 발생시키는 스크류 프로파일의 원호의 수 n과 동일하고,
- 발생되는 스크류 프로파일의 외측 반경 ra'는 중심선 거리 a와 발생시키는 스크류 프로파일의 중심 반경 ri 간의 차 (ra' = a-ri)이고,
- 발생되는 스크류 프로파일의 중심 반경 ri'는 중심선 거리 a와 발생시키는 스크류 프로파일의 외측 반경 ra 간의 차 (ri' = a-ra)이고,
- 발생되는 스크류 프로파일의 j'번째 원호의 각 αj'는 발생시키는 스크류 프로파일의 j번째 원호의 각 αj와 동일하고, j 및 j'는 1 내지 각각 원호의 수 n 또는 n'의 모든 값을 통해 공동으로 다뤄지는 정수이고,
- 발생되는 스크류 프로파일의 j'번째 원호의 반경 rj' 및 발생시키는 스크류 프로파일의 j번째 원호의 반경 rj의 합은 중심선 거리 a이고, j 및 j'는 1 내지 각각 원호의 수 n 또는 n'의 모든 값을 통해 공동으로 다뤄지는 정수이고,
- 발생되는 스크류 프로파일의 j'번째 원호의 중심점은 발생시키는 스크류 프로파일의 j번째 원호의 중심점으로부터 떨어져 있고, 이는 중심선 거리 a에 상응하며, 발생되는 스크류 프로파일의 j'번째 원호의 중심점은 발생되는 스크류 프로파일의 회전점으로부터 일정 거리만큼 떨어져 있고, 이 거리는 발생시키는 스크류 프로파일의 회전점으로부터 발생시키는 스크류 프로파일의 j번째 원호의 중심점의 거리에 상응하며, 발생되는 스크류 프로파일의 j'번째 원호의 중심점과 발생시키는 스크류 프로파일의 j번째 원호의 중심점 사이의 연결선은 발생되는 스크류 프로파일의 회전점과 발생시키는 스크류 프로파일의 회전점 사이의 연결선에 평행한 선이고, j 및 j'는 1 내지 각각 원호의 수 n 또는 n'의 모든 값을 통해 공동으로 다뤄지는 정수이고,
- 발생되는 스크류 프로파일의 j'번째 원호의 출발점은, 발생시키는 스크류 프로파일의 j번째 원호의 출발점이 발생시키는 스크류 프로파일의 j번째 원호의 중심점에 대해 갖는 방향과 반대인 발생되는 스크류 프로파일의 j'번째 원호의 중심점에 대한 방향으로 놓여져 있고, j 및 j'는 1 내지 각각 원호의 수 n 또는 n'의 모든 값을 통해 공동으로 다뤄지는 정수이다.
본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소의 프로파일은 이들이 단지 삼각자 및 한 쌍의 콤파스를 사용하여 고안될 수 있다는 점에서 구별된다. 따라서, 발생시키는 스크류 프로파일의 j번째 원호와 (j+1)번째 원호 사이의 접선 이동은 j번째 원호의 종점에 대해 반경 rj +1을 갖는 원을 그려 설계하고, j번째 원호의 중심점 및 종점에 의해 정의된 직선과, 발생시키는 스크류 프로파일의 회전점에 더 가깝게 위치한 상기 원의 교차점이 (j+1)번째 원호의 중심점이다. 실시에서, 삼각자 및 한 쌍의 콤파스 대신에 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 스크류 프로파일을 설계한다.
이축 스크류 압출기의 제1 스크류의 소정의 스크류 프로파일 ("발생시키는" 프로파일)은 이웃하는 제2 스크류의 스크류 프로파일 ("발생되는" 프로파일)을 명확하게 확립한다. 따라서, 이축 스크류 압출기의 제1 스크류의 스크류 프로파일은 발생시키는 스크류 프로파일이라고 알려져 있고, 이축 스크류 압출기의 이웃하는 제2 스크류의 스크류 프로파일은 발생되는 스크류 프로파일이라고 알려져 있다. 다축 스크류 압출기의 경우, 이웃하는 스크류는 항상 발생시키는 스크류 프로파일 및 발생되는 스크류 프로파일이 교번 배열된다.
본 발명에 따른 방법에서 사용되는 스크류 요소는 비대칭 또는 대칭일 수 있으며, 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소는 바람직하게는 대칭적이다. 대칭적인 스크류 요소는 축의 방향으로 대칭이거나 점-대칭일 수 있으며, 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소는 바람직하게는 축의 방향으로 대칭적이다.
플라이트 수가 Z인 축의 방향으로 대칭적인 스크류 프로파일은 2Z 대칭부로 세분화될 수 있고, 대칭축에서의 반사에 의해 대칭부를 서로 전환시키는 것이 가능하다. 따라서, 이의 대칭성으로 인해, 플라이트 수가 Z인 축의 방향으로 대칭적인 스크류 요소의 프로파일은 대칭 프로파일의 2개의 축 사이에 놓인 360°/(2·Z)의 부채꼴의 프로파일 부분에 의해 완벽하게 정의된다. 프로파일의 나머지는 회전점에서 교차하고, 회전점에 대한 360° 각을 360°/(2·Z) 크기의 2·Z 각으로 세분화된 Z개 대칭축에서 프로파일 부분을 반사시켜 얻어진다. 축의 방향으로 대칭적인 스크류 요소에서, 이웃하는 스크류의 상응하는 스크류 프로파일 (발생시키는 프로파일 및 발생되는 프로파일)은 또한 동일하거나, 또는 회전 [l]에 의해 일직선으로 겹쳐질 수 있다.
유사한 상황이, 대칭부가 각각의 경우, 대칭 중심에서 점 반사에 의해 서로로 전환될 수 있는 점-대칭적인 스크류 프로파일에 적용된다.
본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소의 한 특정 실시양태는 하기에 기재되며, 이는 스크류 요소가 축의 방향으로 대칭이라는 점에서 구별된다. 이러한 본 발명에 따라 사용되는 축의 방향으로 대칭적인 스크류 요소의 플라이트 수 Z는 바람직하게는 2 내지 8이며, 특히 바람직하게는 2 내지 4이다.
본 발명에 따라 사용되는 축의 방향으로 대칭적인 스크류 요소의 횡단면의 프로파일 곡선은 2·Z 프로파일 부분으로 세분화될 수 있으며, 이는 프로파일의 대칭축에서의 축 반사에 의해 서로 전환될 수 있다. 프로파일 부분들 중 하나를 형성하는 원호 수 n은 바람직하게는 2 내지 8, 특히 바람직하게는 2 내지 4이다.
플라이트 수가 Z인 본 발명에 따라 사용되는 축의 방향으로 대칭적인 스크류 요소의 프로파일은 360°/(2·Z)의 부채꼴의 한 프로파일 부분 안에 스크류 요소의 외측 반경 ra에 상응하는, 회전점으로부터 a 거리에 있는 오직 1개의 지점 PA가 존재한다는 점에서 구별된다. 바꾸어 말하면, 회전점에 대해 외측 반경이 ra인 원 (외측 원)에 있는 프로파일 부분 안에 오직 1개의 지점 PA가 존재한다.
종래 기술에 따른 스크류 프로파일에서는 첨각 KW의 영역에서의 모든 지점이 좁은 틈을 갖는 배럴을 청소하는 반면 (예를 들어, 도 1 참조), 본 발명에 따라 사용되는 축의 방향으로 대칭적인 스크류 요소의 프로파일에서는, 이는 외측 반경에서 제시된 지점 PA만이다 (예를 들어, 도 2a 참조).
실용성의 이유로, 기재의 나머지 부분은 기점이 스크류 요소의 회전점 D에 의해 형성되는 카르테시안(Cartesian) 좌표계를 기준으로 할 것이다. 카르테시안 좌표계의 x 축은 지점 PA를 통과하며, y 축은 회전점 D에서 x 축에 수직이다. 도 2a는 이러한 좌표계를 나타낸다.
추가로, 이동성의 단순화를 위해, 상이한 압출기 규격에 대한 무한한 특성값을 이용하는 것이 현명하다. 예를 들어 길이 또는 반경과 같은 기하학적 변수에 대해 적절한 기준 변수는 중심선 거리 a이며, 이는 상기 변수가 압출기에서 변경되지 않기 때문이다. 하기 관행이 도면에 적용된다: 좌표계 x 및 y는 스크류 중 하나의 회전점에서 그의 기점을 갖는다. 모든 각은 라디안(radian)으로 명시된다. 모든 다른 치수 지표는 중심선 거리로 정규화하고, 하기 대문자로 나타낸다: A = a/a; Rj = rj/a; RA = ra/a; RI = ri/a 등.
본 발명에 따라 사용되는 축의 방향으로 대칭적인 스크류 요소의 프로파일 부분은, 프로파일의 외측 반경에 있는 지점 PA와 프로파일의 중심 반경에 있는 지점 PI 사이에서 접해서 서로 합쳐지고, 지점 PA 및 PI를 통과하고 회전점 D에서 교차하는 직선 DPA 및 DPI가 360°/(2·Z)의 각을 형성하는 원호로 구성되는 것을 특징으로 한다.
한 특정 실시양태에서, 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소의 프로파일 부분은 정확히 2개의 원호의 지점 PA 및 PI 사이에서 구성된다. 지점 PFP에서, 원호는 서로 합쳐지고, 본 발명에 따라 전체 프로파일 부분에 걸쳐 항상 미분가능한 곡선을 형성한다. 지점 PFP에서, 원호는 직선 FP에 대한 접선을 형성한다. 직선 FP는 회전점으로부터 중심선 거리 A의 1/2에 상응하는 거리에 있고 -1/tan(π/(2·Z))의 기울기 (라디안)를 갖는다. 지점 PFP는 지점 PA에서 외측 원에 대한 접선과 직선 FP의 교차점으로부터, 교차점과 PA 사이의 거리에 상응한 간격으로 있다. 지점 PFP로부터 직선 FP에 대해 형성된 직교선은 제1 프로파일-발생시키는 원호 1의 중심점 M1에서 지점 PA와 회전점을 통과하는 직선 DPA와 교차하고, 다른 프로파일-발생시키는 원호 1'의 중심점 M1'에서 지점 PI와 회전점을 통과하는 직선 DPI와 교차한다 (분명히 하기 위해 도 2a 참조). 즉, 상기 직교선은 2개의 원호의 중심점을 통과한다. 따라서, 프로파일-발생시키는 원호 1의 반경
Figure 112015116028402-pct00002
은 선분 M1PA에 상응하고, 원호 1'의 반경
Figure 112015116028402-pct00003
은 선분 M1'PI에 상응한다.
다른 특정 실시양태에서, 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소의 프로파일 부분은 정확히 3개의 원호의 지점 PA와 PI 사이에서 구성된다. 추가의 자유도(degree of freedom)를 얻고, 프로파일은 작은 반경을 선택하여 에너지 소실을 더욱 줄임으로써, 실린더 벽을 청소하는 지점 PA의 영역 안에서 보다 가늘게 만들 수 있다.
도 2b는 예로써 3개의 원호로 구성된, 본 발명에 따라 사용되는 이중 플라이트 스크류 요소의 프로파일 부분을 나타낸다. 지점 PA에 인접한 원호 1의 반경 R1은 0<R1<
Figure 112010083436032-pct00004
한도 내에서 자유롭게 선택될 수 있다. 그의 중심점 M1은 연결 선분 D-PA 상에 있다.
지점 PI에 인접한 원호 3의 반경 R3은 A - R1의 반경을 갖는다. 그의 중심점 M3은 연결 선분 D-PI 상에 있다.
상기 2개의 원호 사이에, 반경 R2가 A/2인 항상 미분가능한 원호 2가 있다. 그의 중심점 M2는 지점 PI로부터 A/2-R1 거리에 위치하고, 지점 M3으로부터 R3-A/2 거리에 위치한다.
원호 1은 한편으로는 PA에 의해 정의되고, 다른 한편으로는 P1부터 P2까지의 직선과의 교차점에 의해 정의된다.
원호 3은 한편으로는 PI에 의해 정의되고, 다른 한편으로는 M2부터 M3까지의 직선과의 교차점에 의해 정의된다.
반경 R1 또는 R3 중 하나에 대한 선택의 자유 덕분에, 제시된 중심선 거리 A에 대해 본 발명에 따라 사용되는 다양한 완전 자체-와이핑 스크류 프로파일을 설계하는 것이 가능하다. 따라서, 두 스크류에 대한 크기 360°/(2·Z)의 스크류 프로파일의 서로 상응하는 부채꼴에 대해 동일한 스크류 프로파일을 제공하는 반면, 하나의 스크류에 대해서는 크기 360°/(2·Z)의 부채꼴을 다르게 구성함으로써 본 발명에 따라 사용되는 비대칭 스크류 프로파일을 설계하는 것 또한 가능하다. 이러한 설계는 분산 작업의 목적상, 운반되는 물질에 특수 변형, 예를 들어 느린 압착에 이은 빠른 팽창이 가해지는 경우 바람직하다.
크기 360°/(2·Z)의 프로파일 부분 안에서 3개 초과의 원호로 구성된 스크류 요소는 마찬가지로 본 발명에 의해 제공된다. 본 발명에 따라, 원호는 출발점 및 종점에서 접해서 서로 합쳐진다.
중심선 거리 a에 대한 스크류 요소의 외측 반경 ra의 비 RA = ra/a는, 본 발명에 따라 사용되는 이중 플라이트 스크류에 대해서는 바람직하게는 0.54 내지 0.7, 특히 바람직하게는 0.58 내지 0.63이고, 삼중 플라이트 스크류에 대해서는 바람직하게는 0.53 내지 0.57, 특히 바람직하게는 0.54 내지 0.56이고, 사축-플라이트 스크류에 대해서는 바람직하게는 0.515 내지 0.535이다.
본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소는 운반 요소 또는 혼련 요소 또는 혼합 요소로서 고안될 수 있다.
운반 요소는 스크류 프로파일이 회전하고, 축 방향으로 나선형으로 연속적으로 연장된다 (예를 들어, [1], 227-248 페이지 참조)는 점에서 구별되는 것으로 알려져 있다. 운반 요소는 우선성 또는 좌선성 플라이트를 가질 수 있다. 운반 요소의 피치(pitch) t는 예를 들어 외측 직경의 0.1 배 내지 10 배의 추정값일 수 있으며, 피치는 스크류 프로파일이 한 번 완전 회전하는데 필요한 축 길이를 의미하는 것으로 한다. 피치 t는 바람직하게는, 외측 직경의 0.3 배 내지 3 배이다. 실행상의 이유로, 운반 요소의 축 길이는 바람직하게는, t/Z의 중적분으로 구축된다.
혼련 요소는 스크류 프로파일이 혼련 디스크의 형태에서 축 방향으로 불연속적으로 연장된다 (예를 들어, [1], 227-248 페이지 참조)는 점에서 구별되는 것으로 알려져 있다. 혼련 디스크는 우선성 또는 좌선성 방식으로, 또는 중립적으로 배치될 수 있다. 혼련 디스크의 축 길이는 바람직하게는, 외측 직경의 0.02 배 내지 2 배이다. 2개의 이웃하는 혼련 디스크 사이의 축 길이는 바람직하게는, 외측 직경의 0.001 배 내지 0.1 배이다.
알려진 바와 같이, 혼합 요소는 스크류 첨단부에서 개구를 갖는 운반 요소를 구축함으로써 형성된다 (예를 들어, [1], 227-248 페이지 참조). 혼합 요소는 우선성 또는 좌선성일 수 있다. 그의 피치 t는 바람직하게는, 외측 직경의 0.1 배 내지 10 배이다. 운반 요소와 유사한 방식으로, 혼합 요소의 축 길이는 바람직하게는, t/Z의 중적분으로 구축된다. 개구는 바람직하게는, U- 또는 V-형 홈의 형태를 취한다. 혼합 요소가 능동적 운반 요소를 기재로 하여 형성되는 경우, 홈은 바람직하게는 운반 방향에 반대로 또는 축에 평행한 방식으로 배치된다.
스크류 요소를 구성하는 바람직한 물질은 강철, 특히 질화강, 크로뮴, 공구강 및 특수강뿐만 아니라, 철, 니켈 또는 코발트를 기재로 하고 분말 야금에 의해 생성되는 금속 복합재 물질이다.
둘이 한 쌍이 되어 동방향 회전하고 둘이 한 쌍이 되어 완전 자체-와이핑 스크류를 갖는 다축 스크류 압출기에서, 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소는 그의 전체 원주를 지나쳐 연장된 채널을 형성한다. 이 점에 있어서, 채널은 교대로 증가 및 감소하는 채널 폭을 포함한다. 이러한 채널은 본원에서 축소-확대 채널로서 기재된다. 상기 축소-확대 채널에서, 매우 우수한 분산 작용을 갖는 전단 유동 및 신축 유동의 조합은 조작 동안 그의 전체 길이에 대해 일어난다. 에너지 유입은 종래 기술로부터 공지된 프로파일에서 꼬임을 가진 통상의 스크류 요소에 비해 감소된다.
편심적으로 배열된 원형 디스크 역시 축소-확대 채널을 형성한다. 그러나, 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소는 매우 좁은 틈이 있는, 편심적으로 배열된 원형 디스크보다 작은 원주 대역을 포함한다. 따라서, 상기 방법에서, 에너지 유입은 편심적으로 배열된 원형 디스크의 사용과 비교하여, 다축 스크류 압출기에 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소를 사용하는 경우에 감소된다.
직접적으로 자체-와이핑하는 스크류 프로파일은 이축 스크류 압출기에 직접 삽입될 수 없으며, 오히려 스크류 요소와 배럴 사이에 및 스크류 요소 자체 사이에 유극이 필요하다는 것이 당업계 숙련자에게 알려져 있다. 너무 큰 유극은 자체-세척 효과를 감소시키며, 운반 작용 및 압력 증강에 대해 부정적 영향을 미친다. 너무 작은 유극은 에너지의 유입을 증가시켜 가소성 조성물의 바람직하지 않은 온도 증가를 초래한다. 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소의 스크류 프로파일에 대해, 스크류 프로파일의 직경의 0.001 내지 0.1 배, 바람직하게는 0.002 내지 0.05 배, 특히 바람직하게는 0.004 내지 0.02 배의 유극이 이용된다. 당업계 숙련자에게 알려진 바와 같이, 유극은 스크류와 배럴 사이에 및 스크류와 스크류 사이에서 상이한 치수를 가지거나 또는 동일할 수 있다. 유극은 또한 일정할 수 있거나, 또는 언급된 한도 내에서 가변적일 수 있다. 또한, 유극 내에 스크류 프로파일을 이동시키는 것이 가능하다. 당업계 숙련자에게는 소정의 완전 자체-와이핑 스크류 프로파일로부터 유극을 가지는 스크류 프로파일을 얻는 방법이 알려져 있다. 이것을 달성하는 공지된 방법은 예를 들어 문헌 [1], 28 페이지 이하에 기재된, 중심선 거리 확장, 종단면 오프셋 및 3 차원 오프셋의 가능성이고, 이들 모두 당업계 숙련자에게 알려져 있다. 중심선 거리 확장의 경우에는, 비교적 작은 직경의 스크류 프로파일을 제작하고, 스크류 사이의 유극의 양만큼 더 이격시킨다. 종단면 오프셋 방법에서는, 종단면 프로파일 곡선 (각 요소의 회전축에 대해 평행함)을 회전축 방향으로, 프로파일 곡선에 대해 수직을 이루어서 안쪽으로 스크류-스크류 유극의 1/2 만큼 이동시킨다. 스크류 요소들이 서로 청소되는 3 차원 곡선으로부터 시작하는 3 차원 오프셋 방법에서는, 스크류 요소가 완전 자체-와이핑 프로파일의 면에 대해 수직인 방향으로 스크류와 스크류 사이의 유극의 1/2만큼 크기가 감소한다. 종단면 오프셋 및 3 차원 오프셋 방법이 바람직하고, 3 차원 오프셋 방법이 특히 바람직하다.
본 발명은 도면을 참고로 하여 예로써 하기에 보다 상세하게 설명되나, 이들로 한정되는 것은 아니다.
현명하게는, 이동성의 단순화를 위해, 상이한 압출 규격에 대한 무한한 특성값을 이용한다. 예를 들어 길이 또는 반경과 같은 기하학적 변수에 대해 적절한 기준 변수는 중심선 거리 a이며, 이는 상기 변수가 압출기에서 변경되지 않기 때문이다.
하기 관행이 도면에 적용된다: 좌표계 x 및 y는 스크류 중 하나의 회전점에서 그의 기점을 갖는다. 모든 각은 라디안으로 명시된다. 모든 다른 치수 지표는 중심선 거리로 정규화하고, 하기 대문자로 나타낸다: A = a/a; Rj = rj/a; RA = ra/a; RI = ri/a; T = t/a 등. Mx 및 My는 프로파일-발생시키는 원호의 원주 중심점의 x- 및 y-좌표이고, R은 중심선 거리 a로 정규화된 반경이고, α는 원호의 호의 각도이다. 다른 약어는 다음과 같다: RG = 정규화된 배럴 반경, RV = 정규화된 가상 배럴 반경, RA = 완전 자체-와이핑하는 프로파일의 정규화된 외측 반경, RF = 제작된 스크류의 정규화된 외측 반경, S = 서로에 대한 스크류의 정규화된 유극 (틈), D = 배럴에 대한 스크류의 정규화된 유극, VPR = 프로파일 이동의 정규화된 양, VPW = 프로파일 이동의 각도 (라디안), VLR = 좌선성 스크류 이동의 정규화된 양, VLW = 좌선성 스크류 이동의 각도, VRR = 우선성 스크류 이동의 정규화된 양, VRW = 우선성 스크류 이동의 각도.
도 1은 서로 거리 A 간격으로 배치된, 종래 기술에 따른 2개의 완전 자체-와이핑 이중 플라이트 스크류 요소의 횡단면 도면이다. 상기 스크류 요소는 동일한 축 대칭 프로파일을 갖는다. 우선성 스크류 요소는 좌선성 요소에 대해 90° 만큼 회전되어 있다. 1-1 표지된 지점은 스크류 요소가 배치된 스크류의 회전점을 나타낸다. 제시된 프로파일은 복수개의 대칭 부분으로 구성되어 있다. 상기 부분의 이동시에 꼬임이 발생한다 (꼬임 중 하나는 1-2라고 번호 매겨진 화살표로 표시됨). 첨각 KW 영역에서, 상기 스크류 요소를 갖는 다축 스크류 압출기의 조작 동안에 생성물에 신장되지 않게 높은 전단이 가해진다.
이러한 단점은 도 2에 따른 프로파일을 갖는, 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소에 의해 피할 수 있다. 도 2a는 이중 플라이트 완전 자체-와이핑 스크류 요소 (발생시키는 스크류 요소)의 프로파일의 4분의 1의 횡단면을 나타낸다. 프로파일은 x 및 y 축에 대해 축 대칭이므로, 전체 프로파일은 x 및 y 축에서 예시된 4분의 1의 반사에 의해 획득될 것이다. 이어서, 상응하는 (발생되는) 스크류 요소의 프로파일은 발생시키는 스크류 요소의 프로파일을 90°의 각도로 회전시켜 획득한다. 상기 및 모든 추가의 도면에서, 좌표 기점은 스크류의 회전점 D로 표시한다. 외측 반경이 RA인 점선의 원을 프로파일 주위에 그린다. 배럴 구멍은 유극 S만큼 외측 반경에 대해 확대된, 반경이 RG인 동심원으로 나타내어진다 (RG = RA+S). 도 2a에 따른 스크류 프로파일은 꼬임 없이 서로 합쳐진 2개의 원호로 이루어져 있다. 원호의 좌표는 도 2a에 제시된다. 원 1의 중심점 M1은 회전점을 통과하는 수평선 상에 있고, 원 1'의 중심점 M1'은 회전점을 통과하는 수직선 상에 있다 (M1y = 0; M1'x = 0). 원 1로부터 원 1'으로의 이동은 2개의 원이 직선 FP에 대한 접선을 형성하는 지점 PFP에서 시작된다.
예시되는 프로파일 부분은 하기 단계를 이용하여 설계될 수 있다:
- 스크류 요소의 외측 반경 RA에 대응하는 스크류 요소의 회전점 D에서부터일정 거리의 지점 PA를 확립하는 단계,
- 스크류 요소의 내측 반경 RI에 대응하는 스크류 요소의 회전점 D에서부터일정 거리의 지점 PI (여기서 지점 PI는 지점 D까지의 직선 DPI 상에 위치하고, 지점 PA와 D까지의 직선 DPA를 갖는 360° (2ㆍZ)의 각도를 형성함)를 확립하는 단계,
- 스크류 요소의 중선선 거리 A의 절반에 대응하는 회전점 D에서부터 일정 거리의, -1/tan(π/(2ㆍZ)) 라디안의 경사도를 갖는 직선 FP를 확립하는 단계,
- 직선 FP를 갖는 회전점 D 둘레의 반경 RA를 갖는 외측 원에 대해 지점 PA에서 접선 TA의 교차점을 확립하고, PA로서의 교차점으로부터 동일한 거리이고 반경 RA보다 회전점으로부터 더 짧은 거리에 존재하는 직선 FP에 대한 지점 PFP를 확립하는 단계,
- 직선 DPA를 갖는 지점 PFP에서의 직선 FP에 직교하는 교차점에 위치한 중심점 M1을 확립하는 단계,
- 직선 DPI를 갖는 지점 PFP에서의 직선 FP에 직교하는 교차점에 위치한 중심점 M1'을 확립하는 단계,
- 지점 PA와 PFP 사이의 중심점 M1 둘레에 원호 (1)을 발생시키는 단계,
- 지점 PI와 PFP 사이의 중심점 M1' 둘레에 원호 (1)을 발생시키는 단계 (여기서, 지점 PFP에서 직선 FP에 대해 형성된 직교선은 2개의 원호의 중심점을 통과함).
도 2b는 3개의 원으로 이루어지며 본 발명에 따라 사용되는 이중 플라이트 스크류 요소의 프로파일 부분를 예로서 예시한다. 지점 D는 스크류 요소 (발생시키는 스크류 요소)의 회전점을 라벨링시킨다. 대응하는 스크류 요소 (발생되는 스크류 요소)의 회전점은 회전점 D로부터 일정 거리 A에 위치해 있다. 중심 반경 RI를 갖는 원 (내측 원) 및 스크류 요소의 외측 반경 RA를 갖는 원 (외측 원)은 회전점 D 둘레에 그려진다. 내측 원 및 외측 원은 원형 고리를 형성한다. 프로파일 부분 및 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소의 생성된 전체 프로파일의 모든 지점은 상기 원형 고리 상에 놓여 있다. 지점 PA는 반경 R1 및 중심점 M1을 갖는 제1 원호 (1)의 출발점을 나타내며, 이는 연결 선분 D-PA 상에 놓여 있다. 지점 PA는 외측 원 상에 놓여 있다. 지점 PI는 반경 R3 = A-R1을 갖는 원호 (3)의 출발점을 나타낸다. 이의 중심점 M3은 선분 D-PI 상에 놓여 있다. 반경 R2 = A/2를 갖는 항상 미분가능한 원호 (2)는 원호 (1)과 원호 (3) 사이에 위치해 있다. 이의 중심점 M2는 지점 P1로부터의 일정 거리 (A/2)-R1 및 지점 M3으로부터의 일정 거리 R3-(A/2)에 위치해 있다. 지점 D와 PA를 연결한 직선 및 지점 D와 PI를 연결한 직선의 예시된 프로파일 부분의 연속 미러링에 의해, 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소 (발생시키는 스크류 요소)의 전체 프로파일을 고안하는 것이 가능하다. 대응하는 스크류 요소 (발생되는 스크류 요소)의 프로파일은 회전점 D 둘레의 90°각도로 발생시키는 스크류 프로파일의 프로파일을 회전시킴으로써 간단히 얻어진다.
도 2c는 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소의 예를 나타내며, 여기서 파선으로 나타낸 프로파일 부분은 거울축에 의한 연속선으로 나타낸 프로파일 부분와 배열이 겹쳐질 수 없다. 프로파일 대신에 회전점과 점대칭이다.
본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소의 특정 실시양태는 도 3에 예로서 도시된다. 배럴 고조(高潮)는 스크류 프로파일의 외측 반경보다 더 큰 반경을 갖도록 제작되고, 스크류 프로파일은 배럴 고조의 중심점에 대해 쌍으로 변위되나, 배럴 고조 중심의 회전점 (작은 원으로 나타남)은 유지되는 것이 특징이다. 이러한 방식으로, 놀랍게도 에너지 투입에 있어 추가의 명백한 감소가 얻어진다. 이와 같이 편심적으로 회전하는 스크류 요소를 배럴 고조 내에서 임의의 원하는 방식으로 변위할 수 있다. 도 3은 2개의 회전점을 통과하는 직선에 대향하여(이에 수직으로서) 동일한 양으로 이들이 배럴 등고선에 접촉할 때까지 평행하게 변위된 2개의 프로파일을 이용하여 특히 강조된 경우를 나타낸다. 이러한 방식에서 스크류는 완전 자체-와이핑이지만, 오로지 각각의 경우에 각 스크류의 2개의 스크류 첨단부 중 하나는 배럴을 완전히 청소한다. 이러한 배열은 에너지 투입을 감소시키는 동시에 모든 표면을 완전히 세척되도록 한다.
본 내용은 지금까지 오로지 완전 자체-와이핑 스크류 프로파일에 관한 것이었다. 그러나, 산업적으로 제작된 기계에서, 세척하는 동안 정확하게 정의된 틈이 유지되게 하기 위한 정도로 완전 자체-와이핑 기하학을 일탈시킬 필요가 있다. 이는, 제작 공차(tolerance)를 보상하는 금속성 "프렛팅(fretting)"을 방지하기 위해 또한 틈 내의 과도한 에너지 소산을 피하기 위해 필요하다. 균일한 틈을 제조하기 위해 다양한 책략이 가능하다. 기계의 종단면에 대해 등거리인 틈의 제조가 가장 널리 보급되어 있다. 대응하는 스크류 프로파일을 발생시키는 절차는 문헌 [1]의 103 페이지 이하에 나타내었다.
정의된 틈을 갖는 발생시키는 스크류 프로파일의 규정은 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소에 적용가능하다.
도 4는 틈 (유극)을 갖는 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소의 프로파일의 예를 나타낸다. 도 4a에서, 스크류의 공동 세척시의 틈 (S)가 선택되어 배럴의 세척시의 틈 (D)와 동일해진다. 도 4b에서 틈 (S)는 D보다 더 작고, 도 4c 및 4d에서 D는 S보다 반대로 더 작다.
도 5는 본 발명에 따라 사용되는 편심 프로파일이 틈을 갖는 스크류 프로파일을 고안하고, 이어서 틈을 갖는 프로파일을 변위시킴으로써 얻어질 수 있다는 것을 나타낸다. 도 5a 내지 d의 프로파일은 도 4d의 프로파일과 동일하다. 변위는 스크류 요소의 회전점을 통한 직선에 대해 도 5a의 경우 0°의 각도, 도 5b의 경우 30°의 각도, 도 5c의 경우 60°의 각도 및 도 5d의 경우 90°의 각도로 진행된다.
도 5는 스크류 둘다가 동일한 변위 벡터에 의해 변위되는 예를 나타낸다. 원리적으로, 스크류 둘다를 상기 유극 내에서 상이한 벡터로 변위시키는 것도 가능하다. 이 경우, 스크류의 1 회전 동안 달라지는 틈으로 서로 세척하는 프로파일이 얻어진다.
알려진 바와 같이, 한쌍의 프로파일의 운반 작용은 축방향으로 연속 나선형으로 회전하는 프로파일에 의해 일어난다. 도 6a에서 예로서 도시된 바와 같이, 상기 방식으로 운반 나사산이 얻어진다.
이송 나사산에 비해 높아진 분산 용량을 갖는 혼련 요소는 축 상에서 서로에 대해 오프셋 각도로 비틀린 자체-세척 프로파일 프리즘 디스크를 배열함으로써 얻어진다. 도 6b는 30°의 오프셋 각도에서 축 상에 배열된 7개의 혼련 디스크를 갖는 혼련 요소의 예를 나타낸다.
도 1 내지 6은 이중 플라이트 스크류 요소에 대해서만 취급하였다. 그러나, 동일한 원리가 삼중 이상의 플라이트를 갖는 스크류 요소에도 적용할 수 있다. 도 7은 종래 기술 (예를 들어 [1] p. 103 참조)에 따른 2개의 삼중 플라이트 스크류 요소의 단면도이다. 도 7의 삼중 플라이트 프로파일은 3개의 대칭 부분으로 이루어진다. 부분의 이동에서 꼬임이 발생하고, 프로파일은 스크류 첨단부를 형성한다 (예로서 화살표 7-1d로 라벨링되어 있음). 여기에, 프로파일은 배럴로부터 짧은 거리에서 회전하여 상기된 단점과 함께 중합체 용융물에 순수한 전단을 부여한다.
반면에, 도 8b는 본 발명에 따라 사용되는 삼중 플라이트 스크류 요소의 프로파일 부분을 나타낸다. 상기 프로파일은 서로에 대해 60°의 각도로 배열된 3개의 직선 (S1, S2, S3)에 대하여 축대칭이며 좌표계의 원점을 통과하기 때문에, 여기에 오로지 하나의 60°부채꼴을 나타낸다. 전체 프로파일은 미러링 선 S1, S2 및 S3에서 예시되는 프로파일 곡선의 연속 미러링에 의해 얻어진다. 프로파일 곡선은 직선 S1와 S3 사이에 예시되는 부분의 2개의 원호로 구성된다. 스크류의 경우, 수렴상-방사상 채널이 생기며, 그 전체에 대해 전단 유동과 신장 유동의 조합을 조성물에 부여한다. 프로파일-발생시키는 원 1과 1' 사이의 접선 이동은 프로파일이 직선 FP를 갖는 접선을 형성하는 지점에서 진행된다. 삼중 플라이트 프로파일의 경우, 직선 FP는 -1.73의 기울기를 갖는 회전점으로부터 중심선 거리의 절반의 거리로 확장한다. 도 8에 나타낸 디자인은 0.5 내지 0.577의 중심선 거리에 대한 외측 스크류 반경의 모든 비율에 대해 유사한 방식으로 적용될 수 있다.
삼중 플라이트 프로파일의 경우, 편심적으로 회전하는 프로파일이 디자인될 수 있다. 이러한 스크류 프로파일은 도 9a 내지 d에 나타나 있다. 절차는 이중 플라이트 프로파일에 대한 절차와 유사하다. 프로파일의 외측 반경은 배럴 반경에 비해 크기에서 감소되고, 프로파일은 쌍으로 변위되며, 여기서 회전점은 배럴에 비해 중심에 있는다. 특히, 스크류가 서로를 완전히 세척하고, 배럴이 3개의 첨단부 중 오로지 1개로 세척되는 스크류 프로파일이 흥미롭다. 도 9a는 우수 스크류 첨단부가 배럴 등고선에 이를 때까지 오른쪽으로 수평으로 프로파일을 변위시킴으로써 상기 프로파일의 발생을 나타낸다. 이러한 배열의 경우, 대칭 스크류 플라이트는 프로파일과 배럴 사이에서 생긴다. 3개의 스크류 첨단부 중 하나가 배럴을 세척하는 추가의 배열은 직선에 대해 20° (도 9b) 또는 40°의 각도로 프로파일이 변위되며 회전점 (도 9c)를 통과한다. 이러한 프로파일의 경우, 생성된 스크류 플라이트는 비대칭적이다. 증가한 변위의 경우, 보다 더 강한 전단을 갖는 영역 (도 9b 및 9c의 상단) 및 보다 덜 강한 전단 (도 9b 및 9c의 하단)이 생긴다. 프로파일이 직선에 대해 60°의 각도로 변위되고 회전점을 통과하는 경우 (도 9d), 3개의 첨단부 중 2개가 배럴을 세척하는 배열이 제조될 수 있다. 비대칭은 여기서 가장 확연하다. 매우 강한 전단 응력을 갖는 2개의 영역 (도 9d의 상단) 및 낮은 전단 응력 (도 9d의 하단)을 갖는 1개의 영역이 생긴다. 따라서, 가공처리되는 조성물은 분산 작업에 도움이 되는 상당히 다른 응력에 노출된다.
프로파일의 공동 세척 동안 및 배럴의 세척 동안 틈의 제조가 이중 플라이트 프로파일의 절차와 완전히 일치해서 진행된다.
삼중 플라이트 프로파일은 도 10a에 따른 연속 운반 나사산으로서 또는 도 10b에 따른 혼련 디스크로서 본 발명에 따라 사용될 수 있다.
축대칭 사중 플라이트 스크류 프로파일은 스크류 프로파일의 45°-부분으로 완전히 정의된다. 도 11은 본 발명에 따라 사용되는 축대칭, 사중 플라이트 스크류 요소의 프로파일 부분을 나타내며, 이는 2개의 원분으로 구성된다. 이 디자인은 0.5 내지 0.541의 중심선 거리에 대한 외측 스크류 반경의 모든 비율에 대해 유사하게 적용될 수 있다.
세척시 편심 프로파일의 발생 및 틈의 발생이 이중 및 삼중 플라이트 프로파일에 대하여 진행되며, 본원에 도시하지는 않았다.
사중 플라이트 프로파일은 도 12a에 따른 연속 운반 나사산으로서 또는 도 12b에 따른 혼련 디스크로서 사용할 수 있다.
4개 초과의 플라이트를 갖는 본 발명에 따라 사용되는 프로파일은 유사하게 제조할 수 있다. 마찬가지로, 틈이 유사하게 달라지고 편심 프로파일이 발생될 수 있다.
도 13a는 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소 쌍의 예의 계통, 단면도이다. 발생시키는 스크류 프로파일은 좌수 스크류 프로파일로 예시된다. 발생되는 스크류 프로파일은 우수 스크류 프로파일로 예시된다. 2개의 스크류 프로파일은 16개의 원호로 이루어진다. 발생시키는 및 발생되는 스크류 프로파일의 원호는 두꺼운 연속선으로 구별되며, 이는 원호의 개별적인 수로 제공된다. 원호의 중심점은 작은 원으로 예시된다. 원호의 중심점은 연결된 원호의 출발점과 종결점 둘다를 가는 연속선으로 연결시킨다 (정의하는 선). 외측 스크류 반경은 각 경우의 발생시키는 스크류 프로파일 및 발생되는 스크류 프로파일에 대한 실제 크기이다. 스크류 배럴의 영역에서, 외측 스크류 반경은 가는 파선으로 구별되고, 치합 대역은 가는 점선으로 구별된다. 복수의 원호의 결과로서 및 컴퓨터 소프트웨어를 이용한 도면 생성의 결과로서, 개별 원호의 수는 정의하는 선과 겹쳐지므로 알아보기가 매우 어렵다. 때때로 개별 수의 불량한 가독성(legibility)에도 불구하고, 프로파일 구조는 본원 설명에 따른 내용 및 도 13b에 주어진 좌표로부터 분명하다.
본 발명에 따라 사용되며 도 13a에 나타낸 한쌍의 스크류 프로파일은 점대칭이지만 축대칭은 아니다. 직선 FP (점선으로 나타냄)는 접선은 가지지 않는다. 이러한 스크류 요소는, 분산 작용에 중요한 첨단부의 상류 및 하류 영역이 직선 FP로 인한 기하하적 제한을 고려할 필요없이 작업에 정확하게 적용될 수 있기 때문에, 분산 작용에 있어 특히 충분히 자유롭다. 도 13b는 도 13a의 모든 원호에 대한 중심점의 x 및 y 좌표 (Mx 및 My), 원호의 반경 R 및 각도 α를 나타낸다. 각도는 라디안으로 나타낸다; 모든 다른 치수는 중심선 거리에 대해 표준화하므로 치수가 없다.
본 발명에 따라서 고도로 효율적으로 압출될 수 있고 동시에 생성물의 온화한 처리가 보장되는 가소성 조성물은 예를 들어 현탁액, 페이스트, 유리, 세라믹 조성물, 용융물 형태의 금속, 가소성, 가소성 용융물, 중합체 용액, 엘라스토머 및 고무 조성물이다.
바람직하게는 가소성 및 중합체 용액, 특히 바람직하게는 열가소성 중합체가 이용된다. 바람직한 열가소성 중합체는 바람직하게는 폴리카르보네이트, 폴리아미드, 폴리에스테르, 특히 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리락티드, 폴리에테르, 열가소성 폴리우레탄, 폴리아세탈, 플루오로 중합체, 특히 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에테르 술폰, 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 특히 폴리(메틸)메타크릴레이트, 폴리페닐렌 옥시드, 폴리페닐렌 술피드, 폴리에테르 케톤, 폴리아릴에테르 케톤, 스티렌 중합체, 특히 폴리스티렌, 스티렌 공중합체, 특히 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 블록 공중합체 및 폴리비닐 클로라이드 계열 중 하나 이상이다. 목록에 실린 가소성의 블렌드도 마찬가지로 바람직하게 이용되고, 이것은 당업계 숙련자가 둘 이상의 가소성의 조합이라고 이해하는 것이다. 특히 바람직하게는, 폴리카르보네이트 및 폴리카르보네이트 함유 혼합물이고, 폴리카르보네이트가 매우 특히 바람직하고, 그것은 예를 들어 상 계면 방법 또는 용융 에스테르교환 방법을 이용해서 얻는다.
추가의 바람직한 공급 물질은 고무이다. 바람직한 고무는 바람직하게는 스티렌-부타디엔 고무, 천연 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무, 수소화 니트릴 고무, 부틸 고무, 할로부틸 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌-비닐 아세테이트 고무, 폴리우레탄 고무, 열가소성 폴리우레탄, 구타 페르카, 아크릴레이트 고무, 플루오로 고무, 실리콘 고무, 술피드 고무, 클로로술포닐-폴리에틸렌 고무 계열로부터 하나 이상이다. 목록에 실린 고무의 둘 이상의 조합 또는 하나 이상의 고무와 하나 이상의 가소성의 조합도 물론 가능하다.
이들 열가소성 물질 및 엘라스토머는 순수한 형태로 또는 충전재 및 보강재, 예를 들어 특히 유리 섬유와의 혼합물로서, 서로 간의 혼합물 또는 다른 중합체와의 혼합물로서, 또는 통상의 중합체 첨가제와의 혼합물로서 이용될 수 있다.
한 바람직한 실시태양에서, 가소성 조성물, 특히 중합체 용융물 및 중합체 용융물 혼합물은 그와 혼합된 첨가제를 가진다. 첨가제는 중합체와 함께 압출기에 고체, 액체 또는 용액으로서 넣을 수 있거나, 또는 첨가제 중 적어도 일부 또는 모든 첨가제가 사이드스트림으로 압출기에 공급된다.
첨가제는 많은 상이한 특성을 중합체에 부여할 수 있다. 그것은 예를 들어 착색제, 안료, 가공 보조제, 충전재, 항산화제, 보강재, UV 흡수제 및 빛 안정제, 금속 불활성화제, 과산화물 스캐빈저, 염기성 안정제, 핵생성제, 안정제 또는 항산화제로서 활성을 갖는 벤조푸란 및 인돌리논, 이형제, 난연 첨가제, 대전방지제, 염료 제제 및 용융 안정제일 수 있다. 이들의 예는 탄소 블랙, 유리 섬유, 점토, 운모, 흑연 섬유, 이산화티탄, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 이온성 액체 및 천연 섬유이다.
본 발명의 방법이 다양한 중합체에 이용될 때 얻는 이점은 압출 공정 유형 및 가소성 조성물 유형에 의존해서 다양하다.
폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 공중합체를 압출할 때, 지나치게 높은 온도는 분자량 증가, 분지화 및 가교를 초래한다. 게다가, 폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 공중합체는 당업계 숙련자에게 알려진 자연산화 사이클([2] Hepperle, J.; Schadigungsmechanismen bei Polymeren[Damage mechanisms in polymers], Polymeraufbereitung[Polymer compounding], 2002, VDI-K, VDI-Verlag GmbH, [3] Zweifel, H.: Stabilization of Polymeric Materials, Berlin, Springer 1997, [4] Schwarzenbach, K. 등: Antioxidants, in Zweifel, H.(ed.): Plastics Additives Handbook, Munich, Hanser 2001, [5] Cheng, H.N., Schilling, F.C., Bovey, F.A.: 13C Nuclear Magnetic Resonance Observation of the Oxidation of Polyethylene, Macromolecules 9(1976) p.363-365)에서 대기 중의 산소와 반응하여 강한 냄새가 나고 따라서 파괴적 저분자량 성분, 예를 들어 케톤, 알데히드, 카르복실산 및 알콜을 생성한다.
폴리에틸렌 및 비닐 아세테이트를 기반으로 하는 공중합체를 압출할 때, 지나치게 높은 온도는 추가로 강한 냄새가 나는 부식성 아세트산의 생성을 초래한다.
폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 공중합체를 압출할 때, 높은 온도는 분자량 저하를 초래한다. 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 공중합체는 게다가 자연산화 사이클에서 대기 중의 산소와 반응하여 강한 냄새가 나고 따라서 파괴적인 저분자량 성분, 예를 들어 케톤, 알데히드, 카르복실산 및 알콜을 생성한다.
폴리비닐 클로라이드를 압출할 때, 지나치게 높은 온도는 폴리비닐 클로라이드 변색 및 부식성 기체상 염산 제거를 초래하고, 여기서, 염산은 또한 염산의 추가 제거를 촉매한다.
폴리스티렌을 압출할 때, 지나치게 높은 온도는 분자량 저하 및 상응하는 기계적 성질 손상과 함께 유해한 스티렌 뿐만 아니라 이량체 및 삼량체 스티렌의 생성을 초래한다.
폴리스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN)를 압출할 때, 생성물은 열 응력에의 노출로 노르스름한 색으로 변함으로써 투명도가 감소하고, 분자량 저하 및 기계적 성질 손상과 함께 발암성 단량체 아크릴로니트릴 뿐만 아니라 스티렌을 생성한다.
방향족 폴리카르보네이트를 압출할 때, 생성물은 지나친 열 응력에의 노출로 특히 산소의 작용 때문에 노르스름한 색으로 변함으로써 투명도가 감소하고, 특히 물의 작용 때문에 분자량 저하를 나타낸다. 승온에의 노출로 예를 들어 비스페놀 A 같은 단량체도 해리된다.
폴리에스테르, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리락티드를 압출할 때, 지나친 온도 및 물의 작용 때문에 분자량이 감소하고 분자의 말단기가 치환된다. 이것은 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 재순환할 때 문제가 된다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 승온에서 아세트알데히드를 제거하고, 이것은 예를 들어 음료수 병의 내용물의 향을 변화시킬 수 있다.
디엔 고무, 특히 부타디엔 고무로 충격강도가 개질된 열가소성 물질, 특히 충격강도가 개질된 등급의 폴리스티렌(HIPS) 및 충격강도 개질된 SAN(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, ABS)을 압출할 때, 지나친 온도는 발암성 부타디엔 및 독성 비닐시클로헥센의 제거를 초래한다. 게다가, 디엔 고무가 가교하여, 그 결과, 생성물의 기계적 성질이 손상된다.
폴리옥시메틸렌을 압출할 때, 지나친 온도는 독성 포름알데히드의 제거를 초래한다.
폴리아미드, 예를 들어 폴리아미드 6, 폴리아미드 6,6, 폴리아미드 4,6, 폴리아미드 11 및 폴리아미드 12를 압출할 때, 지나치게 높은 온도는 생성물 변색 및 분자량 저하를 초래하고 단량체 및 이량체의 개질을 초래하여, 그 결과, 특히 물 존재 하에서 기계적 성질이 손상된다.
열가소성 폴리우레탄을 압출할 때, 지나치게 높은 온도는 우레탄 교환 반응(transurethanization)에 의한 분자 구조 변화를 초래하고, 물 존재 하에서 분자량 저하를 초래한다. 이들 둘 모두 열가소성 폴리우레탄의 성질에 바람직하지 않은 영향을 미친다.
폴리메틸 메타크릴레이트를 압출할 때는, 메틸 메타크릴레이트가 제거되고, 지나친 열 응력에의 노출로 분자량이 저하되고, 그 결과, 불쾌한 냄새가 나고 기계적 성질이 손상된다.
폴리페닐렌 술피드를 압출할 때, 지나치게 높은 온도는 황 함유 유기 및 무기 화합물 제거를 초래하고, 그 결과, 불쾌한 냄새가 나고 압출 다이가 부식될 수 있다. 또, 저분자량 올리고머 및 단량체가 생성되고 분자량이 저하되어, 폴리페닐렌 술피드의 기계적 성질을 손상시킨다.
폴리페닐술폰을 압출할 때, 지나치게 높은 온도는 특히 물 존재 하에서 유기 화합물 제거를 초래한다. 또, 분자량이 감소하고, 그 결과, 기계적 성질이 손상된다.
폴리페닐렌 에테르를 압출할 때, 지나치게 높은 온도는 저분자량 유기 화합물의 제거를 초래하고, 분자량이 감소한다. 이 결과, 생성물의 기계적 성질이 손상된다.
디엔 고무, 예를 들어 폴리부타디엔(BR), 천연 고무(NR) 및 합성 폴리이소프렌(IR), 부틸 고무(IIR), 클로로부틸 고무(CIIR), 브로모부틸 고무(BIIR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리클로로프렌(CR), 부타디엔-아크릴로니트릴 고무(NBR), 부분 수소화 부타디엔-아크릴로니트릴 고무(HNBR) 및 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM)를 압출할 때, 지나치게 높은 온도는 가교에 의한 겔 생성을 초래하고, 이로 인해 생성된 성분의 기계적 성질이 손상된다. 클로로- 및 브로모부틸 고무의 경우, 승온은 부식성 기체상 염산 또는 브롬화수소산의 제거를 초래할 수 있고, 또, 이것은 중합체의 추가 분해를 촉매한다.
가황제, 예를 들어 황 또는 과산화물을 함유하는 고무 배합물을 압출할 때, 지나치게 높은 온도는 조기 가황을 초래한다. 이 결과, 이러한 고무 배합물로부터 어떠한 생성물도 생성할 수 없다.
지나치게 높은 온도에서 하나 이상의 중합체의 혼합물을 압출할 때, 개별 중합체 압출의 불리한 점이 각 경우에서 생긴다.
제조하는 동안에 중합체를 탈기하는 하위 방법은 "탈기 압출기"로 수행한다. 탈기 압출기는 원칙적으로 당업계 숙련자에게 알려져 있고, 예를 들어 문헌 [1]에 기술되어 있다. "탈기 돔(dome)"은 탈기 압출기의 특징이다. 이것은 생성되는 증기가 빠져나갈 수 있는 개구를 가진 배럴이다. 알려진 바와 같이, 탈기 돔 사이에서 생성물 흐름이 제한된다면, 상이한 탈기 돔이 상이한 압력에서 작동될 수 있고, 따라서 상이한 압력 사이에서 밀폐를 생성한다.
본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소는 바람직하게는 부분 충전 대역, 특히 바람직하게는 탈기 대역에서 이용된다.
본 발명에 따라 사용되는 탈기 압출기에는 중합체가 취하는 형태에 의존해서 다양한 방식으로 생성물과 함께 공급될 수 있다. 한 바람직한 변형에서는, 압출기에 액체 상이 공급되고, 이 액체 상은 중합체 이외에 추가로 용매 및 임의로 잔류 단량체를 함유할 수 있다. 반응 및 임의의 예비 증발 후에 얻어지는 중합체의 형태는 당업계 숙련자에게 알려져 있다. 그 예는 다음과 같다:
Figure 112010083436032-pct00005
폴리스티렌 - 잔류 스티렌 및 아마도, 에틸벤젠, 톨루엔, 크실렌, 부타논 또는 다른 용매와 함께
Figure 112010083436032-pct00006
스티렌 및 아크릴로니트릴 - 잔류 스티렌, 잔류 아크릴로니트릴, 및 아마도, 에틸벤젠, 톨루엔, 크실렌, 부타논 또는 다른 용매와 함께
Figure 112010083436032-pct00007
선형 저밀도 또는 고밀도 폴리에틸렌, 분지형 폴리에틸렌 - 용매, 예를 들어 헥산, 공업용 헥산, 프로판, 이소부탄 및 단량체, 예를 들어 프로필렌, 부텐-1, 헥센-1,4-메틸펜텐-1, 옥텐-1(현탁을 포함하는 방법은 CX 방법, 미쓰이 케미칼즈(Mitsui Chemicals)(헥산), 호스탈렌(Hostalen) 방법 바젤(Basell)(헥산), 쉐브론 필립스(Chevron Philips) USA (이소부탄), 보스타(Borstar) 방법, 보리얼리스(Borealis)(프로판) 벨지움이고, DSM은 용매 방법에서 헥산을 이용함)과 함께 (이와 관련된 상세한 설명은 [6] (문헌 [Comparative Analysis of Various Polyethylene Production Technologies, Chem. & Petroleum Eng. vol. 44, nos. 7-8, 2008]에 기재되어 있음)
Figure 112010083436032-pct00008
폴리카르보네이트 - 용매, 예를 들어 클로로벤젠 및 염화메틸렌과 함께
Figure 112010083436032-pct00009
폴리메틸 메타크릴레이트 - 단량체, 즉 메틸 메타크릴레이트와 함께
바람직한 한 변형에서는, 생성물이 "후방" 탈기를 하는 액체 공급 탈기 압출기에 공급된다. 이 경우, 임의로 예비가열된 중합체 용액이 이축 스크류 압출기에 도입되고, 여기서 그것은 발포한다. 이어서, 기체가 이축 스크류 압출기의 플라이트를 통해서 탈기 돔으로 후방 배출된다. 이러한 후방 탈기는 일반적으로 종래 기술이고, 예를 들어 문헌([1], 193-195 페이지)에 기술되어 있다. 이 경우, 압출기에 투입될 때, 용액 중의 폴리카르보네이트의 농도는 바람직하게는 55 질량% 내지 95 질량%, 특히 바람직하게는 65 질량% 내지 90 질량%이다.
생성물을 액체 공급 탈기 압출기에 공급하기 위한 추가의 바람직한 변형은 압출기 유입구에서의 플래쉬 증발을 포함한다. 플래싱(flashing)은 부분 탈기된 용융물이 스크류 상에 직접 낙하하도록 바람직하게는 압출기 바로 위에서 진행된다. 바람직하게는, 플래싱으로부터 생긴 증기는 마찬가지로 압출기 위에 위치하는 분리 용기로부터 하나 이상의 증기 라인에 의해 배출된다. 중합체 용액의 온도는 바람직하게는 180 ℃ 내지 300 ℃, 특히 바람직하게는 200 ℃ 내지 250 ℃의 범위이다. 플래싱은 바람직하게는 0.3 bar abs 내지 6 bar abs, 특히 바람직하게는 0.5 bar abs 내지 2 bar abs의 압력 범위에서 작동된다.
생성물을 액체 공급 탈기 압출기에 공급하기 위한 추가의 바람직한 변형은 압출기 유입구에 쉘-튜브(shell-&-tube) 열교환기를 포함하고, 이 열교환기는 튜브로부터 나오는 부분 탈기된 중합체 용액이 스크류 상에 직접 낙하하도록 압출기의 스크류 위에 배열된다. 분리 용기가 쉘-튜브 열교환기의 유출구와 압출기 스크류 사이에 추가로 위치하고, 분리 용기는 하나 이상의 증기 유출구를 가지고, 이 분리 용기에서 증기 및 중합체 용액이 서로 분리된다. 중합체 용액은 낙하 튜브 증발기의 상단에서 유입구 개구를 통해 도입되고, 분배판을 거쳐 외부 가열되는 다수의 튜브에 공급된다. 가열은 바람직하게는 응축 스트림, 응축 유기 열전달 매질 또는 액체 유기 열전달 매질에 의해 제공된다. 용매를 증발하기 위한 열에너지는 튜브의 내표면을 거쳐서 폴리카르보네이트 용융물에 도입된다. 그 결과, 용매 분획이 증발하고, 따라서 2 상 기체-액체 혼합물이 생성된다. 따라서, 중합체 용융물의 과열을 의도적으로 피하게 된다. 증기 형태로 빠져나가는 용매는 일정한 완전 혼합 및 중합체 용융물의 표면 재생을 초래하고, 따라서, 그의 더 효율적인 농축을 보장한다. 이러한 방법에서는, 뚜렷히 더 높게 농축된 폴리카르보네이트 용융물이 탈휘발 압출기에 공급됨으로써, 폴리카르보네이트 용융물의 동일한 또는 훨씬 더 높은 잔류 탈기가 더 낮은 에너지 투입 뿐만 아니라 압출기에서 폴리카르보네이트 용융물의 더 짧은 체류 시간으로도 달성될 수 있다. 쉘-튜브 열교환기에 투입될 때, 중합체 용액의 농도는 바람직하게는 50 내지 80 중량%이다. 튜브 가열 온도는 240 ℃ 내지 360 ℃, 바람직하게는 250 ℃ 내지 340 ℃, 매우 특히 바람직하게는 260 ℃ 내지 300 ℃이다. 압출기에 투입될 때 중합체 농도는 80 내지 99 중량%, 바람직하게는 90 내지 99 중량%이다. 분리 용기에서의 압력은 바람직하게는 0.3 bar abs 내지 6 bar abs, 특히 바람직하게는 0.5 bar abs 내지 2 bar abs이다.
액체 공급 탈기 압출기에 생성물을 공급하는 추가의 바람직한 방법은 예를 들어 EP 1 740 638에서 폴리카르보네이트에 대해 기술한 바와 같은 발포 증발기를 포함한다. 발포 증발기는 예를 들어 쉘-튜브 어셈블리 또는 다이 플레이트로 이루어질 수 있다. 중합체 용융물이 발포 증발기의 오리피스로부터 나올 때 발포되고, 잔류 용매는 낮은 잔류 함량이 되도록 제거된다.
이 발포 증발기는 바람직하게는 압출기의 스크류 위에 배열됨으로써, 튜브로부터 나오는 중합체 용액이 스크류 상에 직접 낙하할 수 있다. 추가로, 증기 및 중합체 용액을 서로 분리시키는 하나 이상의 증기 유출구를 가지는 분리 용기가 쉘-튜브 열교환기의 유출구와 압출기 스크류 사이에 위치한다.
특히 바람직하게는, 중합체 용액으로는 폴리카르보네이트 용액이 이용된다.
이 경우, 발포 증발기에 투입될 때 폴리카르보네이트 용액의 농도는 90 중량% 내지 99.95 중량%이다. 임의로, 발포제, 예를 들어 질소, CO2가 폴리카르보네이트 용액에 첨가된다. 잔류 용매와 함께 발포제의 증기압은 0.1 내지 100 bar, 바람직하게는 0.5 내지 60 bar, 특히 바람직하게는 1 내지 40 bar이다. 중합체 용액은 발포 증발기의 오리피스를 통하는 0.1 내지 20 mbar의 서브스트림으로 세분된다. 중합체 용액의 온도는 250 ℃ 내지 340 ℃이다. 분리 용기에서의 압력은 바람직하게는 0.1 내지 20 mbar이다.
도 14는 스크류 요소가 탈기 압출기에 사용되는 바람직한 실시양태를 나타낸다. 대역 A에서, 폴리카르보네이트 용액이 플래쉬 증발 튜브 (1)을 통해서 압출기 안으로 도입된다. 탈기 용기 (2)에서, 폴리카르보네이트 용액으로부터 증기가 분리된다. 대역 C, E, G, J 및 L은 탈기 대역이다. 그곳에서 방출된 증기는 탈기 돔 (3)에서 배기된다. 대역 B, D, F 및 H는 제한 흐름 대역이고, 여기서는 흐름 제한 요소가 생성물의 플러그를 일으키고, 이 때문에, 각 이웃 대역에 상이한 압력을 확립하는 것이 가능하다. 대역 L에서의 탈기가 더 효율적으로 일어나게 하기 위해 대역 K에 연행제가 추가로 첨가된다. 대역 M에서는, 중합체가 첨가제를 함유하는 사이드스트림과 혼합되고, 압출기 이후의 여과 및 다이를 위해 압력이 증강된다.
도 15는 스크류 요소가 탈기 압출기에서 사용되는 추가의 바람직한 실시양태를 나타낸다. 대역 A에서, 폴리카르보네이트 용액이 수직 예비가열기 (1)을 통해 압출기 안으로 도입된다. 탈기 용기 (2)에서, 폴리카르보네이트 용액으로부터 증기가 분리된다. 대역 C, E, G, J 및 L은 탈기 대역이다. 그곳에서 방출된 증기는 탈기 돔 (3)에서 배출된다. 대역 B, D, F 및 H는 제한 흐름 대역이고, 여기서는 흐름 제한 요소가 생성물의 플러그를 일으키고, 이 때문에, 각 이웃 대역에 상이한 압력을 확립하는 것이 가능하다. 대역 L에서의 탈기가 더 효율적으로 일어나게 하기 위해 대역 K에 연행제가 추가로 첨가된다. 대역 M에서는, 중합체가 첨가제를 함유하는 사이드스트림과 혼합되고, 압출기 이후의 여과 및 다이를 위해 압력이 증강된다.
도 16은 스크류 요소가 유입구에 발포 증발기를 가지는 탈기 압출기에서 사용되는 추가의 바람직한 실시양태를 나타낸다. 대역 A에서, 폴리카르보네이트 용액이 발포 증발기 (1)을 통해 압출기에 도입된다. 분리기 (2)에서 폴리카르보네이트 용액으로부터 증기가 분리된다. 대역 B, D, F 및 H에서는, 각 경우에서 연행제가 도입되어 분산된다. 대역 C, E, F, G 및 J에서는, 중합체로부터 휘발성 성분이 분리된다. 대역 K에서는, 중합체가 첨가제 및 임의로 추가의 중합체를 함유하는 사이드스트림과 혼합되고, 압출기 이후의 여과 및 다이를 위해 압력이 증강된다.
또한, 스크류 요소가 장착된 이축 또는 다축 스크류 압출기에는 중합체 제조 동안에 입자가 공급될 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따르는 압출기는 특히 용융, 전환 및 첨가제와의 혼합에 알맞다. 반응 및 임의의 예비 증발 또는 침전 후에 얻어지는 중합체의 형태는 당업계 숙련자에게 알려져 있다. 그 예는 다음과 같다:
Figure 112010083436032-pct00010
폴리프로필렌 - 최종 반응 후 분말 형태로 얻어짐
Figure 112010083436032-pct00011
고밀도 폴리에틸렌 - 기상 또는 슬러리 방법으로부터 얻어짐
Figure 112010083436032-pct00012
유화 중합체, 예를 들어 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 - 침전 및 임의의 건조 후에 얻어짐
배합하는 동안, 스크류 요소가 장착된 이축 또는 다축 스크류 압출기는 탈기를 포함하는 과제에 특히 적당하다. 여기서는, 열 응력에 최소한으로 노출하면서 탈기하는 것을 포함하는, 병 물질로부터 재활용 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 직접 배합할 때 특별한 이점이 달성된다.
본 발명에 따르는 방법은 폴리카르보네이트의 제조 및 배합에 특히 바람직하게 이용된다. 여기서는 특히, 착색되지 않은 폴리카르보네이트에서 황색도(YI)로 측정되는 폴리카르보네이트의 색과 관련해서 이점을 가진다. 여기서, 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소는 탈기 대역에서 이용하는 것이 특히 바람직하다.
폴리카르보네이트를 제조하기 위한 본 발명에 따르는 방법에 적당한 디페놀은 종래 기술에서 종종 설명된다.
적당한 디페놀은 예를 들어 히드로퀴논, 레조르시놀, 디히드록시디페닐, 비스(히드록시페닐)알칸, 비스(히드록시페닐)시클로알칸, 비스(히드록시페닐)술피드, 비스(히드록시페닐)에테르, 비스(히드록시페닐)케톤, 비스(히드록시페닐)술폰, 비스(히드록시페닐)술폭시드, α,α'-비스-(히드록시페닐)-디이소프로필벤젠, 및 이들의 알킬화된, 고리-알킬화된 및 고리-할로겐화된 화합물이다.
바람직한 디페놀은 4,4'-디히드록시디페닐, 2,2-비스-(4-히드록시페닐)-1-페닐프로판, 1,1-비스-(4-히드록시페닐)-페닐에탄, 2,2-비스-(4-히드록시페닐)프로판, 2,4-비스-(4-히드록시-페닐)-2-메틸부탄, 1,3-비스-[2-(4-히드록시페닐)-2-프로필]벤젠(비스페놀 M), 2,2-비스-(3-메틸-4-히드록시페닐)-프로판, 비스-(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)-메탄, 2,2-비스-(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)-프로판, 비스-(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)술폰, 2,4-비스-(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)-2-메틸부탄, 1,3-비스-[2-(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)-2-프로필]-벤젠, 및 1,1-비스-(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산(비스페놀 TMC)이다.
특히 바람직한 디페놀은 4,4'-디히드록시디페닐, 1,1-비스(4-히드록시페닐)페닐에탄, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)프로판, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산 및 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산(비스페놀 TMC)이다.
호모폴리카르보네이트의 경우에는 오직 하나의 디페놀이 이용되고, 반면, 코폴리카르보네이트의 경우에는 둘 이상의 디페놀이 이용되며, 합성에 첨가되는 모든 다른 화학물질 및 보조제와 마찬가지로, 이용되는 디페놀은 분명히 그의 합성, 취급 및 저장으로부터 기원하는 불순물로 오염될 수 있지만, 가능한 가장 깨끗한 원료를 이용하는 것이 바람직하다.
포스겐 또는 클로로포름산 말단기가 반응 혼합물에 존재한다는 전제 하에서, 또는 산 클로라이드 및 클로로포름산 에스테르가 사슬 종결제인 경우에는, 생성되는 중합체의 충분한 페놀성 말단기가 이용가능하다는 전제 하에서, 분자량 조절에 요구되는 일관능성 사슬 종결제, 예를 들어 페놀 또는 알킬페놀, 특히 페놀, p-tert-부틸페놀, 이소-옥틸페놀, 쿠밀페놀, 그의 클로로포름산 에스테르 또는 모노카르복실산의 산 클로라이드 또는 이들 사슬 종결제의 혼합물은 비스페놀레이트 또는 비스페놀레이트들과 함께 반응에 도입되거나, 또는 별법으로, 합성 동안에 요망되는 어느 시점에서도 첨가된다. 그러나, 바람직하게는, 사슬 종결제(들)는 포스겐화 후 포스겐이 더 이상 존재하지 않는 위치 또는 시점에서 첨가되지만, 촉매는 아직 분할 첨가되지 않았다. 별법으로, 사슬 종결제는 또한 촉매보다 먼저, 촉매와 함께 또는 동시에 분할 첨가된다.
임의로, 분지화제 또는 분지화제 혼합물이 동일한 방식으로 합성에 첨가된다. 그러나, 통상적으로, 분지화제는 사슬 종결제보다 먼저 첨가된다. 일반적으로, 트리스페놀, 쿼터페놀, 또는 트리- 또는 테트라카르복실산의 산 클로라이드, 또는 폴리페놀 또는 산 클로라이드의 혼합물이 이용된다. 3 개 이상의 페놀성 히드록실기를 가지는 분지화제로서 적당한 화합물 중 일부는 예를 들어 플로로글루시놀, 4,6-디메틸-2,4,6-트리-(4-히드록시페닐)-헵텐-2, 4,6-디메틸-2,4,6-트리-(4-히드록시페닐)-헵탄, 1,3,5-트리(4-히드록시페닐)벤젠, 1,1,1-트리(4-히드록시페닐)에탄, 트리-(4-히드록시페닐)페닐메탄, 2,2-비스(4,4-비스(4-히드록시페닐)시클로헥실)프로판, 2,4-비스-(4-히드록시페닐이소프로필)페놀, 테트라-(4-히드록시페닐)메탄이다.
몇몇 다른 삼관능성 화합물은 2,4-디히드록시벤조산, 트리메스산, 시아누르 클로라이드 및 3,3-비스(3-메틸-4-히드록시페닐)-2-옥소-2,3-디히드로인돌이다.
바람직한 분지화제는 3,3-비스(3-메틸-4-히드록시페닐)-2-옥소-2,3-디히드로인돌 및 1,1,1-트리-(4-히드록시페닐)에탄이다.
폴리카르보네이트의 상 계면 합성에 바람직하게 이용되는 촉매는 3급 아민, 특히 트리에틸아민, 트리부틸아민, 트리옥틸아민, N-에틸피페리딘, N-메틸피페리딘, N-i/n-프로필피페리딘, 사급 암모늄염, 예를 들어 테트라부틸암모늄, 트리부틸벤질암모늄, 테트라에틸암모늄 히드록사이드, 클로라이드, 브로마이드, 히드로겐술페이트, 테트라플루오로보레이트, 및 암모늄 화합물에 상응하는 포스포늄 화합물이다. 이들 화합물은 문헌에서 대표적인 상 계면 촉매라고 기술되고, 상업적으로 얻을 수 있고, 당업계 숙련자들은 잘 알고 있다. 촉매는 개별적으로, 혼합물로서 또는 또한 동시에 및 연속으로, 또한 임의로, 포스겐화 전에, 합성에 첨가될 수 있지만, 오늄 화합물 또는 오늄 화합물의 혼합물이 촉매로 이용되지 않는다면, 촉매는 바람직하게는 포스겐 도입 후에 분할 첨가된다. 이 경우, 첨가는 바람직하게는 포스겐이 분할 첨가되기 전에 진행된다. 촉매 또는 촉매들은 용매 없이, 불활성 용매, 바람직하게는 폴리카르보네이트 합성 용매 중에서, 또는 수용액으로서, tert-아민의 경우에는 산, 바람직하게는 무기산, 특히 염산과의 암모늄염으로서 분할 첨가된다. 다수의 촉매가 이용되거나 또는 촉매의 총량이 비율적으로 분할 첨가될 때, 물론, 상이한 지점에서 또는 상이한 시점에서 상이한 분할 첨가 방법이 이용될 수 있다. 사용되는 촉매의 총량은 도입되는 비스페놀의 몰 기준으로 0.001 내지 10 mol%, 바람직하게는 0.01 내지 8 mol%, 특히 바람직하게는 0.05 내지 5 mol%이다.
폴리카르보네이트 합성은 연속으로 또는 불연속으로 수행될 수 있다. 따라서, 반응은 교반 탱크 반응기, 튜브 반응기, 펌핑형 순환 반응기 또는 교반 탱크 반응기의 캐스케이드 또는 이들의 조합에서 진행할 수 있다. 여기서는, 상기 혼합 요소를 이용함으로써, 합성 혼합물이 완전히 반응할 때까지, 즉 합성 혼합물이 포스겐 또는 클로로포름산 에스테르의 비누화가능 염소를 전혀 함유하지 않을 때까지, 수성 상 및 유기 상이 가능한 한 멀리 분리되지 않도록 하는 것이 보장되어야 한다.
분지화제가 비스페놀레이트, 사슬 종결제 및 촉매와 함께 분할 첨가되지 않았다면, 포스겐 도입 후, 어느 일정 시간 동안 유기 상 및 수성 상을 철저히 혼합한 후에 임의로 분지화제를 첨가하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 후반응 시점은 각 분할 첨가 후가 유리할 수 있다. 이러한 후교반 시간은 10 초 내지 60 분, 바람직하게는 30 초 내지 40 분, 특히 바람직하게는 1 내지 15 분이다.
유기상은 하나의 용매 또는 다수 용매의 혼합물로 이루어질 수 있다. 적당한 용매는 염소화 탄화수소(지방족 및/또는 방향족), 바람직하게는 디클로로메탄, 트리클로로에틸렌, 1,1,1-트리클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄 및 클로로벤젠 및 이들의 혼합물이다. 그러나, 또한, 방향족 탄화수소, 예를 들어 벤젠, 톨루엔, m/p/o-크실렌 또는 방향족 에테르, 예를 들어 아니솔은 단독으로, 염소화 탄화수소와의 혼합물로서, 또는 염소화 탄화수소에 추가하여 이용될 수 있다. 합성의 다른 한 실시태양은 폴리카르보네이트를 용해하지 않고, 대신 그것을 팽윤시키는 용매를 이용한다. 따라서, 또한, 용매와 함께 폴리카르보네이트에 대한 비용매를 이용하는 것도 가능하다. 또, 여기서는 용매 짝이 제 2 유기 상을 형성하는 경우에는, 수성 상에 용해될 수 있는 용매, 예를 들어 테트라히드로푸란, 1,3/1,4-디옥산 또는 1,3-디옥솔란도 용매로서 이용될 수 있다.
완결될 때까지 반응하여 기껏해야 미량(<2 ppm)으로 클로로포름산 에스테르를 함유하는 2상 이상의 반응 혼합물은 상 분리를 위해 정치한다. 수성 알칼리성 상은 아마도 전부 또는 일부를 폴리카르보네이트 합성에 수성 상으로서 되돌려보내거나, 또는 별법으로, 폐수 처리를 위해 보내고, 이 폐수 처리에서 용매 및 촉매 분획이 분리되어 재순환된다. 워크업의 다른 한 변형에서는, 일단 유기 불순물, 특히 용매 및 중합체 잔류물을 분리하고, 임의로, 예를 들어 수산화나트륨 첨가로 특정 pH 값이 확립된 후에, 염을 분리해서 예를 들어 클로르-알칼리 전해에 보낼 수 있고, 한편, 수성 상은 임의로 합성으로 되돌려보낸다.
이제, 폴리카르보네이트를 함유하는 유기 상을 알칼리, 이온 또는 촉매 성질의 어떠한 오염물질로부터도 정제할 수 있다. 하나 이상의 침강 작업 후조차도, 유기 상은 여전히 수성 알칼리성 상의 일부를 미세 액적으로 함유하고 촉매, 일반적으로 삼급 아민을 함유한다. 임의로, 침강 작업은 능동 또는 수동 혼합 요소를 이용하는 몇몇 환경 하에서 유기 상이 침강 탱크, 교반 탱크 반응기, 코울레서(coalescer) 또는 분리기 또는 이들의 조합을 통과함으로써 도움이 될 수 있고, 여기서는 각각의 또는 개별 분리 단계에서 임의로 물이 분할 첨가될 수 있다.
알칼리성 수성 상의 거친 분리 후, 유기 상을 묽은 산, 무기산, 카르복실산, 히드록시카르복실산 및/또는 술폰산으로 한 번 이상 세척한다. 수성 무기산, 특히 염산, 아인산 및 인산 또는 이들 산의 혼합물이 바람직하다. 이들 산의 농도는 0.001 내지 50 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 5 중량%의 범위이어야 한다.
게다가, 유기 상은 탈이온수 또는 증류수로 반복 세척한다. 개별 세척 단계 후, 수성 상의 일부가 임의로 분산된 유기 상의 분리는 침강 탱크, 교반 탱크 반응기, 코울레서 또는 분리기 또는 이들의 조합에 의해 진행되고, 여기서 세척수는 능동 또는 수동 혼합 요소를 임의로 사용하는 세척 단계 사이에 분할 첨가될 수 있다.
이러한 세척 단계 사이에 또는 또한 세척 후에, 임의로, 산을 바람직하게는 중합체 용액의 기반이 된 용매에 용해해서 첨가할 수 있다. 여기서는, 바람직하게는, 기체 염화수소 및 인산 또는 아인산이 이용되고, 이들은 임의로 혼합물로도 이용될 수 있다.
본 발명에 따르는 방법에 의해 얻어지는 가소성 조성물의 성질은 통상의 첨가제 및 추가의 물질(예를 들어, 보조제 및 보강재)로 개질될 수 있다. 첨가제 및 첨가되는 물질을 첨가하는 목적은 유효 수명을 연장하거나(예를 들어, 가수분해 또는 분해 안정제), 색 안정성을 개선하거나(예를 들어, 열 및 UV 안정제), 공정을 단순화하거나(예를 들어, 이형제, 흐름 보조제), 유효 사용(service) 특성을 개선하거나(예를 들어, 대전방지제), 난연성을 개선하거나, 시각적 외관에 영향을 주거나(예를 들어, 유기 착색제, 안료), 또는 중합체 성질을 특정 응력에 적응시키는(충격 강도 개질제, 미세 분쇄된 무기질, 섬유상 물질, 실리카 분말, 유리 섬유 및 탄소 섬유) 것이다.
다음 실시예는 본 발명을 예로서 예시하는 역할을 하고, 제한하는 것으로 보지 않아야 한다.
종래 기술에 따른 이중 플라이트 에르트멩게르 스크류 프로파일을 갖는 스크류 요소 및 본 발명에 따라 사용되는 신규 스크류 프로파일을 갖는 스크류 요소의 압력 증강 용량, 전력 소요 및 최대 온도 증가값은 유동 시뮬레이션의 도움으로 계산되었다.
당업계 숙련자에게 공지된 바와 같이 및 문헌 [1]의 페이지 129 내지 146에서 알 수 있는 바와 같이, 운반, 혼련 및 혼합 요소와 같은 스크류 요소의 작동 거동은 차압-처리량 및 전력-처리량 특성으로 설명될 수 있다. 상이한 압출기 크기에 대한 수송 능력을 간소화하기 위해서, 변수 차압, 전력 및 처리량이 자주 무치수 형태로 사용된다. 뉴턴의 유동 거동을 갖는 가소성 조성물의 경우에, 차압과 처리량 사이 및 전력과 처리량 사이 둘다는 선형 관계이다. 차압-처리량 특성에서, 축의 교차점은 A1 및 A2로 라벨링되어 있다 (문헌 [[1], 페이지 133]). 작동점 A1은 스크류 요소의 본래 처리량을 나타낸다. 작동점 A2는 처리량없이 압력 증강 용량을 나타낸다. 전력-처리량 특성에서, 축의 교차점은 B1 및 B2로 라벨링되어 있다 (문헌 [[1], 페이지 136]). 지점 B1은 "터빈 지점"이다. 처리량이 B1 보다 큰 경우에 전력은 스크류에 대한 출력이다. 작동점 B2는 처리량없이 전력 소요를 나타낸다.
압력 증강 대역에서, 단지 도입된 전력의 일부가 유동 전력으로 전환될 수 있다. 도입된 전력의 잔류는 소산된다. 유동 전력은 처리량 및 차압의 곱으로 계산된다. 당업계 숙련자가 용이하게 인식하는 바와 같이, 축의 교차점 A1 및 A2에서의 유동 전력은, 차압이 0 (A1)과 같거나 처리량이 0 (A2)과 동일하기 때문에, 각 경우에 0과 동일하다. A1과 A2 사이의 대역에서, 차압 및 처리량 둘다는 0보다 더 크고, 양의 유동 전력을 생성한다. 처리량에 의해 제공되는 작동점의 이 작동점에서 유동 전력을 스크류에 의해 전력 출력으로 나누는 경우, 상기 작동점에서의 압력 증가 효율이 얻어진다. 처리량 및 후속 근원 발견에 기초한 효율을 유도함으로써, 스크류 요소의 최대 효율을 알 수 있다.
한쌍의 스크류 요소의 내부 유동은 시판되고 있는 소프트웨어 패키지 플루언트(Fluent), 버전 6.3.26를 이용하여 압력 증강 용량 및 전력 소요에 대해 계산하고, 오픈 소스 소프트웨어 툴키트 OpenFOAM, 버전 1.5를 이용하여 최대 온도 증가값에 대해 계산하였다. 이축 스크류 압출기의 유동 시뮬레이션으로의 도입은 예를 들어 문헌 [[1], 페이지 147-168]에서 알 수 있다.
유동 시뮬레이션은 각 경우에 길이가 1/2 피치와 같은 스크류 요소를 이용하여 조사함으로써 수행하였다. 유동 시뮬레이션 동안, 이들 스크류 요소는 축의 시점 및 축의 종점에서 주기적인 제약을 가지고 제공되어 유체역학적으로 확립된 유동 상태를 계산하였다.
뉴턴의 유동 거동을 갖는 유체는 가소성 조성물로서 사용되었다. 사용된 재료 데이타는, 예를 들어 문헌 [the book Polymeraufbereitung [Polymer compounding] 2002, VDI-K, VDI-Verlag, Duesseldorf, 2002, 페이지 159]에서 얻을 수 있는 바와 같은 전형적인 값이었다. 가소성 조성물의 밀도는 1000 kg/m3에 달한다. 가소성 조성물의 점도는 1000 Pa*s에 달한다. 가소성 조성물의 전도율은 0.2 W/m/K에 달한다. 가소성 조성물의 열용량은 2000 J/kg/K에 달한다.
실시예
비교예 1:
종래 기술에 따른 운반 요소의 기하학은 도 17a 내지 17c로부터 해석될 수 있다.
도 17a는 종래 기술에 따른 에르트멘게르 스크류 프로파일을 갖는 스크류 요소의 4분의 1의 스크류 프로파일을 단면으로 나타낸다. 도면의 중간에, 스크류 프로파일의 회전점이 위치한 원점에서 xy 좌표계가 위치해 있다. 스크류 프로파일의 원호는 두꺼운 연속선으로 구별되고, 이는 원호의 개별적인 수로 제공된다. 원호의 중심점은 작은 원으로 예시된다. 원호의 중심점은 연결된 원호의 출발점과 종결점 둘다를 가는 연속선으로 연결시킨다. 직선 FP는 가는 점선으로 예시된다. 무치수 외측 스크류 반경 RA는 가는 파선으로 구별되고, 이의 수치는 4개의 유효 숫자로 도면에서 하단 우측에 나타냈다. 다음 도면의 우측에는 원호의 반경 R, 각도 α 및 x 및 y 좌표 중심점 Mx 및 My는 각 경우에 4개의 유효 숫자로 나타낸다. 이러한 설명은 스크류 프로파일을 분명하게 정의한다. 스크류 프로파일은 x 및 y 축에 대해 거울 대칭이므로, 전체 스크류 프로파일은 x 및 y 축에서 예시되는 사중의 미러링에 의해 얻어진다.
4분의 1의 스크류 프로파일이 총 n개의 원호로 이루어지는 스크류 프로파일은 n-원 스크류 프로파일로서 이하에 설명한다.
도 17a에서, n-원 스크류 프로파일에 대한 원호는 첫번째 n/2 원호를 연속적으로 오름차순으로 1에서 n/2로 매기고, 마지막 n/2 원호를 연속적으로 내림차순으로 (n/2)'에서 1'으로 매긴다. 원호 n/2 및 원호 (n/2)' 각각은 직선 FP를 접하게 한다. 스크류 프로파일의 각 원호 i는 스크류 프로파일의 원호 i'에 대응한다. 원호 i'의 반경은 중심선 거리에서 원호 i의 반경을 뺀 차로 계산되므로, 따라서 R_i'=A-R_i이다. 원호 i'의 각도는 원호 i의 각도와 동일하므로, 따라서 α_i'=α_i이다. 이는 원호 j를 갖는 첨단부 대역이 원호 j'를 갖는 홈 대역과 동일한 것을 의미한다. 이는 추가로 원호 j를 갖는 홈 대역이 원호 j'을 갖는 첨단부 대역과 동일한 것을 의미한다.
도 17a는 종래 기술에 따른 4분의 1의 이중 플라이트 에르트멩게르 스크류 프로파일을 나타내며, 이는 4개의 원호로 구성된다. 에르트멩게르 스크류 프로파일의 특성은 반경 R_1=RA, 반경 R_2=0, 반경 R_2'=A=1 및 반경 R_1'=A-RA=RI이다. 각도 α_1, α_2, α_2' 및 α_1'은 외측 스크류 반경 및 중심선 거리에 따른다. 각도 α_1은 이중 플라이트 에르트멩게르 스크류 프로파일의 첨단부 각도의 절반과 동일하다. 에르트멩게르 스크류 프로파일은 반경 R_2의 위치에서 꼬임을 포함한다. "꼬임의 크기"는 각도 α_2에 의해 결정되며, 즉 원호 (1)에서 원호 (2')으로의 이동은 각도 α_2 둘레를 회전하게 한다.
도 17a에서, 무치수 외측 스크류 반경 RA는 0.6069에 달한다. 절반의 첨단부 각도는 α_1=0.1829이다.
도 17b는 운반 요소로서 배치된 한쌍의 스크류 요소를 나타내며, 이의 스크류 프로파일은 도 17a에 기초한다. 2개의 운반 요소의 중심선 거리는 치수적으로 a=26.2 mm 및 무치수적으로 A=a/a=1에 달한다. 2개의 운반 요소 사이의 유극은 치수적으로 s=0.2 mm 및 무치수적으로 S=s/a=0.0076에 달한다. 2개의 운반 요소와 배럴 사이의 유극은 치수적으로 d=0.1 mm 및 무치수적으로 D=d/a=0.0038에 달한다. 운반 요소의 피치는 치수적으로 t=28.0 mm 및 무치수적으로 T=t/a=1.0687에 달한다. 운반 요소의 길이는 치수적으로 l=14.0 mm 및 무치수적으로 L=l/a=0.5344에 달하며, 스크류 프로파일의 각도 π로의 회전에 대응한다. 배럴은 2개의 운반 요소의 좌측 및 우측에 가는 연속선으로 예시된다. 배럴 직경은 치수적으로 dg=31.8 mm 및 무치수적으로 DG=dg/a=2*RA=1.2137에 달한다. 가능한 컴퓨터 그리드는 2개의 운반 요소의 표면 상에 추가로 예시되며, 이 그리드는 이축 및 다축 스크류 압출기의 유동을 계산하는데 사용할 수 있다. 그리드 요소의 수는 원주 방향의 180과 동일하고, 축방향의 90과 동일하다.
도 17c는 도 17b에 따른 한쌍의 스크류 요소의 평면도를 나타낸다. 운반 요소와 배럴 사이의 자유 용량은 가능한 컴퓨터 그리드로 제공되며, 이는 이축 및 다축 스크류 압출기의 유동을 계산하는데 사용될 수 있다. 그리드 요소의 수는 원주 방향의 180과 동일하고, 원심 방향의 10과 동일하다. 2개의 스크류 요소의 회전축은 작은 원으로 라벨링되어 있다.
도 17b 및 17c에 나타낸 컴퓨터 그리드와는 반대로, 차압-처리량 특성 및 전력-처리량 특성은 원주 방향으로 320 그리드 요소, 축방향으로 160 그리드 요소 및 원심 방향으로 12 그리드 요소를 포함하는 컴퓨터 그리드를 이용하여 계산하였다. 차압-처리량 특성의 인터셉트는 하기와 같이 계산하였다: A1=0.263 및 A2=4250. 전력-처리량 특성의 인터셉트는 하기와 같이 계산하였다: B1=1.033, B2=4390. 압력 증강 동안의 최대 효율은 7.32%로 결정되었다.
도 17b 및 17c에 따른 컴퓨터 그리드를 이용하여 최대 온도 증가값을 계산하였다. 속도 및 압력 필드는 0 벡터로 개시하였다. 회전축에 따른 압력 기울기는 0으로 설정하여, 본래 처리량 A1을 처리량으로 확립하였다. 온도 필드는 300 ℃에서 개시하였다. 2개의 운반 요소의 배럴 벽과 표면 둘다는 단열인 것으로 가정했다. 온도 필드의 전개는 압출기의 2회의 회전에 대해 모니터링하였다. 시간 단계 크기는 0.000925926초였다. 이축 스크류 압출기의 회전 속도는 360　rpm이었다.
계산 범위 내의 최대 온도는 2회 회전 후에 구하였다. 최대 온도는 2개의 운반 요소의 표면, 구체적으로는 배럴만을 세척하는 첨단부 대역에서의 사실상 동일한 값이다. 계산에 따라, 최대 온도는 대략 400 ℃에 달한다.
실시예 2:
본 발명에 따라 사용되는 운반 요소의 기하학은 도 18a 내지 18c로부터 해석될 수 있다.
도 18a는 본 발명에 따라 사용되는 스크류 요소의 4분의 1의 스크류 프로파일을 단면으로 나타낸다. 도면 구조는 도 17a와 유사하며, 이는 이미 상세히 기재하였다. 도 18a에서 4분의 1의 스크류 프로파일은 2개의 원호로 이루어진다. 상기 스크류 프로파일의 추가 특성은 스크류 프로파일이 꼬임을 함유하지 않으며, 첨단부 대역의 첨단부 각도, 즉 외측 스크류 반경 상에 놓여 있는 대역의 각도는 0과 동일하다. 무치수 외측 스크류 반경은 RA=0.6069에 달한다.
도 18b는 운반 요소로서 배치된 한쌍의 스크류 요소를 나타내며, 이의 스크류 프로파일은 도 18a에 기초한다. 2개의 운반 요소의 중심선 거리는 치수적으로 a=26.2 mm 및 무치수적으로 A=a/a=1에 달한다. 2개의 운반 요소 사이의 유극은 치수적으로 s=0.2 mm 및 무치수적으로 S=s/a=0.0076에 달한다. 2개의 운반 요소와 배럴 사이의 유극은 치수적으로 d=0.1 mm 및 무치수적으로 D=d/a=0.0038에 달한다. 운반 요소의 피치는 치수적으로 t=28.0 mm 및 무치수적으로 T=t/a=1.0687에 달한다. 운반 요소의 길이는 치수적으로 l=14.0 mm 및 무치수적으로 L=l/a=0.5344에 달하며, 스크류 프로파일의 각도 π로의 회전에 대응한다. 배럴은 2개의 운반 요소의 좌측 및 우측에 가는 연속선으로 예시된다. 배럴 직경은 치수적으로 dg=31.8 mm 및 무치수적으로 DG=dg/a=2*RA=1.2137에 달한다. 가능한 컴퓨터 그리드는 2개의 운반 요소의 표면 상에 추가로 예시되며, 이 그리드는 이축 및 다축 스크류 압출기의 유동을 계산하는데 사용할 수 있다. 그리드 요소의 수는 원주 방향의 180과 동일하고, 축방향의 90과 동일하다.
도 18c는 도 18b에 따른 한쌍의 스크류 요소의 평면도를 나타낸다. 운반 요소와 배럴 사이의 자유 용량은 가능한 컴퓨터 그리드로 제공되며, 이는 이축 및 다축 스크류 압출기의 유동을 계산하는데 사용될 수 있다. 그리드 요소의 수는 원주 방향의 180과 동일하고, 원심 방향의 10과 동일하다. 2개의 스크류 요소의 회전축은 작은 원으로 라벨링되어 있다.
도 18b 및 18c에 나타낸 컴퓨터 그리드와는 반대로, 차압-처리량 특성 및 전력-처리량 특성은 원주 방향으로 320 그리드 요소, 축방향으로 160 그리드 요소 및 원심 방향으로 12 그리드 요소를 포함하는 컴퓨터 그리드를 이용하여 계산하였다. 차압-처리량 특성의 인터셉트는 하기와 같이 계산하였다: A1=0.245 및 A2=4530. 전력-처리량 특성의 인터셉트는 하기와 같이 계산하였다: B1=0.803, B2=3640. 압력 증강 동안의 최대 효율은 9.05%로 결정되었다.
놀랍게도, 3차원의 단순 선형인 최소화 첨단부 대역에도 불구하고, 본 발명에 따라 사용되는 운반 요소의 압력 증강 용량은 실시예 1로부터의 종래 기술에 따른 이중 플라이트 에르트멩게르 스크류 프로파일을 갖는 운반 요소의 경우에서 보다 대략 6.6%가 더 크다는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명에 따라 사용되는 운반 요소에 의해, 짧은 압력 증강 대역에서 원하거나 필요한 압력 증강이 발생할 수 있으며, 이에 따라 압출기 구조는 짧아지거나, 또는 일정한 압출기 길이에서의 드레싱 탈기 대역 또는 혼합 대역과 같은 다른 가공처리 대역은 길어져서, 가소성 조성물에 대한 작용이 향상될 수 있다.
추가로, 본 발명에 따라 사용되는 운반 요소에서의 전력 파라미터 B2는 실시예 1로부터의 종래 기술에 따른 이중 플라이트 에르트멩게르 스크류 프로파일을 갖는 운반 요소에서 보다 대략 17%가 낮다. 더 낮은 에너지 투입은 온도 증가를 감소시키고, 결과적으로 원하지 않는 중합체 손상을 감소시킨다.
도 17b 및 17c에 따른 컴퓨터 그리드를 사용하여 최대 온도 증가값을 계산하였다. 속도 및 압력 필드는 0 벡터로 개시하였다. 회전축에 따른 압력 기울기는 0으로 설정하여, 본래 처리량 A1을 처리량으로 확립하였다. 온도 필드는 300 ℃에서 개시하였다. 2개의 운반 요소의 배럴 벽과 표면 둘다는 단열인 것으로 가정했다. 온도 필드의 전개는 압출기의 2회의 회전에 대해 모니터링하였다. 시간 단계 크기는 0.000925926초였다. 이축 스크류 압출기의 회전 속도는 360　rpm이었다.
계산 범위 내의 최대 온도는 2회 회전 후에 구하였다. 최대 온도는 2개의 운반 요소의 표면, 구체적으로는 배럴만을 세척하는 첨단부 대역, 이는 치합 대역에만 위치하고, 이에 따라 2개의 배럴 고조가 상호 관통하는 대역에서의 사실상 동일한 값이다. 계산에 따라, 최대 온도는 대략 365 ℃에 달한다. 계산에 따라, 배럴만을 세척하는 최소화 선단부 대역에 대하여 최대 표면 온도는 대략 340 ℃에 달한다.
실시예 1로부터의 종래 기술에 따른 운반 요소와 비교하여, 대략 35 ℃ 보다 낮은 피크 온도가 본 발명에 따라 사용되는 실시예 2로부터의 운반 요소로 달성되었다. 첨단부 대역과 비교하여, 온도차는 대략 60 ℃ 만큼인 것으로 측정되었다. 중합체 손상 반응의 반응 속도 상수가 온도 10 ℃ 증가 마다 2배가 되는 것으로 가정하여 작동시키면, 중합체 손상은 실시예 2에 따른 운반 요소의 스크류 첨단부 대역에서 보다 실시예 1에 따른 운반 요소의 스크류 첨단부의 대역에서 대략 50배가 빨라졌다.

Claims (17)

  1. 쌍으로 동방향 회전하고 둘 이상의 스크류 플라이트(flight)로 쌍으로 완전 자체-와이핑하는 스크류를 가지는 다축 스크류 압출기의 스크류 요소를 이용하여 가소성 조성물을 압출하는 방법에 있어서,
    스크류 프로파일이 각 경우에 전체 횡단면에 걸쳐 항상 미분가능한 프로파일 곡선으로 표현될 수 있고,
    전체 횡단면에 걸친 스크류 프로파일이 4개 이상의 원호로 구성되고, 원호들이 그들의 출발점 및 종점에서 접해서 서로 합쳐지고,
    - 발생시키는(generating) 스크류 프로파일 및 발생되는(generated) 스크류 프로파일은 서로로부터의 중심선 거리 a를 가지고,
    - 발생시키는 스크류 프로파일의 원호의 수 n은 4 이상 (n≥4)이고,
    - 발생시키는 스크류 프로파일의 외측 반경 ra는 0 초과 (ra>0) 및 중심선 거리 미만 (ra<a)이고,
    - 발생시키는 스크류 프로파일의 중심 반경 ri는 0 초과 (ri>0) 및 ra 이하 (ri≤ra)이고,
    - 발생시키는 스크류 프로파일의 모든 원호는 접해서 서로 합쳐지고,
    - 원호는 밀폐형(closed) 스크류 프로파일을 형성하고, 즉, 모든 원호 j의 각 αj의 합은 2π이며, 여기서, π는 원주 상수 (π
    Figure 112015116028402-pct00013
    3.14159)이고,
    - 원호는 볼록 스크류 프로파일을 형성하고,
    - 발생시키는 스크류 프로파일의 원호 각각은 외측 반경 ra 및 중심 반경 ri를 갖는 원형 고리 내에 또는 그의 경계선에 있고, 이의 중심점은 발생시키는 스크류 프로파일의 회전점 상에 있고,
    - 발생시키는 스크류 프로파일의 원호들 중 적어도 하나는 지점 PA에서 발생시키는 스크류 프로파일의 외측 반경 ra에 접하고,
    - 발생시키는 스크류 프로파일의 원호들 중 적어도 하나는 지점 PI에서 발생시키는 스크류 프로파일의 중심 반경 ri에 접하고,
    - 발생되는 스크류 프로파일의 원호의 수 n'은 발생시키는 스크류 프로파일의 원호의 수 n과 동일하고,
    - 발생되는 스크류 프로파일의 외측 반경 ra'는 중심선 거리와 발생시키는 스크류 프로파일의 중심 반경 ri 간의 차 (ra' = a-ri)이고,
    - 발생되는 스크류 프로파일의 중심 반경 ri'는 중심선 거리와 발생시키는 스크류 프로파일의 외측 반경 ra 간의 차 (ri' = a-ra)이고,
    - 발생되는 스크류 프로파일의 j'번째 원호의 각 αj'는 발생시키는 스크류 프로파일의 j번째 원호의 각 αj와 동일하고, j 및 j'는 1 내지 각각 원호의 수 n 또는 n'의 모든 값을 통해 공동으로 다뤄지는 정수이고,
    - 발생되는 스크류 프로파일의 j'번째 원호의 반경 rj' 및 발생시키는 스크류 프로파일의 j번째 원호의 반경 rj의 합은 중심선 거리 a이고, j 및 j'는 1 내지 각각 원호의 수 n 또는 n'의 모든 값을 통해 공동으로 다뤄지는 정수이고,
    - 발생되는 스크류 프로파일의 j'번째 원호의 중심점은 발생시키는 스크류 프로파일의 j번째 원호의 중심점으로부터 떨어져 있고, 이는 중심선 거리 a에 상응하며, 발생되는 스크류 프로파일의 j'번째 원호의 중심점은 발생되는 스크류 프로파일의 회전점으로부터 일정 거리만큼 떨어져 있고, 이 거리는 발생시키는 스크류 프로파일의 회전점으로부터 발생시키는 스크류 프로파일의 j번째 원호의 중심점의 거리에 상응하며, 발생되는 스크류 프로파일의 j'번째 원호의 중심점과 발생시키는 스크류 프로파일의 j번째 원호의 중심점 사이의 연결선은 발생되는 스크류 프로파일의 회전점과 발생시키는 스크류 프로파일의 회전점 사이의 연결선에 평행한 선이고, j 및 j'는 1 내지 각각 원호의 수 n 또는 n'의 모든 값을 통해 공동으로 다뤄지는 정수이고,
    - 발생되는 스크류 프로파일의 j'번째 원호의 출발점은, 발생시키는 스크류 프로파일의 j번째 원호의 출발점이 발생시키는 스크류 프로파일의 j번째 원호의 중심점에 대해 갖는 방향과 반대인 발생되는 스크류 프로파일의 j'번째 원호의 중심점에 대한 방향으로 놓여져 있고, j 및 j'는 1 내지 각각 원호의 수 n 또는 n'의 모든 값을 통해 공동으로 다뤄지는 정수인
    것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 스크류 요소가 점-대칭이고, 360°/(2·Z)의 부채꼴에서, 프로파일 곡선이 2개 이상의 원호로 구성되며, Z가 스크류 요소의 플라이트 수인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 스크류 요소가 축의 방향으로 대칭적이고, 360°/(2·Z)의 부채꼴에서, 프로파일 곡선이 2개 이상의 원호로 구성되며, Z가 스크류 요소의 플라이트 수인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 부채꼴의 프로파일 곡선은 2개의 원호로 구성되고, 지점 PFP에서 원호는 항상 미분가능하게 서로 합쳐지고, 지점 PFP는 직선 FP에 있고, 지점 PFP에서 직선 FP의 직교선은 2개의 원호의 중심점을 통과하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 회전점 D, 회전점에 대해 스크류 요소의 외측 반경 ra의 원에 있는 지점 PA, 회전점에 대해 스크류 요소의 내측 반경 ri의 원에 있는 지점 PI, 지점 PA 및 D를 통과하는 직선 DPA, 및 지점 PI 및 D를 통과하는 직선 DPI를 가진 스크류 요소는, 기점에서 지점 D 및 X 축 상에 지점 PA를 가진 카르테시안(Cartesian) 좌표계를 사용하는 경우에 직교선이 원호들 중 하나의 중심점에서 직선 DPA와 교차하고 다른 원호의 중심점에서 직선 DPI와 교차하며, 직선 FP는 회전점으로부터 중심선 거리 a의 1/2에 상응하는 거리에 있고 -1/tan(π/(2·Z))의 기울기 (라디안)를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스크류 요소가 혼합 요소 또는 운반 요소로서 제작되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스크류 요소가 혼련 요소로서 제작되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스크류 요소가 탈기 또는 운반 대역에서 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스크류 프로파일의 직경에 대하여 0.1 배 내지 0.001 배의 범위인 유극이 스크류 요소와 배럴 사이에 또는 이웃하는 스크류 요소들 사이에, 또는 양쪽 모두에 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가소성 조성물이 열가소성 물질 또는 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 이용되는 열가소성 물질이 폴리카르보네이트, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에테르, 열가소성 폴리우레탄, 폴리아세탈, 플루오로 중합체, 폴리에테르 술폰, 폴리올레핀, 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리페닐렌 옥시드, 폴리페닐렌 술피드, 폴리에테르 케톤, 폴리아릴에테르 케톤, 스티렌 중합체, 스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 폴리비닐 클로라이드, 또는 언급된 열가소성 물질 둘 이상의 블렌드인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 폴리카르보네이트 또는 폴리카르보네이트와 다른 중합체의 블렌드가 열가소성 물질로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 폴리카르보네이트가 상 계면 방법 또는 용융 에스테르교환 방법에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제10항에 있어서, 이용되는 엘라스토머가 스티렌-부타디엔 고무, 천연 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무, 수소화 니트릴 고무, 부틸 고무, 할로부틸 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌-비닐 아세테이트 고무, 폴리우레탄 고무, 열가소성 폴리우레탄, 구타 페르카, 아크릴레이트 고무, 플루오로 고무, 실리콘 고무, 술피드 고무, 클로로술포닐-폴리에틸렌 고무, 또는 언급된 엘라스토머 둘 이상의 조합인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 충전재 또는 보강재 또는 중합체 첨가제 또는 유기 또는 무기 안료, 또는 이들의 혼합물이 중합체에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 폴리에스테르가 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트이고, 상기 플루오로 중합체가 폴리비닐리덴 플루오라이드이고, 상기 폴리올레핀이 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌이고, 상기 폴리아크릴레이트가 폴리(메틸)메타크릴레이트이고, 상기 스티렌 중합체가 폴리스티렌이고, 상기 스티렌 공중합체가 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 삭제
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