KR101781434B1 - 수지의 시트 성형 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한 쌍의 성형롤 이후 적어도 2개 이상의 냉각롤을 배치하여 시트가 냉각롤 표면을 접촉하면서 냉각되는 과정에서 냉각되는 시트의 양 표면의 길이를 짧게 번갈아 냉각시킴으로서 냉각되는 시트 양 표면간의 온도 편차를 최소화하고 시트 양 표면간의 온도와 시트 중심부의 온도 편차를 최소화하여 투명한 시트를 얻고, 시트 두께에 따라 냉각롤과 냉각롤 간의 거리 또는 높이 또는 이들 모두를 조절하여 시트가 냉각롤 표면에 접촉되어 냉각되는 길이를 변경하여 투명한 시트를 얻을 수 있는 시트 성형 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

Description

수지의 시트 성형 방법 및 그 장치{METHOD FOR FORMING THE RESIN SHEET AND THE APPARATUS FOR THE SAME}

본 발명은 T 다이로부터 압출된 용융 수지가 한 쌍의 성형롤 사이를 통과하면서 압연되고 냉각과정을 거쳐 시트가 얻어지는 수지의 시트 성형 방법 및 그 장치에 관한 것으로,

상기 한 쌍의 성형롤 이후 적어도 2개 이상의 냉각롤을 배치하여 시트가 냉각롤 표면을 감싸면서 이동하는 과정에서 냉각롤에 접촉되어 냉각되는 시트 양면을 냉각롤 원주 길이의 소정 길이에 접촉시킴과 동시에 번갈아 냉각시킴으로써 냉각되는 시트 양 표면 간의 온도 편차를 최소화하고 시트 양 표면의 온도와 시트 중심부 간의 온도 편차를 최소화하여 투명한 시트를 얻을 수 있고, 나아가 시트 두께에 따라 시트가 냉각롤 표면을 감싸면서 냉각되는 냉각롤 표면의 접촉 길이를 변경하여 투명한 시트를 얻을 수 있는 수지의 시트 성형 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 도 3에 도시된 바와 같이 열가소성 수지의 시트/필름 성형 방법으로 T 다이로부터 압출된 열가소성 수지의 용융 수지를 터치롤인 제1 롤(T₁)과 냉각롤인 제2 롤(T₂)로 이루어진 한 쌍의 성형롤 사이에 끼워 눌러 가압하고 냉각시키면서 용융 수지를 시트 형상으로 성형하는 가압성형법이 알려져있다.

그리고 T 다이로부터 압출된 용융 수지를 제1 롤과 제2 롤 사이에 끼워 넣어 통과시킨 후 제2 롤 표면에 접촉시켜 냉각시킴에 있어, 상기 제2 롤에 대하여 공전하는 제3 롤을 사용하여 제2 롤 표면에 접촉되는 시트의 길이를 변경하도록 하는 성형 장치 내지 성형 방법도 알려져있다.

이와 관련된 종래기술로 일본특허공개 평8-230018호를 들 수 있다. 일본특허공개 평8-230018호에서 제3 롤은 연결부재에 의해 지지되어 제2 롤의 둘레를 공전하게 되나, 일본특허공개 평8-230018호에서 제시하고 있는 지지 형태라면 시트를 제2 롤과 제3 롤 사이 통과시킬 때 발생되는 높은 압력으로 제3 롤의 위치 결정 정밀도가 떨어지는 문제가 발생한다.

그리고 상기 일본특허공개 평8-230018호에 대한 문제 해결을 위해 한국특허공개 제10-2009-0123809호가 개시되어 있다. 한국특허공개 제10-2009-0123809호는 제2 롤에 대하여 공전하는 제3 롤을 사용함에 있어 제3 롤의 위치 결정 정밀도를 양호한 것으로 할 수 있는 시트 성형 장치 및 시트 성형 방법을 제공하고 있다.

일본특허공개 평8-230018호 또는 한국특허공개 제10-2009-0123809호에서 제2 롤의 둘레를 공전하는 제3 롤을 구비하는 이유는 시트가 제2 롤 표면에 접촉되어 냉각되는 접촉의 길이를 변경함으로써 열가소성 수지, 특히 PP, PE 등의 올레핀계 수지에서는 결정화를 방지하여 시트/필름의 높은 투명성을 확보할 수 있다.

그러나 시트의 두께가 두꺼워 질수록 상기 제안된 구조만으로는 시트의 투명성 확보에 어려움이 있다.

즉 시트 두께가 두꺼운 시트일수록 제2 롤 표면에 접촉되어 냉각되는 시트의 표면과 그 반대편 즉, 제2 롤 표면에 접촉되지 않은 시트 표면 간의 온도 편차가 발생하여 투명한 시트를 얻을 수 없다는 문제점이 있다.

결정성 수지의 경우 투명성이 우수한 시트/필름을 얻기 위해서는 T 다이로부터 압출된 용융 수지를 급냉시켜야 하고, 급냉시킴으로써 고분자 사슬들의 움직임이 둔해지므로 결정의 성장이 억제되어 이로 인해 제조된 필름/시트는 투명하다. 그런데 시트 양 표면 간의 온도 편차가 생기면 균일하게 빠른 냉각이 이루어지지 않고 이에 따라 결정화가 이루어져 투명한 시트를 얻기 어렵다.

이에 본 발명에 따른 시트의 성형방법 및 그 장치는 한 쌍의 성형롤 이후 적어도 2개 이상의 냉각롤을 배치하여 냉각되는 시트 양 표면 간의 온도 편차를 최소화하고 시트 양 표면의 온도와 시트 중심부 간의 온도 편차를 최소화하여 투명한 시트를 얻을 수 있는 성형 방법 및 그 장치를 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

또한 시트 두께에 따라 시트가 냉각롤 표면을 감싸면서 냉각되는 냉각롤 표면의 접촉 길이를 변경하여 투명한 시트를 얻을 수 있는 성형 방법 및 그 장치를 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 수지의 시트 성형 방법은,

T 다이로부터 압출된 용융 수지가 한 쌍의 성형롤 사이를 통과하면서 압연되고 냉각되어 시트가 얻어지는 수지의 시트 성형 방법에 있어서,

상기 한 쌍의 성형롤 이후 적어도 2개 이상의 냉각롤을 배치하여 시트가 냉각롤 표면을 접촉하면서 냉각되는 과정에서 시트의 양 표면을 번갈아 냉각시켜 시트를 얻는 것을 기술적 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 상기 수지의 시트 성형 방법은 결정화 온도 이하에서 시트를 냉각시키는 것을 기술적 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 상기 수지의 시트 성형 방법은 시트의 두께에 따라서 상기 한 쌍의 성형롤 이후 배치된 냉각롤의 냉각롤과 냉각롤간의 거리 또는 높이 또는 이들 모두를 조절하여 시트를 얻을 수 있는 것을 기술적 특징으로 한다.

다음으로 본 발명에 따른 수지의 시트 성형 장치는,

한 쌍의 성형롤과, 상기 한 쌍의 성형롤 이후 배치되는 적어도 2개 이상의 냉각롤로 이루어지고,

상기 냉각롤은 냉각롤과 냉각롤간의 거리 또는 높이 또는 이들 모두가 조절되는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 성형 장치에 있어 상기 냉각롤 중 하단에 배치되는 냉각롤은 냉각롤간의 거리가 조절되고, 상단에 배치되는 냉각롤은 냉각롤과 냉각롤간의 거리와 높이가 조절되는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 한 쌍의 성형롤 이후 적어도 2개 이상의 냉각롤을 배치하고 냉각롤에 접촉되어 냉각되는 시트 양면을 냉각롤 원주 길이의 소정 길이에 접촉시킴과 동시에 번갈아 냉각시킴으로서 냉각되는 시트 양 표면간의 온도 편차를 최소화하고 시트 양 표면의 온도와 시트 중심부 간의 온도 편차를 최소화하여 투명한 시트를 얻을 수 있다.

또한 시트 두께에 따라 냉각롤과 냉각롤 간의 거리 또는 높이 또는 이들 모두를 조절하여 시트가 냉각롤 표면을 감싸면서 냉각되는 냉각롤 표면의 접촉 길이를 변경하여 투명한 시트를 얻을 수 있다.

도 1과 2는 본 발명에 따른 수지의 시트 성형 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 종래의 수지 시트 성형 방법을 설명하기 위한 도면.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수지의 시트 성형 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

참고로 본 발명 수지의 시트 성형방법은 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리아세탈 수지 등과 같은 결정성 수지에 적합한 성형방법이나 결정성 수지에 한정될 것은 아니다.

또한 이하에서는 "냉각"이라는 용어를 사용하지만, 롤 내부로 유입되는 유체의 온도에 따라 냉각이 아닌 가열의 의미로 해석될 수 있음을 밝힌다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 T 다이(T)로부터 압출된 용융 수지는 제1 롤(T₁)과 제2 롤(T₂)인 한 쌍의 성형롤 사이에서 압연되고 냉각 고화되면서 용융 수지가 일정한 두께의 시트 형상으로 형성되는데, 제1 롤(T₁)과 제2 롤(T₂) 사이를 통과하는 용융 시트는 제2 롤(T₂) 표면에 시트 일면이 접촉되면서 냉각된다. 참고로, 제1 롤(T₁)은 터치롤이고, 제2 롤(T₂)은 냉각롤이다.

그리고 한 쌍의 성형롤을 통과한 시트는 한 쌍의 성형롤 이후 적어도 2개 이상 배치된 냉각롤(T_3, T_4, T_5, T₆, T₇)을 통과하면서 시트의 양 표면은 번갈아 냉각된다.

즉, 제2 롤(T₂) 원주 길이의 소정 길이로 하여 냉각롤 표면에 시트 일면이 접촉되면서 냉각된 시트는 제2 롤(T₂)과 제3 롤(T₃) 사이를 통과하고, 제2 롤(T₂)과 제3 롤(T₃) 사이를 통과하는 시트는 제3 롤(T₃) 표면에 시트의 타면 즉, 제2 롤(T₂) 표면과 접촉되어 냉각된 시트의 반대편 표면이 접촉되면서 냉각되고,

상기 제3 롤(T₃) 원주 길이의 소정 길이로 하여 냉각롤 표면에 시트 타면이 접촉되면서 냉각된 시트는 제3 롤(T₃)과 제4 롤(T₄) 사이를 통과하고, 제3 롤(T₃)과 제4 롤(T₄) 사이를 통과하는 시트는 제4 롤(T₄) 표면에 시트의 일면 즉, 제2 롤(T₂) 표면과 접촉되어 냉각되었던 시트의 표면이 접촉되면서 냉각되고,

이는 다시 제4 롤(T₄)과 제5 롤(T₅) 사이를 통과하고, 제4 롤(T₄)과 제5 롤(T₅) 사이를 통과하는 시트는 시트의 타면 즉, 제3 롤(T₃) 표면과 접촉되어 냉각되었던 시트의 표면이 접촉되면서 냉각되는 과정을 반복하면서,

이를 통해 냉각롤에 접촉되어 냉각되는 시트 양 표면의 접촉면적의 길이를 짧게 번갈아 냉각하여 시트 양 표면 간의 온도 편차를 최소화하고 시트 양 표면의 온도와 시트 중심부 간의 온도 편차를 최소화하여 시트 두께에 있어서 온도를 균일하게 할 수 있다.

도1 및 도 2는 한 쌍의 성형롤(T₁, T₂) 이후 5개의 냉각롤을 배치한 것을 도시하였으나, 본 발명에 따른 수지의 필름 성형 방법 및 그 장치는 한 쌍의 성형롤 이후 배치되는 상기 냉각롤은 적어도 2개 이상이다.

상기 한 쌍의 성형롤의 표면은 경면 및 패턴 또는 요철이 형성된 롤이고, 이후 적어도 2개 이상 배치되는 냉각롤의 표면은 경면처리되어 시트를 얻을 수 있다.

그리고 상기 성형롤 및 냉각롤은 두께 조절 수단에 의해 시트가 통과하는 롤과 롤 사이에서 간격이 조절되어 롤과 롤 사이를 통과하는 시트를 목표치 두께로 성형한다.

다음으로 한 쌍의 성형롤 이후 적어도 2개 이상 배치되는 냉각롤에 있어서, 상기 냉각롤과 냉각롤 간의 거리 또는 높이 또는 이들 모두를 조절하여 시트가 냉각롤 표면을 감싸면서 냉각되는 냉각롤 표면의 접촉 길이를 변경할 수 있다.

즉 본 발명에 따른 시트 성형 장치에는 냉각롤과 냉각롤간의 거리 또는 높이 또는 이들 모두를 조절할 수 있는 조절수단이 설치되고, 이 조절수단에 의해 시트가 냉각롤에 접촉되어 냉각되는 시트 양 표면의 접촉면적의 길이가 조절된다.

보다 구체적으로, 도 1 및 도 2 도시된 바와 같이 한 쌍의 성형롤 이후 배치되는 냉각롤에 있어,

하단에 배치되는 냉각롤(T_3, T₅)의 경우 좌우 이동 가능한 조절수단에 의해 냉각롤과 냉각롤간의 거리가 조절되며, 상단에 배치되는 냉각롤(T_4, T₆)의 경우 좌우만이 아니라 상하 이동이 가능한 조절수단에 의해 냉각롤과 냉각롤간의 거리와 높이가 조절된다.

이에 의해 시트가 냉각롤 표면을 감싸면서 냉각되는 냉각롤 표면의 접촉 길이가 변경되는데, 도 2와 같은 냉각롤 배열상태에서 하단에 배치되는 냉각롤과 냉각롤 간의 거리를 좁히고, 상단에 배치되는 냉각롤과 냉각롤 간의 거리와 높이를 조절하여 도 1에서와 같은 냉각롤 배열상태로 변경할 수 있다.

도 2에 배치된 냉각롤 배열상태에서 도 1에 배치된 냉각롤 배열상태로 변경하면 시트가 냉각롤 표면을 감싸면서 냉각되는 냉각롤 표면의 접촉 길이는 짧게 되고, 도 1에 배치된 냉각롤 배열상태를 도 2에 배치된 냉각롤 배열상태로 변경하면 시트가 냉각롤 표면을 감싸면서 냉각되는 냉각롤 표면의 접촉 길이는 길게 되어,

시트의 두께에 따라서 시트가 냉각롤 표면을 감싸면서 냉각되는 냉각롤 표면의 접촉 길이를 변경할 수 있다.

다음으로 본 발명에 따른 시트 성형은 수지의 종류, 시트의 두께에 따라 결정화 온도 이하에서 시트가 접촉되어 냉각되는 냉각롤의 접촉 면적 길이를 적절하게 변경하여 냉각시키는 것이 바람직하다.

참고로 결정화 온도란 고분자 용융액을 결정화시키는 융점 이하의 온도를 의미하는 것으로, 특히 최적의 결정화 온도는 고분자의 종류마다 다르기에 고분자 종류에 따라 적절히 최적인 조건을 선택하면 된다. 예를 들어 폴리프로필렌의 경우는 결정화 온도는 110℃ ~ 120℃이다.

다음으로 본 발명에 따른 냉각롤을 본 발명의 출원인이 출원하여 등록받은 등록특허 제10-1583789호에 개시된 냉각롤 구조를 채용하여, 냉각롤의 표면 온도를 균일하게 하여 시트에 냉각이 이루어질 수 있도록 한다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
T: T 다이
T₁ : 제1 롤(터치롤) T₂ : 제2 롤(냉각롤)
T₃ : 제3 롤(냉각롤) T₄ : 제4 롤(냉각롤) T₅: 제5 롤(냉각롤)
T₆, T₇ : 냉각롤

Claims (5)

1. T 다이로부터 압출된 용융 수지가 한 쌍의 성형롤 사이를 통과하면서 압연되고 냉각되어 시트가 얻어지는 수지의 시트 성형 방법에 있어서,
   상기 한 쌍의 성형롤은 터치롤과 냉각롤로 이루어지고, 상기 터치롤과 냉각롤 사이를 통과한 시트는 상기 냉각롤 표면을 감싸면서 시트 일면이 냉각되고,
   상기 한 쌍의 성형롤 이후 적어도 2개 이상의 냉각롤을 배치하여 상기 한 쌍의 성형롤을 이루는 냉각롤 표면을 감싸면서 냉각된 시트가 상기 적어도 2개 이상의 냉각롤 표면을 접촉하면서 냉각되는 과정에서 시트의 양 표면이 번갈아 냉각되어 시트 두께에 있어서 온도가 균일한 시트를 얻는 것을 특징으로 하고,
   상기 한 쌍의 성형롤 이후 배치된 냉각롤의 냉각롤과 냉각롤간의 거리 또는 높이 또는 이들 모두를 조절하여 시트의 두께에 따라서 시트가 냉각롤 표면을 감싸면서 냉각되는 냉각롤 표면의 접촉 길이를 변경하여 시트를 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 수지의 시트 성형 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 수지의 시트 성형 방법은 결정화 온도 이하에서 시트를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 수지의 시트 성형 방법.
3. 삭제
4. 한 쌍의 성형롤과,
   상기 한 쌍의 성형롤 이후 배치되는 적어도 2개 이상의 냉각롤로 이루어지고,
   상기 냉각롤은 냉각롤과 냉각롤간의 거리 또는 높이 또는 이들 모두가 조절되어 시트가 냉각롤 표면을 감싸면서 냉각되는 냉각롤 표면의 접촉 길이가 변경되는 것을 특징으로 하는 수지의 시트 성형장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 냉각롤 중 하단에 배치되는 냉각롤은 냉각롤간의 거리가 조절되고, 상단에 배치되는 냉각롤은 냉각롤과 냉각롤간의 거리와 높이가 조절되는 것을 특징으로 하는 수지의 시트 성형장치.

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