KR102162322B1 - 열가소성 핸드레일의 압출 방법 및 장치 - Google Patents

열가소성 핸드레일의 압출 방법 및 장치 Download PDF

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앤드류 올리버 케니
더글라스 제임스 웨더올
비콰르 하이더
로날드 해롤드 볼
알렉산더 스튜어트 콘스
레지날드 안쏘니 버트웰
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이에이치씨 캐나다, 인크.
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Abstract

균일한 단면의 물품을 압출하는 방법 및 장치가 제공되며, 물품은 열가소성 재료 및 물품의 신장을 억제하기 위한 적어도 하나의 케이블을 포함한다. 케이블은 각각의 튜브에 공급되고 상류 단부와 하류 단부 사이에서 반송된다. 열가소성 재료는 튜브의 하류 단부에 공급될 수 있다. 열가소성 재료는 열가소성 재료 내에 케이블을 매립하기 위해 케이블과 함께 모아져서 이에 의해 복합 압출물을 형성한다. 튜브는 케이블의 느슨한 권선이 하류 단부로부터 상류 단부를 향해 이동하는 것을 적어도 방해하여, "버드케이징"의 발생을 방지하거나 적어도 감소시킬 수 있다.

Description

열가소성 핸드레일의 압출 방법 및 장치
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2015 년 6 월 19 일자로 출원된 미국 특허 출원 제14/744,690호에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
기술분야
본 명세서는 일반적으로 에스컬레이터, 무빙 워크웨이 및 기타 운송 장치용 열가소성 핸드레일, 및 연속 압출 기술에 의해 그러한 핸드레일 또는 실질적으로 일정한 단면을 갖는 다른 물품을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
다음 단락은 그것들에서 설명된 임의의 사항이 선행 기술이거나 본 기술 분야의 숙련자의 지식의 일부임을 인정하는 것은 아니다.
핸드레일은 에스컬레이터, 이동 램프, 무빙 워크 또는 기타 유사한 운송 장치의 공지된 표준 부품이다. 통상적으로, 그러한 핸드레일은 대부분 핸드레일의 외측 덮개를 구성하고 사용자가 파지할 수 있는 편안한 외부 "C" 형상을 형성하는 고무로 형성되고, 또한 핸드레일에 치수 안정성을 제공하도록 작용하는 강철 강화 케이블 직물 플라이(ply)를 포함한다.
핸드레일을 위치설정하고 자유롭게 움직일 수 있게 하기 위해 아래쪽에 T 형상 슬롯이 제공된다. 이 슬롯은 연마된 강철, 플라스틱 등으로 만들어지고 에스컬레이터를 따라 제공된 대응 T 형상의 섹션 또는 안내부와 맞물리며 각 단부는 대형 풀리 휠, 곡선 안내부 또는 롤러에 의해 결합된다. 에스컬레이터 밑에는 적절한 구동 메커니즘이 제공된다. 핸드레일이 자유롭게 활주할 수 있게 하기 위해, T 형상 슬롯은 통상적으로 "슬라이더"로 지칭되는 무명 또는 합성 재료일 수 있는 직물로 라이닝되어 있다.
또한, 핸드레일은 일반적으로 종방향으로의 신장에 대한 충분한 저항력을 제공하는 신장 억제자로서 강철 케이블 또는 비교적 비신장성인 다른 재료로 종방향으로 강화된다. 핸드레일은 그 종방향 유연성을 손상시키지 않고 적어도 측방향으로 핸드레일을 안내부에서의 우발적 및 고의적 탈선에 견딜 수 있도록 핸드레일을 충분히 강성화하기 위해 다수의 강화 요소 또는 플라이를 핸드레일 본체에 통합할 필요가 있다. 이들 플라이는 일반적으로 직교이방성 특성을 갖는 직물이며, 즉 한쪽 방향에서 일정 정도의 강성도를 나타내지만 다른 쪽에서는 보다 유연하게 남아 있다. 신장 억제자는 적어도 합리적으로 정확하게 위치되어야 하며, 보다 중요하게는 핸드레일이 풀리 등의 둘레를 통과할 때 자유롭게 휘어질 수 있도록 공통 중립 굴곡 축에 균일한 깊이로 위치되어야 한다. 핸드레일은 T 형상 슬롯의 형성을 필요로 하며, 이는 추가적으로 슬라이더 층을 구비하여야 하고, 이 슬라이더 층은 핸드레일의 한 측면에만 접합된다. T 형상 슬롯은 핸드레일이 사용 중에 제 위치에 안전하게 유지되도록 하기 위해 정확하게 형성되어야한다.
이러한 요건 때문에 핸드레일은 전통적으로 단편 단위 방식으로 제조되었다. 이것은 또한 고무처리된 직물의 사용을 필요로한다. 고무처리된 직물의 플라이, 코드 및 원료 고무를 함께 적층하여 몰드 내에서 조립하고 열과 압력으로 압축 성형하여 복합재를 특수 핸드레일 C 형상으로 경화 및 성형한다. 몰드는 전형적으로 길이가 10 내지 20 피트 정도이며, 이러한 길이의 핸드레일을 한번에 성형할 수 있다. 각 섹션이 성형되면 핸드레일은 몰드의 길이만큼 앞으로 움직인다. 다음 섹션이 성형된다. 이 방식으로 단일 핸드레일의 전체 길이가 각 단부에서 약 5 피트를 제외하고 제조되고 경화되고; 이 단부들이 그후 이어 붙여지고, 성형되고 무단 핸드레일을 형성하기 위하여 경화된다. 이 제조 프로세스는 노동집약적이고 상당한 수작업이 필요하며 고무의 경화 반응 속도- 일반적으로 10 분 정도 -와 몰드의 길이에 의해 결정되는 생산 속도를 초래한다.
사용시 핸드레일은 T-섹션 부재 상에 위치된다. 우발적이거나 의도적인 변위에 견딜 수 있는 핸드레일의 능력은 핸드레일의 측면 강성도 또는 립 강도(lip-strength)에 크게 의존한다. 압출된 핸드레일의 주요 구성요소는 엘라스토머 재료이며, 핵심 인자는 엘라스토머 재료의 경도이다. 엘라스토머 재료 및 다른 재료의 경도의 선택은 측방향 강성도와 종방향 유연성 사이의 절충이다. 핸드레일에는 에스컬레이터 또는 무빙 워크의 단부에 있는 전향부(turnaround) 주변의 핸드레일 안내부를 추종할 수 있게 하기에 충분한 종방향의 유연성이 있어야 한다. 또한 구동 메커니즘을 통해 그리고 핸드레일의 아래에서 역방향으로 다양한 풀리를 따라갈 수 있어야 한다.
이러한 요건에도 불구하고 핸드레일은 균일한 단면을 가지므로 이론적으로는 연속된 길이로 만들어져 나중에 개별 용례를 위한 크기로 절단할 수 있으며; 따라서, 압출 기술에 의한 생산에 적합할 수 있다.
Angioletti 등의 미국 특허 제4,087,223호는 단면이 C 형상인 엘라스토머 재료의 핸드레일의 압출 디바이스 및 연속 제조를 개시한다. 압출 디바이스는 핸드레일의 다양한 요소의 도입을 위한 분리된 별개의 개구와, 상기 요소를 연속적으로 성형하고 이들을 서로 정확한 위치에서 엘라스토머 재료 내에 연속적으로 배열하는 수단을 구비한다.
Weatherall 등의 미국 특허 제6,237,740호는 대체로 C 형상 단면을 가지며 내부의 일반적으로 T 형상인 슬롯을 형성하는, 에스컬레이터, 무빙 워크웨이 및 다른 운송 장치에 대한 이동식 핸드레일 구성을 개시하고 있다. 핸드레일은 압출에 의해 형성되고 T 형상 슬롯 둘레로 연장되는 열가소성 재료의 제1 층을 포함한다. 열가소성 재료의 제2 층은 제1 층의 외측 주변으로 연장되고 핸드레일의 외부 프로파일을 한정한다. 슬라이더 층은 T 형상 슬롯을 라이닝하고 제1 층에 결합된다. 신장 억제자는 제1 층 내에서 연장된다. 제1 층은 제2 층 보다 더 단단한 열가소체로 형성되며, 이는 립에 개선된 특성을 제공하고 선형 구동장치의 개선된 구동 특성을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
국제 공보 WO/2009/033270은 물품의 압출 방법 및 장치를 개시한다. 다이 조립체는 열가소성 재료의 유동을 강화 케이블의 어레이에 적용하여 복합 압출체를 형성할 수 있다. 슬라이더 직물은 복합 압출체의 한 측면에 접합될 수 있다. 다이 조립체를 빠져나간 후, 슬라이더 직물은 세장형 맨드릴을 따라 통과할 때 압출물을 지지하도록 작용하며, 이는 슬라이더 직물의 베이스가 평평한 프로파일로부터 물품의 최종 내부 프로파일로 형상을 변화되게 할 수 있다. 그런 다음 압출된 물품을 냉각시켜 재료를 응고시킬 수 있다. 다이는 슬라이더 직물을 위한 냉각 및 강화 케이블 내로의 열가소체의 침투를 촉진시키는 수단을 포함할 수 있다.
다음 단락은 독자에게 이하의 보다 상세한 설명을 소개하기 위한 것이며 청구된 주제를 정의하거나 제한하는 것은 아니다.
균일한 단면의 물품을 압출하는 방법이 제공되며, 물품은 열가소성 재료 및 물품의 신장을 억제하기 위한 적어도 하나의 케이블을 포함한다. 방법은: 각각의 적어도 하나의 튜브에 적어도 하나의 케이블을 공급하는 단계로서, 튜브는 상류 단부 및 하류 단부, 상류 단부와 하류 단부 사이에서 연장되는 길이, 그리고 내경을 포함하는, 단계; 케이블을 상류 단부와 하류 단부 사이에서 튜브를 통해 반송하는 단계; 튜브의 하류 단부에 열가소성 재료를 공급하는 단계; 열가소성 재료를 케이블과 함께 모아서 열가소성 재료 내에 케이블을 매립하고 이에 의해 복합 압출물을 형성하는 단계; 및 복합 압출물을 냉각시키고 응고시키는 단계를 포함하며, 튜브의 길이 및 내경 중 적어도 하나는 튜브의 하류 단부로부터 상류 단부를 향한 케이블의 느슨한 권선의 이동을 적어도 방해하도록 선택된다.
균일한 단면의 물품을 압출하는 장치가 제공되며, 물품은 열가소성 재료 및 물품의 신장을 억제하기 위한 적어도 하나의 케이블을 포함한다. 장치는: 적어도 하나의 케이블을 각각 반송하기 위한 적어도 하나의 튜브로서, 튜브는 상류 단부 및 하류 단부, 상류 및 하류 단부 사이에서 연장되는 길이, 및 내경을 포함하는, 튜브; 열가소성 재료용 입구; 및 튜브의 하류 단부 및 입구와 연통하는 결합 구역을 포함하며, 케이블은 상류 단부와 하류 단부 사이에서 튜브를 통해 반송되며, 케이블은 결합 구역에서 열가소성 재료에 매립되며, 튜브의 길이 및 내경 중 적어도 하나는 케이블의 느슨한 권선이 튜브의 하류 단부로부터 상류 단부를 향하여 이동하는 것을 적어도 방해하도록 선택된다.
균일한 단면의 물품을 압출하는 방법이 제공되며, 물품은 열가소성 재료 및 물품의 신장을 억제하기 위한 적어도 하나의 케이블을 포함한다. 방법은: 각각의 적어도 하나의 튜브에 적어도 하나의 케이블을 공급하는 단계로서, 튜브는 상류 단부 및 하류 단부, 그리고 케이블의 직경의 200 내지 300배인 상류 단부 및 하류 단부 사이에서 연장되는 길이를 포함하는, 단계; 케이블을 상류 단부와 하류 단부 사이에서 튜브를 통해 반송하는 단계; 튜브의 하류 단부에 열가소성 재료를 공급하는 단계; 및 열가소성 재료를 케이블과 함께 모아서 열가소성 재료 내에 케이블을 매립하고 이에 의해 복합 압출물을 형성하는 단계를 포함한다.
균일한 단면의 물품을 압출하는 장치가 제공되며, 물품은 열가소성 재료 및 물품의 신장을 억제하기 위한 적어도 하나의 케이블을 포함한다. 장치는: 적어도 하나의 케이블을 각각 반송하기 위한 적어도 하나의 튜브로서, 튜브는 상류 단부 및 하류 단부, 그리고 상류 및 하류 단부 사이에서 연장되는 케이블 직경의 200 내지 300배인 길이를 포함하는, 적어도 하나의 튜브; 열가소성 재료용 입구; 및 튜브의 하류 단부 및 입구와 연통하는 열가소성 재료에 케이블을 매립하기 위한 결합 구역을 포함한다.
본 명세서의 이들 양태 및 다른 양태는 핸드레일, 컨베이어 벨트 및 다양한 기타 물품에 적용할 수 있다. 예로서, 본원에 설명된 압출 방법 및 장치는 열가소성 재료, 플록형 표면(flocked surface) 및 선택적으로 금속 층 등을 포함할 수 있는 차량용 도어 및 다른 트림의 제조에 적용될 수 있다. 본원에 설명된 냉각 기술은 압출된 물품에 예비응력부여하는 장점을 갖는다. 핸드레일의 경우, 이는 개선된 립 강도(lip strength)를 제공한다. 도어 트림(door trim) 등의 경우, 이는 더 나은 그립을 제공하기 위해 측면을 안쪽으로 편향시킬 수 있다.
본 출원인의 교시의 이들 및 다른 양태 또는 특징이 본 명세서에 기재되어 있다.
본 기술 분야의 숙련자는 이하에 설명되는 도면들이 단지 예시를 위한 것임을 이해할 것이다. 도면은 어떤 식으로든 본 출원인의 교시의 범위를 제한하지 않는다.
도 1은 압출 장치의 사시도이다.
도 2a는 핸드레일을 위한 냉각 탱크 및 권취 조립체의 사시도이다.
도 2b는 워터 커튼(water curtain)을 도시하는 냉각 탱크의 일 단부의 수직 단면도이다.
도 3은 다이 조립체의 다른 요소가 가상 윤곽으로 도시되어 있는 케이블 강화용 튜브 조립체의 사시도이다.
도 4는 다이 내의 프로파일의 형성을 도시하는 개략적인 사시도이다.
도 5 및 도 6은 다이로부터 배출된 후 핸드레일 프로파일의 점진적인 형성을 도시한다.
도 7은 다이 출구에서 압출체를 통한 단면을 도시한다.
도 8a 내지 도 8e는 상이한 완성된 핸드레일 프로파일을 통한 단면을 도시한다.
도 9는 다이 출구쪽으로 역방향으로 본 모습을 도시한다.
도 10은 핸드레일의 내부 프로파일을 형성하기 위한 성형 맨드릴의 일부를 보여주는 사시도이다.
도 11은 가상 윤곽에서 다이 내의 다양한 통로를 도시하는 측면도이다.
도 12는 가상 윤곽에서 다이 내의 통로를 도시하는 평면도이다.
도 13은 다이 조립체의 요소의 사시도이다.
도 14는 접착제 도포, 건조 및 예열을 보여주는 케이블 공급 유닛의 일부의 측면도이다.
도 15a는 다이 조립체의 상부 및 후방으로부터의 사시도이다.
도 15b는 다이 조립체의 상부 및 전방으로부터의 사시도이다.
도 15c는 다이 조립체의 하부로부터의 사시도이다.
도 16a 내지 16f는 다이 조립체의 상이한 구성요소의 점진적인 조립을 도시하는 사시도이다.
도 17a 및 도 17b는 다이 조립체의 일부를 형성하는 케이블 맨드릴의 상이한 단부로부터의 사시도이다.
도 17c는 도 17a 및 도 17b의 케이블 맨드릴의 단부도이다.
도 17d 및 도 17e는 각각 도 17c의 라인 BB 및 AA를 따른 단면도이다.
도 18a는 일 단부에서 콤브 유닛(comb unit)의 사시도이고, 도 18b는 다른 단부로부터의 콤브 유닛의 사시도이다.
도 18c는 콤브 유닛의 단부도이다.
도 18d는 도 18c의 라인 DD를 따른 단면도이다.
도 19a, 도 19b 및 도 19c는 출구 다이 블록의 사시도이다.
도 20a 및 도 20b는 압출물 지지 블록의 사시도이다.
도 21b는 상부 다이 블록의 사시도이다.
도 21c는 도 21a 및 21b의 상부 다이 블록들 아래로부터의 도면이다.
도 22a는 다른 케이블 맨드릴의 사시도이다.
도 22b는 도 22a의 케이블 맨드릴의 단부도이다.
도 22c는 도 22b의 라인 AA를 따른 단면도이다.
이하, 각각의 청구범위에 기재된 발명의 실시예의 예를 제공하기 위해 다양한 장치 또는 방법이 설명될 것이다. 이하에 설명된 실시예는 임의의 청구된 발명을 제한하지 않으며, 임의의 청구된 발명은 이하에서 설명된 것과 다른 장치 및 방법을 포함할 수 있다. 청구된 발명은 이하에서 설명되는 임의의 하나의 장치 또는 방법의 모든 특징을 갖는 장치 및 방법 또는 후술되는 장치 또는 방법의 다수 또는 모두에 공통인 특징에 제한되지 않는다. 이하에서 설명되는 장치 또는 방법은 임의의 청구된 발명의 실시예가 아닐 수 있다. 본 문서에서 청구되지 않은 아래에 설명된 장치 또는 방법에 개시된 발명은 다른 보호 기구, 예로서 연속 특허 출원의 주제가 될 수 있으며 본 출원인(들), 발명자(들) 및/또는 소유자(들)은 본 문서의 내용을 공개함으로써 임의의 그러한 발명을 포기하거나 청구대상으로 삼지 않거나 공포하려는 의도는 없다.
먼저 도 1을 참조하면, 예시적인 장치는 일반적으로 참조 번호 20으로 표시된다. 장치(20)는 다이 조립체(22), 케이블 공급 유닛(100) 및 슬라이더 직물 롤을 장착하기 위한 메커니즘(60)을 포함하는 다수의 주요 구성요소를 포함한다.
핸드레일의 경우, 열가소체는 선택된 경도의 열가소성 엘라스토머이다. 도시된 바와 같이, 다이 조립체(22)는 고온의 용융 열가소체를 위한 주, 1차 입구(34) 및 2차 입구(70)를 갖는다. 입구(34, 70)는 종래의 스크류 압출 기계로부터의 출구일 수 있다. 필요한 온도 및 압력 조건에서 원하는 재료를 제공할 수 있는 임의의 적절한 기계가 제공될 수 있다. 아래에 설명된 바와 같이, 기계는 원하는 유량으로 재료를 공급할 수 있어야 한다.
다이 조립체(22)로부터 맨드릴(112, 134)이 연장한다. 아래에서 상세히 설명하는 바와 같이, 맨드릴(112, 134)은 서로 연결되는 다수의 분리된 섹션으로 이루어질 수 있으며, 이하에서 설명되는 바와 같이, 적어도 선두 부분에는 핸드레일이 적절한 내부 프로파일을 채택하는 것을 보증하도록 진공 피드(vacuum feed)가 제공된다.
도 2a를 참조하면, 맨드릴(112, 134)은 핸드레일을 냉각시키기 위해 홈통 또는 탱크(132) 내로 통과한다. 탱크(132)를 떠날 때, 핸드레일은 구동 유닛(150)을 통과한 다음 권취 롤러(155)에 권취된다.
다이 조립체(22)의 세부 사항은 이제 도 3, 4, 7, 9, 11 및 12와 관련하여 설명될 것이다. 먼저, 도 11 및 도 12에 가장 잘 도시된 바와 같이, 다이 조립체(22)는 함께 연결되어 완전한 다이 조립체를 형성하는 다수의 분리된 구역을 포함한다.
입구 구역(24)에서, 입구(34)로부터의 중합체는 케이블 어레이의 위아래로 2개의 스트림 또는 유동들로 분할된다. 다음으로, 상대적으로 좁은 통로가 제공되는 긴축 구역(26)이 존재하여, 중합체 유동을 긴축시키고 균일한 배압을 제공하여 두 스트림이 실질적으로 동일한 유동을 갖도록 한다.
다음으로 케이블 결합 구역(28)이 있다. 이는 중합체의 상부 스트림 및 하부 스트림이 케이블 어레이의 위 및 아래로 결합되는 상류 구역(28a)과, 중합체가 케이블 어레이를 균일하게 개재하여 케이블을 매립시키는 하류 구역(28b)을 포함한다. 후술하는 바와 같이, 중합체가 케이블 어레이를 관통하도록 조장하기 위해 배압을 발생시키도록 콤브가 구현될 수 있다.
다음 구역은 슬라이더 결합 구역(30)이다. 여기서 슬라이더 직물의 층이 형성된 압출 프로파일에 대해 접촉한다.
최종적으로, 출구 구역(32)이 있으며, 여기서 2차 유동의 중합체가 도입되고 결합된 압출 유동과 결합되어 핸드레일의 외부 층을 형성한다.
이제 도 3을 참조하면, 제1 입구(34)는 종래의 스크류 압출기의 출구에 연결되고; 요구되는 온도 및 압력 조건에서 선택된 엘라스토머 또는 다른 열가소체를 전달할 수 있는 임의의 적합한 압출 기계가 사용될 수 있다. 선택적으로, 용융 펌프가 스크류 압출기에 추가로 사용될 수 있다. 대안적으로, 종래의 스크류 압출기 대신에 트윈 스크류 압출기가 사용될 수 있으며, 트윈 스크류 압출기는 중합체 블렌드의 사용을 가능하게 한다.
짧은 입구 덕트(36)가 분기되어 하부 및 상부 분배 덕트(38, 39)에 연결된다. 도 11은 별개의 덕트(38, 39)를 도시하는 반면, 도 12는 평면도로, 덕트(38, 39)가 90°로 만곡하고 제1 또는 하부 매니폴드(40) 및 제2 또는 상부 매니폴드(41)에 연결되는 방식을 도시한다. 이와 같이, 입구(34)는 제1 입구 수단을 제공한다. 이 제1 입구 수단은 대안적으로 2개의 덕트(38, 39)에 개별적으로 연결된 2개의 개별 압출기에 의해 제공될 수 있다.
매니폴드(40, 41)는 유동을 원하는 폭에 걸쳐 고르게 분포시키고, 제1 또는 하부 및 제2 또는 상부 긴축부(42, 43)로 이어진다. 긴축부(42, 43)는 일정한 폭을 가질 수 있지만, 도 11에 도시된 바와 같이, 그 깊이는 매니폴드(40, 41)와 비교하여 상당히 감소될 수 있다. 그 이유는 상부 및 하부 채널을 통해 원하는 유동을 보장하기 위해 상부 및 하부 채널 각각에 제어된 유동 저항을 제공하기 위한 것이다. 상부 긴축부(43)는 더 큰 유동을 제공하도록 하부 긴축부(42) 보다 큰 폭을 가질 수 있다. 이는 원하는대로 결합된 압출 유동의 하부를 향해 케이블 어레이를 효과적으로 유지한다.
긴축부(42, 43)는 하부 및 상부 결합 덕트(44, 45)로 계속된다. 이들 덕트(44, 45)는 도 11에 도시된 바와 같이 더 큰 깊이를 가지며, 그 폭은 도 12에 도시된 바와 같이 슬라이더 직물의 폭에 대응하는 폭으로 내측으로 테이퍼진다.
이제, 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 중간 쐐기형 블록(46)은 긴축부(42, 43)와 결합 덕트(44, 45)를 분리한다. 복수의 튜브(48)가 블록(46)에 장착된다. 튜브(48)는 도 3의 화살표(52)로 표시된 바와 같이, 케이블(50)의 자유 활주 이동을 허용하면서, 아래에서 설명되는 바와 같이 핸드레일을 강화하기 위해 케이블(50)에 꼭맞게 치수가 정해진다.
튜브(48)는 하류 결합 구역(28b)에서 종결된다. 도시되지는 않았지만, 튜브(48)의 단부에 인접하여 덕트를 가로 질러 연장하는 콤브가 있을 수 있다. 상대적으로 낮은 생산 속도에서의 테스트 목적을 위해, 이 콤브는 중합체가 케이블(50)을 관통하도록 하기에 충분한 배압을 생성하도록 제공될 수 있다. 더 높은 생산 속도에서, 다이 내에서 더 높은 압력이 필연적으로 존재할 것이며, 이들이 중합체의 양호한 침투를 보장하기 위해 필요한 내부 압력을 발생시키기에 충분하여, 도시된 바와 같은 콤브를 생략할 수 있을 것으로 예상된다.
하류에서, 결합 구역(28b)에는 단일 직사각형 섹션 덕트(56)가 있다. 따라서, 도 11에 도시된 바와 같이, 케이블(50)은 튜브(48)를 떠날 때 중합체의 상부 및 하부 유동 사이에 개재되고 덕트(56) 아래로 계속해서 함께 이동한다.
양측으로부터 케이블에 대해 중합체를 접촉시키는 이러한 배열이 유리할 수 있음을 인지하여야 한다. 이는 케이블이 최종 제품에서 정확하고 일관되게 위치되고 중합체의 임의의 교차 유동에 의해 변위되지 않는 것을 보증한다. 이러한 배열은 또한 다른 형태의 신장 억제자가 사용될 수 있게 한다. 예로서, 강철 테이프 또는 중합체 내에 매립된 강철 케이블을 포함하는 테이프가 사용될 수 있다. 임의의 테이프(및 탄소 섬유 테이프(174)가 도 8b에 도시됨)가 사용되는 경우, 핸드레일의 정확한 형성을 보장하기 위해 중합체가 양 측면으로부터 공급되는 것이 중요하다.
강철 케이블은 두 층의 중합체 사이에 매립되는 샌드위치 구성을 갖고 각 측면에 샌드위치 구성을 완성하기 위한 두 개의 직물 층이 있는 복합 테이프로 형성될 수 있다. 이러한 복합 테이프는 본 명세서에 설명된 장치와 유사한 장치를 사용하여 형성될 수 있다. 따라서, 강철 케이블을 다이에 공급하고 중합체를 케이블 위아래에 공급할 수 있다. 별도로, 그리고 복합 중합체 유동에 케이블을 매립한 이후에, 슬라이더 직물(62)에 대해서와 같이, 요구되는 직물의 2개의 테이프가 슬롯을 통해 다이에 도입된다. 또한, 이러한 배열은 다이 조립체(22)의 추가 스테이지로서 통합될 수 있다. 결과적으로, 복합 테이프는 케이블 결합 구역(28)의 상류에서 연속적으로 형성되어 그 구역으로 공급된다. 이 기술의 장점은 다른 등급의 폴리우레탄 또는 다른 중합체가 복합 샌드위치 내에 그리고 케이블 바로 둘레에 존재할 수 있게 한다는 것이다. 추가 테이프 또는 직물 층이 190으로 표시되고 추가 중합체 층은 188로 표시되는 이런 구성이 도 8c에 도시되어 있다.
핸드레일 구성에서 공지된 문제점은 케이블의 마손이다. 선형 구동부와 같은 소정 핸드레일 구동부에서, 케이블을 지닌 핸드레일의 본체 부분이 구동 롤러 쌍을 통과할 때 극단적 핀칭 부하를 받는다. 이것은 케이블의 마손을 일으키고 주변 중합체로부터의 케이블의 분리를 유발할 수 있다. 다른 유형의 구동부는 상이한 부하를 부여한다. 복합 테이프에 케이블을 별도로 매립하고 적절한 등급의 중합체를 선택함으로써 핸드레일의 특성을 맞춤화할 수 있다. 반 가요성 접착제와 함께 고압 콤브를 사용하는 것은 각 케이블의 와이어를 관통하고 각 케이블을 보호하여 마손을 방지하거나 적어도 감소시킬 수 있도록 잘 작용한다는 것이 관찰되었다.
도 1 및 도 11을 참조하면, 슬라이더 직물용 릴(60)이 샤프트(도시되지 않음) 상에 장착된다. 샤프트는 슬라이더 직물에 원하는 인장을 유지하기 위해 구동 메커니즘에 연결된다. 슬라이더 직물(62)은 릴(60)을 편평한 밴드로서 떠난다. 이 슬라이더 직물(62)은 진입 슬롯(64)에 의해 상류 결합 구역(28a)에 진입한다. 슬롯(64)은 직물 밴드를 대략 70°로 회전시키는 모서리(64a) 및 추가 모서리(64b)를 가지며, 그 후 슬라이더 밴드는 수평으로 연장된다. 모서리(64a, 64b)는 테플론(TEFLON™)으로 코팅되거나 또는 마찰을 감소시키도록 다른 방식으로 구성될 수 있다. 과도한 마찰로 인해 슬라이더 직물이 신장되어 슬라이더 직물에 예비인장이 초래된다. 이는 구동 메커니즘을 통과할 때 결과적 핸드레일이 후방으로 굴곡되기 어려워지게 할 수 있다. 모서리(64) 이후에, 슬라이더 직물(62)은 복합 압출물(58)의 하부에 접촉하게 되고 그와 결합된다.
슬라이더 직물(62)은 일반적으로 일정한 폭을 갖는 시트 재료의 세장형의 유연한 웨브이다. 슬라이더 직물(62)의 비교적 낮은 마찰 계수는 핸드레일이 안내부 위로 활주할 수 있게 한다. 슬라이더 직물(62)의 폭은 핸드레일의 크기에 의존하고, 예로서 125 내지 60 mm 폭일 수 있다. 일부 예에서, 슬라이더 직물(62)은 무명과 같은 천연 재료 또는 폴리에스테르 또는 나일론과 같은 합성 재료의 직조 재료로 이루어질 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 사용되는 "직물"이라는 용어는 적합한 특성을 갖는 다른 부직포 재료를 고려한 것임을 이해해야 한다.
열가소성 엘라스토머 및 직조된 직물의 조합에 기초한 압출물 제품의 굴곡 탄성률은 직물의 특성에 크게 의존할 수 있는 것으로 판명되었다. 이것은 중립 굴곡 축이 직물로부터 상당한 거리의 고 탄성률 부재(예로서, 케이블 어레이)에 의해 한정되는 핸드레일에서 특히 그러하다. 직물은 크로스헤드 압출 프로세스에서 종방향 견인력을 받을 수 있으며, 이로 인해 직물이 왜곡되거나 신장될 수 있다. 이 신장은 직물 특성, 적용된 힘 및 온도의 함수이다. 크로스헤드 압출 다이에서, 다이 및 용융 중합체의 온도는 합성 직조 직물을 약화시키는 수준일 수 있으며, 이는 비교적 낮은 하중에서도 상당한 신장을 초래할 수 있다. 직물이 신장되고 냉각되면 특성이 변경되고 새로운 제품에 고정되며, 이는 제품의 특성에 악영향을 미칠 수 있다. 상당한 가공 신장을 경험한 직물은 일반적으로 가공 전의 직물 보다 높은 탄성률 및 더 낮은 파괴 연신율을 갖는다.
슬라이더 직물(62)은 사전수축(preshrunk)될 수 있다. 만약 사전수축되지 않는다면, 특히 핸드레일이 구동 메커니즘에서 뒤쪽으로 굴곡될 때 인장시 제한된 성능을 제공할 수 있는 것으로 판명되었고; 사전수축된 직물은 일반적으로 인장시 직물의 더 큰 신장을 가능하게 한다. 사전수축은 다이 조립체(22)로 들어가기 직전에 가열된 플레이트들 사이에 직물(62)을 통과시킴으로써 수행될 수 있다. 또한, 예열은 열가소성 재료에 대한 직물의 접착을 촉진시키는 것으로 밝혀졌다.
슬라이더 층 전처리를 위한 방법 및 장치의 일 예는 2007 년 9 월 10 일자로 출원된 "Method And Apparatus For Pretreatment Of A Slider Layer For Extruded Composite Handrails"라는 명칭의 미국 가출원 제60/971,156호 및 2008 년 9 월 10 일자로 출원된 대응 국제 출원 제 PCT/CA2008/001600호에 개시되어 있으며, 이들의 전문은 본원에 참고로 통합되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 복합 압출물(58)은 초기에 슬라이더(62)의 전체 폭을 가로 질러 연장된다. 결합 구역(30)(도 11)에서, 슬라이더(62)의 에지는 직사각형 단면으로 도시된 압출물의 측면 위로 연장하도록 상향 절첩된다. 이것의 효과는 압출된 섹션 또는 결합된 압출 유동(58)(도 4)의 폭을 감소시키는 것이며, 그 깊이는 대응적으로 증가하여 일정한 단면을 유지하게 된다.
도 13은 서로 거울상인 다이 인서트들(160) 및 슬라이더 결합 구역(28)의 일부를 도시한다. 다이 인서트(160)는 슬라이더 직물의 에지(63)(도 5에 도시됨)를 위로 접어 올리는 역할을 한다. 각각의 다이 인서트(160)는 램프 표면(162)을 가지며, 이는 일 단부에서 편평하거나 수평이고 인서트의 다른 단부에서 수직 위치로 점진적으로 회전하여 에지의 접어 올림을 실행하게 된다.
도 11의 164에 개략적으로 도시된 바와 같이, 브레이커 플라이(breaker ply) 또는 추가 플라이를 핸드레일 섹션에 삽입하는 것도 가능하다. 사실상, 추가 플라이 직물이 복합 압출물(58)과 입구(70)로부터의 2차 유동 사이에 도입된다. 따라서, 도 11에 도시된 바와 같이, 슬롯(64)과 유사한 슬롯이 슬라이더 결합 구역과 출구 구역 사이에 제공될 수 있다. 직물의 각 측면에 중합체 또는 폴리우레탄의 2개의 유동을 별도로 제공하는 이러한 기본 기술은 다양한 방식으로 적용될 수 있음을 추가로 알 수 있을 것이다. 예로서, 제1 및 제2 입구로부터 2개의 유동 사이에 추가 플라이가 반드시 적용될 필요는 없다. 예로서, 이들 입구들 중 어느 하나로부터의 유동의 일부가 분기되어 분기된 유동과 주 유동 사이에 추가 플라이를 개재하게 할 수 있다.
다른 입구에 대하여, 2차 입구(70)는 종래의 스크류 압출기에 연결될 수 있으며, 역시, 임의의 적절한 압출 기계가 선택적으로 용융 펌프와 조합하여 사용될 수 있다. 입구(70)는 덕트(72)를 통해 출구 구역 또는 블록(32) 내로 이어진다. 덕트(72)는 복합 압출물 또는 압출 유동(58)의 폭을 가로 질러 유동을 실질적으로 균일하게 분배하는 코트-행거(coat-hanger) 형상의 매니폴드로 공지된 표준 매니폴드(74)에 연결된다. 매니폴드(74)는 섹션에서 그것의 각 측면 아래로 연장되는 2개의 채널 및 2개의 채널 사이의 상대적으로 좁은 섹션을 도시하며, 이 섹션은 상부에서 하부로 폭이 증가한다.
도 9는 상류 측을 바라본 다이의 단부도이다. 도시된 바와 같이, 출구 구역(32)은 공지된 방식으로 보어(82) 내에 볼트에 의해 함께 고정된 하부 다이 부재(80) 및 상부 다이 부재(81)를 갖는다. 코트-행거 형상의 매니폴드(74)는 점선 윤곽으로 표시되어 있다.
하부 다이 부재(80)는 직물 슬라이더(62)가 복합 압출물과 함께 수용되는 직사각형 채널(84)을 형성한다. 제2 입구(70)로부터의 추가 재료를 수용하고 필요한 핸드레일 프로파일을 형성하기 위해, 상부 다이 부재(81)는 이중 피크 곡선 프로파일(86)을 형성할 수 있다.
매니폴드(74)의 상류의 복합 압출물(58)(도 4)에 대한 덕트의 프로파일은 라인(88)(도 7 및 도 9)에 의해 표시된다. 라인(88)의 형상은 압출되는 핸드레일의 형태에 의존할 것이다. 이 예에서, 입구(70) 및 그것과 관련된 압출 기계는 비교적 작은 용량을 가지며, 따라서, 입구(70)로부터 충전될 수 있는 단면, 즉 라인(88)과 프로파일(86) 사이의 단면이 제한된다.
더 작은 핸드레일 크기에 대해, 라인(88)은 직선이며, 매니폴드(74)의 상류의 복합 압출물(58)은 도 7에 표시된 바와 같이 단순한 직사각형이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 더 큰 핸드레일 크기에 대해, 라인(88)은 사다리꼴 중심 섹션을 포함하며; 달리 말하면, 압출물(58)은 사다리꼴이 위에 겹쳐 놓여있는 직사각형의 프로파일을 채택하게 된다. 이는 슬라이더 직물(62)의 측면이 상향 절첩될 때 발생한다. 이는 입구(70)로부터 충전되는 유효 단면을 감소시키는 효과를 갖는다. 도시된 바와 같이, 배열은 입구(70)로부터의 2차 재료가 항상 단면의 에지까지 연장되도록 한다. 2차 유동 만이 핸드레일의 외부를 형성하기 때문에 원하는대로 착색되며, 1차 유동은 투명하거나 착색되지 않을 수 있는 것으로 의도된다. 착색 및 투명한 재료의 임의의 조합이 2개의 유동에 대해 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예로서, 추가 플라이(164)가 제공되는 경우, 추가 플라이상의 패턴을 가시화할 수 있도록 제1 유동을 착색시키고 제2 유동은 투명할 수 있다. 2차 유동의 추가는 도 4에 화살표(90)에 의해 개략적으로 표시된다.
케이블 공급 유닛(100)은 이제 도 1 및 도 14와 관련하여 설명된다. 핸드레일에 적합한 유형일 수 있는 단일, 다중 스트랜드 강철 케이블을 각각 포함하는 복수의 케이블 릴(102)이 제공된다. 케이블 릴(100)은 케이블에 적절한 인장을 유지하는 제동하기 위한 수단을 포함하는 샤프트(도시되지 않음) 상에 장착될 수 있다. 선택적으로, 케이블 릴(100)은 접착제 도포 전에 케이블의 부식을 방지하기 위해 온도 및 습도 제어 인클로저 내에 수용될 수 있다. 전향 롤러(104)가 선택 사항 임에도 불구하고, 케이블(50)은 전향 롤러(104) 둘레를 통과하여 접착제 도포기(106)를 통과할 수 있다.
핸드레일은 일반적으로 시간이 지남에 따라 수축될 수 있고, 이는 강철 케이블의 개별 스트랜드 러빙(rubbing) 및 마모에 기인한다. 주로 강철일 수 있는 파편이 케이블의 틈새를 충전한다. 철의 산화는 이 재료가 성장하게 하고, 이는 케이블이 단면적이 팽창하고 길이가 감소되게 한다. 그 내마모성이 우수한, 접착제로 케이블을 완전히 함침시키면 이 효과를 방지하거나 적어도 감소시킬 수 있다.
접착제 도포기(106)는 액체 접착제 용액을 보유하기 위한 용기(92)를 포함한다. 이는 입구 및 출구(94)를 가지며, 그 각각은 그 사이로 케이블(50)이 통과하고 케이블의 내부로의 접착제의 침투를 촉진시키기 위해 접착제 용액으로 포화되는 경질 섬유 또는 스폰지 패드들을 갖는다. 패드는 또한 용기(92)를 밀봉하는 역할을 한다. 실질적인 접착제 코팅을 제공하기 위해, 도포기(106)는 출구 측에서 케이블(50)이 통과하는 튜브를 포함할 수 있으며, 튜브는 원하는 두께의 접착제를 제공하도록 크기가 정해진다. 접착제 도포기(106)는 또한 케이블에 인장을 가하는 역할을 할 수 있다. 다이 조립체(22)에 들어가기 전에, 케이블은 솔벤트를 제거하는 팬(96)을 통과하여 케이블 상에 접착제를 남긴다. 그 후, 케이블(50)은 히터(98) 또는 다른 고온 공기 소스를 갖는 팬에 연결된 고온 공기 터널(108)을 통과한다. 이것은 코팅된 케이블(50)을 약 300°F의 온도 또는 접착제의 양호한 접착을 촉진시키는 다른 온도로 예열하는 역할을 한다. 적외선 패널 또는 다른 가열 디바이스가 대안적으로 제공될 수 있다. 명료성을 위해, 케이블은 롤러(104) 주변을 통과할 때 벌려지는 것으로 도시되어 있지만; 그러나, 케이블은 팬(96) 위로 그리고 터널(108)을 통해 접착제 도포기(106)를 통과할 때 실질적으로 평행하고 균일하게 이격될 수 있다.
이제, 다이 조립체(22)로부터 압출된 섹션이 도 7에 도시되어 있고 중간 압출물(110)을 포함한다. 다이의 온도 조건은, 다이를 떠날 때, 중합체가 여전히 용융된 상태, 즉 일반적으로 크로스오버 온도를 초과하도록 이루어진다. 교차 온도 미만에서, 전단 탄성률은 재료의 손실 탄성률보다 크고, 교차 온도를 초과하면 손실 탄성률이 전단 탄성률보다 크다. 전단 탄성률은 그 변형전 치수를 기억하는 재료의 경향과 연계된 탄성 응답 성분이며, 손실 탄성률은 에너지 소산 응답 성분이며 변형 동안의 유동과 연계된다("Thermoforming Thermoplastic Polyurethanes"(Eckstein 등, Plastics Engineering, 1995 년 5 월, 29 쪽) 참조). 온도는 중합체가 여전히 액체이지만 높은 점도를 갖도록 된다. 따라서, 중합체는 소정 기간 동안 트윈-피크(twin-peak) 둥근 프로파일을 유지할 것이고, 평평한 프로파일로 급속히 저하되지 않을 것이라는 점에서 대체로 안정적이다. 동시에, 이는 아래에서 상세히 설명하는 바와 같이, 단면의 프로파일을 변경시키도록 성형 및 형성될 수 있다는 점에서 액체의 특성을 가지며, 그 미리형성된 형상으로 되돌아가는 경향은 없다. 특히, 상대적으로 예리한 각도 형상이 어려움없이 형성될 수 있다.
이러한 압출 기술을 채택할 수 있게 하는 핸드레일의 적어도 두 가지 특성이 있다. 우선, 핸드레일은 슬라이더(62)를 포함한다. 맨드릴(112)을 따른 통과 동안, 슬라이더(62)는 여전히 용융된 TPU를 지지하는 컨베이어 벨트로서 효과적으로 작용한다. 이 스테이지에서 TPU는 극도로 점성이 있기 때문에 임의의 고체 표면과 접촉하게되면 이는 그에 점착되는 경향이 있고; 달리 말하면, 맨드릴(112)과 직접적으로 접촉하는 것이 허용될 수 없다. 사실, 성형 롤러 등이 TPU에 접촉해야 하는 경우, 이때 이는 적어도 국부적으로 TPU가 "표피형성(skinned)"되어 점착성을 방지하도록 냉각되어야만 한다.
제2 특징은 핸드레일이 단순한 둥근 외형을 갖는다는 것이다. 이러한 형상은 맨드릴 상에 쉽게 형성될 수 있다. 대조적으로, 돌출부, 오목부 및 날카로운 모서리를 갖는 복잡한 형상을 갖는 외부 표면은 그러한 기술에 의해 형성될 수 없으며, 오히려 적절한 형상의 다이에 의해 형성될 필요가 있다.
중간 압출물(110)을 핸드레일(126)의 최종 프로파일로 성형하기 위해, 세장형 1차 맨드릴(112)이 제공된다. 맨드릴(112)은 다수의 섹션을 포함한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 맨드릴은 지지 표면을 형성하는 상부 섹션(116) 및 베이스(114)를 갖는다. 상부 섹션(116)의 프로파일은 핸드레일 프로파일을 형성하도록 점진적으로 그리고 매끄럽게 변화한다. 상부 섹션(116)의 종방향으로 보어(118)가 연장하며, 보어 내부로 슬롯(120)이 개방된다. 횡방향 포트(122)가 보어(118) 내로 개방된다. 포트(122)는 진공 소스에 연결된다. 이는 8 내지 12 인치 수은주(inches of mercury)의 범위에서 보어(118) 내의 진공을 유지시킨다. 진공의 목적은 슬라이더 직물(62), 그리고, 따라서 압출 섹션이 항상 맨드릴(112)을 밀접하게 따르도록 보장하는 것이다. 진공의 레벨은 맨드릴(112) 프로파일의 양호한 정확한 추종을 보장하는 동시에 너무 높아서 과도한 항력을 발생시키지 않도록 하기 위해 필요한 바에 의해 결정된다. 높은 진공도가 사용된다면, 이때, 맨드릴을 따라 핸드레일을 견인하기 위해 더 높은 인장이 가해지며, 이는 슬라이더 직물(62)을 신장시킬 수 있다.
도 5와 6은 프로파일의 진행을 보여준다. 도 5에 도시된 바와 같이, 압출된 프로파일의 에지는 먼저 도 7의 원래 프로파일의 트윈 피크를 줄이는 효과를 갖도록 하향 강하된다. 도 5의 도면 부호 63으로 나타낸 슬라이더 에지는 맨드릴(112)의 측면 부분에 대해 접촉한다는 것을 유의해야 한다. 도 5에서, 수정된 중간 압출물 프로파일은 110a로 표시되어 있다. 이들 측면 에지(63)는 맨드릴(112)을 따라 연속적으로 지지된다. 프로파일(110a)의 측면은 수직이 될 때까지 핸드레일의 C 형상 프로파일의 둥근 단부의 일부를 형성하도록 점진적으로 하향 강하된다. 그런 다음 도 6에 도시된 바와 같이 핸드레일의 최종 C 형상 프로파일을 형성하기 위해 안쪽과 위쪽으로 계속해서 회전한다. 맨드릴(112)의 정확한 길이는 의도된 생산 속도에 의존할 것이다.
맨드릴(112)은 압출물을 이상적인 성형 온도로 유지하기 위해 가열되거나 냉각될 수 있다. 이것은 프로세스 전반에 걸쳐 고체로 유지되는 직물 웨브가 접촉 표면을 형성하고 용융 재료가 건드려지지 않으며, 따라서, 재료에 점착될 수 없기 때문에 달성될 수 있다. 압출물이 맨드릴(223)을 가로 질러 이동하는 제조 속도에 따라, 맨드릴을 적절한 공구 온도, 예로서 50 ℃로 유지하기 위해 사실 냉각이 필요할 수 있다.
맨드릴(112)의 단부에는 완성된 핸드레일 프로파일(126)이 형성되고, 이 핸드레일 프로파일은 도 6 및 도 8a에 도시되어 있다. 언급한 바와 같이, 재료는 맨드릴을 따라 용융 상태로 유지된다. 공지된 바와 같이, 열가소성 엘라스토머 및 특히 열가소성 폴리우레탄은 규정된 융점을 갖지 않는다. 오히려, 재료는 탄성적으로 거동하고 그 성형전 치수를 기억하는 재료의 경향과 연계된 탄성 응답 성분인 전단 탄성률을 가지고, 또한, 에너지-소실-응답 성분이면서 변형 동안 유동과 연계되는 손실 탄성률을 갖는다. 이 두 인자 또는 탄성률 사이의 비율- 때때로 tan δ(델타)로 표시됨 -은 재료의 상태를 나타낸다. tan δ가 1 보다 훨씬 작으면 재료는 고체로 거동하고 tan δ가 1 보다 클 때 재료는 점성 유체로서 거동한다. 이 두 가지 탄성률은 상당한 온도에 걸쳐 점진적으로 변하고; 예로서 152,000의 분자량을 갖는 폴리우레탄은 약 150 ℃에서 200 ℃를 초과하는 범위에 걸쳐 두 탄성률 값의 점진적인 감소를 나타내며 전단 탄성률은 손실 탄성률 보다 더 빠르게 감소한다. 결과적으로 약 165 ℃의 온도에서 tan δ 값은 1을 초과하여 점성 특성이 이때 두드러진다는 것을 나타낸다. 일반적으로 재료는 맨드릴의 전체 길이를 따라 1을 초과하는 tan δ를 가져야 한다. 일부 용례의 경우, 맨드릴의 길이의 적어도 일부분에 대해가 이 지점 보다 약간 낮은 재료를 갖는 것이 수용될 수 있다. 또한, 외부로부터의 열 손실로 인하여, 핸드레일 외부의 온도는 내부의 온도 보다 낮을 것이고, 프로파일의 비교적 복합적 변화가 발생하는 위치이므로 T 형상 슬롯 주변의 내부 온도가 중요하다. 외부 층은 단지 비교적 완만하게 만곡될 뿐이다. 따라서, 이는 외부가 미소하게 "표피형성"을 시작하는 경우, 즉, 응고되기 시작하는 경우 허용가능하다. 그러나, 맨드릴(112)의 단부에서, 중합체는 여전히 적절하게 응고되지 않는다. 도 7의 중간 압출물의 원래의 트윈-피크 프로파일은 맨드릴(112)의 다른 단부에서 원하는 최종 프로파일이 얻어지도록 선택된다.
따라서, 중합체를 냉각 및 응고시키기 위해, 이제 냉각 홈통(132)을 포함하는 냉각 유닛(130)으로 통과된다(도 2a). 도 1에 도시된 바와 같이, 탱크(132)는 2차 맨드릴(134)을 포함한다. 이 2차 맨드릴은 완성된 핸드레일(126)의 프로파일을 갖는다. 이 맨드릴의 적어도 제1 부분은 슬롯화되고 맨드릴(112)에 대해 보어를 가지며 또한 진공 소스에 연결된다. 이 예에서, 냉각 탱크(132)는 12 피트 길이이고, 맨드릴(134)은 대응 길이를 가지며; 정확한 길이는 생산 속도에 의존할 것이다. 탱크(132) 내의 맨드릴(134)의 처음 3 피트는 슬롯화되고 진공 소스에 연결된다. 그 이유는 완전히 안정되고 적어도 부분적으로 응고되어 그 형상을 유지할 수 있을 정도로 충분히 냉각될 때까지 핸드레일이 맨드릴(134)을 밀접하게 따르도록 보장하기 위한 것이다.
도시된 바와 같이, 탱크(134)는 입구(138) 및 복수의 스프레이 노즐(140)을 갖는 스프레이 바아(136)를 구비한다. 일부 예에서, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 탱크(134)로의 진입부에서 슬롯형 노즐(142)은 워터 나이프 또는 커튼을 제공할 수 있다. 이것은 압출물이 이 시점에서 표피형성되지 않는 경우에, 압출물의 즉각적이고 균일한 표피형성을 가능하게 할 수 있다. 여전히 표피형성 없이 스프레이가 적용되는 경우 개별 액적이 표면에 표식을 남기는 경향이 있다. 균일한 워터 커튼 또는 워터 나이프를 적용하여 이 문제를 피하고 일반적으로 고체 재료로 이루어진 표피가 형성된다. 이 표피가 형성되면 핸드레일은 외부 외관에 영향을 주지 않으면서 무작위 스프레이로 쉽게 냉각될 수 있다. 노즐(142)은 핸드레일에 대해 약간의 각도로 워터 커튼을 안쪽으로 향하게 하여 이에 표식을 남기지 않게 한다. 일반적으로 원형 요소의 공급 챔버(144)는 커튼(146)을 위한 물의 입구(146)를 구비한다.
워터 나이프 대신에, 단일 노즐(도시되지 않음)과 같은 물 소스는 제1 상류 롤러(148)를 냉각수로 적시는데 사용될 수 있다. 복수의 롤러(148)는 압출물의 외부를 냉각시키고 그 표피형성을 실행하며 다이 라인의 제거를 실행하도록 구현될 수 있다. 롤러(148)는 압출물에 의해 구동된다. 제1 상류 롤러(148)에 의해 압출물에 적용된 물은 제1 상류 롤러(148)와 제2 하류 롤러(148) 사이의 압출물 표면 상에 수집될 수 있다. 제2 하류 롤러(148)는 또한 핸드레일의 외부 표면을 성형하는데 사용될 수 있다.
사용시, 물은 스프레이 노즐(140)을 통해 분무되어 핸드레일(126)을 냉각시킨다. 탱크(132)는 배출되거나 또는 입구(138)로 다시 되돌아가기 위해 냉각 유닛을 통과하는 물의 배액부를 포함한다. 스프레이 노즐(140)로부터의 물은 중합체를 응고시키기 위해 핸드레일(126)을 냉각시킬 수 있다. 이것은 핸드레일(126)의 립 강도를 향상시키는 것으로 판명되었다. 그 이유를 완전히 이해하지는 못했지만 한 가지 가능한 설명이 아래에 주어져 있다.
핸드레일(126)이 냉각됨에 따라, 외부가 먼저 응고되고, 공지된 바와 같이, 응고 동안, 재료는 수축되거나 보다 고밀도화될 것이다. 따라서, 초기에는 고형화된 외부 층이 있을 것이고, 내부는 여전히 용융될 것이다. 일부 예에서, 맨드릴(134) 자체는 냉각될 필요가 없다는 것을 유의해야 한다. 핸드레일(126)의 내부가 냉각되고 응고될 때, 이는 차례로 수축되거나 더 고밀도화되게 될 것이다. 이것은 핸드레일을 예비응력부여하는 효과를 갖는 것으로 믿어지며, 그래서, 도 8a, 도 8b 및 도 8c에서 도면 부호 129로 나타낸 립은 서로를 향해 압박된다. 또한, 핸드레일 프로파일은 슬라이더 직물(62)에 의해 유지되는 것으로 믿어진다. 어쨌든, 주어진 경도의 재료에 대해, 개선된 립 강도가 얻어질 수 있다는 것이 밝혀졌다.
또한, 압출물로부터 제거되는 열의 양이 중요할 수 있고, 이 열을 제거하는 타이밍이 중요하다는 것이 밝혀졌다. 효과적인 예비응력부여를 위해, 열은 핸드레일의 바깥 쪽에서 주로 제거될 수 있고 핸드레일에서 나머지 열이 제거되기 전에 이 열의 제거가 이루어져야 한다는 것이 밝혀졌다. 핸드레일의 외측 주변의 현저한 층을 응고시키기 위해 충분한 열이 제거되어 내부의 후속 냉각 및 이에 따른 수축이 예비응력부여를 실행한다. 이러한 양의 열이 외부에서 먼저 제거되면, 핸드레일의 외부 층이 충분히 냉각되고 응고될 수 있으며, 핸드레일의 내부 부분이 응고될 때, 예비응력부여가 발생한다. 여기서, 물 스프레이를 갖는 배열이 거의 전적으로 외부에서 열을 제거하며; 내부에서 제거된 약간의 양의 열이 있을 수 있지만 이것은 순전히 부수적인 것이다. 예시된 예에서, 맨드릴(134)(도 2a)을 통해 열을 제거하려는 시도는 없지만, 다른 한편으로는 이러한 열 손실을 방지하기 위해 맨드릴(134)을 특별히 절연시키는 단계도 이루어지지 않는다. 그러나, 위에서 언급한 바와 같이, 전체 속도로 동작하는 동안 적절한 공구 온도를 유지하기 위해 냉각이 필요할 수 있다.
일반적으로, 핸드레일이 립 강도를 갖는 것이 요구되며, 표준 테스트에 따라 10 kg을 초과하며, 이는 지정된 양만큼 립을 이격 변위시킨다. 여기서, 핸드레일이 내부와 외부 모두에서 자연스럽고 고른 냉각이 허용되는 경우, 립이 이 테스트를 충족하기에 너무 약할 수 있으며; 다른 한편으로, 이러한 냉각 기술에 의해 영향을 받은 예비응력부여에 의해, 10 kg 보다 크고 10 내지 20 kg 범위의 립 강도가 달성될 수 있으며, 이는 종래의 핸드레일에 비견할만하다는 것이 판명되었다.
본원에 개시된 방법 및 장치에 의해 압출된 핸드레일의 립 개방력은 전형적으로 15 kg일 수 있고, 경도가 85인 쇼어 'A'의 열가소성 폴리우레탄에 대해 30 mm 조오로 측정했을 때 7 mm 변형에 대해 적어도 10 kg보다 클 수 있다. 이는 균등한 가열 및 냉각으로 압축 성형하여 제조된 균질 비-예비응력부여 샘플에 대한 약 6 kg에 비교된다.
탱크(132)를 떠날 때, 핸드레일(126)은 구동 유닛(150)을 통과한다. 구동 유닛(150)은 상부 및 하부 구동 조립체(151, 152)를 포함하고, 이들 각각은 롤러 상에 장착된 밴드를 포함하고, 이 밴드는 핸드레일(126)과 결합한다. 하부 구동 조립체(152)는 핸드레일의 내부에서 슬라이더와 결합하도록 구성될 수 있다. 이러한 유닛은 압출 성형에 통상적이다. 여기서, 구동 유닛은 타코미터 피드백을 갖는 DC 모터를 가짐으로써 핸드레일의 속도에 대한 정확한 제어를 제공한다. 일부 예에서, 이는 속도 제어를 0.1 % 이내로 정확하게 제공할 수 있다.
압출 기술에서 공지된 바와 같이, 압출 속도가 조심스럽게 제어되고 2개의 입구(34, 70)를 통한 유량이 주의깊게 제어되는 경우, 그후, 압출된 핸드레일(126)의 프로파일 및 단위 피트 당 중량은 원하는 공차 이내에서 일정할 수 있다. 우수한 제어로 단위 길이 당 1 % 보다 양호한 중량 공차가 달성될 수 있다. 압출 기계는 일정한 스크류 속도로 동작하여 필요한 일정한 유량을 제공하며, 이는 다른 인자, 예컨대 온도, 압력 등이 일정한 경우 달성될 것이다. 용융 펌프를 사용하면 제어 및 서지 감소를 더욱 향상시킬 수 있다.
155로 표시된 바와 같이, 완성된 핸드레일(126)을 권취하기 위한 스풀이 제공된다. 핸드레일의 루프를 형성하기 위해, 예로서 발명의 명칭이 "Method Of Splicing Thermoplastic Articles"인 미국 특허 제6,086,806호에 개시된 바와 같이 선택된 길이의 핸드레일을 이어붙일 수 있고, 이 특허의 전체 내용은 본 명세서에 참조로 통합되어 있다.
도 8a는 케이블(50) 및 슬라이더 직물(62)을 구비한 핸드레일(126)의 최종 완성 프로파일을 도시한다. 열가소성 엘라스토머는 제1 입구(34)를 통해 공급되는 열가소체인 내부 층(128)과 제2 입구(70)를 통해 공급되는 열가소체인 외부 층(127)의 2개의 층으로 형성된다. 케이블(50)은 동일 평면 배열로 내부 층(128)에 배치될 수 있으며, 케이블(50)은 구성(126)을 위한 중립 굴곡 축을 형성한다.
이제, 예시적인 재료와 관련하여, 슬라이더 직물(62)은 평방 야드 당 20 온스의 중량을 갖는 평직 방적 폴리에스테르일 수 있다.
케이블은 접착제가 와이어에 침투할 수 있도록 비교적 개방된 구성을 갖도록 선택될 수 있다. 예로서, 적절한 강철 케이블은 각각 0.20 +/-0.01 mm의 3 스트랜드 코어와 0.36 ± 0.01 mm의 6개 외부 스트랜드를 포함할 수 있다. 적합한 사양을 갖는 황동 도금 고 인장 강철 코드는 벨기에 코트리크(Kortrijk, Belgium)의 Bekaert SA로부터 얻어질 수 있다.
사용된 접착제는 솔벤트-기반 접착제일 수 있지만, 임의의 적합한 접착제, 예로서 반응성 핫-멜트 접착제가 사용될 수 있다. 케이블에 적용되는 접착제는 예로서, Morton International Inc.의 사업부인 Morton Automotive Adhesives가 공급하는 THIXON ™ 405일 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
열가소성 엘라스토머에 대하여, 양 층(127 및 128)은 모두 85 쇼어 'A' 경도를 갖는 Lubrizol ESTANE™ 58206으로 이루어질 수 있다. 특정 용례의 경우, 더 경질의 열가소체, 이 목적을 위해 45 Shore 'D' 경도의 Lubrizol ESTANE™ 58277로 핸드레일 외측을 형성하는 것이 바람직할 수 있고; 내부 층(126)은 이때 72 Shore 'A' 경도를 갖는 Lubrizol ESTANE™ 58661과 같은 더 연성의 재료일 수 있다. 외부 핸드레일이 비 등에 노출될 수 있는 외부 용례에 대해, 85 쇼어 'A'의 경도를 갖는 Lubrizol ESTANE™ 58300과 같은 폴리에테르 유형 방수 열가소체가 외부 층(127)에 사용될 수 있다. Lubrizol ESTANE™ 58226은 또한 일부 용례에 적합할 수 있다. 다른 열가소성 재료가 가능하다.
도 8b와 8c는 핸드레일 섹션의 변형을 보여준다. 도 8b에서, 제2 핸드레일 섹션(170)은 슬라이더(62) 및 열가소체의 내부 및 외부 층(171, 172)을 포함한다. 여기서, 개별 케이블(50)은 탄소 섬유 테이프(174)로 대체된다.
도 8c의 180으로 표시된 핸드레일의 제3 변형예에서, 슬라이더(62)는 이전과 같이 역시 존재한다. 핸드레일(180)은 내부 층(181) 및 외부 층(182)을 갖는다. 여기서, 신장 억제자는 열가소성 엘라스토머 층(188)에 매립된 케이블(186)을 포함하는 매트릭스(184)에 의해 제공된다. 엘라스토머(188)의 각 측면에는 샌드위치 구성을 형성하기 위한 직물 플라이(190)가 있다. 전술한 바와 같이, 이 샌드위치 구성은 전체 핸드레일 형성 프로세스의 통합된 부분으로서 다이 조립체의 일체형 부분으로서 다이 조립체의 진입부 부분에 형성될 수 있다.
수정된 핸드레일 프로파일(126a, 126b)이 도 8d 및 8e에 도시되어 있다. 핸드레일(126)과 비교하여, 2007 년 9 월 10 일자로 출원된 발명의 명칭이 "Modified Handrail"인 미국 임시 특허 출원 제60/971,163호 및 2008 년 9 월 10 일에 출원된 대응 국제 출원 제PCT/CA2008/001599호에 설명된 바와 같이, 핸드레일(126a, 126b)은 극심한 굴곡 조건 하에서 적은 케이블 좌굴, 감소된 변형 및 굴곡 응력 및 주기적 부하 조건 하에서 증가된 피로 파괴 수명을 나타낼 수 있고, 이들 출원 양자 모두의 내용은 본 명세서에 참조로 통합되어 있다.
곡선(86)의 프로파일은, 맨드릴(112)을 따라 이동한 이후, 원하는 프로파일이 얻어지도록 선택될 수 있다. 이 프로파일이 항상 정확하지는 않을 것임을 알 수 있을 것이다. 이것을 허용하기 위해, 도 2d의 147 및 148에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 트리밍 또는 사이징(sizing) 롤러가 제공될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 세트의 롤러(147)는 전체 폭이 특정 공차 내에 있는 것을 보증하도록 제공될 수 있다. 상부 두께가 원하는 공차 내에 있는 것을 보증하도록 적어도 하나의 롤러(148)가 제공될 수 있다. 롤러와 핸드레일을 접촉시키는 것은 외부의 표피를 가지도록 충분히 냉각되고 롤러가 핸드레일의 재료에 점착하는 경향을 갖지 않기 때문에 이 지점에서 허용가능하다.
일부 예에서, 롤러는 본질적으로 원통형일 수 있다. 그러나, 적어도 상부 롤러(148)는 핸드레일의 상부에 대한 원하는 프로파일에 대응하는 프로파일을 가질 수 있으며, 즉, 핸드레일의 크라운형 상부 표면을 규정한다. 롤러의 직경의 변화는 롤러와 핸드레일의 부분 사이에서 미끄러짐을 야기하므로 너무 극단적이어서는 안된다.
마찰을 줄이기 위해, 다양한 구성요소를 TEFLON™으로 코팅하거나 다른 방법으로 처리되어 낮은 마찰 계수를 제공할 수 있다. 따라서, 모서리(64a, 64b)(도 11)는 TEFLON™으로 코팅될 수 있다. 유사하게, 맨드릴(112) 및 적어도 2차 맨드릴(134)의 제1 부분은 TEFLON™으로 코팅될 수 있다. 진공으로 인해, 상당한 마찰 효과를 발생시킬 수 있는 맨드릴에 대해 슬라이더 직물(62)을 가압하는 강한 압력이 존재할 수 있다.
본 명세서의 교시가 에스컬레이터 등을 위한 핸드레일과 관련하여 주로 설명되었지만, 일정한 단면의 다양한 세장형 물품에 적용 가능하다는 것을 알 수 있다. 특히, 그를 통해 연장하는 강화 또는 신장 억제 수단 및 한 측면에 결합된 직물의 일부 추가 시트 층 등을 갖는 열가소성 엘라스토머로 형성된 주 본체를 물품에 적용 가능하다. 이러한 구성은 컨베이어 벨트에서 종종 발견된다. 전형적으로, 컨베이어 벨트는 컨베이어 벨트의 폭을 가로 질러 대략 균일한 특성을 갖는 일반적으로 직사각형의 단면을 가질 것이다.
따라서, 일반적으로 반드시 핸드레일처럼 임의의 복잡한 프로파일로 컨베이어 벨트를 형성할 필요가 있는 것은 아니다. 따라서, 맨드릴(112) 상에서의 대한 성형 프로세스가 생략될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 방법은 강화 케이블 등이 컨베이어 벨트의 주 본체 내에서 바람직한 깊이로 공통 중립 굴곡 축 상에 정확하게 위치되는 컨베이어 벨트를 형성할 수 있게 하며, 벨트는 한 측면 상에 결합된 직물 층을 가질 수 있다. 역시, 이러한 컨베이어 벨트는 전술한 동시 계류중인 출원에서와 같이 이어붙여질 수 있다.
사용되는 중합체 재료는 임의의 적절한 열가소성 엘라스토머일 수 있다. 실험 및 테스트는 경도 85 Shore 'A'의 열가소성 폴리우레탄(TPU)이 핸드레일 제조에 적합하다는 것을 보여주었다. 이 재료를 사용하여 핸드레일의 대부분을 형성할 때, 슬라이더 직물에 대한 그 접착은 접착제 또는 글루를 필요로 하지 않고 허용될 수 있다. 슬라이더 재료가 방적 폴리에스테르 직물로 직조될 경우, 최종 제품의 TPU에 대한 접착은 90° 박리 테스트에서 일반적으로 60 p.i.w(pounds per inch of width)이다. 예로서, 폴리에스테르 직물을 200 ℃로 설정된 다이 온도를 갖는 다이를 통해 압출되고, 20 내지 30 p.i.w에서 접착력이 측정되는 반면, 215 ℃의 다이에서, 접착력은 55 내지 60 p.i.w로 측정되었다.
이 테스트에서 모노필라멘트 웨프트(weft)를 갖는 경량 폴리에스테르가 사용되었다. 일반적으로, 모노필라멘트 재료는 양호한 접착성을 제공하는데 큰 문제를 부여한다. 벤치 테스트는 가열된 프레스에서 TPU 위에 직물을 성형하여 수행되었다. TPU는 110 ℃에서 예비 건조되었다. 215 ℃의 프레스 온도에서, TPU는 직물을 완전하게 함침하였지만, 이에 불구하고 박리 강도는 단지 20 p.i.w였다. 반면에 직물을 200 ℃로 예열하고 TPU를 215 ℃로 가열한 이후의 후속 라미네이션은 65 p.i.w를 초과한 접착력을 갖는 샘플을 제공하였다.
또한, 도 11에서와 같이, 직물(164)의 추가 플라이가 제품 설계의 유연성을 위해 추가될 수 있으며, 이는 이 플라이는 강화제에서 이루어지는 것 같이 다이 내의 유동이 분할되는 핸드레일의 두께의 임의의 위치에 부가될 수 있다.
본 명세서는 2차 유동의 색상을 변경하거나 또는 외부 시트 층이 제공되는 경우 외부 시트 층을 변경함으로써 핸드레일 또는 다른 물품의 색상을 신속하게 변경할 수 있게 하는 압출 기술을 제공할 수 있음을 알아야 한다.
또한, 본 명세서는 각각이 본질적으로 단순한 다수의 단계로 분리된 압출 프로세스를 제공할 수 있으므로, 다수의 복잡한 압출 동작을 동시에 실행할 필요가 없다는 것을 이해해야 한다. 실제 압출된 프로파일은 비교적 단순할 수 있으며 이 기술은 모든 요소가 압출 프로파일의 정확한 위치에 정확하게 위치될 수 있도록 이루어진다. 핸드레일의 슬라이더 직물은 최종 핸드레일 형상의 형성 중에 압출물을 지지하도록 컨베이어 벨트로서 사용될 수 있다. 핸드레일 형상의 최종 형태는 내부 핸드레일이 되는 대상의 점진적 변화에 의해 형성될 수 있고, 반드시 외부 프로파일과 접촉하는 것은 아니며, 이는 외부가 고광택 마감으로 냉각 및 응고될 수 있게 한다. 외부는 적절한 립 강도를 제공하기 위해 립에 예비응력을 부여할 수 있도록 유체, 예로서 물을 분무함으로써 냉각될 수 있다. 또한, 슬라이더 직물과 관련된 압출 다이 구성요소의 냉각은 냉각될 수 있어서, 직물의 신장을 제한하고 유연한 핸드레일 제품을 가능하게 한다.
본 명세서의 교시는 종래의 핸드레일에 필요한 광범위한 수동 설정 절차를 요구하지 않고, 연속적으로 그리고 간단하게 핸드레일을 생산할 수 있게 한다. 중합체로서 폴리우레탄을 사용하는 경우, 바람직한 고 광택 마감을 제공하고, 고 광택 마감을 유지하도록 절단 및 마모에 내성적인 등급이 선택될 수 있다.
핸드레일 구조는 종래의 핸드레일과 달리 단순할 수 있으며 요구되는 강도와 내구성 특성을 제공하기 위해 플라이의 정교한 조합을 필요로 하지 않는다. 오히려, 외부 냉각 효과를 사용은 립의 예비응력부여를 실행하여, 비교적 연성 등급의 폴리우레탄으로도 적절한 립 강도를 얻을 수 있다.
또한, 상승된 온도에서 슬라이더 직물과 폴리우레탄을 함께 조합함으로써 우수한 결합 특성이 달성되어 종래의 결합 기술 보다 더 큰 박리 강도를 제공할 수 있음이 판명되었다.
핸드레일은 무한한 길이로 생성될 수 있다. 핸드레일의 완전한 루프를 형성하기 위해, 예로서, 미국 특허 제6,086,806호에 개시된 바와 같이 이는 함께 이어붙여질 수 있다. 이 이어붙임 기술은 통상적 사용자가 감지할 수 없는 이음(splice)를 제공할 수 있으며, 이는 연속적인 고 광택 마감과 핸드레일 외관을 유지할 수 있다.
다이 조립체에 2개의 개별 유동을 제공함으로써 상이한 중합체가 제공될 수 있게 한다. 외부 층을 형성하는 2차 유동이 원하는 외관 및 색상 특성을 갖는 것만이 필요하다. 주 유동은 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있으며, 착색될 필요가 없다. 이는 다양한 상이한 색상으로 얻어질 수 있는 재활용 재료를 포함할 수 있다. 실외용으로는, 외부 층에 내후성 폴리우레탄을 제공하는 것이 가능하지만, 이는 제1 입구를 통과하는 주 유동에는 요구되지 않는다.
본 명세서의 또 다른 양태는 핸드레일을 제작할 때 슬라이더를 갖는 T 형상 슬롯의 공차가 외부 프로파일의 공차 보다 훨씬 더 엄격할 수 있다는 사실의 인식이다. 일반적으로 T 형상 슬롯은 0.5 mm의 공차를 갖는 반면 외부 프로파일 상에서는 1 mm의 공차가 존재할 수 있다. T 형상 슬롯은 대응하는 형상의 안내부를 따라야하므로, 공차가 중요할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 다른 한편으로, 외부 프로파일은 대부분 큰 공차가 쉽게 수용될 수 있는 구동 휠과 접촉한다. 또한, 핸드레일의 사용 가능한 상부 연장부의 단부에서 핸드레일은 개구에서 나온 다음 에스컬레이터 아래에 있는 다른 개구를 통과한다. 이들 개구는 사용자의 손가락 등이 포획되는 것을 방지하도록 치수설정되지만, 역시 이 목적을 위해 외부 프로파일에 대한 공차는 비교적 온건하다. 따라서, 내부 표면의 사이징하기 위해 하드 툴링(hard-tooling)을 사용하는 것으로 충분할 수 있다.
도 15 내지 도 18을 참조하면, 참조 번호 200으로 일반적으로 표시되는 다이 조립체의 다른 예에 대한 세부사항이 도시되어 있다. 다이 조립체(200)는 후술된 케이블 맨드릴(300) 내의 다이 조립체의 후방에 제공된, 202로 표시된 강철 케이블 또는 강철 테이프와 같은 신장 억제자 또는 강화재를 위한 진입구 또는 진입부를 갖는다. 다이 조립체(200)의 전방에는 압출물을 위한 출구 개구(204)가 있다. 전술한 제1 예에서와 같이, 강철 케이블(50)은 케이블 공급 유닛(100)으로부터 공급받을 수 있으며, 케이블 공급 유닛은 온도 및 습도 제어된 인클로저 내에 수납될 수 있다.
제1 입구(210)는 1차 중합체에 제공되고 제2 입구(212)는 2차 중합체에 제공된다. 아래에 설명된 바와 같이, 다이 조립체(200)는 공지된 방식으로 함께 고정되는 다수의 개별 요소를 포함한다. 이러한 요소는 용융 중합체 의 누출을 방지하기 위해 적절한 밀봉 장치와 함께 볼트로 고정되거나 서로 고정될 수 있다. 도 16a 내지 도 16f는 다이 조립체(200)의 개별 구성요소를 상세히 설명하며, 이들이 어떻게 완전한 다이 조립체를 형성하도록 축조되는 방식을 도시하며; 추가적으로, 케이블 맨드릴(300)은 도 17a 내지 도 17e에 상세히 도시되고, 콤브 유닛(400)은 도 18a 내지 도 18d에 도시된다.
먼저 도 16a를 참조하면, 제1 러너 플레이트(220)가 도시되어 있다. 제1 러너 플레이트(220)는 공지된 방식으로 용융 열가소체 또는 중합체의 소스에 입구(210)에 의해 연결되는 제1 입구 러너(222)를 갖도록 형성되고; 이전과 같이, 열가소체 또는 중합체는 일반적으로 스크류 압출기 등으로부터 공급될 것이다. 도시된 바와 같이, 하나의 제1 러너 플레이트(220)는 일반적으로 원통형이며, 케이블 맨드릴(300)을 수용하기 위한 원통형 보어(224)를 갖는다. 도 16a에 도시된 바와 같이, 케이블 맨드릴(300)은 원통형 보어(224)와 일치하는 원통형 플러그 부분(302)을 가지며 또한 케이블 맨드릴(300)을 제1 러너 플레이트(220)에 볼트 결합하기 위한 원형 플랜지(304)를 포함한다.
도 16a에 도시된 바와 같이, 제1 입구 러너(222)는 제1 러너 플레이트(220)의 전방면(228) 상의 반원형 채널(226) 내로 개방되는 보어를 갖는다. 화살표로 표시된 바와 같이, 채널(226)은 화살표 방향으로 용융 중합체 의 유동을 지향시키도록 의도된다.
도 16b를 참조하면, 다른 제1 러너 플레이트(240)는 제1 러너 플레이트(220)의 면(228)에 대응하는 후방면(도시되지 않음)을 가지며 또한 러너 채널을 형성하기 위해 반원형 채널을 구비하며, 이 면들은 서로에 대해 장착 및 밀봉된다. 다른 제1 러너 플레이트(240)는 후방면으로부터 전방면(244)까지 연장하는 개구(242)를 포함한다. 전방면(244)에는 표면(244)의 중심을 향해, 그리고, 따라서, 역시 50으로 표시된 강화재 또는 신장 억제 케이블 둘레에서 중합체 유동을 지향시키는 채널 또는 매니폴드를 형성하는 오목부(246)가 제공된다.
도 16c를 참조하면, 콤브 플레이트(250)는 다른 제1 러너 플레이트(240)의 전방면(244)에 장착된다. 콤브 플레이트(250)는 세장형 직사각형 슬롯(252)을 가지며, 슬롯에는 콤브 유닛(400)이 장착된다. 슬롯(252)은 도시된 바와 같이 콤브 유닛(400)에 대응하는 프로파일을 가질 것이다. 콤브 유닛(400)의 목적은 강철 와이어 또는 케이블(50)을 정렬 상태로 유지하고 중합체 유동에 원하는 배압을 생성하기 위해 감소된 유동 단면의 슬롯을 제공하여 중합체가 케이블의 와이어(50)의 개별 스트랜드에 침투하게 하는 것이다.
콤브 유닛(400)은 또한 동일 평면 강화 어레이의 생산을 가능하게 하도록 구성된다. 이것은 케이블의 어레이를 왜곡시키는 경향이 있는 교차 유동을 제어하고 제한함으로써 성취된다. 특히, 콤브 유닛(400)은 교차 유동을 방지하는 발산 출구 채널(402)을 포함한다.
다른 제1 러너 플레이트(240)와 콤브 플레이트(250) 사이에는 케이블(50)이 제1 중합체 유동과 결합되어 그 안에 매립되는 제1 결합 챔버 또는 구역이 형성된다.
제2 중합체 유동에 대한 입구 러너 배열의 세부사항이 도 16d 및 16e에 도시되어 있다. 제2 입구 러너(260)는 입구(212)로부터 한 쌍의 제2 러너 플레이트(262 및 264) 사이에 형성된 러너까지 제2 중합체의 유동을 제공한다. 도 16d에 도시된 바와 같이, 제2 러너 플레이트(262)는 1차 중합체 및 강화 와이어 또는 케이블(50)을 포함하는 압출물 섹션의 폭을 가로 질러 균일한 유동을 제공하도록 발산하는 유동 영역 또는 매니폴드를 한정하는 전방면(268) 상의 오목한 부분(266)을 갖는다. 제2 입구 러너(260)는 평평한 플레이트인 제2 러너 플레이트(264)에 의해 완성된다. 제1 중합체에 대해, 제2 입구 러너(260)는 2차 중합체의 적절한 공급 소스, 예로서 스크류 압출 기계 등에 연결될 수 있다.
제2 입구 러너 오목부 또는 매니폴드(266)는 하부 요소(272)에 의해 또한 한정되는 제2 결합 구역 또는 챔버(270)로 개방된다. 하부 요소(272)는 제1 및 제2 부분(274, 276)을 포함하고; 이들 부분(274, 276) 중 하나가 챔버(270)의 일부를 형성하기 때문에, 세정을 용이하게 하기 위해 2개의 부분(274, 276)이 제공된다. 도시된 바와 같이, 제2 부분(276)은 278에서 오목화되어 280으로 표시된 슬라이더 직물의 웨브가 그 안으로 견인될 수 있는 슬롯을 형성한다. 제1 부분(274)은 제2 부분(276)으로부터 적어도 소정 정도 열적으로 격리되어 슬라이더 직물로의 열 전달을 감소시킬 수 있다. 비교적 차가운 슬라이더 직물과 접촉하기 전에 중합체의 온도를 증가시키는 것은 압출물에서 이들 구성요소의 접착을 촉진시킬 수 있다.
도 16e 및 도 16f를 참조하면, 압출물은 제1 및 제2 하부 다이 블록(284, 286)을 포함하는 출구 구역(282)으로 통과한다. 이들 다이 블록(284, 286)은 압출물 지지 블록(290)이 장착되는 채널(288)을 형성한다. 이 블록(290)에는 냉각제 유동을 위한 개구(292)가 제공된다. 냉각제는 물 또는 기름일 수 있다. 또한, 압출물 지지 블록(290)은 하부 블록(284, 286)으로부터 압출물 지지 블록(290)으로의 열 전달을 감소시키도록 하부 다이 블록(284, 286)으로부터 이격되도록 장착될 수 있다. 세라믹 코팅도 사용될 수 있다.
일부 예에서, 냉각 블록(290)은 강철로 형성될 수 있다. 다른 예에서, 냉각 블록(290)은 CELAZOLE™ 또는 TORLON™과 같은 고온 플라스틱으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 고온 플라스틱은 일반적으로 열용량 및 열 전달 계수가 상대적으로 낮기 때문에 다이의 슬라이더 직물로 전달되는 열이 적다. 그러나, 그 저렴한 각각의 제조 비용 및 마모 특성 때문에 강철이 냉각 블록(290)에 바람직한 재료일 수 있다.
압출물을 지지하는 슬라이더를 안내하는 것을 돕기 위해, 압출물 지지 블록(290)의 상부 표면에는 2개의 얕은 직사각형 슬롯 또는 안내부(294)가 제공될 수 있다. 도 16e에 도시된 바와 같이, 블록(290)의 측면 에지는 안쪽으로 경사져서, 슬라이더 직물(280)의 측면 에지가 점진적으로 접히고 용융 열가소체의 에지 둘레로 롤링되게 한다.
도 16d는 2차 중합체 유동과 직물이 추가되는 다이의 위치를 보여준다. 2차 중합체는 매니폴드에서 강화재 및 1차 중합체 위로 펼쳐진다. 직물(280)은 하부로부터 다이에 들어가고 결합된 중합체 및 강화재 어레이 아래로 끌어올려진다. 직물은 낮은 온도에서 다이에 공급되며 용융물 또는 다이 온도인 약 50 ℃ 보다 현저히 낮을 수 있다. 이는 직물이 프로세스에서 달성할 수 있는 최대 온도를 제한한다. 직물은 다이 바로 외부에 급송 장치를 제공함으로써 사전수축되고 사실상 제로 인장 상태서 공급될 수 있다. 적절한 슬라이더 전처리의 추가 세부사항은 2007 년 9 월 10 일자로 출원된 "Method And Apparatus For Pretreatment Of A Slider Layer For Extruded Composite Handrails"라는 명칭의 미국이 특허 출원 제60/971,156호 및 2008 년 9 월 10 일자로 출원된 대응 국제 출원 번호 PCT/CA2008/001600을 참조로 제공된다.
도 16d 및 도 16f를 참조하면, 출구 구역(282)을 완성하기 위해, 상부 다이 블록(296)이 제1 출구 다이 블록(284) 위에 장착되고, 한 쌍의 상부 다이 블록(297 및 298)이 제2 하부 다이 블록(286) 위에 장착된다.
상부 다이 블록들(296, 297, 298)은 예로서 간격이 제공됨으로써 하부 다이 블록들(284, 286)과 적어도 소정 정도 열적으로 격리될 수 있고, 이들은 차례로 압출물 지지 블록(290)에 관하여 이격 또는 다른 방식으로 열적으로 격리된다. 상부 다이 블록(296, 297, 298)은 밴드 히터(band heater)에 의해 가열되어 압출된 열가소성 중합체를 원하는 온도로 유지할 수 있다. 어떠한 열 격리도 결코 완벽하지 않으며 기껏해야 단지 열 전달을 줄이는 것일 뿐임을 이해할 것이다.
케이블 맨드릴(300)은 도 17a 내지 도 17e에 도시된다. 전술한 바와 같이, 이는 원통형 플러그(302) 및 플랜지(304)를 포함한다. 플러그(302) 내에는 내부 보어(306)가 있다.
원통형 플러그(302)의 단부에는 복수의 작은 보어(308)가 공통 평면에 제공된다. 이들 보어(308) 각각은 작은 직경의 부분 및 더 큰 직경의 부분을 갖는다. 얇은 벽의 표피하 강철 튜브(310)는 보어(308)의 더 작은 직경의 섹션에 장착된다. 강철 튜브(310)는 필요에 따라 개별적으로 교체될 수 있다.
도시된 바와 같이, 실린더 플러그(302)의 전방은 약간 돌출된 릿지 섹션(312)을 나타내며, 튜브(310)의 단부는 이 릿지 섹션(312)의 상부로 개방된다.
다이 조립체(200)의 구성요소를 조립하기 위해, 공지된 방식으로, 조립 목적으로 나사형, 평평한 또는 다른 방식의 적절한 보어가 제공될 수 있다.
콤브 유닛(400)은 도 18a 내지 도 18d에 상세히 도시된다. 콤브 유닛(400)은 본질적으로 제1 및 제2 직사각형 블록(404, 406)을 포함한다. 발산 출구 채널(402)은 제2 직사각형 블록(406)의 상부 표면 상에 제공되고, 그 이외에는 블록(404, 406)의 상부 표면은 동연적으로(coextensive) 존재한다.
중간에, 그리고, 제1 직사각형 블록(404)의 상부 표면까지 연장되도록, 콤브 섹션(410)이 있다. 이 콤브 섹션(410)은 직사각형 슬롯(412, 414)에 의해 한정된다. 슬롯(412)은 콤브(410)의 외부 섹션을 향해 제공될 수 있고 콤브 섹션(410)의 전체 깊이를 통해 연장될 수 있다.
콤브 섹션(410)의 중간에서, 슬롯(414)이 콤브 섹션(410)을 통해 부분적으로 연장하고, 그 아래에는 도 18c 및 18d에 가장 잘 도시된 바와 같이 2개의 수평 슬롯 또는 개구(416)가 있다. 이 예에서, 총 28개의 슬롯에 대해 18개의 슬롯(414)과 10개의 슬롯(412)이 있다. 이 예에서는 이십(20)개의 강철 케이블 또는 와이어(50)가 있으며, 이들은 상부 수평 개구(416)를 통과하여 이들을 하나의 평면에 유지시킨다.
제1 중합체는 제1 러너 플레이트(220)를 통해 전달되고 다른 경우에는 강철 케이블(50)에 의해 점유되지 않는 슬롯(412, 414) 및 슬롯 개구(416)를 통과하도록 강제된다. 이는 배압을 발생시키고 중합체 또는 열가소체를 각 와이어, 케이블 또는 신장 억제자(50)의 개별 스트랜드 사이의 간극으로 밀어 넣는 역할을 할 수 있다.
이 설명된 예는 20개의 케이블을 가지며 총 28개의 슬롯(412, 414)이 제공되지만, 이들 숫자는 필요에 따라 변할 수 있음을 알아야 한다. 또한, 이러한 배열은 다른 유형의 신장 억제자를 수용하도록 변형될 수 있다. 예로서, 강철 테이프 신장 억제자의 경우, 이러한 신장 억제자를 수용하기 위해 하나의 단일 수평 슬롯이 필요하다. 일부 용례의 경우 강철 케이블이 이미 매립되어 있는 성형된 열가소체 스트립을 형성하기 위해 먼저 압출 기계를 통해 강철 케이블을 통과시키는 것이 바람직한 것으로 판명될 수 있다. 이러한 열가소체 스트립은 일반적으로 단면이 직사각형이며, 강철 테이프 신장 억제자와 거의 동일한 방식으로 완전한 핸드레일 단면을 압출하기 위해 적합한 압출 장치에 공급된다.
사용시, 강철 케이블(50)은 먼저 도 14에 도시된 바와 같이 접착제, 예로서 개질 에폭시 접착제를 이들에 제공하도록 또는 유사한 기술로 처리될 수 있다. 강철 케이블(50)은 그후 케이블 맨드릴(300)의 튜브(310)에 공급된다. 동시에, 제1 중합체는 제1 러너 플레이트(220)에 공급되고 채널(226)을 통해 결합 챔버(234)로 전달되며, 이는 케이블(50)의 각 측면 둘레로 흘러서 열가소체 유동 내에 케이블(50)을 매립한다.
결합된 강철 케이블 및 열가소체 유동은 그 후 콤브 유닛(400)의 콤브 섹션(410)을 통과한다. 콤브 섹션(410)의 제한된 유동 단면은 케이블(50)의 개별 스트랜드 사이의 공간 또는 간극으로 열가소체를 강제 또는 가압하는 역할을 할 수 있는 상당한 배압을 야기할 수 있다.
콤브 유닛(400)을 통과한 후, 강철 케이블(50)을 갖는 제1 열가소체 유동은 제2 결합 챔버 또는 구역(270)에 진입하고, 여기서 제2 중합체 유동이 공급되어 압출물 상에 상부 층을 형성하며, 이 제2 중합체 유동은 제2 입구(212)로부터 그리고 제2 입구 러너(260)를 통해 공급된다.
유동이 압출물 지지 블록(290)을 통과함에 따라, 슬롯(278)을 통해 도입된 직물 웨브(280)와 만나고, 이들은 출구 구역(282)에서 결합된다.
전체 다이 조립체(200)는 표준 밴드 히터로 균일하게 가열될 수 있고, 온도는 예로서 175 ℃와 210 ℃ 사이에서 제어된다. 냉각된 블록(290) 아래의 다이(284, 286)의 두 부분은 가열될 필요가 없으며, 이들의 상부 최종 다이 부분과의 접촉이 최소화될 수 있다. 열은 상부로부터만 다이의 최종 구역에 가해질 수 있다. 이는 용융 중합체와 접촉하는 다이 부분과 직물과 접촉하는 냉각된 블록 사이에서 가능한 가장 큰 온도 차이를 가능하게 한다. 도시된 바와 같은 구성을 사용하면 냉각된 블록(290)이 75 ℃ 미만의 온도로 유지될 수 있게 하고, 다이의 잔여부는 200℃이다. 용융 중합체와의 접촉은 여전히 온도 상승을 일으키지만, 이것은 냉각 구역이 없는 경우 보다 훨씬 적다. 이 설정을 사용하여 다이의 직물 신장을 4 % 미만으로 제어할 수 있다.
예시적인 온도 및 다른 파라미터가 주어졌지만, 이러한 온도 및 다른 파라미터는 사용된 재료의 특성 및 다른 파라미터에 따라 변화될 수 있음을 이해할 것이다.
완성된 압출물은 최종 개구(204)를 통해 다이를 빠져나가고, 이전의 도면에 도시된 바와 같이 지지 맨드릴로 통과할 수 있다.
원하는 형상을 형성하기 위한 압출물의 추가 처리, 예로서, 맨드릴 상에서의 압출된 핸드레일로의 성형은 전술한 바와 같이 이루어질 수 있다. 맨드릴 또는 성형기는 다이에 고정될 필요는 없으며, 다이 조립체와 맨드릴 사이에 약간의 상대적인 변위를 제공하는 것이 가능하다.
도 19a, 도 19b 및 도 19c를 참조하면, 출구 다이 블록(284 및 286)은 서로 일체로 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 다이 블록(284, 286)은 베이스 부분(320) 및 측면 부분(321, 322)을 가지며, 이들은 서로 거울상 이미지일 수 있다. 각각의 측면 부분(321, 322)은 상이한 높이의 2개의 외부 부분(324, 326)을 포함한다. 외부 부분(324, 326) 내부에는 경사 부분(328)과 내부 부분(329)이 있다. 경사진 부분(328) 및 내부 부분(329)은 도 20a 및 도 20b와 관련하여 이하에서 상세히 설명되는 압출물 지지 블록(290)의 프로파일과 일치하도록 구성된다.
도 20a 및 도 20b를 참조하면, 압출물 지지 블록(290)은 일반적으로 평면형이고 슬라이더 직물(280)을 지지하기 위한 대체로 평평한 중앙 표면(330)을 포함한다. 332에 도시된 바와 같이, 둥근 에지가 제공되어 슬라이더 직물(280)이 슬롯(278)을 통해 평평한 상부 또는 중앙 표면(330) 상으로 자유롭게 통과할 수 있게 한다.
지지 블록(290)은 출구 다이 블록(284, 286)의 부분(328, 330)과 합치되도록 구성된 측면을 갖는다. 따라서, 압출물 지지 블록(290)은 각각의 측면 상에 제1 짧은 평면 측면(334), 경사 측면 표면 부분(336) 및 인셋(inset) 평면 측면 부분(338)을 포함하고, 평면 측면 부분(334, 338)은 모두 서로 평행하다.
측면 부분(334, 336, 338)은 각각의 측면에서 상부 립(340)을 형성하도록 상향 연장된다. 각각의 상부 립(340)의 내부 면(342)은 일반적으로 수직 상부 부분 및 상부 표면(330)으로 매끄럽게 병합되는 둥근 하부 부분을 포함한다. 평면에서 보면, 립(340) 각각은 다이의 축에 평행하게 정렬된 경사 섹션 및 직선 섹션을 갖는다. 이 구성은 슬라이더 직물(280)의 에지가 압출물 주변으로 점진적으로 접히게 하기 위한 것이다.
도 20b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 압출물 지지 블록(290)의 하부에는 일련의 좁은 리브(346)가 제공되고, 그래서, 출구 다이 블록(284, 286)에 장착될 때 접촉 면적이 최소화되어 적어도 다이의 다양한 요소 사이의 전도에 의한 열 전달을 감소시키는 경향이 있다. 냉각제 유동을 위한 개구(292)가 다시 도 20a에 도시되어 있다.
도 21a, 도 21b 및 도 21c를 참조하면, 다이 블록(296, 297 및 298)은 유사하게, 유사한 유닛으로 형성된다. 도 21c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 슬롯(350)은 블록(296, 297) 사이에서 부분적으로 연장된다. 여기서, 블록(284, 286)은 측면 상의 슬롯 및 그 하부에 의해 실질적으로 분리되어 있다.
블록(296, 297, 298)의 상부 표면은 대체로 평면이다. 측면을 따라, 가장 전방의 블록(297, 298)은 대체로 유사한 섹션의 돌출부(352 및 353)를 도시하고, 가장 후방의 블록(296)은 더 작은 깊이의 돌출부(354)를 나타낸다. 돌출부(352, 353, 354)는 각 측면에서 서로 거울상인 것을 이해할 것이다.
그 다음, 블록(296, 297, 298)은 아래로 돌출하고 각 측면 상에 일반적으로 공통의 외부 측면 표면(356)을 제공하는 전체가 358로 표시된 중앙 부분을 갖는다.
가장 후방의 블록(296)의 중앙 부분(358)은 압출물 지지 블록(290)의 후방 부분에 대응하는 프로파일을 갖는다. 이는 경사 에지(360)를 포함한다. 중앙 표면(362)은 중앙 부분(358)의 전방을 향해 위쪽으로 연장하고, 경사진 측면 표면(364)은 소정 각도로 중앙 표면(362)과 만난다. 외부 측면 표면(366)은 공통 평면에 있고, 중앙 표면(362) 보다 작은 각도로 상향 경사진다. 외부 측면 에지 표면(368)이 제공된다. 얕은 홈(370)은 슬라이더 직물의 상부 에지를 안내하는 것을 돕기 위해 제공된다. 중앙 표면(362) 내에서, 도 21b의 372에 그 프로파일이 가장 잘 나타나는 둥근 표면(370)의 시작 부분이 있다.
둥근 표면(370)은 블록(297)의 중앙 부분에 374로 표시된 바와 같이 계속된다. 이 블록(297)은 대체로 수직한 짧은 측면 표면(376)을 포함하고, 측면 표면(374)에 하향으로 그리고 평행하게 돌출하며, 각 측면 상에 좁은 돌출부(378)를 포함한다. 돌출부(378)는 역시 슬라이더 직물의 측면 에지를 안내하는 것을 돕는 것을 목적으로 한다.
최전방 다이 블록(298)은 역시 둥글고 에지(372)에 의해 도시된 형상을 따르는 중앙 표면을 갖는다. 좁은 돌출부(378)는 다이 블록(298) 내로 계속되고 다이 블록(298)으로부터의 출구 전에 종결되므로 압출물은 다이로부터 나오기 전에 그 최종 프로파일을 채택할 수 있다.
도 22a, 도 22b 및 도 22c를 참조하면, 다른 케이블 맨드릴(500)은 원통형 플러그 부분(502)(도 16a에 도시된 원통형 보어(224)와 매칭됨)을 구비하고, 케이블 맨드릴(500)을 제1 러너 플레이트(220)(도 16a)에 볼트 결합하기 위해 원형 플랜지(504)를 포함한다. 플러그(502) 내에는 내부 보어(506)가 있다. 원통형 플러그(502)의 단부에는 복수의 작은 보어(508)가 공통 평면에 제공된다. 튜브(510)는 보어(508)의 더 작은 직경의 섹션에 장착된다. 각각의 튜브(510)는 내부 치수(514) 및 그의 상류 단부와 하류 단부 사이에서 연장되는 길이(516)를 갖는 채널 또는 통로를 한정한다. 도시된 예에서, 각각의 튜브(510)는 대체로 원통형인 것으로 도시되어 있으며, 따라서, 내부 치수(514)는 튜브(510)의 내경이다.
튜브(510)는 케이블(50)(또한 도 3 및 도 8e에도 도시됨)을 반송하기 위한 편리한 수단을 제공하며, 손상되거나 마모된 경우 필요에 따라 개별적으로 교체될 수 있다. 일부 특정 예에서, 튜브(510)는 304 스테인레스 강철, 16-게이지, 얇은 벽, 표피하 튜빙(예로서, 테네시 주 플레전트 힐의 Ziggy's Tubes and Wires Inc.로부터 입수된 부품 번호 16T304-36)으로 형성될 수 있다.
케이블(50)은 튜브(510)에 공급되고, 제1 중합체는 제1 러너 플레이트(220)에 동시에 공급되고 결합 구역으로 전달되며, 그 곳에서, 케이블(50)의 각 측면 둘레로 유동하여 케이블(50)을 열가소체 유동 내에 매립하여 복합 압출물을 형성한다. 각각의 튜브(510)의 길이(516)에 따라, 온도는 상류 단부를 향해 감소한다. 이 온도차에 의해, 열가소체는 상류 단부 및 하류 단부의 중간에서 하류 단부 외부로 케이블(50)에 의해 연속적으로 추진되기에 충분히 점성적이며, 튜브(510)의 상류 단부에 결코 도달하지 않는다.
튜브(510)가 케이블 맨드릴(500)에 장착된 것으로 도시되어 있지만, 케이블 맨드릴을 구비하지 않고 튜브를 구현하는 것이 가능할 수 있다. 예로서, 튜브는 러너 플레이트(240)(도 16b에 도시됨)와 직접적으로 일체화될 수 있다. 이는 플러그 부분(502)의 정합 표면과 원통형 보어(224) 사이에 허용 가능한 공차를 보장하는 것을 포함하여 맨드릴과 관련된 문제점을 피할 수 있다.
압출 프로세스에서, 높은 용융물 압력(예로서, 1800 내지 2800 psi)이 케이블(50)의 입구의 하류에서 케이블(50)에 완전히 침투하는 것이 필요할 수 있다. 본원에 설명된 바와 같이, 열가소체의 이러한 침투는 열가소체, 바람직하게는 내마모성 열가소성 폴리우레탄의 층으로 개별 스트랜드를 분리시킴으로써 케이블(50)의 수명을 증가시킬 수 있고, 이는 사용 중에 개별 스트랜드가 쓸림(galling) 및 마모되는 것을 방지하거나 적어도 감소시키는 것을 돕는다. 스트랜드가 사용중에 접촉하게 되면 이들은 마손될 수 있고, 강철 파편이 산화됨에 따라 케이블 구조의 마모 및 왜곡에 의한 인장 강도의 점진적인 소실을 유발할 수 있다. 열가소체의 높은 침투력은 에스컬레이터 핸드레일에서 신장 억제자로서 사용될 수 있는 케이블 유형으로 이 고장 모드를 없애거나 적어도 감소시키는 것으로 도시되어 있으며; 예로서, 3 스트랜드 0.20 +/- 0.01 mm 및 6개의 외부 스트랜드 0.36 +/-0.01 mm의 코어를 갖는 황동 도금된 고강도 강철 코드이다.
콤브 유닛(400)(도 18a 내지 도 18d에 도시됨) 또는 제한된 유동 단면의 다른 요소에 의해 달성될 수 있는 이러한 고압은 튜브(510)의 하류 단부에서 용융물에 진입할 때 케이블(50)의 압축을 초래한다. 길이(516)에 따라, 케이블(50)의 느슨한 외부 스트랜드 또는 권선은 열가소체의 유동에 대해 진행될 수 있으며 결국 튜브(510)의 상류 단부에서 포획될 수 있다. 이들 느슨한 권선은 케이블 또는 심지어 툴링 손상을 초래할 수 있는 튜브(510)로의 진입구에서 계속 축적될 수 있다. 외관에 기초하여, 이 현상은 "버드케이징(birdcaging)"(또는 다르게는 "슬리빙(sleaving)")이라고 지칭될 수 있다.
버드케이징을 제어하는 한 가지 방법은 케이블 진입 이후 배압을 최소화하는 것이다. 그러나, 본원에 설명된 이유들로 인해, 높은 용융 압력이 바람직하므로, 배압을 최소화하는 것은 핸드레일 압출에 대한 실용적인 옵션이 아닐 수 있다. 버드케이징을 제어하는 다른 방법은 케이블 인장을 높이는 것이지만, 높은 인장은 단면이 비교적 두꺼우므로 핸드레일 압출에 문제를 유발할 수 있고, 인장의 작은 차이가 케이블이 평면을 벗어나게 할 수 있다.
튜브(510)가 충분한 길이를 갖는 경우, 이들은 버드케이징의 발생을 방지하거나 적어도 감소시킬 수 있는 것으로 결정되었다. 충분한 길이에서, 각각의 튜브(510)는 움직임을 방해하기에 충분한 저항을 제공하여 임의의 느슨한 권선이 튜브(510)의 하류 단부를 향하여 지속적으로 전방으로 추진되고 튜브(510)의 상류 단부에 도달하지 않을 수 있게 한다. 튜브(510)는 느슨한 권선을 규제하여 이완에 대한 더 큰 저항을 생성함으로써 열가소체 유동 하류가 아닌 상류로 추진하게 함으로써 이를 수행할 수 있다. 이것은 상대적으로 낮은 케이블 인장과 높은 다이 압력에서 유효한 것으로 밝혀졌다.
튜브(310)(도 17a, 도 17b, 도 17d, 도 17e에 도시됨)와 비교하여, 튜브(510)의 길이(516)는 실질적으로 연장되어 있다. 일부 예에서, 튜브의 길이(516)는 케이블 직경(518)의 200 내지 300배일 수 있다. 예로서, 케이블 직경이 1.1 mm인 경우, 튜브(510)의 길이(516)는 220 내지 330 mm일 수 있다.
또한, 더 큰 튜브 디자인은 케이블이 미소하게 개방되고 느슨한 외부 권선을 수용할 수 있게 하는 것으로 판명되었다. 일부 실시예에서, 튜브(510) 각각은 케이블(50)의 케이블 직경(518) 보다 20 내지 30 % 큰 내부 치수(514)를 가질 수 있다. 이것은 충분한 길이(516)와 연계하여, 버드케이징의 발생을 방지하거나 적어도 감소시킬 수 있다. 다른 예에서, 비균일 단면을 갖는 튜브를 구현하여 상류 단부에서 크게(예로서, 케이블 직경 보다 40 내지 50 % 큰 내경) 시작하고, 하류 단부(예로서, 케이블 직경 보다 15 내지 20 % 큰 내경을 가짐)를 향해 점진적으로 테이퍼지게할 수 있다. 또 다른 예에서, 원통형이 아니며 정확하게 원형이 아닌 단면을 갖는 튜브를 구현하는 것이 가능할 수 있다. 다양한 구성이 가능하다.
출원인의 교시가 다양한 실시예들과 관련하여 기술되었지만, 출원인의 교시가 그러한 실시예들에 한정되도록 의도되지는 않는다. 본 출원인의 교시는 본 기술 분야의 숙련자에게 자명한 바와 같이 다양한 대안, 변형 및 균등물을 포함한다.

Claims (34)

  1. 균일한 단면의 물품을 압출하는 방법이며, 물품은 열가소성 재료 및 물품의 신장을 억제하기 위한 적어도 하나의 케이블을 포함하고, 상기 방법은
    각각의 적어도 하나의 튜브에 적어도 하나의 케이블을 공급하는 단계로서, 튜브는 상류 단부 및 하류 단부, 상류 단부와 하류 단부 사이에서 연장되는 길이, 그리고 내부 치수를 포함하는, 단계,
    케이블을 상류 단부와 하류 단부 사이에서 튜브를 통해 반송하는 단계,
    튜브의 하류 단부에 열가소성 재료를 공급하는 단계,
    열가소성 재료를 케이블과 함께 모아서 열가소성 재료 내에 케이블을 매립하고 이에 의해 복합 압출물을 형성하는 단계, 및
    복합 압출물을 냉각 및 응고시키는 단계를 포함하며,
    튜브의 길이 및 내부 치수는 튜브의 하류 단부로부터 상류 단부를 향한 케이블의 느슨한 권선의 이동을 방해하도록 선택되고,
    반송하는 단계에서, 케이블은 케이블의 직경의 적어도 200배인 길이를 갖고 케이블의 직경 보다 적어도 20% 큰 내부 치수를 갖는 튜브를 통해 안내되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 반송하는 단계에서, 케이블은 케이블의 직경의 200 내지 300배인 길이를 갖는 튜브를 통해 안내되는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반송하는 단계에서, 적어도 하나의 케이블은 케이블의 직경 보다 20 내지 30% 큰 내부 치수를 갖는 튜브를 통해 안내되는, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 반송 단계에서, 튜브의 내부 치수는 상류 단부와 하류 단부 사이에서 균일한, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 반송 단계에서, 적어도 하나의 튜브는 원통형이며 내부 치수는 적어도 하나의 튜브의 내경인, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 두 개의 분배 덕트를 통하여, 적어도 하나의 케이블의 대향한 측면들 상의 2개의 분리된 유동으로서 열가소성 재료를 공급하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 복합 압출물을 형성하는 단계는, 규제된 유동 단면을 갖는 요소를 통해 열가소성 재료 및 적어도 하나의 케이블을 통과시켜 배압을 발생시킴으로써 열가소성 재료가 적어도 하나의 케이블 내로 침투하게 하도록 하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 물품은 핸드레일인, 방법.
  9. 균일한 단면의 물품을 압출하는 장치이며, 물품은 열가소성 재료 및 물품의 신장을 억제하기 위한 적어도 하나의 케이블을 포함하고, 상기 장치는
    적어도 하나의 케이블을 각각 반송하기 위한 적어도 하나의 튜브로서, 튜브는 상류 단부 및 하류 단부, 상류 단부와 하류 단부 사이에서 연장되는 길이, 및 내부 치수를 포함하는, 적어도 하나의 튜브,
    열가소성 재료용 입구, 및
    튜브의 하류 단부 및 입구와 연통하는 결합 구역을 포함하며,
    케이블은 상류 단부와 하류 단부 사이에서 튜브를 통해 반송되고,
    케이블은 결합 구역에서 열가소성 재료에 매립되고,
    튜브의 길이 및 내부 치수는 튜브의 하류 단부로부터 상류 단부를 향한 케이블의 느슨한 권선의 이동을 방해하도록 선택되고,
    튜브의 길이는 케이블의 직경의 적어도 200배이고 튜브의 내부 치수는 케이블의 직경 보다 적어도 20% 큰, 장치.
  10. 제9항에 있어서, 튜브의 길이는 케이블의 직경의 200 내지 300배인, 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 튜브의 내부 치수는 케이블의 직경 보다 20% 내지 30% 큰, 장치.
  12. 제11항에 있어서, 튜브의 내부 치수는 상류 단부와 하류 단부 사이에서 균일한, 장치.
  13. 제12항에 있어서, 적어도 하나의 튜브는 원통형이며 내부 치수는 적어도 하나의 튜브의 내경인, 장치.
  14. 제13항에 있어서, 적어도 하나의 튜브는 케이블 맨드릴에 장착되고, 케이블 맨드릴에 고정된 러너 플레이트를 포함하며, 러너 플레이트는 열가소성 재료를 결합 구역에 전달하기 위해 적어도 하나의 채널을 포함하는, 장치.
  15. 제14항에 있어서, 러너 플레이트에 고정된 콤브 플레이트를 포함하며, 콤브 플레이트는 적어도 하나의 케이블내로 열가소성 재료의 침투를 야기하는 배압을 생성하기 위해 감소된 유동 단면의 슬롯을 포함하는, 장치.
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  29. 균일한 단면의 물품을 압출하는 방법이며, 물품은 열가소성 재료 및 물품의 신장을 억제하기 위한 적어도 하나의 케이블을 포함하고, 상기 방법은
    적어도 하나의 케이블을 각각의 채널을 통해 반송하는 단계,
    채널의 하류 단부에 열가소성 재료를 공급하는 단계,
    열가소성 재료를 케이블과 함께 압력하에 모아서 열가소성 재료 내에 케이블을 매립하고 이에 의해 복합 압출물을 형성하는 단계, 및
    케이블의 직경의 200 내지 300배인 채널의 길이 및 케이블의 직경 보다 20 내지 30% 큰 내부 치수를 선택하여 케이블의 느슨한 권선이 채널의 하류 단부로부터 상류 단부를 향하여 이동하는 것을 방해하는 단계를 포함하는, 방법.
  30. 제7항에 있어서, 배압은 1800 내지 2800 psi인, 방법.
  31. 제29항에 있어서, 반송하는 단계에서, 튜브의 내부 치수는 상류 단부 및 하류 단부 사이에서 균일하고, 또한 적어도 하나의 튜브는 원통형이며 내부 치수는 적어도 하나의 튜브의 내경인, 방법.
  32. 제29항에 있어서, 반송하는 단계에서, 튜브의 내부 치수는 상류 단부 및 하류 단부 사이에서 불균일하고, 튜브의 내부 치수는 하류 단부보다 상류 단부에서 더 큰, 방법.
  33. 제29항에 있어서, 복합 압출물을 형성하는 단계는, 규제된 유동 단면을 갖는 요소를 통해 열가소성 재료 및 적어도 하나의 케이블을 통과시켜 배압을 발생시킴으로써 열가소성 재료가 적어도 하나의 케이블내로 침투하게 하도록 하는것을 포함하는, 방법.
  34. 제29항에 있어서, 배압은 1800 내지 2800 psi인, 방법.
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