KR102672502B1 - 경질 pvc관 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 경질 PVC관 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 핸들부를 구비한 사이징 금형과 회전롤러를 구비한 진공 냉각장치를 포함하는 경질 PVC관 제조장치에 관한 것이다.
본 발명은 사이징 장치의 금형의 내경 및 외경을 볼트가 아닌 핸들부로 조절을 하기 때문에 정교한 직경 조절을 간편하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 진공냉각장치에 회전롤러와 높이 조절부를 구비하여 진공 냉각장치 내부에서 냉각과 동시에 PVC관의 인출이 가능하고, 금형의 내경 및 외경의 조절에 따라 변경된 PVC관과 같은 높이로 진공 냉각장치를 세팅하여 불량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

경질 PVC관 제조장치{Manufacturing Apparatus for Unplasticized PVC Pipe}
본 발명은 경질 PVC관 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 핸들부를 구비한 사이징 금형과 회전롤러를 구비한 진공 냉각장치를 포함하는 경질 PVC관 제조장치에 관한 것이다.
PVC는 무색 투명하고 강한 재료이나 가소제를 가하면 연하게 되고 부드러운 것이 된다. 가소제를 첨가하여 연하고 부드럽게 된 제품을 연질 PVC라고 하고, 가소제를 넣지 않은 것을 경질 PVC라고 한다. 경질 PVC는 가소제를 전혀 넣지 않거나, 약 10% 이하의 가소제를 혼합하여 배관자재, 창틀, 창문 등과 같은 단단한 제품을 만드는데 사용된다. 경질 PVC관은 고분자 중합체인 염화비닐 분말에 열안정제, 착색제, 윤활제 등을 첨가하여 약 200~240℃ 정도로 가열하면서 압출성형에 의해 제조되고, 이는 금속관에서 볼 수 없는 우수한 성질이 있으며, 그 특성으로는 내식성(내산성, 내알카리성), 내약품성, 내유성이 우수하고, 가볍고, 강인하며, 관의 마찰저항이 적고, 전기 절연성이 우수하여, 화재의 위험이 적으며, 금속관처럼 빨리 동결되지 않게 되고, 배관가공이 용이하며, 저렴하고, 시공비가 적게 들며, 금속관에 비해 차음 효과가 크며, 다양한 색상의 제품 생산이 가능하다.
PVC관의 압출 공정은 1) 생산 공정 원료와 첨가제를 준비하는 단계, 2) 준비된 원료를 혼합하는 단계, 3) 혼합된 원료를 스크류 압출기로 압출하는 단계, 4) 사이징 장치로 압출 성형하는 단계, 5) 진공장치에 의한 냉각 단계, 6) 냉각된 PVC관을 절단하는 단계, 7) 완제품을 검사 포장하는 단계로 나뉜다.
PVC관은 폴리염화비닐을 주원료로 하고 다른 부원료를 혼합하여 만든다. PVC 합성수지의 부원료들은 안정제, 색소, 윤활제, 보조제, 충진제(fillers) 등이 있다. PVC 화합물에 사용되는 부원료들은 PVC관에 필요한 성질을 갖추도록 발전되었다. PVC관의 압출과정에서 PVC 화합물은 스크류를 가진 압출기에 주입된다. 재료는 스크류에 의한 펌핑작업으로 압출기 선단에 운반된다. 압출기를 통하여 재료를 전달하고 온도와 압력을 조절하면 드라이 파우더로부터 점착성 플라스틱 물질로 전환된다. 최종생산물인 관에 필요한 특성을 부여하기 위해서는 이 과정이 주의깊고 정확하게 조절되어야 한다. 연화(plasticating)과정이 끝나고 녹아있는 플라스틱으로부터 휘발성이 제거되면, 플라스틱은 2,000~5,000 psi의 압력하에서 파이프 형태의 금형 안으로 압출된다. 압출 금형 안에서 뜨거운 플라스틱 재료는 원통 모양으로 계속해서 형성된다. 배출기 구멍을 통해 압출기 금형에서 나올 때의 재료의 온도는 약 200℃로서 신축성이 있으며 최종 생산물로 만든 다음 고체 상태로 식혀진다. 제조공정이 완료되면 최종 파이프는 생산품의 품질조사와 품질보증검사를 받는 장소로 옮겨진다
PVC관 제조라인의 압출성형 단계에서 융해된 PVC 원료가 밀려 나오는 금형의 헤드가 볼트에 의해 두께를 조절하는 관계로 일정한 두께를 유지하기가 어려움이 있었다. 또한, 압출성형된 PVC관을 냉각시켜주는 진공장치가 완벽하지 않아 불량이 많이 발생하였는데, 이에 대한 연구가 더 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-2009006호 대한민국 등록특허공보 제10-2212545호 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0101589호 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0114886호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사이징 금형의 내경 및 외경의 조절이 용이하도록 핸들부를 구비한 PVC관 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다
또한, 본 발명은 진공 냉각장치에 회전롤러를 구비하여 PVC관의 인출이 용이한 경질 PVC관 제조장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 경질 PVC관 제조장치는 직경이 조절 가능한 내경부와 외경부를 구비하는 사이징 금형과 내부에 회전롤러를 구비하는 진공냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 경질 PVC관 제조장치는 압출 성형 장치; 상기 압출 성형 장치로부터 압출된 원료를 압출 성형하는 사이징 금형; 상기 압출 성형된 원료를 진공에서 냉각하는 진공냉각장치;를 포함하며, 상기 사이징 금형은 직경 조절이 가능한 내경부와 외경부를 구비하며, 상기 진공냉각장치는 내부에 회전롤러를 구비한다.
여기서, 상기 사이징 금형은, 상기 내경부 및 외경부의 일단에 위치하여, 상기 내경부 및 외경부의 직경이 조절되도록 기어가 구비된 기어부; 상기 내경부 및 외경부의 타단에 위치하여, 상기 기어부와 조합하여 상기 내경부 및 외경부의 직경이 조절되도록 하는 길이 조절부; 상기 기어부의 상단과 연결되어 외부의 회전력이 전달되도록 하는 내부원판; 상기 내부 원판의 상부에 위치하며 외부의 회전력이 전달될 때 고정되어 지지해주는 외부원판; 상기 내부원판과 외부원판을 연결하여 주는 연결부; 및 상기 외부원판에 연결되어 작업자가 수동으로 회전력을 만들어서 상기 내경부 및 외경부의 직경을 조절하는 핸들부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 여기서, 상기 진공냉각장치는, 성형압출된 PVC관을 냉각시켜주는 진공장치부; 상기 회전롤러를 지지하여 주는 지지부; 및 상기 지지부의 하부에는 상기 회전롤러와 지지부의 높이를 조절할 수 있는 서스펜션 방식 또는 기어 방식으로 동작하는 높이 조절부;를 포함하며, 상기 핸들부의 측면에는 상기 핸들부의 회전수 및 회전 각도를 감지하는 회전 측정부를 구비하고, 상기 높이 조절부는 상기 회전 측정부와 연동되어 상기 회전롤러와 지지부의 높이를 조절하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 사이징 장치의 금형의 내경 및 외경을 볼트가 아닌 핸들부로 조절을 하기 때문에 정교한 직경 조절을 간편하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 진공냉각장치에 회전롤러와 높이 조절부를 구비하여 진공냉각장치 내부에서 냉각과 동시에 PVC관의 인출이 가능하고, 금형의 내경 및 외경의 조절에 따라 변경된 PVC관과 같은 높이로 진공냉각장치를 세팅하여 불량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 기술에 의한 PVC관 제조장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 사이징 금형의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 사이징 금형이 핸들부의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 진공 냉각장치의 개략도이다.
하기에 나타난 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하에서, 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 ‘...부’ 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
이하에서는 본 발명의 경질 PVC관 제조장치의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 종래의 기술에 의한 PVC관 제조장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 사이징 금형의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 사이징 금형이 핸들부의 개략도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 진공냉각장치의 개략도이다. 도 2 내지 4을 참조하면, 본 발명의 경질 PVC 제조장치는 사이징 금형(200)과 진공냉각장치(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 사이징 금형(200)은 압출장치(100)에서 반죽되고 스크류에 의해 전달된 고온의 경질 PVC 반죽을 PVC관의 형태로 만들어준다. 구체적으로는, 압출장치(100)에 위치한 배합기에 PVC 레진, 복합안정제, 충진제, 내충격보강제 등을 배합할 수 있는데, 복합안정제는 스테아린산 아연, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘 중 선택되는 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 혼합된 원료가 압출기 상단 호퍼로 주입되어, 180~250℃로 유지되는 압출기 내부의 스크류에 의해 1,700~1,800 rpm 속도로 이송되면서 압출될 수 있다. 압출기 내부의 압력은 2,000~ 5,000 psi로 유지되면서 스크류로 이송되는 원료를 점착성 플라스틱 물질로 전환시키게 된다. 상기 점착성 플라스틱 물질은 사이징 금형(200)을 통과하면서 압출성형이 이루어지게 된다. 도 2 내지 도 3을 참조하면, 사이징 금형(200)은 내경부(210), 외경부(220), 기어부(230), 길이 조절부(240), 내부원판(250), 연결부(260), 외부원판(270) 및 핸들부(280)를 포함할 수 있다.
본 발명의 내경부(210)는 PVC관의 내경을 형성시켜주는 금형부재이며, 외경부(220)는 PVC관의 외경을 형성시켜주는 금형부재이다. 따라서, 외경부(220)의 반지름과 내경부(210)의 반지름의 차는 PVC관의 두께가 된다. 즉, 내경부(210)와 외경부(220)의 사이 공간인 스페이스를 통과함으로써 관 형태로 압출성형될 수 있게 된다.
본 발명의 기어부(230)는 내경부(210) 및 외경부(220)의 일단에 위치하여, 내경부 및 외경부의 직경이 조절되도록 기어가 구비될 수 있다. 또한, 본 발명의 길이 조절부(240)는 내경부(210) 및 외경부(220)의 타단에 위치하여, 기어부(230)와 조합하여 내경부(210) 및 외경부(220)의 직경이 조절되도록 할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 기어부(230)는 피니언(pinion) 기어를 구비할 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 의한 길이 조절부(240)는 래크(rack) 기어를 구비할 수 있다. 즉, 피니어 기어의 회전 운동을 래크 기어를 통해 직선 왕복 운동으로 변환할 수 있다. 본 발명의 기어부(230) 및 길이 조정부(240)의 구성은 래크 및 피니언 기어에 제한되지 않고, 물리적 작용에 의해 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 변환할 수 있는 어떠한 수단이든 사용할 있다.
본 발명의 내부원판(250)은 기어부(230)의 상단과 연결되어 외부의 회전력이 전달되도록 하고, 외부원판(270)은 내부원판(250)의 상부에 위치하며 외부의 회전력이 전달될 때 고정되어 지지해주며, 연결부(260)는 내부원판(250)과 외부원판(270)을 연결해준다. 여기서, 상기 연결부(260)는 상기 내부원판(250)과 분리 가능하게 체결될 수 있다. 따라서, 내경부 및 외경부의 직경이 조절하고 난 후에 상기 연결부(260)를 상기 내부원판(250)과 분리하여 핸들부(280)에 불필요하게 접촉하여 내경부 및 외경부의 직경의 변동을 발생하지 않게 한다.
사이징 금형(200)의 상단에는 핸들부(280)가 위치하는데, 핸들부(280)는 외부원판(270)에 연결되어 작업자가 수동으로 회전력을 만들어서 내경부(210)와 외경부(220)의 직경을 조절할 수 있게 한다. 회전 운동을 만들기 위해서는 핸들부(280)를 작업자가 지정된 회전 수만큼 회전시키면 이 회전 운동은 연결부(260)를 통해 내부원판(250)에 전달되고 기어부(230)의 기어를 회전시키고 길이 조절부(240)의 길이가 조정되면서 내경부(210)와 외경부(220)의 직경이 조절되게 된다. 여기서, 외부원판(270)는 내부원판(250) 및 연결부(260)와 다르게 회전 운동을 하지 않고 고정되어 있어 중심점 역할을 하게 된다. 예를 들어, 외부원판(270)의 내부에는 핸들부(280)의 회전 각도에 따른 내경부(210)와 외경부(220)의 직경의 환산값을 계산하는 각도 계산부를 구비하고, 상부면에 핸들부(280)의 회전 각도를 측정할 수 있게 아날로그 또는 디지털로 표시되는 디스플레이를 구비하여 작업자는 디스플레이에 나타난 핸들부(280)의 회전 각도 및 상기 각도 계산부에서 전송된 직경을 확인할 수 있다. 또한, 외부원판(270) 상부면에는 각도를 나타내는 눈금을 만들어 핸들부가 회전한 각도를 정확하게 확인하게 할 수 있다. 종래의 기술이 금형의 헤드를 볼트에 의해 조절하던 것을, 본 발명에서는 핸들부(280)를 두어 금형의 헤드 조절을 용이하고 정밀하게 행할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 외부원판(270)을 사용하지 않고 적용가능하다. 예를 들어, 상기 기어부(230)의 상단과 연결되는 내부원판(250); 상기 내부원판(250)과 연결되는 연결부(260); 상기 연결부(260) 상부에 회전 가능하게 체결된 핸들부(280);를 구비할 수 있다. 또한, 상기 연결부(260)는 상기 내부원판(250)과 분리 가능하게 체결될 수 있다.
본 발명의 진공 냉각장치(300)는 압출성형된 PVC관을 냉각시키는 장치인데, 사이징 금형(200)을 통과한 PVC 반죽은 PVC관의 형태를 유지하고 진공 냉각장치(300)를 통과하여 냉각되면서 PVC관이 완성되게 된다. 도 4를 참조하면, 진공 냉각장치(300)는 진공 장치부(310), 회전롤러(320), 지지부(330) 및 높이 조절부(340)로 구성될 수 있다.
본 발명의 진공 장치부(310)는 진공 냉각장치(300)의 내부의 PVC관이 냉각될 수 있도록 진공의 상태를 만들어주는데, 진공 장치부(310)는 진공 펌프(311)와 진공 라인부(312)를 포함할 수 있다. 진공 펌프(311)는 진공 라인부(312)로 연결된 진공 냉각장치(300) 안의 공기를 뽑아내서 진공 상태를 유지시켜준다. 진공 펌프(311)는 진공압에 의한 펌핑작용으로 유체를 강제적으로 흡입, 배출하는 유체의 강제 운반수단인데, 이와 같은 진공 펌프(311)는 마찰회전력에 의해 진공압을 발생시키는 구성으로서, 진공펌프의 내부로 모터에 의해 동력을 전달받는 임펠러(미도시)로 구성된다. 진공으로 냉각을 진행하게 되면 PVC관의 압출성형 중 생성되는 기포를 제거해줄 수 있다. 또한, 진공에 의한 균일한 냉각으로 잔류응력이 최소화됨으로써 PVC관의 물성을 향상시킬 수 있게 되고, 냉각효율 향상으로 용융된 PVC관의 열안정성이 우수해지고 열안정제의 사용량을 최소화할 수 있게 된다. 진공 냉각장치(300)에는 진공의 상태를 확인할 수 있는 투시창(미도시)과 압력계(미도시)를 구비하여 진공 상태가 제대로 유지되고 있는지 확인할 수 있다.
본 발명의 진공 냉각장치(300)는 내부에 회전롤러(320)를 구비하여 압출성형된 PVC관이 회전롤러(320)의 회전력에 의해 인출될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 회전롤러(320)는 롤러 컨베이어(roller conveyor)일 수 있다. 여기서, 롤러 컨베이어는 자유롭게 회전이 가능한 여러 개의 롤러를 이용해 물체를 운반하는 방식의 컨베이어를 지칭한다. 압출성형된 PVC관은 회전롤러(320)를 통해 인출되고 회전롤러(320)의 속도를 조절함으로써 인출되는 속도를 조절할 수 있다. 본 발명은 진공 냉각장치(300)의 내부에 회전롤러(320)를 구비함으로써 별도의 인출장치를 설치하지 않아도 되는 장점이 있다. 본 발명의 지지부(330)는 회전롤러(320)를 지지해 주는데, 지지부에는 회전롤러(320)의 회전축이 위치한다.
본 발명의 높이 조절부(340)는 지지부(330)의 하부에 위치하여 회전롤러(320)와 지지부(330)의 높이를 조절하여 준다. 사이징 금형(200)에 의해 PVC관의 내경 및 외경이 변경되는 경우 사이징 금형(200)과 연결된 진공 냉각장치(300)는 PVC관의 사이즈에 따라 회전롤러(320)와 지지부(330)의 높이를 변경시켜 진공 냉각장치(300)와 사이징 금형(200) 사이에 긴밀함을 유지시킬 수 있다. 높이 조절부(340)는 서스펜션 방식 또는 기어 방식 등 다양한 기계적 방식으로 높이 조절이 가능하다. 본 발명의 높이 조절부(340)의 높이 조절은 상기 내경부(210) 및 외경부(220)의 조절된 직경에 연계하여 조절된 직경을 감안하여 회전롤러(320) 및 지지부(330)의 높이가 조절되어야 한다. 또한, 별도의 센서를 두어 상기 핸들부(280)의 회전수를 감지하여 그 회전수만큼 높이 조절부(340)의 높이가 조절되게 할 수 있다. 예를 들어, 상기 핸들부(280)의 측면에는 상기 핸들부(280)의 회전수 및 회전 각도를 감지하는 회전 측정부를 구비하고, 상기 높이 조절부(340)는 상기 회전 측정부와 연동되어 상기 회전롤러와 지지부의 높이를 조절할 수 있어 진공 냉각장치(300) 내에서 정확한 위치에서 PVC관의 운송을 가능하게 한다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 압출장치
200 : 사이징 금형
210 : 내경부
220 : 외경부
230 : 기어부
240 : 길이 조절부
250 : 내부 원판
260 : 연결부
270 : 외부 원판
280 : 핸들부
300 : 진공 냉각장치
310 : 진공 장치부
311 : 진공 펌프
312 : 진공 라인부
320 : 회전롤러
330 : 지지부
340 : 높이 조절부
400 : 인출장치

Claims (3)

  1. 압출 성형 장치;
    상기 압출 성형 장치로부터 압출된 원료를 압출 성형하는 사이징 금형;
    상기 압출 성형된 원료를 진공에서 냉각하는 진공냉각장치;를 포함하는 경질 PVC관 제조장치이며,
    상기 사이징 금형은 직경 조절이 가능한 내경부와 외경부를 구비하며, 상기 진공냉각장치는 내부에 회전롤러를 구비하되,
    상기 내경부 및 외경부의 일단에 위치하여, 상기 내경부 및 외경부의 직경이 조절되도록 기어가 구비된 기어부;
    상기 내경부 및 외경부의 타단에 위치하여, 상기 기어부와 조합하여 상기 내경부 및 외경부의 직경이 조절되도록 하는 길이 조절부;
    상기 기어부의 상단과 연결되는 내부원판;
    상기 내부원판과 연결되는 연결부;
    상기 연결부 상부에 위치한 외부원판;
    상기 외부원판에 연결되고 회전 가능하게 체결된 핸들부;를 포함하고,
    상기 진공냉각장치는,
    성형압출된 PVC관을 냉각시켜주는 진공장치부;
    상기 회전롤러를 지지하여 주는 지지부; 및
    상기 지지부의 하부에는 상기 회전롤러와 지지부의 높이를 조절할 수 있는 서스펜션 방식 또는 기어 방식으로 동작하는 높이 조절부;를 포함하며,
    상기 핸들부의 측면에는 상기 핸들부의 회전수 및 회전 각도를 감지하는 회전 측정부를 구비하고, 상기 높이 조절부는 상기 회전 측정부와 연동되어 상기 회전롤러와 지지부의 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 경질 PVC관 제조장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
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