KR19990073391A - 펠릿형열가소성수지발포체의제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저밀도 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 열가소성수지를 펠릿(Pellet) 형태로 연속 발포성형할 수 있는 펠릿형 열가소성수지 발포체의 제조 장치에 관한 것으로, 간소하고 효율적인 구성으로 우수한 내구성 및 수명을 제공하고, 장치가동중 수지에 대한 온도관리 및 압력관리를 균일하게 할 수 있어 연속작업에도 우수한 품질의 제품을 높은 생산성으로 균일하게 지속 제조해내는 것이 가능한 펠릿형 열가소성수지 발포체의 제조 장치에 관한 것이다.

본 발명은 원통형의 몸통을 가진 다이스(1)와, 이 다이스(1)의 내부중앙에 자리하여 그 외주면과 상기 다이스(1)의 원통형 몸통 내주면 사이에 일정간격 방사상으로 배치된 복수의 수지유동로(3)들을 형성하는 토피드(2)와, 상기 각 수지유동로(3)를 따라 상기 다이스(1)의 원통형 몸통에 일정간격을 두고 반경방향으로 형성제공되어 있는 복수의 압출구멍(4)들과, 상기 다이스(1) 몸통의 반경방향 압출구멍(4)들이 형성되어 있는 부위에 다이스(1)의 길이방향을 따라 일방향이나 그 반대방향으로 왕복 진동운동을 할 수 있도록 배치되고 그 진동운동에 따라 상기 다이스(1) 몸통상의 서로 인접한 두 압출구멍(4)에 교호적으로 연통되는 복수의 구멍(6a)(6b) 쌍들을 형성구비한 작동봉(5)들과, 장치가동중 상기 작동봉(5)들을 진동운동시키기 위한 구동수단들을 포함하는 구성을 특징으로 하는 펠릿형 열가소성수지 발포체의 제조장치를 제공한다.

Description

펠릿형 열가소성수지 발포체의 제조 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING FOAMED THERMOPLASTIC RESIN PELLETS}

본 발명은 펠릿형 열가소성수지 발포체의 제조 장치에 관한 것으로, 특히 원통형 몸체의 반경방향으로 수지재료를 압출 발포시키는 다이스와, 이 다이스상의 반경방향 압출구멍들과 협력작용하는 구멍들을 가지고 다이스의 길이방향으로 진동운동하면서 상기 다이스의 압출구멍들로부터 압출되는 선형의 압출 발포체가 균일한 크기 및 형태로 연속 커팅성형되도록 하는 작동봉들을 조합구비하여 비교적 높은 점도의 열가소성수지를 작은 펠릿(Pellet) 형태로 균일하게 대량 연속 발포성형할 수 있도록 구성된 펠릿형 열가소성수지 발포체의 제조 장치에 관한 것이다.

펠릿형 열가소성수지 발포체는 복잡한 형상을 가지는 제품으로의 성형성이 좋으며, 우수한 쿠션작용과 반복충격에 대한 내구성, 단단하고 매끈한 표면, 우수한 내약품성 및 내습성 등의 특징을 가지고 있어 몰딩장치를 이용하여 운반케이스, 충격흡수용 쿠션포장재, 차량용 쿠션재, 부표 등 각종 용도의 제품으로 성형해내는데에 널리 이용되고 있다.

종래에 이러한 열가소성수지 발포체는 보통 폴리스티렌, 또는 폴리스티렌과 다른 수지와의 혼성중합체를 사용하여 용융 압출되는 선형상의 수지를 수냉후 펠릿 형태로 커팅하여 중간제품인 발포성 수지 펠릿을 제조하고, 이를 가온/가압을 포함하는 발포성형과정을 거쳐 최종의 발포체로 발포성형하는 방법으로 제조하였다. 이러한 제조공정은 펠릿의 제조가 용이하기 때문에 통상적으로 많이 사용하여 왔으나 일단 발포성 수지 펠릿을 만든 다음 이를 다시 발포성형하는 2단계의 제조공정을 거쳐야 함으로써 전체 공정 및 설비가 복잡다단하고, 또 이를 사용하여 만든 폐성 형품을 소각할 때 공해가스를 배출하기 때문에 사용이 점차 규제되어 가고 있다.

따라서, 최근에는 공해가스를 배출하지 않는 열가소성수지 재료로서 예를 들어 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(L-LDPE), 폴리프로필렌(PP)등의 재료를 사용하여 열가소성수지 발포체 펠릿을 제조하고 있다.

이러한 열가소성수지 발포체 펠릿은 L-LDPE, PP 등의 수지재료의 점도가 높기 때문에 종래의 커팅방식으로는 제조가 곤란하여 소량 개별 반응방식으로 플라스틱 입자에 발포제를 혼합하고 가열, 가압후에 발포시키는 방법으로 제조하고 있었다.

이를 좀더 상세하게 설명하면 발포의 배율과 발포입자의 크기에 따라 수지 펠릿을 만들고, 이로부터 발포된 입자를 만들기 위하여 드럼용기내에 많은 작은 수지펠릿을 넣고 발포제를 첨가한 후 용융점이하의 온도로 가열함과 동시에 고압으로 가압하고 수분간(5-30분간) 혼련한 다음 수지입자에 발포제가 충분히 침투한 이후에 개문 발포시킴에 의해 소량적으로 발포입자를 얻는 방식이다. 따라서, 이러한 소량발포방식에서는 연속적인 대량생산이 곤란하여 발포입자의 제조비용이 많이 들 뿐만 아니라 발포입자 펠릿의 크기 및 형상이 균일하지 못하게 되는 문제점이 있었다.

일반적으로 폴리스티렌 등의 발포체는 펠릿형태로 제조하는 데에 어려운 점이 없으나, 저밀도 폴리에틸렌이나, 선형저밀도 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 열가소성수지는 점도가 높기 때문에 펠릿형태로 커팅이 어렵고, 또한 커팅된 끝부분이 버어(bur)가 남는 형태로 절단되어 양질의 펠릿을 얻을 수 없으며 균일성이 크게 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 상기와 같이 점도가 높은 열가소성수지를 연속발포하면서 균일하게 펠릿화하는 것을 경제적으로 실용성있게 달성해낼 수 있는 수단이 요청되고 있다.

이에 본 발명자는 열가소성수지와 발포제를 혼합 압출시키면서 펠릿형태로 연속 발포성형하는 것을 가능하게 함으로써 별도의 발포성 중간제품의 성형과정이 없이 수지재료로부터 직접 목적하는 펠릿형 열가소성수지 발포체를 연속 성형해낼 수 있는 장치를 연구완성하여 특허 제135899호로서 특허받은 바 있는데, 본 발명은 이를 더욱 개선하여 목적하는 발포체의 제조성능을 가일층 향상시킨 것이다.

상기 선출원 특허된 발명은 열가소성수지와 발포제가 용융혼합되는 상태로 입구측으로부터 내부에 압입공급되고 다수의 반경방향 압출구들이 출구측에 형성되어 있는 다이스와, 상기 다이스의 출구측 단부에 일측이 고정되고 타측이 상기 다이스의 내부중앙으로 뻗어 있도록 결합설치되는 방추형상의 토피드와,상기 다이스의 외측에 회전가능하게 결합설치되어 상기 다이스의 반경방향 압출구들을 통해 압출발포되는 선형 발포체를 커팅하여 펠릿형 수지 발포체로 만들기 위한 커터를 포함하여 구성되고, 상기 커터가 상기 반경방향 압출구들이 형성되어 있는 다이스의 외주면에 접선방향으로 접하는 판상의 블레이드들로 이루어진 것을 특징으로 하는 펠릿형 열가소성수지 발포체의 제조 장치에 관해 기술하고 있다.

그러나, 이 장치는 상기와 같이 원통형 다이스의 외주면에 다이스의 길이방향을 따라 접하는 판상의 블레이드들을 가진 회전 커터를 사용하는 것으로 인해 사용상 다음과 같은 문제점들이 있는 것으로 나타났다.

첫째, 커터의 각 판상 블레이드의 날부가 원통형 다이스의 외주면에 다이스의 길이방향을 따라 균접하는 상태로 블레이드를 설치해주어야 하기 때문에 블레이드들을 요구되는 절단작용을 원활히 수행할 수 있도록 정확히 설치해 주는 것이 매우 어렵고 또 블레이드의 교체설치가 필요한 경우 그 교체작업에 장시간의 작업시간이 소요되는 문제점이 있다.

둘째, 위와 같은 블레이드 설치구조로 예리한 블레이드 날부가 다이스 표면에 접한 상태로 다이스 표면을 따라 회전작동되고 또 이 블레이드 날부에 의한 압출물 절단시 블레이드 날부가 상당한 충격력을 연속반복적으로 받는 상태로 절단작업이 이루어지기 때문에 상기 블레이드 날부가 조기에 마모, 파손되기 쉽고 소음, 진동이 심한 단점이 있다.

셋째, 상기와 같은 판상 블레이드들의 사용으로 다이스 및 블레이드들간의 접촉회전으로 인한 심한 마찰열을 발생하는 동시에 회전하는 판상 블레이드들로 인한 기류가 상기 다이스 및 이 다이스를 통한 압출물에 작용하여 수지의 압출 발포조건이 불안정하게 변동되기 쉽기 때문에 최적의 양호한 발포조건을 얻어내기 어려운 동시에 회전 블레이드들에 의한 기류의 영향으로 발포체 펠릿들의 형상이 불규칙하게 되는 일이 많고, 또 커팅된 펠릿의 단부가 양호한 형태로 마무리되지 못하고 불규칙한 형태로 터지거나 왜곡된 형태를 가지게 되는 일이 많은 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 선특허 발명의 문제점 및 단점을 효과있게 개선하여 더욱 우수한 펠릿형 열가소성수지 발포체의 제조성능과 뛰어난 내구성을 발휘할 수 있는 장치를 제공할 목적에서 연구된 것이다.

도1은 본 발명에 따른 장치의 전체적인 구성개요도,

도2는 도1의 장치중 다이스 부분의 확대도,

도3은 도1의 장치중 요부를 발췌확대하여 도시한 단면도,

도4는 도2의 A-A선 단면도이다.

* 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 다이스 2 : 토피드 3 : 수지유동로

4 : 압출구멍 5 : 작동봉 6a, 6b : 구멍

7 : 커팅면 8 : 경사면 9 : 구동모터

10 : 회전축 11 : 편심캠 12 : 크랭크

13 : 지지판 14 : 컨넥팅 로드

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 원통형의 몸통을 가진 다이스와, 이 다이스의 내부중앙에 자리하여 그 외주면과 상기 다이스의 원통형 몸통 내주면 사이에 일정간격 방사상으로 배치된 다수의 수지유동로들을 형성하는 토피드와, 상기 각 수지유동로를 따라 상기 다이스의 원통형 몸통에 일정간격을 두고 반경방향으로 형성제공되어 있는 다수의 압출구멍들과, 상기 다이스 몸통의 반경방향 압출구멍들이 형성되어 있는 부위에 다이스의 길이방향을 따라 일방향이나 그 반대방향으로 왕복 진동운동을 할 수 있도록 배치되고 그 진동운동에 따라 상기 다이스 몸통상의 서로 인접한 두 압출구멍에 교호적으로 연통되는 다수의 구멍 쌍들을 형성구비한 작동봉들과, 장치가동중 상기 작동봉들을 진동운동시키기 위한 구동수단들을 포함하는 구성을 특징으로 하는 펠릿형 열가소성수지 발포체의 제조 장치를 제공한다.

이하에서, 본 발명을 첨부도면에 예시된 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에서 적용될 수 있는 열가소성수지는 통상의 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로 니트릴 혼성중합체 및 스티렌-에틸렌 혼성중합체 등과, 저밀도 및 선형저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 혼성중합체, 에틸렌-초산부닐 혼성중합체, 폴리비닐클로라이드 등이 있으며, 혼성중합체 단독 또는 조합으로 된 것이 사용될 수 있다.

또한, 본 발명에 적용되는 발포제로는 휘발성이나 분해성의 발포제가 사용될 수 있다. 휘발성이 강한 발포제로서는 예를 들어, 프로판, 부탄, 이소부탄, 펜탄등의 지방족 탄화수소류, 사이클로부탄, 사이클로펜탄, 사이클로헥산 등의 치환족 탄화수소류, 메틸클로라이드, 메틸렌클로라이드, 디클로로플루오르메탄, 클로로트리플루오로메탄, 디클로로디플루오로메탄 등이 사용될 수 있고, 분해성 발포제로서는 디니트로소펜타메틸렌테트라아민, 트리니트로소트리메틸렌트리아민, 벤젠 설포닐하이드라자이드, 아조디카본아미드 등이 사용될 수 있다. 이러한 발포제는 독립적 또는 조합으로 사용될 수 있다.

상기한 열가소성 수지와 발포제 및 기타 첨가제 등은 압출기를 거침에 의해 열가소성수지 발포체 혼합물로 된다.

즉, 주압출부와 냉각압출부 사이에 혼합기가 삽입되어 구성된 압출기에서 먼저 열가소성수지 원료가 주압출부에 공급되어 용융됨과 동시에 스크류 작동에 의해 혼합기로 이송되면, 가압상태로 용융된 수지에 발포제가 압입, 혼합 및 교반되어 상기 열가소성수지 내에 발포제가 균일하게 분산혼합된다.

상기한 주압출부는 투입되는 열가소성수지 원료의 종류에 따라 예를 들어, 저밀도 폴리에틸렌의 경우는 100-250℃의 온도로 조정되어 사용되며, 혼합기는 온도와 압력이 최고상태로 설정된다.

그후, 상기 발포체 혼합물은 도1∼도4에 도시된 바와 같은 본 발명의 장치에 의해 펠릿형태로 연속 발포성형된다.

도1∼도4에 도시된 바와 같이 본 발명의 장치는 중공체의 원통형 몸통으로 이루어진 다이스(1)와, 이 다이스(1)의 내부중앙에 자리하여 그 외주면과 상기 다이스(1)의 원통형 몸통 내주면 사이에 일정간격 방사상으로 배치된 다수의 수지유동로(3)들을 형성하는 토피드(2)와, 상기 각 수지유동로(3)를 따라 상기 다이스(1)의 원통형 몸통에 일정간격을 두고 반경방향으로 형성제공되어 있는 다수의 압출구멍(4)들과, 상기 다이스(1) 몸통내의 반경방향 압출구멍(4)들이 형성되어 있는 부위에 다이스(1)의 길이방향을 따라 일방향이나 그 반대방향으로 왕복 진동운동을 할 수 있도록 배치되고 그 진동운동에 따라 상기 다이스(1) 몸통상의 서로 인접한 두 압출구멍(4)에 교호적으로 연통되는 다수의 구멍(6a)(6b) 쌍들을 형성구비한 작동봉(5)들과, 상기 작동봉(5)들의 진동운동을 이루어 내기 위한 구동수단들을 포함하는 구성으로 되어 있다.

상기 작동봉(5)의 진동운동시 이 작동봉(5)상의 서로 쌍을 이룬 두 구멍(6a)(6b)이 서로 인접한 두 압출구멍(4)들에 교호로 연통되어지도록 배치되어 있는 다이스(1) 몸통상의 각 압출구멍(4)들 외측단에는 상기 작동봉(5)상의 각 구멍(6a)(6b) 외측단과 협력작용하여 상기 구멍(6a)(6b)을 통해 나오는 선형의 압출물에 대해 커팅작용을 일으키는 커팅면(7)이 형성되어 있고, 각 커팅면(7)의 외측에는 압출물의 원활한 커팅, 배출작용을 위한 경사면(8)이 형성제공되어 있다.

상기 작동봉(5)들을 본 발명이 목적하는 대로 진동운동시킬 수 있는 수단에는 여러 가지 수단들이 있을 수 있는데, 이를 위한 한 바람직한 예로서는 도1에 예시된 바와 같이 구동모터(9)에 의해 회전작동되는 회전축(10)상에 원형의 편심캠(11)을 설치하고, 상기 편심캠(11)에 크랭크(12)를 동 크랭크(12)의 일측단부를 베어링지지시켜 연결설치하며, 상기 작동봉(5)들의 크랭크(12)쪽 단부를 하나의 지지판(13)에 연결고정시켜 이 지지판(13)의 중앙부와 크랭크(12)의 단부사이에 컨넥팅로드(14)를 연결설치하여서 된 것과 같은 수단을 들 수 있다. 도1에는 상기 컨넥팅로드(14)의 연결상태가 도식적인 방법으로 도시되어 있지만, 회전축(10)상의 편심캠(11)의 편심회전운동과 이 편심캠(11)의 회전운동을 따른 크랭크(12)의 요동운동이 상기 작동봉(5)들의 직선 왕복운동으로 전달되도록 하는 것을 가능하게 하기 위해 상기 컨넥팅로드(14)와 지지판(13)간의 연결은 예컨대 유니버설조인트와 같은 회전가능한 지지수단을 통해 이루어진다.

작용에 있어서, 발포제와 혼합된 수지재료는 다이스(1)와 이 다이스(1) 내부중앙에 자리한 토피드(2) 사이의 수지유동로(3)들을 통해 다이스(1)내부로 압입된 후 상기 각 수지유동로(3)에 연해 다이스(1) 몸통에 반경방향으로 관통형성되어 있는 압출구멍(4)들과 작동봉(5)상의 구멍(6a)(6b)들을 통해 다이스(1)외측으로 압출되어지게 된다. 이때, 상기 작동봉(5)상의 서로 인접한 두 구멍(6a)(6b)들중 한 구멍(6a)이 다이스(1) 몸통상의 한 압출구멍(4)에 연통하는 상태가 되면 이와 이웃한 나머지 구멍(6b)은 상기 압출구멍(4)을 포함한 다이스(1) 몸통상의 두 인접한 압출구멍(4)들사이의 벽으로 막혀 이를 통한 수지재료의 압출이 잠시 중단되는 상태에 있게 된다.

이와 동시에, 구동모터(9)가 작동되면 이 구동모터(9)의 회전력을 전달받아 회전축(10)이 회전하게 되고, 이에 따라 상기 회전축(10)상에 설치되어 있는 편심캠(11)이 회전축(10)의 중심축선 주위로 편심회전을 하게 되면서 이에 연결설치되어 있는 크랭크(12)가 요동운동을 하게 되며, 이러한 크랭크(12)의 요동운동은 컨넥팅로드(14)를 통해 지지판(13)에 전달되게 되어서 이 지지판(13)에 단부가 연결 고정되어 있는 작동봉(5)들이 다이스(1) 몸통내에서 도면상 좌우로 왕복 진동운동을 하게 된다. 이러한 작동봉(5)들의 진동운동에 따라 각 작동봉(5)상의 두 인접한 구멍(6a)(6b)들이 다이스(1) 몸통상의 두 인접한 압출구멍(4)들에 교호적으로 연통되어지고, 이때 다이스(1) 몸통상의 압출구멍(4)에 연통된 작동봉(5)상의 구멍(6a) 또는 구멍(6b)을 통해서는 수지재료가 다이스(1) 외부를 향해 선형으로 압출 발포되어지게 되며, 이와 같이 하여 압출되어지는 선형의 압출 발포체는 상기 작동봉(5)의 진동운동에 따라 다이스(1) 몸통의 외주면상에 자리한 커팅면(7)과 만나면서 상기 작동봉(5)의 진동속도에 상응하는 크기의 펠릿으로 커팅되어진 후 다이스(1)외부로 배출되게 된다. 상기 다이스(1)의 몸통상에는 각 수지유동로(3)를 따른 많은 수의 반경방향 압출구멍(4)들이 방사상의 다수 위치에 형성되어 있으므로 상기 작동봉(5)들의 한 진동운동시마다 다량의 펠릿형 열가소성수지 발포체가 다이스(1)외부로 형성배출된다.

한편, 상기 작동봉(5)의 구멍(6a)(6b)을 통해 다이스(1)외측으로 압출되는 수지 압출물이 커팅면(7)에 의해 절단될 때 상기 커팅면(7)은 압출물의 절단부위를 안쪽으로 모아 주면서 압출물을 절단시키게 되기 때문에 다이스(1)외부로 절단 배출되는 펠릿들은 그 절단된 양단부의 형상이 극히 균일하게 되는 동시에 펠릿의 절단 단부에서의 터짐이나 벌어짐 현상이 극소화되어 전체적으로 단단한 피막을 가진 우수한 품질의 펠릿이 얻어지게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같이 다이스(1)의 몸통내부에서 진동운동을 하는 작동봉(5)들을 이용하여 열가소성수지를 펠릿형으로 압출 발포 커팅해내는 작용을 극히 효율적으로 이루어낼 수 있어 이러한 펠릿형 열가소성수지 발포체의 생산성을 크게 높일 수 있고, 또 열가소성수지 압출물에 대한 발포 커팅작용을 이루어내는 상기 작동봉(5)들이 다이스(1)의 몸통을 이루는 벽부내에 장착된 상태로 짧은 거리를 진동운동하면서 그러한 작용을 이루어내도록 되어 있기 때문에 장치가동중 다이스(1)의 내외에서의 기류발생이 거의 없어 온도 및 압력변화가 거의 없는 양호한 발포조건을 안정적으로 유지할 수 있는 동시에 전술한 바와 같은 펠릿의 절단 단부를 오무려 주는 커팅작용에 의해 제품의 품질을 크게 향상시킬 수 있으며, 또한 구조적으로 취약부위와 격한 운동부위가 없는 장치구성으로 장치의 내구성 및 수명을 현저히 증대시킬 수 있는 것등의 신규유용한 효과를 제공하는 것이다.

Claims (1)

1. 원통형 몸통을 가진 다이스(1)와, 이 다이스(1)의 내부중앙에 위치하여 그 외주면과 상기 다이스(1)의 원통형 몸통 내주면 사이에 일정간격 방사상으로 배치된 다수의 수지유동로(3)들을 형성하는 토피드(2)와, 상기 각 수지유동로(3)를 따라 상기 다이스(1)의 원통형 몸통에 일정간격을 두고 반경방향으로 형성제공되어 있는 다수의 압출구멍(4)들과, 상기 다이스(1) 몸통내의 반경방향 압출구멍(4)들이 형성되어 있는 부위에 다이스(1)의 길이방향을 따라 일방향이나 그 반대방향으로 왕복 진동운동을 할 수 있도록 배치되고 그 진동운동에 따라 상기 다이스(1) 몸통상의 서로 인접한 두 압출구멍(4)에 교호적으로 연통되는 다수의 구멍(6a)(6b) 쌍들을 형성구비한 작동봉(5)들과, 상기 작동봉(5)들의 진동운동을 이루어낼 수 있도록 배치된 구동수단들을 포함하는 구성을 특징으로 하는 펠릿형 열가소성 수지 발포체의 제조 장치.