KR20020019391A - 유동성 반응 혼합물로부터 플라스틱 성형품을 생산하는공정 및 장치 - Google Patents

유동성 반응 혼합물로부터 플라스틱 성형품을 생산하는공정 및 장치 Download PDF

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술츠바흐한스-미카엘
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두샤넥헬무트
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브루문트
헤네케 게엠베하
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Abstract

폴리우레탄 성형 물품이 쇼트 방식으로 유동성 폴리올-폴리이소시안산으로부터 생산된다. 유동성 반응 혼합물은 혼합헤드의 혼합 챔버에서 상기 혼합물의 성분을 결합하여 형성된다. 혼합헤드의 내용물은 혼합 챔버가 각 경우에서 거의 비워지는 방식으로 (바람직하게는 출구 파이프를 통하여) 주형으로 주입된다. 그 후 혼합 챔버 안의 모든 주위 기체는 각 다음 쇼트가 시작되기 전에 제거된다.

Description

유동성 반응 혼합물로부터 플라스틱 성형품을 생산하는 공정 및 장치{PROCESS AND DEVICE FOR PRODUCING PLASTIC MOLDINGS FROM A FLOWABLE REACTION MIXTURE}
본 발명은 유동성 반응 혼합물로부터 플라스틱 성형품을 생산하는 공정에 관한 것이다. 이러한 공정에서는, 혼합헤드(mixhead)의 혼합 챔버에서 반응 혼합물 성분들을 혼합함으로서 유동성 반응 혼합물의 쇼트(shot)가 생성된다. 이러한 반응 혼합물의 쇼트는 그 후 반응 혼합물이 경화되는 주형으로 주입되고, 그 후 플라스틱 성형품이 상기 주형으로부터 제거된다. 본 발명은 또한 이러한 공정을 수행하는 데 적합한 장치에 관한 것이다.
다수의 주형이 배열된 소위 회전 테이블 또는 연속 벨트라고 불리는 형태의 회전 주형 캐리어는 일반적으로 본 발명과 같은 공정에 의해서 플라스틱 성형 물품을 생산하는 데 사용된다. 주형 공동들 중 하나를 적절한 시간 동안 혼합헤드 및/또는 출구 파이프 아래에서 충전(充塡)되도록 위치시키고, 그 후 주형 캐리어를 상기 충전된 주형 공동이 혼합헤드 아래로부터 제거하고 비충전된 주형 공동이 혼합헤드 및/또는 출구 파이프 아래에 위치되도록 이동시킴으로써, 일련의 주형 공동들이 충전된다. 주형 공동을 충전시키는데 필요한 시간은 대체로 각 경우의 쇼트 시간에 해당한다. 혼합헤드가 정지된 상태로 유지되면, 주형 캐리어의 이동은 혼합헤드가 주형의 충전을 위한 위치에 도킹(docking)됨과 함께 사이클로 일어난다.
쇼트의 끝에서 혼합헤드가 완전히 비어지면, 대기가 혼합 챔버 내부로 침투한다. 공기(즉, 산소와 질소)는 플라스틱-형성(예를 들어, 폴리올-이소시안산(polyol-isocyanate)) 반응 혼합물에서 극히 낮은 용해도를 갖기 때문에, 반응 혼합물은 쇼트의 초기에 원료 성분들이 주입될 때 거품을 일으킨다. 각 쇼트의 초기에 형성된 이러한 거품은 성형품의 결함을 없애기 위해서 모아서 버려야 한다.
유럽특허 EP-A 1 033 230의 출원인의 제안에 의하면, 혼합헤드에 폐쇄 요소를 제공하고 반응 혼합물의 반응성을 쇼트의 말기 사이의 시간 간격에 맞춤으로서 거품 형성이 방지된다. 이러한 공정에서는, 혼합 챔버가 두 쇼트 사이에서 충전된 상태로 유지되도록 혼합 챔버 출구는 쇼트의 끝과 다음 쇼트(폐쇄 요소를 개방함으로서 시작됨)의 시작 사이에서 폐쇄 요소에 의해 폐쇄된다. 이러한 종류의 공정은 비경제적으로 긴 경화 시간을 피하기 위해서 사이클 시간 및/또는 쇼트들 사이의 시간 간격의 엄격한 준수가 요구된다.
본 발명의 목적은 각 쇼트 후에 혼합 챔버가 비워지는 때를 포함해서 쇼트의 초기에 거품 형성이 방지되는 플라스틱 성형 물품의 생산 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 쇼트의 시작시 거품 형성이 방지되는 플라스틱 성형 물품의 생산에 유용한 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적 및 당업자에게 명백한 다른 목적들은 각 쇼트의 시작 전에 혼합챔버로부터 모든 대기를 제거함으로서 달성된다.
도1은 본 발명의 공정을 수행하기에 적절한 교반기 혼합헤드를 도시하는 도면.
도2는 본 발명의 공정을 수행하기에 적절한 또 다른 교반기 혼합헤드를 도시하는 도면.
도3은 본 발명의 공정을 수행하기에 적절한 고압 주입 혼합헤드를 도시하는 도면.
도4는 본 발명의 공정을 수행하기에 적절한 또 다른 고압 혼합헤드를 도시하는 도면.
도5는 본 발명의 공정을 수행하기에 적절한 마찰 혼합헤드를 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 혼합헤드
2 : 혼합 챔버
3 : 출구 파이프
4, 5 : 성분 주입 요소, 주입 노즐
9 : 슬라이드
11 : 이젝터 로드
12 : 로터
본 발명은 유동성 폴리올-폴리이소시안산 반응 혼합물로부터 폴리우레탄 성형 물품을 생산하는 공정을 제공한다. 본 공정에서는, 성형 물품은 혼합헤드의 혼합 챔버에서 혼합되어 유동성 반응 혼합물을 형성하는 성분으로부터 쇼트 방식으로 생산된다. 상기 유동성 반응 혼합물은 예를 들어, 출구 파이프를 통해 주형으로 주입된다. 혼합 챔버는 각 쇼트 후에 거의 완전히 비워진다. 이 공정에서, 혼합 챔버 내에 위치한 모든 주위 기체(ambient gas)는 적어도 다음 쇼트가 시작되기 전에 제거된다.
본 발명의 일 실시예에서는, 혼합 챔버 내에 존재하는 모든 주위 기체는 반응 혼합물에 용해될 수 있는 기체로 교체된다. 반응 혼합물에 용해될 수 있는 기체는 바람직하게는 초기에 형성된 모든 거품이 주형 충전 시간 내에 완전히 용해되는 용해도 및 용해율을 가져야 한다. 이산화탄소가 용해 기체로서 특히 적당하다.
본 발명을 구현하기 위해서는, 쇼트가 끝난 후에 용해 기체(바람직하게는 이산화탄소)로 혼합 챔버를 세척하는 것(flush)으로 대체로 충분하고, 혼합 챔버는 비워지고 혼합헤드는 주형으로부터 도킹이 해제되어(un-docking), 대기가 혼합 챔버 밖으로 분출된다.
세척 공정의 강도와 지속시간은 혼합 챔버 내의 공기 분압(산소와 질소의 분압의 합)이 50mbar보다 작도록, 바람직하게는 10mbar보다 작도록, 가장 바람직하게는 3mbar보다 작도록 제어된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 혼합헤드는 그 출구 단부에 위치한 폐쇄 요소를 갖는다. 이 폐쇄 요소는 바람직하게는 출구 개구를 가로질러 배열된 슬라이드 형상이다. 상기 슬라이드는 혼합헤드의 출구 상에 직접 배열될 수도 있고, 또는 출구 파이프가 혼합헤드의 하류에 제공된다면 혼합헤드 출구 아래 지점의 출구 파이프 상에 배열될 수도 있다. 바람직하게는, 혼합 챔버의 폐쇄 요소는 주형에 대한 혼합헤드, 출구 파이프 및 도킹 지점의 기하학적 형태가 허락하는 한 직접 혼합 챔버 출구의 가능한 한 하류쪽에 배열된다.
폐쇄 요소의 제공은 세척 공정을 촉진시키는 것을 가능하게 만든다. 폐쇄 요소가 폐쇄되면, 먼저 혼합헤드 내부로 침투했던 대기가 뽑아내어지고, 그 후 용해 기체가 주입된다.
폐쇄 요소를 갖는 혼합헤드가 사용되는 본 발명의 다른 실시예에서는, 혼합헤드 내에 위치한 대기는 진공으로 교체된다. 이 목적을 위해서 밸브-제어 진공 연결이 혼합 챔버에 제공된다. 진공 연결은 혼합 챔버로부터 대기를 빼내는데 사용되는 진공 펌프로 통할 수 있다. 바람직하게는, 진공 라인을 통해 혼합 챔버의 진공 밸브에 연결된 진공 컨테이너가 제공된다. 진공 컨테이너 내의 진공의 유지는 연속적 또는 주기적으로 작동하는 진공 펌프에 의해 보장될 수 있다.
본 발명의 공정을 구현하기 위해서, 쇼트가 시작되기 전에, 혼합 챔버의 폐쇄 요소가 폐쇄되고, 혼합 챔버는 진공으로 되며, 반응 혼합물의 성분을 혼합 챔버로 주입하는 밸브가 개방된다. 폐쇄 요소는 혼합 챔버가 반응 혼합물로 충전되는 순간에 개방된다.
본 발명의 공정의 여러가지 연속된 단계들은 대응하는 전기 또는 공기압 제어 요소의 전자 작동에 의해서 제어될 수도 있다.
상술한 본 발명의 구체적 사항들은 폴리올과 이소시안산 성분을 혼합하기 위한 폴리우레탄 기술에 사용되는 모든 혼합기 형태에 적용된다.
본 발명은 혼합 챔버의 부피가 대응하는 장치에 의하여 0으로 감소되는 혼합헤드를 설치하기가 특히 간단하다. 그러한 혼합헤드의 구체적 예들은 이젝터 로드(ejector rod) 및 마찰 혼합기와 함께 역류 고압 주입 혼합기를 포함한다. 그러한 혼합기에는, 혼합 챔버 출구용 폐쇄 요소가 제공된다. 쇼트가 시작되기 전에, 폐쇄 요소는 폐쇄되고, 혼합 챔버 부피는 0으로 줄어들며, 혼합 챔버 작동 부피는 진공을 발생시킴으로서 생성되고, 혼합 챔버 출구가 아직 폐쇄된 동안 반응 혼합물 성분들이 주입된다. 혼합 챔버가 충전되는 순간에 폐쇄 요소가 개방된다.
도1 내지 도5를 참조하여 본 발명을 더 자세하게 설명한다.
도1은 혼합 챔버(2), 출구 파이프(3), 폴리올 및 이소시안산 성분의 주입 요소(4, 5)(바람직하게는 밸브-제어됨) 및 교반기(6)를 구비한 (교반식)혼합헤드(1)의 단면을 도시한다. 본 발명에 따르면, 밸브(8)는 바람직하게는 이산화탄소인 용해 기체가 혼합 챔버(2) 안으로 주입될 수 있는 기체 입구(7)를 통하여 기체 주입을 제어한다. 본 발명에 따라서, 쇼트가 시작되기 전에 성분 주입 요소(4, 5)가 폐쇄된 상태에서, 이산화탄소가 입구(7)와 밸브(8)를 통해 혼합 챔버(2) 안으로 주입되고, 혼합 챔버(2) 안에 위치한 모든 주위 기체는 혼합 챔버 밖으로 분출된다. 이것은 주형을 교체하는 동안 어떠한 시간 손실도 없이 자동 제어에 의해 일어날수 있다. 대기가 충분히 제거된 후에, 예를 들어 성분 주입 요소(4, 5)용 밸브를 작동시킴으로서 쇼트가 시작될 수 있다.
도2는 도1에 도시된 것과 유사한 (교반식)혼합헤드(1)를 도시한다. 도2의 도면 부호는 도1에서 가리키는 것과 동일한 요소를 가리킨다. 도2에 도시된 혼합헤드(1)에서는, 슬라이드(9)로 형성된 혼합 챔버(2)용 폐쇄 요소가 추가적으로 제공된다. 슬라이드(9)는 양쪽 화살표(10) 방향으로 이동될 수 있다. 도시된 슬라이드(9)의 폐쇄 위치는 쇼트가 시작되기 전에 설정된다. 그 후 입구(7)와 밸브(8)를 통해서 혼합 챔버(2)가 비워진다. 혼합 챔버(2)의 압력이 바람직하게는 50mbar, 더 바람직하게는 10mbar, 가장 바람직하게는 3mbar보다 작게 도달된 후에, 성분 입구 요소(4, 5)용 밸브가 개방되고, 혼합 챔버가 반응 혼합물로 충전되는 순간에 슬라이드(9)를 왼쪽으로 미끄럼 이동시킴으로서 슬라이드(9)가 개방된다.
도2에 도시된 혼합헤드는 또한 본 발명에 따라서 혼합 챔버(2)가 비워진 후에 이산화탄소가 입구(7)를 통해서 혼합 챔버(2) 안으로 먼저 주입되는 방식으로 작동될 수도 있다.
도3은 도1에 도시된 혼합헤드에 필적하는 방식으로 작동하는 혼합헤드(1)(고압 주입식)의 단면도이다.
도3에 도시된 고압 주입 혼합헤드는 보통 100bar보다 큰 압력에서 성분들이 노즐-주입되는 성분 주입 요소(4, 5)(주입 노즐) 뿐만 아니라 원통형 혼합 챔버(2), 인접 출구 파이프(3)를 포함한다. 또한 이젝터 로드(11)가 제공되어 출구 파이프(3)의 출구 개구까지 혼합 챔버(2)의 축을 따라 유압식으로 이동하여 쇼트의 끝에서 반응 혼합물의 남아있는 양을 방출시킨다. 반응 혼합물의 용해 기체가 주입되는 입구(7)는 밸브(8)에 의해 제어된다. 쇼트가 시작되기 전에, 혼합 챔버(2)와 출구 파이프(3) 내의 대기는 이산화탄소로 교체될 수 있다. 바람직하게는, 대기를 혼합 챔버(2) 밖으로 내보내는 동안, 이젝터 로드(11)는 이산화탄소의 출구 바로 윗 수준(12)까지 이동된다.
도4는 도2에 도시된 혼합헤드와 유사한 방식으로 작동하는 혼합헤드(1)(고압 주입식)를 도시한다. 본 발명의 이 실시예에서는, 고압 주입 혼합헤드는 폐쇄 슬라이드(9)를 구비함으로써 혼합 챔버(2)는 진공을 발생시키도록 밸브(8)에 의해 제어되는 기체 입구(7)를 통해서 비워질 수 있다.
다른 작동 모드에서는, 쇼트가 시작되기 전 그리고 폐쇄 슬라이드(9)가 개방된 동안, 이젝터 로드(11)는 폐쇄 슬라이드(9)의 상부 모서리까지 이동해서, 혼합 챔버(2)로부터 공기를 내보낸다. 그 후, 폐쇄 슬라이드(9)는 폐쇄되고 이젝터 로드(11)는 (도시된) 작동 위치로 복귀하며, 고압 주입 밸브(주입 요소(4, 5))가 개방되고, 폐쇄 슬라이드(9)는 혼합 챔버(2)가 충전된 후에 개방된다.
본 발명의 공정을 수행하는 다른 모드에서는, 이산화탄소가 비워진 혼합 챔버(2)로 밸브-제어되는 이산화탄소 기체 라인을 통해서 주입될 수도 있다.
도5는 외부 원뿔형 혼합 챔버 벽과 이에 상보적인 로터(12)로 형성되는 혼합 챔버(2)를 구비한 혼합헤드(1)(마찰식)를 도시한다. 반응 성분들은 노즐(주입 요소(4, 5))를 통해서 원뿔의 기부에서 혼합 챔버 안으로 노즐-주입되고, 혼합 챔버 하우징과 로터(12) 사이의 마찰에 의해서 혼합되며, 상기 로터(12)는 보통10,000rpm의 차수의 속도로 회전한다. 쇼트의 끝에서, 로터(12)는 모든 남아있는 반응 혼합물이 제거되고 혼합 챔버 부피가 0으로 감소되도록 축방향으로 이동될 수 있다. 본 발명에 따라서, 혼합 챔버(2)의 출구에 폐쇄 슬라이드(9)가 제공된다. 쇼트가 시작되기 전에, 로터(12)는 외부 혼합 챔버 벽에 대해서 이동되고 그에 의해 대기를 방출시키고, 폐쇄 슬라이드(9)가 폐쇄 위치로 이동되며, 비워진 혼합 챔버(2)가 생성되고, 로터(12)는 작동 위치로 이동되어 회전 상태로 설정된다. 주입 노즐(주입 요소(4, 5))을 개방하고 폐쇄 슬라이드(9)를 개방함으로서 쇼트가 시작된다.
마찰 혼합헤드의 경우에는, 물론 혼합 챔버 안으로 이산화탄소 기체를 주입하거나 또는 폐쇄 슬라이드를 생략하고 이산화탄소 기체로만 혼합 챔버를 세척하는 것도 가능하다.
설명의 목적을 위해서 본 발명을 자세하게 상술하였지만, 그러한 자세한 사항들은 단지 설명의 목적을 위한 것이고, 청구범위에 의해 제한되는 것을 제외하고 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 변형들이 만들어질 수 있다는 것을 알아야 한다.
상술한 본 발명의 플라스틱 성형 물품의 생산 공정 및 장치에 의하여, 쇼트 후 혼합 챔버가 비워질 때 및 쇼트의 초기에 거품의 형성이 방지된다.

Claims (14)

  1. 혼합 챔버에 존재하는 유동성 폴리올-폴리이소시안산 반응 혼합물로부터 성형 폴리우레탄 물품을 생산하는 공정에 있어서,
    (가) 혼합 챔버가 실질적으로 비워지는 방식으로 주형 안으로 유동성 반응 혼합물을 주입하는 단계와
    (나) 상기 (가)단계가 완료되고 (가)단계가 반복되기 전에 혼합 챔버에 존재하는 주위 기체를 제거하는 단계를 포함하는 공정.
  2. 제1항에 있어서, 혼합 챔버의 출구 단부에 위치한 폐쇄 요소가 (가)단계 전에 폐쇄되고, 혼합 챔버가 유동성 반응 혼합물로 채워지는 순간에만 개방되는 공정.
  3. 제1항에 있어서, (나)단계에서 제거된 주위 기체가 반응 혼합물에 용해될 수 있는 기체로 대체되는 공정.
  4. 제3항에 있어서, 상기 용해 기체로서 이산화탄소가 사용되는 공정.
  5. 제1항에 있어서, (가)단계 전에 혼합 챔버가 유동성 반응 혼합물에 용해될 수 있는 기체로 세척되는 공정.
  6. 제1항에 있어서, (나)단계에서 제거된 주위 기체가 진공으로 대체되는 공정.
  7. 제6항에 있어서, 상기 진공은 혼합 챔버를 진공 컨테이너 및/또는 진공 펌프에 연결하여 생성되는 방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 혼합 챔버는 혼합 챔버에 배열된 이젝터 로드를 구비한 역류 고압 혼합 챔버이고, 상기 이젝터 로드는 (가)단계 이전에 폐쇄 요소까지 이동하고, 폐쇄 요소가 폐쇄된 상태에서 이젝터 로드를 후퇴시킴으로서 진공이 생성되는 공정.
  9. 제1항에 있어서, 상기 혼합 챔버는 반응 혼합물의 유동 방향으로 원뿔형으로 점점 가늘어지며 축방향으로 이동 가능한 상응하는 원뿔형 로터를 갖는 공정.
  10. 제9항에 있어서, 혼합 챔버 부피가 거의 0으로 되고, 혼합 챔버의 출구에 위치한 폐쇄 요소는 폐쇄되며, 상기 로터가 작동 위치로 복귀하여 진공을 생성시키는 방식으로 상기 원뿔형 로터가 (가)단계 이전에 축방향으로 이동하는 공정.
  11. 쇼트 공정에 의하여 성형 폴리우레탄 물품을 생산하는데 사용하는 장치에 있어서,
    입구 및 출구 개구를 구비한 혼합 챔버를 갖는 혼합헤드,
    상기 혼합헤드 안으로 반응 혼합물 성분들을 주입하는 수단,
    혼합 챔버의 내용물을 주형으로 운반하는 수단,
    상기 혼합 챔버의 내용물을 수용하는 주형, 및
    실질적으로 모든 반응 혼합물이 혼합 챔버로부터 제거된 후에 혼합헤드에 존재하는 주위 기체를 제거하기 위한 기체 출구를 포함하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 혼합 챔버의 내용물을 주형으로 운반하는 수단은 출구 파이프인 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 반응 혼합물 성분을 혼합 챔버로 주입하는 수단은 주입 노즐인 장치.
  14. 제11항에 있어서 폐쇄 요소가 혼합 챔버의 출구에 존재하는 장치.
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