KR20020056955A - 플라스틱을 전처리 한 후, 가소화하거나 응집하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

재활용을 위해 플라스틱 물질, 특히 열가소성 폐플라스틱을 전처리한 후, 가소화하거나 응집하기 위한 장치는, 하나 이상의 분쇄 기구가 순환하는 용기(1)를 구비한다. 스크류(8)의 하우징(7)은 용기(1)에 연결되어 있다. 용기(1)의 직경(D)은 스크류 직경(d)에 대하여 하기 관계에 있다:

D = (K·d²)^1/3

여기에서, D는 mm로 나타낸 용기의 직경이고, d는 mm로 나타낸 스크류의 직경이며, K는 190이상의 무차원 상수이다.

그리하여, 용기(1)내의 합성 플라스틱 재료의 체류 시간은 최적치로 유지된다.

Description

플라스틱을 전처리 한 후, 가소화하거나 응집하기 위한 장치{DEVICE FOR PRETREATING AND THEN PLASTIFYING OR AGGLOMERATING PLASTICS}

이러한 종류의 장치는 많은 구체예로 공지되어 있다. 가공될 합성 플라스틱 재료의 전처리는 대부분 분쇄 작용이지만, 재료의 혼합 및/또는 건조 및/또는 가열 및/또는 결정화 및/또는 고밀도화(densifying)로 대체되거나 결합될 수 있다. 이러한 종류의 대부분의 장치에서, 용기내에서 회전하는 기구는 전처리된 재료를 직접 압출기(extruder) 스크류의 하우징내로 압축(press)하며, 하우징은 용기에 연결된다. 그러나, 용기를 떠나는 재료가 먼저 운송(conveying) 스크류가 배치된 튜브내로 들어가는 장치가 또한 공지되어 있다. 그 후, 이러한 수평 또는 수직 방향의 튜브에 의해 공급되는 재료는 압출기 스크류의 하우징에 도달하고, 그리하여 재료가 최종적으로 가소화된다.

일반적인 가소화 스크류의 스크류 길이는 대충 3개의 구역으로 분할될 수 있으며, 말하자면 흡입(intake) 개구에 인접한 흡입 구역, 그 다음 흡입 구역에 이어서 압축 또는 용융 구역 및 마지막으로 후속 주입 방출(dosing discharging) 또는 계량(metering) 구역이다. 대개, 계량 구역내의 스크류의 회전 깊이는 흡입 구역내의 회전 깊이보다 적으며, 그리하여 흡입 구역내에서 매우 느슨하게 존재하는 재료, 예를 들어 파편(flake) 형태의 재료가 스크류 길이 방향으로 진행하는 동안 더욱 더 압축된다. 상업적 플라스틱, 예를 들어 폴리에틸렌을 가공하기 위하여, 상업적 압출기는 계량 구역내에서 스크류 직경의 약 5%의 회전 깊이를 갖는다.

대부분의 이러한 공지된 구성은 스크류의 출구에서 얻어진 가공된 합성 플라스틱 재료의 성질에 대한 요구 및/또는 스크류의 수율에 대한 요구를 만족시키지 못한다. 조사를 통해, 용기에 후속하는 스크류, 대개 가소화 스크류에 대한 요구가 동작 동안에 일정하지 않으며, 이것은 가공된 재료의 일부가 다른 부분에 비해 용기내에 더 오래 존재하는 것에 기인한다는 것을 발견하였다. 용기내의 재료의 평균 체류 시간은 용기내의 충전 중량(filling weight)을 단위 시간 당 스크류의 산출량으로 나누어서 계산될 수 있다. 그러나, 이러한 평균 체류 시간은 이미 언급한 바와 같이, 가공될 대용량의 재료에 대하여는 획득될 수 없으며, 이 평균값으로부터 불규칙적인 상당한 양성 및 음성 편차가 발생한다. 이러한 편차는 용기에 장차 도입될 재료 회분(batch)의 상이한 특성, 예를 들어 합성 플라스틱 재료, 예를 들어 박편 잔류물(foil rest) 등의 상이한 성질 및 상이한 두께에 기인하며, 또한 통제불능한 우연변수에 기인할 수 있다.

열적 및 기계적 균질 재료를 위해, 계량 구역내의 스크류의 회전 깊이가 매우 크고 스크류의 회전 속도가 매우 느린 경우에 스크류 출구에서 얻어지는 재료의 성질 개선이 주어진다. 조사를 통해, 이것은 가공된 재료가 그러한 스크류의 기하구조에 의해 낮은 전단(shearing) 작용을 받는 것에 기인하는 것으로 설명된다. 가공된 재료의 전단 작용(전단 속도)은 스크류의 원주 속도를 스크류의 회전 깊이로 나누어서 계산될 수 있다. 그러한 스크류 기하구조에 의해, 재료가 낮은 정도로만 기계적 및 열적 응력을 받게 되어, 합성 플라스틱 재료의 분자 사슬이 부정적인 영향을 전혀 또는 상당히 받지 않게 된다.

그러나, 예를 들어 재단기(shredder)-압출기-조합의 스크류 산출량의 증가 또는 성능의 증가에 높은 값을 설정하면, 스크류의 회전 속도가 증가되어야 하며, 이것은 전단 효과가 또한 증가됨을 의미한다. 그럼으로써 가공된 재료가 스크류에 의해 보다 높은 기계적 및 열적 응력을 받게 되고, 이것은 합성 플라스틱 재료의 분자 사슬에 부정적 영향을 미칠 위험이 존재함을 나타낸다. 추가적 불이익으로서, 재활용 재료를 가공하는 동안 이 재료에 포함된 불순물, 예를 들어 연마성(abrasive) 입자, 금속 조각 등에 기인하여 스크류 및 그 하우징이 크게 마모될 수 있으며, 상기 불순물은 스크류의 금속 부재와 서로에 대해 활주하는(sliding) 베어링에 높은 마모 효과를 갖는다.

빠르게 회전하는 스크류 뿐만 아니라 느리게 회전하고 깊게 절단하는 스크류(깊은 회전 깊이)에 있어서는, 스크류에 공급되는 단일 재료 배치의 이미 언급한 상이한 성질, 예를 들어 합성 플라스틱 재료의 상이한 파편 크기 및/또는 상이한 온도가, 스크류 출구에서 얻어지는 합성 플라스틱 재료의 불균일성과 같은 부정적 효과를 초래한다. 실제로, 압출기의 온도 프로필이 증가하고, 이것은 추가의 전력이 합성 플라스틱 제료에 공급되어야 함을 의미하며, 이것은 결과적으로 합성 플라스틱 재료의 언급된 열적 손상 및 증가한 전력 소비를 초래한다. 또한, 압출기 출구에서 얻어진 플라스틱 재료의 점성이 감소하게 되어, 이 재료가 매우 유동적으로 되며, 이것은 이러한 재료를 추가로 가공하는 경우에 어려움을 초래한다.

그로부터, 스크류의 출구에서 양호한 재료 성질을 회득하기에 유리한 가공 매개변수는 서로 모순되게 된다.

본 발명은 재활용을 위해 합성 플라스틱 재료, 특히 열가소성 폐플라스틱을 전처리하고 후속하여 가소화하거나 응집하기 위한 장치에 관한 것으로서, 가공될 재료를 위한 흡입 개구를 구비한 용기(receptacle)를 포함하고, 하나 이상의 순환하는 분쇄 및/또는 혼합 기구가 배치되고, 용기내에서 가공될 재료가 이러한 재료를 가소화하거나 응집하는 스크류, 예를 들어 압출 스크류의 하우징내로 공급되며, 바람직하게는 하우징이 용기에 연결된다.

도 1은 방사방향으로 용기에 연결된 스크류 하우징을 구비한 제 1 구체예의 수평 단면도이다.

도 2는 스크류의 축이 용기의 단면을 할선과 같이 교차하는 변형 구체예를 도 1과 유사한 방식으로 나타낸 것이다.

도 3은 스크류 하우징이 용기에 접선방향으로 연결되는 추가의 구체예를 도시한 것이다.

도 4는 기구를 운반하는 단일 회전 디스크를 구비한 용기의 수직 단면도이다.

도 5는 기구를 운반하는 2개의 디스크를 구비한 용기의 유사한 수직 단면도이다.

도 6은 도 3과 유사한 구체예를 나타내지만, 스크류 하우징의 흡입 개구 영역이 변형되었다.

도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선을 따른 단면도이다.

본 발명의 목적은 이러한 단점을 극복하고, 상술된 종류의 장치를 개선하여, 이러한 장치가 일정한 재료 성질에서 보다 높은 스크류 산출량으로 동작될 수 있게 하거나, 스크류 산출량을 일정하게 유지하는 경우 압출기의 온도 프로필이 실질적으로 낮게, 예를 들어 20℃ 이하로 유지되게 하는 것이며, 그리하여 전력을 절감하고 수득되는 재료의 성질이 향상시키는 것이다.

본 발명은 조사를 통해 얻어진 결과, 용기내의 가공될 플라스틱 재료의 이론적 체류 시간이, 특히 이 재료가 가공되기 곤란한 형태로 존재하는 경우 상당한 영향이 있다는 것으로부터 출발한다. 용기내의 합성 플라스틱 재료의 기계적 및 열적 균일성을 달성한다면 이것은 가소물(plastificate) 및 응집물(agglomerate)의 성질에 직접적으로 양호한 영향을 미치는데, 이것은 스크류에 이미 적어도 실질적으로 일정한 기계적 및 열적 균일성의 재료가 공급되기 때문이며, 그러나 그러한 균일성은 스크류에 의해 가공되어서는 안된다. 간략히 환언하면: 용기내의 합성 플라스틱재료의 전처리의 성질이 보다 증가함에 따라, 스크류 하우징내의 합성 플라스틱 재료의 후속 가공(가소화 또는 응집) 동안 보다 적은 문제가 발생한다. 조사를 통해, 상기 과업이 용기의 직경을 스크류의 직경에 대하여 하기 관계에 있도록 하여 본 발명에 따라 간단한 방식으로 해결될 수 있다는 놀라운 결과를 발견하였다:

D = 10·(K·d²)^1/3, 여기에서

D는 mm로 나타낸 원형-원통형 용기의 직경 또는 동일한 용적 및 동일한 높이를 갖는 의제 용기의 직경이고,

d는 mm로 나타낸 스크류 직경이며,

K는 190 이상의 무차원 상수이다.

상기 식은 경험을 통해 발견된 대략식(thumbrule)이다. 그러므로, 만일 등식 양측에서 상이한 차원이 발생한다면 상기 식은 무용하다.

통상의 크기와 비교하여 용기(대개는 재단기 용기)를 크게 함으로써, 용기내에서 전처리된 합성 플라스틱 재료의 기계적 및 열적 균일성이, 심지어 재료가 가공하기 곤란한 경우에도 보다 균질해진다. 그 이유는, 일정하게 공급되는 비가공된 "찬(cold)" 재료 부분 및 컨테이너내에 존재하고 이미 부분적으로 처리된 재료 물질 사이의 물질비(mass ratio)가 통상적으로 발생하는 상태에 비하여 낮기 때문이고, 컨테이너내의 합성 플라스틱 재료의 주 체류 시간이 실질적으로 증가하기 때문이다. 물질비의 감소는 컨테이너로부터 스크류 하우징으로 들어가는 재료의 기계적 및 열적 균일성에 양호한 영향을 미치고, 그리하여 압출기 스크류 또는 응집 스크류의 말단에서 가소물 또는 응집물의 성질에 직접적으로 양호한 영향을 미치며, 그 이유는 컨테이너내의 가공된 합성 플라스틱 재료의 이론적 체류 시간이 실질적으로 일정하기 때문이다. 또한, 증가된 용기를 구비한 설비는 공지된 설비와 비교하여 공급 부분의 정확성과 관련하여 보다 용이하게 동작된다.

예를 들어, 하기 수치 결과는 0.5의 평균 용융-유동-지수(MFI: melt-flow-index), 80μ의 평균 박편(foil) 두께 및 재단기 용기내에서의 0.225 kg/dm³의 평균 파일(pile) 중량 Sg를 가진 폴리에틸렌 박편을 가공하는 경우에 통상의 구성의 재단기 용기에 대한 것이다:

재단기 용기 직경D = 1000 mm

재단기 용기 높이H = 1000 mm

스크류 직경d = 80 mm

스크류 길이l = 1600 mm

재단기 용기내에서 가공된 재료(파편)Zi = 38 kg

압출기 산출량Ea = 320 kg/h

그로부터 용기내의 재료의 이론적 체류 시간은 Zi : Ea = 38 : 320 = 0.12h = 7.13 min으로 계산된다.

상기 식에 따라, 이러한 통상의 구성은 K = 157의 값에 상당한다.

본 발명에 따라 용기의 직경 및 높이가 1300 mm로 증가되고, 이를 제외하고는 구성이 일정하게 유지되는 경우, 결과는 하기와 같다:

재단기 용기 직경D = 1300 mm

재단기 용기 높이H = 1300 mm

스크류 직경d = 80 mm

스크류 길이l = 1600 mm

재단기 용기내에서 가공된 재료(파편)Zi = 83 kg

압출기 산출량Ea = 385 kg/h

그로부터 이론적 체류 시간은 다음과 같이 계산된다:

Zi : Ea = 38 : 385 = 0.22h = 12.94 min.

이 구성은 K = 343의 값에 상당한다.

2개의 이론적 체류 시간을 비교하면, 이것은 1.81의 인자(factor)에 대해 체류 시간의 증가를 초래한다. 이것은 약 1.2의 인자(160 회전/분의 스크류 속도의 불변)의 산출량의 증가를 초래한다. 그러므로, 83%의 평균 체류 시간의 증가는 20%의 산출량의 증가를 초래한다.

343의 선택된 K값에 대하여, 상기 공식은 통상의 주어진 스크류 직경 d(mm)에 대하여 하기 용기 직경 D(mm)을 초래한다.

스크류 직경 (mm)용기 직경 (mm)

50950

851353

1051558

1201703

1451932

상기 재단기-압출기-조합의 산출량의 증가 또는 개선된 용적에 따라 값이 설정되는 경우, 동일한 크기의 압출기내에서, 그리하여 동일한 스크류 직경으로, 스크류 회전의 깊이가 증가되고, 스크류 속도가 증가되며, 가공된 재료가 스크류내에서 증가된 전단 작용을 거치지 않는다. 이것은 가소물의 물질 온도, 그리하여 전체 전력 소모가 감소됨을 의미한다. 특히, 열적으로 불안정한 열가소성물을 가공하는 경우에 이것이 중요하다. 그러므로, 증가된 용기 부피의 사용은, 통상의 구성에 비해서 50% 초과의 재단기-압출기-조합의 산출량을 증가시킬 뿐만 아니라 전력을 상당히 절약한다. 예를 들어, 밀도가 0.92 g/cm³인 폴리에틸렌의 엔탈피 곡선은 25 W/kg의 용융 전력의 감소(20℃로 가공 온도의 감소에서), 즉 거의 14.5%의 전력 절감을 나타낸다.

용기 높이의 증가(직경 불변)는 용기 부피의 증가를 실제로 초래하지만, 가공된 재료의 성질의 개선을 실제로 초래하지는 않는다. 그 이유는, 용기내에서 회전하는 기구의 영향으로, 순환하는 재료가 특정 높이를 초과하지 않는 형상(혼합 콘(corn))이 되기 때문이고, 이것은 용기 벽을 따라 순환하는 합성 플라스틱 재료가 최대 높이에 도달하여 용기의 중심 영역으로 내부로 하향하여 하강하여 복귀하기 때문이다. 이러한 이유로, 용기 높이는 용기 직경과 동일하게 선택되는 것이 일반적이다.

그러나. 이미 언급한 바와 같이, 용기는 비록 실제적이고 제조 기술적인 이유로 인해 유리하다고 하여도 원형 원통형 형상일 필요는 없다. 원형 원통형 형상으로부터 이탈된 용기의 형상, 예를 들어 푸르스토(frusto)-원뿔형 용기 또는 타원형 또는 난형 수평 투영을 가진 원통형 용기는, 의제(fictitious) 용기의 높이가 그 직경과 동일하다는 가정하에 동일한 용적의 원형 원통형 용기로 전환되어야 한다. 발생하는 혼합 콘을 실제로 초과하는 용기의 높이는(절감된 거리를 고려하면), 이러한 초과한 용기 높이가 재료의 가공에 이용되지 않고 영향을 미치지 않기 때문에 고려하지 않는다.

이론적으로 용기의 증가는 상한이 없다. 그러나, 실제로는 이러한 상한이 제조상 및 운반상 이유로 주어진다. 그러나, 조사를 통해, K가 200 초과인 경우에 특히 양호한 구성이 얻어진다는 것을 발견하였다.

유사한 방식으로, 스크류의 회전 깊이는, 스크류의 잔류 콘 깊이가 스크류에 의해 가해지는 토크를 흡수할 수 있어야 하므로, 임의로 증가될 수 없다. 이러한 이유로, 스크류의 축이 용기의 단면에 대해 접선으로 배치되고, 스크류의 하우징이 스크류에 의해 취해질 재료용 흡입 개구를 그 측벽에 구비하며, 스크류가 일측 전방 단부상에서 구동 수단에 연결되고 타측 전방 단부상에서 스크류 하우징의 전방 단부에 배치된 출구 개구, 특히 압출기 헤드를 향해 운송하는 구성내에서 문제가 발생할 수 있다. 그러한 구성에서, 물론 스크류의 흡입 거동을 개선하기 위하여스크류 하우징의 흡입 개구의 영역내에서 스크류의 회전 깊이를 가능한 한 크게 유지하는 것이 바람직하다. 그러나, 이것은 상기 이유로 인해 제한된다. 그러나, 본 발명의 사상내에서, 특별한 구성에 의해 서로 모순되는 이러한 요구에 부응할 수 있는 가능성이 존재한다. 이러한 구성은, 흡입 개구의 영역내의 스크류 하우징이 스크류 하우징에 도입될 합성 플라스틱 재료를 위해 추가의 자유 공간을 조성하는 포켓(pocket)을 형성하는데 존재하며, 스크류의 회전 방향이 연결된 용기를 향하는 흡입 개구의 에지에서, 이 포켓을 흡입 개구에 대하여 전부 또는 일부 밀폐하는 바람직하게 조정가능한 리브(rib)가 제공된다. 이러한 방식으로, 스크류의 감소된 회전 깊이에 불구하고, 스크류의 보다 향상된 흡입 거동이 획득될 수 있다.

그러나, 본 발명의 사상내에서, 예를 들어 스크류 하우징의 출구 개구를 향하여 스크류의 회전 깊이가 감소하는 응집화 장치내에서 스크류의 축을 용기의 단면에 대하여 방사방향으로 또는 할선방향(secant)으로 배치할 수도 있다. 공지된 바와 같이, 응집화 장치는 가소화 장치와 비교하는 경우, 감소된 스크류 깊이를 가지며, 응집화 스크류의 회전 기하구조는 가소화 스크류의 그것과는 상이하고, 흡입 구역 및 그에 인접한 중심 구역의 영역내의 응집화 스크류는 가소화 스크류와 비교하는 경우 증가된 회전 깊이를 가지며, 단지 주입 계량 구역의 영역에서만 응집화 스크류의 회전 길이가 낮게 됨으로써, 재료가 단지 계량 구역의 영역내에서만 집중적으로 압축되고 전단 작용을 받게 되어, 단지 짧은 시간 동안 압축/전단 작용을 거치므로, 가소화되지 않는다. 그러므로, 응집화 스크류는 완전히 가소화되지는 않았지만 그 표면에서만 용융된 입자로 구성된 그 출구 재료를 운송하고, 소결 작용 중의 입자는 서로 부착한다.

본 발명의 추가의 특징 및 이점은 도면에서 도식적으로 나타낸 본 발명의 주제의 예시적 구체예로부터 알 수 있다.

도면은 공간상의 이유로 실제 크기가 아니며, 실제로 용기는 그것이 도면에 나타난 것보다 항상 많이 클 것이다.

도 1에 따른 구체예에서, 장치는 재단기-압출기-조합을 형성하며, 원형 단면을 갖는 용기(1)를 포함하며, 그것의 측벽(2)은 실질적으로 원통형이다. 용기(1)내에서, 캐리어(carrier) 디스크(4)는 중심 수직축(3)의 주위를 회전하며, 디스크는 아래로부터 구동 수단(미도시)에 의해 구동되어 화살표(5) 방향으로 회전한다. 캐리어 디스크(4)는 용기의 바닥 영역에 배치되고, 위로부터 용기내로 도입되는 가공될 합성 플라스틱 재료, 통상 열가소성 재활용 재료를 분쇄 및 혼합하는 방식으로 작용하는 분쇄 및 혼합 기구(6)를 그 상부 표면상에 장착하고 있다. 실질적으로 이 순환 기구(6)의 높이에서, 스크류(8)의 하우징(7)이 용기(1)의 측벽(2)에 방사방향으로 연결되고, 스크류는 우측 단부에 배치된 구동 수단(미도시)에 의해 그의 축(11)을 중심으로 회전되게 구동된다. 이 경우에, 스크류는 하우징(7)의 흡입 개구(9)를 통해 스크류(8)에 공급되는 합성 플라스틱 재료를 가소화하고, 가소화된 상태의 이 재료를 스크류(8)의 우측 단부에 배치된 압출기 헤드(미도시)로 운반하는 압출기 스크류이다. 용기(1)의 측벽(2)를 따라 상승한 혼합 콘 형태의 순환 기구(6)에 의해 용기(1)내에서 순환하는 합성 플라스틱 재료를 흡입 개구(9)로 용이하게 흡입하기 위하여, 기구(6)의 선행 작업 에지(10)가 휘어져서 각 기구(6)가 흡입 개구(9)를 지나는 경우에 합성 플라스틱 재료가 주걱형(spatula-like) 방식으로 흡입 개구(9)에 압축된다.

합성 플라스틱 재료의 사전-분쇄, 사전-건조 및 사전-가열을 위하여 용기(1)내의 플라스틱 재료의 체류 시간에 대한 최적 조건을 얻기 위하여, 용기(1)의 직경(D)은 스크류 회전의 외부 직경(d)에 대하여 하기 관계를 갖는다: D = 10·(K·d²)^1/3, 여기에서 D는 mm로 나타낸 용기의 내부 직경이고, d는 mm로 나타낸 스크류 직경이며, K는 190 이상의 상수이다.

도 2에 따른 구체예는 스크류(8)의 하우징(7)이 용기(1)의 단면에 방사방향으로 연결된 것(도 1 참조)이 아니라 용기(1)의 측벽(2)에 할선방향으로 연결된 점에서 도 1에 따른 구체예와 상이하다. 그러므로, 스크류(8)의 축(11)은 그 연장부가 용기(1)의 내부를 교차한다. 이것은 다음의 결과를 갖는다: 용기(1)의 원주 방향에서 측정된 경우 - 흡입 개구(9)는 도 1에 따른 구체예에서보다 더 넓고, 이것은 가공될 재료의 스크류(8)의 하우징(7)내로의 도입을 유리하게 한다.

도 3에 따른 구체예에서, 스크류(8)의 하우징(7)은 용기(1)의 측벽(2)에 접선방향으로 연결되어, 흡입 개구(9)가 하우징(7)의 측벽내에 배치되고, 도 1 및 도 2에서와 같이 그 전방 단부에 위치하지 않는다. 도 3에 따른 구체예는 다음의 이점을 갖는다: 스크류(8)가 좌측 전방 단부(12)에 도식적으로만 나타낸 구동 수단(13)에 의해 구동될 수 있으므로, 스크류(8)의 우측 전방 단부(14)에 구동 수단을 구비할 필요가 없다. 이것은 스크류(8)에 의하여 운반된 가소화되거나 응집된 합성 플라스틱 재료을 위한 압출기 헤드(미도시) 형태의 출구 개구(15)를 이 전방 단부(14)에 배치할 수 있게 한다. 그러므로, 합성 플라스틱 재료가 스크류(8)에 의해 출구 개구(15)를 통하여 이탈 없이 운반될 수 있으며, 이것은 도 1 및 도 2에 따른 구체예에서는 용이하게 가능하지 않다.

나이프 등과 같은 형태의 기구(6)는 간략화를 위해 도 2 및 도 3에 도시하지않았다.

모든 구체예에서, 스크류(8)는 그 중심 직경이 스크류의 출구 단부를 향하여 증가하며, 그리하여 그 회전 깊이가 동일 방향으로 감소하도록 도시되었다. 그러나, 원하는 경우 그 반대의 구성도 가능할 수 있으며, 스크류 하우징(7)의 용기(1)로의 상이한 연결에 의해 이미 언급한 바와 같이, 스크류용 구동 수단(13)의 배치가 상이해질 것이다. 그러므로, 구동 수단은 스크류의 중심 직경이 최대 토크를 취하는 구역에 인접하게 배치될 수 있다.

흡입 구역내의 스크류의 중심 직경 및 회전 깊이 각각은 대부분의 경우 주어진 상황, 특히 용기(1)내에 함유된 합성 플라스틱 재료의 벌크(bulk) 밀도에 맞추어져야 한다.

도 4에 따른 구체예는, 유효 높이(H)가 실질적으로 내부 직경(D)와 동일한 용기(1)를 나타낸다. 캐리어 디스크(4)는 모터(16)에 의해 샤프트(17)를 통해 구동되고, 그것은 용기(1)의 평탄 바닥(18)을 횡단하며, 단지 도식적으로 나타낸 베어링(19)에 의해 바닥(18)에 지지된다. 용기(1)는 호퍼(20)에 의해 한정된 흡입 개구(21)를 위에 구비하고, 그것를 통하여 가공될 재료(22), 예를 들어 일부의 플라스틱 박편이 운반 수단(23)에 의해 화살표(24) 방향으로 투입된다. 이 재료(22)는 순환 기구(6)에 의해 취해지고, 혼합 콘(25)의 형태로 회전되며, 그리하여 재료가 용기의 수직 측벽(2)을 따라 상승하고, 실질적으로 유효 용기 높이(H)의 구역에서 중력 작용에 의해 용기의 중심 구역으로 다시 내부로 하향하여 하강한다. 본 발명의 관점에서 용기의 증가가 용기(1)내에서의 재료의 평균 체류 시간을 증가시킴으로써, 비록 가공될 재료가 그러한 가공이 곤란한 경우, 예를 들어 상이한 종류의 박편 잔류물(두께, 크기 등)에 불구하고 실질적으로 일정한 열적 및 기계적 상태를 갖는 재료가 항상 스크류 하우징(7)의 흡입 개구(9)로 들어간다는 점에서 유리하다.

도 5에 따른 구체예는, 기구(6)용 캐리어 디스크(4)상에 캐리어 디스크(4)에 대해 동축으로 샤프트(17)에 연결된 추가의 캐리어 디스크(27)가 존재한다는 점에서 도 4의 구체예와 상이하다. 또한, 이 캐리어 디스크(27)는 기구(6)를 장착하고 있으며, 그것의 구성 및 배치는 캐리어 디스크(4)에서와 동일할 수 있으나, 기구(6)가 합성 플라스틱 재료를 흡입 개구(9)내로 압축하는 단순한 스터핑(stuffing) 기구일 수 있다. 캐리어 디스크(27)는 용기(1)로 도입되는 합성 플라스틱 재료(22)의 전처리를 수행하며, 이 재료는 이 전처리 후에만 캐리어 디스크(27)와 용기(1)의 측벽(2) 사이의 환형 간극(28)을 통하여 하부 캐리어 디스크(4)의 구역에 도달하게 되어, 용기(1)내에서 전처리된 합성 플라스틱 재료의 열적 및 기계적 균일성이 추가로 개선되며, 그 후, 이 재료는 스크류(8)의 하우징(7)내로 도입된다. 여기에서, 기구(6)를 구비한 캐리어 디스크(4)는 추가로 가공된 합성 플라스틱 재료를 스크류 하우징(7)의 흡입 개구(9)내로 안내한다.

이 경우에, 용기(1)의 유효 높이(H)는 상부 캐리어 디스크(7)로부터 계산될 수 있으며, 이것은 혼합 콘(25)이 이 캐리어 디스크 위로부터 발전하기 때문이다.

도 6 및 도 7에 따른 구체예에서, 스크류(8)의 하우징(7)은 용기(1)에 접선방향으로 연결되며, 흡입 개구(9)를 통해 용기(1)에 직접 연결된다. 스크류(8)의나사선(volution)은 흡입 개구(9)를 지나 운반 방향(화살표 26)에 반대 방향으로 연장하며, 거기에서 밀봉부로 작용하는 나사산(screw thread)(9)으로 변화되며, 나사산의 방향은 나사산(30)의 방향과 동일하지만, 나사산(29)은 보다 좁은 나사선을 갖는다. 스크류(8) 또는 그 하우징(9) 각각에는 가열 및/또는 냉각 수단이 제공되어 가공된 합성 플라스틱 재료를 원하는 온도로 유지되게 한다. 실질적으로 직사각형의 흡입 개구(9)가 스크류 하우징(7)의 측벽에 배치되며, 직접 용기의 출구 개구(37)에 결부되며, 비교적 큰 크기로 되어, 도시된 구체예에서, 그것은 약 2개의 스크류 나사선(30)상에 연장한다. 흡입 개구(9)의 높이는 용기(1)의 축 방향으로 측정된 경우에, 실질적으로 나사산(30)의 직경 만큼 크다. 이것은 스크류(8)가 공급 수단(31)을 형성하는 기구(6)에 의해 흡입 개구(9)로 압축된 합성 플라스틱 재료를 많이 취할 수 있게 한다. 흡입 개구(9)의 구역에, 나사산(30)에 더하여 스크류 하우징(7)내에 자유 공간이 제공되며, 이 공간은 스크류 하우징(7)의 포켓형 확장부(32)에 의해 형성된다. 이 확장부(32)는 스크류 하우징(7)의 원주 중 큰 부분상에 중공 실린더의 형상을 가지며, 약 2.5 스크류 나사선상에 도시된 구체예에서(도 6), 스크류의 하나 이상의 나사산(30)상에서 스크류(8)의 축 방향으로 연장한다. 확장부(32)는 흡입 개구(9)와 직접 연결된다. 확장부(32)의 폭은 스크류(8)의 원주 방향으로 측정한 경우, 그 길이 방향으로 바람직하게는 일정하며, 그리하여 확장부(32)에 의해 형성된 포켓의 깊이는 어디에서나 실질적으로 동일한 크기이다. 확장부(32)는 밀봉 나사산에 직접 결부되며, 흡입 개구(9)를 지나 양측으로 스크류(8)의 축방향으로 연장한다. 확장부(32)의 깊이는 스크류(8)의 방사 방향으로 측정한 경우, 스크류(8)의 직경의 약 5 내지 10%에 이른다. 흡입 개구(9)의 하부 에지(33)(도 7)에서, 확장부(32)는 흡입 개구(9)내로 연속적으로 통과하여, 캐리어 디스크(4)의 상부 표면이 실질적으로 수평으로 연속하게 된다. 그로부터, 만곡진 용기부(35)가 그 바닥(18)에 이른다. 스크류(8)의 회전 방향(화살표 34)이 용기(1)를 향하는 에지인 흡입 개구(9)의 상부 에지에, 확장부가 흡입 개구(9)에 대하여 확장부(32)를 전부 또는 일부 밀폐시키는 벽부(38)를 구비한다. 스크류 하우징(7)의 슬롯 가이드(slotted guide)(40)내에서 안내되며, 조정 수단(41) 예를 들어 조정 스크류에 의해 스크류(8)를 향해 또는 그로부터 멀어지게 연속적으로 조정될 수 있는 조정가능한 리브(39)로 상기 벽부(38)를 구성하는 것이 유리하다. 조정 영역은 포켓(22)의 전체 방사 깊이를 포함하여, 대부분 돌출된 스크류(13)를 향하는 위치의 리브(39)가 그 전면이 스크류 나사선(30)의 원주에 접하게 되며, 그리하여 스크류가 회전하는 경우에 스크류(8)에 의해 취해진 합성 플라스틱 재료에 대해 실질적으로 저항을 제공한다. 그 돌출된 위치에서, 특히 리브(39)가 포켓형 확장부(32)를 용기의 내부에 대하여 밀폐하는 위치에서, 리브(39)는 스크류와 함께 이동하는 합성 플라스틱 재료에 실질적인 저항을 제공하여, 이 재료가 연속적으로 스크류(8)의 나사선들 사이를 통과하며, 그리하여 스크류와 함께 단순히 회전하는 것이 아니라 축방향으로 스크류에 의해 운반된다. 그러나, 리브(39)의 후퇴 위치에서, 흡입 개구에서 스크류(8)에 의해 취해진 합성 플라스틱 재료의 일부는 다시 흡입 개구(9)로 운반되어, 화살표(26) 방향으로의 스크류(8)의 운반이 감소된다. 리브(39)의 중간 위치를 선택하여, 스크류(8)의 운반 효율이 최대 및 최소 사이에서 선택적으로 조정될 수 있으며, 그리하여 주어진 상황에 적응될 수 있다. 이것은 합성 플라스틱 재료가 다양한 성질, 예를 들어 다양한 밀도인 경우에 특히 유리하며, 그것은 그러한 방식으로 스크류(8) 및 그 구동 수단의 과부하가 회피될 수 있기 때문이다.

포켓형 확장부(32)에 직접 인접하여, 스크류 하우징(7)의 부분(42)이 존재하고, 이것에는 그 내부 표면에 다수의 홈(43)이 제공되며, 이러한 홈은 이 부분의 재킷 벽으로부터 돌출하는 강성 및 고정 리브(44)에 의해 서로 분리된다. 이러한 홈(43) 및 리브(44)는 스크류 축(11)의 방향(26)으로 연장하지만, 그 축 주위로 나선형으로 회전될 수 있으며, 그 장축 방향의 실질적 성분이 항상 스크류 축(11)의 방향으로 연장한다. 리브(44)는, 리브가 그 표면이 스크류(8)를 향하는 스크류 나사산(30)의 원주에 접하는 높이를 가지며, 그리하여 이 영역(42)에서 소위 스크류(8)의 교각(abutment)을 형성한다. 홈(43)의 깊이는 포켓형 확장부(32)로부터 멀어질수록 바람직하게는 연속적으로(continuously and step-lessly) 감소한다. 적절하게는, 홈(43)이 운반된 플라스틱 재료가 도입되는 단부에서 방사 방향으로 측정된 경우의 확장부(32)의 깊이와 동일한 깊이를 가짐으로써, 확장부(32)와 홈(43) 사이의 전이부에서 단계가 없으며, 각각의 리브(44)는 그러한 단계를 구성한다. 부분(42)의 다른 전방 단부에서, 홈(43)은 부드럽게 스크류 외부 직경으로 변화하여, 홈(43)의 바닥이 리브(44)의 상부 표면에 도달한다. 홈(43)의 측벽은 스크류(8)에 의해 운반된 플라스틱 재료상에 파지(catching) 작용을 가한다. 바람직하게는, 각 홈(43)의 측벽은 스크류(8)의 회전 방향(화살표 34)으로 바라본 경우, 스크류의 회전 방향에 반대 방향으로 경사져 있다. 그러므로, 홈 사이에 배치된 리브는 대략 사다리꼴 단면을 가진다. 홈(43)의 폭은 모든 홈에 대하여 동일한 것이 적정하고, 이것은 리브(44)에 대하여도 동일하다. 홈(43)의 폭과 리브(44)의 폭 사이의 비율은 스크류(8)의 원주 방향으로 측정된 경우, 0.5 : 1 내지 2 : 1 이다. 홈(43)은 용이하게 교체가능한 슬리브(45)로 형성된 스크류 하우징(7)의 개별 부재내에 배치하는 것이 유리하다(도 6). 이 슬리브는 스크류 하우징(7)의 원통형 오목부(46)내에 삽입되고, 도시되지 않았으나 예를 들어, 쐐기(wedge) 등과 같은 수단에 의해 회전에 대해 고정된다. 슬리브(45)는 마멸 부재를 구성하며, 그리하여 내마모성 재료, 특히 초경 합금(hard metal)으로 구성된다. 슬리브(45)의 교체를 용이하게 하기 위하여, 그것은 플랜지(47)에서 서로 나사로 고정된 스크류 하우징(7)의 2개의 부분(7', 7") 사이에 배치된다.

흡입 개구(9)의 하류에 배치된 에지는 경사면(48)으로 형성되며, 바람직하게는 원뿔형으로 그리고 부드럽게 리브(44) 또는 홈(43)의 전방 단부로 각각 변화된다. 리브(44)의 이러한 상류측 전방 단부(49)는 바람직하게는 경사면(48)에 정렬하여 모서리 따기가 되며, 이것은 스크류(8)의 나사선으로의 합성 플라스틱 재료의 흡입을 용이하게 한다.

가소화 스크류가 본 발명의 방식으로 증가된 용기에 연결된 대부분의 공장에서, 출구 개구(15)에 인접한 부분내의 가소화 스크류(8)가 스크류 직경의 5% 이상, 바람직하게는 7% 초과인 나사선의 깊이를 갖는 경우의 시험에 의하여 이점이 나타났다. 특히 유리한 값은 스크류 직경의 7.5% 내지 8.5%에서의 시험에 의해 나타났다.

Claims (7)

1. 가공될 재료용 흡입 개구(21)를 상부에 구비하고, 하나 이상의 순환하는 분쇄 및/또는 혼합 기구(6)가 배치된 용기(1)를 포함하며, 용기(1)내에서 전처리된 재료가 이 재료를 가소화 또는 응집하는 스크류(8)의 하우징(7)내에 공급되고, 하우징(7)이 바람직하게는 용기(1)에 연결된, 재활용 목적으로 합성 플라스틱 재료, 특히 열가소성 폐플라스틱을 전처리하고 후속하여 가소화 또는 응집하는 장치로서, 용기(1)의 직경(D)이 스크류(8)의 직경(d)에 대하여 하기 관계를 유지함을 특징으로 하는 장치:

   D = 10·(K·d²)^1/3, 여기에서

   D는 mm로 나타낸 원형-원통형 용기(1)의 내부 직경, 또는 동일한 용적 및 동일한 높이를 갖는 의제 원형 원통형 용기의 내부 직경이며,

   d는 mm로 나타낸 스크류(8)의 직경이며,

   K는 190 이상인 상수이다.
2. 제 1항에 있어서, K가 200 초과임을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 스크류(8)의 축(11)이 용기(1)의 단면에 대하여 방사방향으로 또는 할선 방향으로 배치됨을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 스크류(8)의 축(11)이 용기(1)의 단면에 대하여 접선방향으로 배치됨으로써, 측벽내의 스크류(8)의 하우징(7)이 스크류(8)에 의해 취해질 재료를 위한 흡입 개구(9)를 구비하며, 스크류(8)가 일측 전방 단부(12)에서 구동 수단(13)에 연결되고, 타측 전방 단부(14)에서 스크류 하우징(7)의 전방 단부에 배치된 출구 개구(15), 특히 압출기 헤드를 향하여 운반함을 특징으로 하는 장치.
5. 제 4항에 있어서, 흡입 개구(9)에 인접한 부분내의 가소화 스크류(8)가 스크류의 잔류 부분과 비교하여 증가된 나사선의 깊이를 가짐을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 출구 개구(15)에 인접한 부분내의 가소화 스크류(8)가 스크류 직경의 5% 이상, 바람직하게는 7% 초과의 나사산의 깊이를 가지며, 특히 스크류 직경의 7.5% 내지 8.5%의 나사산의 깊이를 가짐을 특징으로 하는 장치.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 스크류 하우징(7)이 흡입 개구(9)내에 포켓형 확장부를 구비하고, 확장부가 스크류 하우징(7)으로 도입될 합성 플라스틱 재료를 위해 추가의 자유 공간을 제공하여, 스크류(8)의 회전 방향이 인접한 용기(1)를 향하는 흡입 개구(9)의 에지에서, 이러한 확장부(32)를 흡입 개구(9)에 대하여 전부 또는 일부 밀폐시키는 바람직하게 조정가능한 리브(39)가 제공됨을 특징으로 하는 장치.