KR200327454Y1 - 압출기의 발포성형장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 발포체의 대량생산이 가능하고, 실린더 다이스의 길이 조건에 관계없이 균일한 발포체 제품을 얻을 수 있도록 하는 발포공을 형성한 압출기의 발포성형장치를 제공하는 것으로, 이에 따른 발포성형장치는 축방향으로 축공이 형성되고, 상기 축공과 외측을 연통하는 다수의 발포공이 형성되는 실린더 다이스; 및 상기 축공에 삽입되어 상기 실린더 다이스의 내부에 캐비티가 형성되도록 하는 코어축을 포함하고, 상기 축공의 내측면과 상기 코어축의 외측면 사이의 간격이 상기 실린더 다이스의 일측에서 타측으로 가면서 작아지게 형성되는 것이 특징이다.

Description

압출기의 발포성형장치{FORMING APPARATUS OF EXTRUDER}

본 고안은 압출기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 좀 더 작으면서도 대량으로 발포체를 만들 수 있는 압출기의 발포성형장치에 관한 것이다.

일반적으로 압출성형은 원료를 압출기의 호파에 넣고 실린더에 일정한 온도를 유지하게 하여 원료를 녹이면서 실린더 속의 스크류를 회전시켜 밀어내어 실린더 앞에 장착된 다이스(die)를 통과하게 하여 냉각시켜 성형하는 것이다

이렇게 만들어지는 발포체는 발포체의 원료를 공급하면서 발포제를 중간에 혼합시켜 압출함으로써 성형이 이루어지며, 특히 열가소성수지를 이용한 발포체는 화학 발포제나 물리적 발포제를 사용해서 제조하는 방법이 알려져 있다.

화학 발포법은 일반적으로 원료수지와, 성형온도에 의해 분해되어 가스를 발생하는 저분자량의 유기발포제를 혼합하고 이 발포제의 분해온도 이상으로 가열함으로써 발포성형하는 방법이다. 이 방법은, 가스의 발생이 분해온도에 대해서 예민하며, 분해온도도 발포보조제 등을 첨가함으로써 용이하게 조절될 뿐 아니라, 독립 기포를 가진 발포체를 얻을 수 있다.

그리고 물리적 발포법인 가스발포법은, 성형기에 의해 수지를 용융한 곳에, 부탄, 펜탄, 디클로로디플루오로메탄과 같은 저비점 유기화합물을 공급하고, 혼련한 후, 저압영역으로 방출함으로써 발포성형하는 방법이다. 이 방법에 사용되는 저비점 유기화합물은, 수지에 대해서 친화성이 있으므로 용해성이 뛰어나고, 또, 유지성에도 뛰어나므로, 고배율 발포체를 얻을 수 있는 특징을 가지고 있다.

이와 같은 발포법을 이용하여 펠릿 형태의 발포체를 제조하는 장치 및 발포체는 대한민국 특허공개번호 제2002-90125호에 상세하게 기술되어 있고, 또한 대한민국 특허공개번호 제2002-89072호에서는 압출기의 실린더를 위한 냉각기구 및 그 냉각기구를 사용한 압출기의 실린더를 위한 온도조절장치가 개시되어 있으며, 대한민국 등록실용신안 제246819호, 제246821호, 제246823호에서는 펠릿형 열가소성수지 발포체를 제조하기 위한 장치들이 제안되고 있다.

이러한 다양한 고안들에도 불구하고 발포체를 대량으로 생산하기가 용이하지 않은 데, 그 이유는 발포체의 재료가 되는 수지의 온도 제어가 쉽지 않기 때문이다. 좀 더 상세히 설명하면, 발포가 시작되는 실린더 다이스(cylinder die)의 초입에서부터 실린더 다이스의 말미까지 동일한 온도조건을 가져야만 동일한 형상의 발포체를 형성할 수 있으나 실린더 다이스의 길이가 길어질 경우 실린더 다이스 전체에서 동일한 온도조건을 조성하는 것이 쉽지 않다.

또한 대량생산을 위해 실린더 다이스의 길이를 길게 하면 그만큼 많은 수의 발포홀을 통해서 많은 양의 발포체가 형성될 수 있다고 판단할 수도 있으나, 실린더 다이스의 초입과 말미 사이에 압력조건이 다르기 때문에 균일한 발포체를 얻을 수 없는 문제점이 있다.

본 고안은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 발포체의 대량생산이 가능하도록 구성된 압출기의 발포성형장치를 제공하는 데 있다.

또한 본 고안은 실린더 다이스의 길이 조건에 관계없이 균일한 발포체 제품을 얻을 수 있도록 하는 발포공을 형성한 압출기의 발포성형장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 고안에 따른 발포성형장치를 도시한 종단면도이고,

도 2는 도 1의 A-A에서 본 횡단면도이고,

도 3은 본 고안에 따른 실린더 다이스를 부분 절개하여 도시한 단면도이고,

도 4는 본 고안에 따른 절단부재를 도시한 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 제1 공간 13 : 유입구

15 : 제1 하우징 17 : 제2 공간

19 : 제2 하우징 21 : 플레이트

23 : 관통공 31 : 실린더 다이스

33 : 코어축 35 : 캐비티

37 : 축공 39 : 발포공

41 : 가이드홈 43 : 유입로

45 : 유출로 47 : 이동로

51 : 가이드본체 53 : 절단부재

55 : 절단공 100 : 유입부

200 : 다이스부 300 : 절단부

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 고안의 발포성형장치는 축방향으로 축공이 형성되고, 상기 축공과 외측을 연통하는 다수의 발포공이 형성되는 실린더 다이스; 및 상기 축공에 삽입되어 상기 실린더 다이스의 내부에 캐비티가 형성되도록 하는 코어축을 포함하고, 상기 축공의 내측면과 상기 코어축의 외측면 사이의 간격이 상기 실린더 다이스의 일측에서 타측으로 가면서 작아지게 형성되는 것이 특징이다.

이하 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

발포체의 성형과정은 용융된 수지, 발포제, 핵형성제 및 기타 여러 종류의 첨가제로서 산화방지제, 자외선흡수제, 난연제, 색소, 염료, 금속불활성제 (metal deactivator) 등이 포함된 혼합물을 용융상태로 실린더 다이스의 중심부로 펌핑하고, 본 고안에 따른 발포성형장치를 통해 발포체로 성형하게 된다.

도 1 및 도 2에서는 본 고안의 발포성형장치를 종단면도와 횡단면도로 나타내고 있다.

발포성형장치는 수지 용융물이 유입되는 유입부(100)와, 이 유입부(100)로부터 유입된 혼합물을 발포 성형하게 되는 다이스부(200)와, 발포체를 절단하는 절단부(300)를 포함한다.

먼저 유입부(100)를 살펴보면, 유입부(100)는 내부에 제1 공간(11)이 형성되고 일측에 유입구(13)가 형성되는 제1 하우징(15)과, 이 제1 하우징(15)의 타측에 고정되고 내부에 형성된 제2 공간(17)이 상기한 제1 공간(11)과 연통되어 공통의 공간을 형성하며 타측에 다이스부(200)와 연통되는 연결구가 형성되는 제2 하우징(19)과, 공급된 수지 용융물을 균일하게 분포시키는 플레이트(21)로 구성된다.

여기서 제1 하우징(15)에 형성된 유입구(13)와 제1 공간(11)은 후술하는 코어축과 함께 유입된 수지 용융물의 공급압력을 일시적으로 낮추는 디퓨져 기능을 하게 된다.

플레이트(21)는 제1 하우징(15)의 제1 공간(11)의 내측에 배치되는 것으로, 플레이트(21)에는 다수의 관통공(23)이 형성되어 제1 하우징(15)으로 유입된 수지 용융물의 압력이 낮아진 상태에서 다수의 관통공(23)을 통해 제2 공간(17)으로 유입된다.

이러한 유입부(100)에 연접 고정되는 다이스부(200)는 실린더 다이스(31)와, 코어축(33)을 포함하고, 실린더 다이스(31)에 코어축(33)이 삽입된 상태에서 실린더 다이스(31)와 코어축(33)의 사이에는 형성되는 캐비티(35)를 더 포함한다.

실린더 다이스(31)는 도 3에 도시한 바와 같이, 축방향으로 중심부에축공(37)이 형성되고, 이 축공(37)과 실린더 다이스(31)의 외측을 연통하는 다수의 발포공(39)이 형성되며, 각각의 발포공 양측으로 축방향으로 가이드홈(41)이 형성된다.

또한 실린더 다이스(31)는 후술하는 가이드본체가 왕복 이동할 때 발생되는 마찰열을 감소시키기 위해서 가이드홈(41)의 하측에 축방향으로 냉각유가 이동하는 유입로(43)와 유출로(45)가 형성된다.

상기한 다수의 발포공(39)은 직경이 다른 내측 발포공(39a)과 외측 발포공(39b)이 연접되어 형성되는 것으로, 내측 및 외측 발포공(39a,39b)의 중심부는 상호 일치되도록 형성되고, 특히 실린더 다이스(31)의 중심부 측에 가깝게 형성된 내측 발포공(39a)의 직경이 실린더 다이스(31)의 외측에 가깝게 형성된 외측 발포공(39b)의 직경보다 상대적으로 크게 형성되는 것이 바람직하다.

따라서 본 고안의 특징에 따라 제안된 다수의 발포공(39)과 직경이 일정한 발포공을 동일한 길이로 비교하면 외측 발포공(39b)의 직경을 일반적인 발포공의 직경보다 더 작게 형성함으로써 발포체의 형상과 크기를 안정되게 유지할 수 있게 된다.

나아가, 다수의 발포공(39)은 내측 발포공(39a)과 외측 발포공(39b)의 경계면이 만곡되게 형성된다. 이에 따라 수지 용융물이 직경이 상대적으로 큰 내측 발포공(39a)에서 직경이 작은 외측 발포공(39b)으로 이동하는 과정에서 압력 변화가 급격하게 발생되는 것을 방지하고 균일한 발포체를 얻을 수 있게 된다.

상기한 외측 발포공(39b)의 직경은 0.5 내지 1.0mm이며, 좀 더 바람직하게는0.7mm로 형성되는 것으로, 발포 비율은 외측 발포공(39b) 직경의 약 5배이다.

이와 같은 발포공과 연통되는 축공(37)에는 코어축(33)이 삽입 배치된다.

삽입된 코어축(33)은 도 1에 도시한 바와 같이, 일측은 제1 하우징(15)과 제2 하우징(19)에 의해 형성된 공간의 내부에 위치하고, 일측의 외주에는 상술한 플레이트(21)가 고정된다.

이러한 코어축(33)의 일측은 상기한 제1 공간(11)과 함께 디퓨져 기능을 할 수 있도록 본 고안의 일 특징에 따라 그 종단면의 형상이 마름모와 비교했을 때 유사하게 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 실린더 다이스(31)의 내부로 유입된 수지 용융물이 다수의 발포공(39)을 통해 배출될 때 실린더 다이스(31)의 일측과 타측에서의 압력이 동일하게 유지되기 위해서, 코어축(33)이 실린더 다이스(31)의 축공(37)에 내삽된 상태에서 실린더 다이스(31)의 일측에서부터 타측에 이르는 축공(37)의 내측면과 코어축(33)의 외측면 사이의 간격이 다르게 형성된다.

두 가지 실시예를 들어 좀 더 상세히 살펴보면, 첫 번째의 실시예는 축공(37)의 내경이 실린더 다이스(31)의 일측에서 타측으로 갈수록 좁아지게 형성됨으로써 축공(37)이 경사지게 형성되고 코어축(33)의 직경은 전체에서 동일한 경우이고, 두 번째의 실시예는 축공(37)의 내경이 실린더 다이스(31)의 일측에서 타측까지 모두 동일하고 코어축(33)의 직경이 실린더 다이스(31)의 일측에서 타측으로 갈수록 점차 커져 코어축(33)이 일정한 각도(α)로 테이퍼지도록 형성되는 경우이다.

두 실시예 모두에서, 실린더 다이스(31)의 일측으로 유입되는 수지 용융물에 가해지는 압력이 동일하면 실린더 다이스(31)의 일측과 타측에 이르는 모든 지점에서의 압력은 동일하게 작용한다는 것이다. 이에 따라 발포공을 통해 수지 용융물이 발포되면서 동일한 형상과 크기를 나타내게 된다.

또한, 코어축(33)에는 종방향으로 이동되는 수지 용융물의 온도를 유지해주는 열매체유가 흐르는 이동로(47)가 형성되며, 이동로(47)는 상부(47a), 만곡부 및 하부(47b)로 구분되어 대략 '⊃'자 모양으로 형성된다. 상부(47a)와 하부(47b)에는 각각 입구와 출구가 형성되며, 입구와 출구 모두 코어축(33)의 타측에 위치한다.

열매체유는 0℃ 내지 500℃의 열을 전달할 수 있으며, 입구로 유입된 열매체유는 수지 용융물의 흐름과 대향되는 방향으로 흐르고, 만곡부를 거쳐 하부(47b)에서 흐르는 열매체유는 수지 용융물의 흐름과 동일한 방향으로 흐르게 된다.

절단부(300)는 상기 가이드홈(41)에 내삽되어 축방향으로 슬라이딩 왕복 가능한 가이드본체(51)와, 이 가이드본체(51)에 고정되고 구동부에 의해 왕복 이동하는 절단부재(53)를 포함한다.

상기한 가이드본체(51)에 고정되는 절단부재(53)는 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기한 발포공에 대응되는 다수의 절단공(55)이 길이 방향으로 형성되고, 이들 다수의 절단공(55)은 다수의 발포공(39)에 최대로 근접하게 위치함에 따라, 절단부재(53)가 구동부의 작동에 따라 왕복 이동하면서 발포공을 통해 발포되는 발포체를 절단하게 된다.

즉, 절단부재(53)의 왕복 이동에 따라 절단공(55)의 내측 가장자리와 발포공 사이의 대응이 해제되는 순간 절단공(55)의 내측 가장자리에 의해 발포체가 절단되는 것이다.

여기에서, 절단된 발포체의 크기는 절단 부재(53)의 이동 속도에 따라 결정되며, 일례로 절단부재(53)는 분당 200 내지 300회 왕복 이동하면서 발포체를 절단하게 된다.

이상과 같이 구성되는 본 고안에 따른 발포성형장치는 다음과 같은 작용을 나타낸다.

먼저 펌핑된 수지 용융물이 제1 하우징(15)의 유입구(13)를 통해 제1 공간(11)의 내부로 유입된다. 유입된 순간 수지 용융물은 압력이 떨어지고 플레이트(21)의 관통공을 통해 제2 공간(17)으로 이동하면서 균일하게 분포하게 된다.

다음으로, 실린더 다이스(31)의 일측에서 발포되는 압력과 상기 실린더 다이스(31)의 타측에서 발포되는 압력이 동일하게 유지된 상태에서 수지 용융물의 발포가 진행된다.

균일하게 분포된 수지 용융물은 일측의 캐비티(35)로 유동하고, 유동된 수지 용융물은 실린더 다이스(31)의 일측에 위치한 발포공에서부터 내측 발포공(39a)과 외측 발포공(39b)을 경유하여 실린더 다이스(31)의 외측으로 배출되고, 이때 수지 용융물은 5배 정도 부피가 커지면서 발포가 이루어진다.

그리고 실린더 다이스(31)의 타측으로 계속 유동되는 수지 용융물도 상술한 바와 같이 내측 발포공(39a)과 외측 발포공(39b)을 경유하여 실린더 다이스(31)의 외측으로 배출되면서 발포가 진행된다.

이 과정에서, 수지 용융물이 내측 발포공(39a)에서 외측 발포공(39b)으로 이동할 때 그 경계면이 만곡되게 형성됨으로써 수지 용융물이 이동하는 동안에 원활한 유동성을 확보할 수 있게 된다.

정리하면, 실린더 다이스(31)의 일측과 타측에서 진행되는 발포는 동시에 진행되며, 본 고안의 특징에 따라 제안된 캐비티(35)의 공간이 실린더 다이스(31)의 내경과 코어축(33)의 직경에 관련된 상관관계에 의해 실린더 다이스(31)의 일측과 타측에서의 압력이 동일하게 유지된다.

수지 용융물이 발포공을 통해 부피가 5배 정도 확대되면서 발포되면 절단부재(53)에 의해 적당한 크기로 절단이 된다. 즉, 구동부의 작동에 따라 가이드본체(51)가 가이드홈(41)에서 왕복 이동하게 되면 발포공과 절단공(55)이 상호 중첩되도록 위치하고 있다가 발포공과 절단공(55)이 어긋나게 되며, 그 결과 발포공을 통해 발포된 발포체를 절단공(55)의 내측 가장자리에서 절단하게 된다. 그리고 가이드본체(51)가 왕복이동 함에 따라 절단공(55)의 내측 대향되는 두 가장자리에서 2번 절단이 이루어진다.

이러한 절단과정 중에 가이드본체(51)가 계속 왕복 이동하게 되면 가이드홈(41)과 가이드본체(51)가 접촉되는 부분에서 마찰열이 발생되고, 이 마찰열이 상승하게 되면 발포체의 품질에 영향을 미치게 되므로, 이를 방지하기 위해서유입로(43)와 유출로(45)를 통해 냉각유가 흐르게 된다.

한편, 캐비티(35)를 일측에서 타측으로 이동하는 수지 용융물이 캐비티(35)의 타측으로 갈수록 온도가 저하되는 것을 방지하기 위해 이동로(47)를 통해 열매체유를 순환시킨다. 이때 입구를 통해 유입된 열매체유는 수지 용융물의 흐름에 역행하는 방향으로 이동하고, 만곡부를 거쳐 이동로(47)의 하부(47b)에서 흐르는 열매체유는 수지 용융물의 흐름과 동일하게 흐르게 된다.

상술한 바와 같은 실시예는 본 고안의 권리를 한정하는 것은 아니며 좀 더 다양한 변형을 통하여 실시될 수 있음을 밝히는 바이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안에 의하면, 실린더 다이스의 길이를 길게 하여도 실린더 다이스의 일측과 타측에서의 압력이 동일하게 유지되고, 또한 코어축의 내부에서 흐르는 열매체유가 수지 용융물의 온도를 일정하게 유지하기 때문에 실린더 다이스의 길이에 비례하여 발포체의 대량생산이 가능하게 된다.

또한 발포공의 형상이 서로 직경이 다른 2단으로 형성되고 단이 변경되는 경계면이 만곡되게 형성됨으로써 외측 발포공의 직경을 더욱 작게 형성할 수 있게 된다. 따라서 발포체의 크기를 종래에 비해 더욱 작고도 균일하게 형성할 수 있게 된다.

Claims (15)

1. 축방향으로 축공이 형성되고, 상기 축공과 외측을 연통하는 다수의 발포공이 형성되는 실린더 다이스; 및

   상기 축공에 삽입되어 상기 실린더 다이스의 내부에 캐비티가 형성되도록 하는 코어축을 포함하고,

   상기 축공의 내측면과 상기 코어축의 외측면 사이의 간격이 상기 실린더 다이스의 일측에서 타측으로 가면서 작아지게 형성되는 압출기의 발포성형장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 축공의 내경이 실린더 다이스의 일측에서 타측으로 갈수록 좁아지게 형성되고, 상기 코어축의 직경은 전체에서 동일하게 형성되는 압출기의 발포성형장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 축공의 내경이 실린더 다이스의 일측에서 타측까지 모두 동일하고, 상기 코어축의 직경이 실린더 다이스의 일측에서 타측으로 갈수록 점차 커져 상기 코어축이 테이퍼지는 압출기의 발포성형장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 발포공은 상기 축공에서 상기 실린더 다이스의 외측으로 갈수록 점차 직경이 좁아지는 복수 단으로 형성되는 압출기의 발포성형장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 복수 단의 경계면이 만곡되게 형성되는 압출기의 발포성형장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 외측 발포공의 직경은 0.5 내지 1.0mm인 압출기의 발포성형장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 코어축에는 열매체유가 흐르는 이동로가 종방향으로 형성되는 압출기의 발포성형장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 이동로는 열매체유가 진입하는 입구와 열매체유가 빠져나가는 출구가 상기 코어축의 타측에 위치하는 압출기의 발포성형장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 이동로는 입구와 연결되는 상부, 상기 출구와 연결되는 하부, 및 상기 상부와 하부를 연결하는 만곡부로 구분되고, 상기 이동로의 상부가 상기 이동로의 하부보다 항상 위에 위치하는 압출기의 발포성형장치.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 열매체유는 0℃ 내지 500℃의 열을 전달하는 압출기의 발포성형장치.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 실린더 다이스의 일측에 연통되는 제2 공간이 형성된 제2 하우징과, 상기 제2 하우징에 연접되고 자체에 형성된 제1 공간이 상기 제2 공간과 함께 공통의 공간을 형성하는 일측에 유입구가 형성된 제1 하우징과, 상기 공통의 공간에 배치되고 다수의 관통공이 형성됨으로써 공급된 수지 용융물을 상기 캐비티로 균일하게 공급하는 플레이트를 더 포함하는 압출기의 발포성형장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 플레이트가 고정되는 상기 코어축의 일측이 상기 공통의 공간에 위치하는 압출기의 발포성형장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 코어축의 일측이 마름모꼴로 형성되고, 상기 제1 공간이 상기 코어축의 일측에 대응되는 모양으로 형성되는 압출기의 발포성형장치.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 발포공 각각의 양측에 상기 실린더 다이스의 종방향으로 가이드홈이 형성되고, 상기 가이드홈에 내삽되어 축방향으로 슬라이딩 왕복 가능한 가이드본체와, 이 가이드본체에 고정되고 구동부에 의해 왕복 이동하면서 상기 다수의 발포공을 통해 발포되는 발포체를 절단하는 절단부재를 더 포함하는 압출기의 발포성형장치.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 가이드본체가 왕복 이동할 때 발생되는 마찰열을 감소시키기 위해서 상기 가이드홈의 하측에 축방향으로 냉각유가 이동하는 유입로와 유출로가 형성되는 압출기의 발포성형장치.