KR20060007004A - 2 축 연신에 의한 플라스틱 관의 연속 제조 방법 및 그방법을 수행하기 위한 제조 라인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블랭크 (E) 가 압출에 의해 만들어지고, 이 블랭크는 분자 배향 온도로 되며, 축 방향으로 서로 떨어진 두 밀폐수단 (7, 11) 사이의 내부 유체 압력을 받아 반경 방향으로 팽창되고, 그리고 빠져나가는 관에 축방향 장력을 가하면서 블랭크를 치수 결정 (8) 및 냉각 (9) 시키는 2축 연신에 의해 플라스틱 관을 연속적으로 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 내부 압력에 대한 역압력을 반경 방향 팽창을 받는 1 이상의 영역에서 블랭크 벽에 외부로부터 가한다. 이 역압력은 팽창을 방해하지 않도록 내부 압력보다 낮지만, 동일한 원주에 대해 거의 일정한 재료 두께로 팽창이 제어식으로 증가하기에는 충분히 높다.

Description

2 축 연신에 의한 플라스틱 관의 연속 제조 방법 및 그 방법을 수행하기 위한 제조 라인 {METHOD FOR CONTINUOUSLY PRODUCING PLASTIC TUBES BY BIAXIAL DRAWING AND A PRODUCTION LINE FOR CARRYING OUT SAID METHOD}

본 발명은 2 축 연신에 의해 플라스틱 관을 연속적으로 제조하기 위한 방법으로서, 블랭크 (blank) 가 압출에 의해 만들어지고, 이 블랭크는 분자 배향 온도로 되며, 축 방향으로 서로 떨어진 두 밀폐수단 사이의 내부 유체 압력을 받아 반경 방향으로 팽창되고, 그리고 빠져나가는 관에 축방향 장력을 가하면서 블랭크를 치수결정 및 냉각시킨다.

관 재료의 최종 특성은 반경 방향 팽창에 따른다는 것은 알려져 있다. 블랭크의 주어진 외경 및 주어진 두께에 대해서, 그 블랭크의 반경 방향 팽창이 커질수록 최종 관 재료의 기계적 특성은 더 좋아진다. 그러나, 비교적 상당한 반경 방향 팽창이 일어나면 동일한 원주에서의 두께 변화가 최종 관에서 일어날 수 있고, 이 두께 변화는 이 관의 편심에 상응한다. 또한, 가변적인 길이 방향 연신이 일어날 수도 있는데, 이러한 연신은 제품 명세에 맞지 않다.

본 출원인의 FR-A-2 806 956 은 상기한 바와 같은 플라스틱 관의 연속 제조 방법에 관한 것이다.

WO 95/25627 에 대응하는 US 5 948 332 또한 2축 연신에 의한 플라스틱 관의 연속 제조 방법에 관한 것이지만, 블랭크의 반경 방향 팽창은 블랭크가 멘드릴 (mandrel) 위를 지나감으로써 이루어진다. 상기 관의 전체 단면에서 그 관의 두께 균일성을 보장하기 위해서, 상기 특허 문헌은 관이 상기 멘드릴 위를 지나갈 때 받는 저항력을 조절하기 위한 수단을 소개하고 있다. 이들 수단은 상기 블랭크의 주변 영역에 배치된 가열 패널 및 최종 관의 두께 측정값에 민감한 자동 제어 시스템을 포함한다. 가열 패널의 온도 변화는 상기 주변 영역에 따라 요구된다. 이러한 구성은 복잡하여 또한 외부에서 작용하는 가열 패널의 사용으로는 벽 두께 전체에 걸쳐 일정한 재료 특성을 얻을 수 없다. 변경이 요구될 때 그 반응 시간은 열 교환 작업에 걸리는 시간 때문에 비교적 길다.

본 발명의 목적은 반경 방향 팽창이 크게 일어나더라도, 최종 관의 편심 및 길이 방향 연신의 변화를 없애거나 또는 적어도 상당히 줄일 수 있는 플라스틱 관의 연속 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기한 바와 같은 종류의 2 축 연신에 의한 플라스틱 관의 연속 제조 방법은 내부 압력에 대한 역압력을 반경 방향 팽창을 받는 1 이상의 영역에서 블랭크 벽에 외부로부터 가하고, 이 역압력은 팽창을 방해하지 않도록 내부 압력보다 낮지만, 동일한 원주에 대해 거의 일정한 재료 두께로 팽창이 제어식으로 증가하기에는 충분히 높은 것을 특징으로 한다.

상기 역압력은 이 역압력이 없는 경우에 가장 비제어식으로 증가되기 쉬운 국부적인 영역에만 가해질 수 있다.

상기 역압력은 기계적으로 가해질 수 있다. 유리하게, 이 압력은 치수 결정 장치 (sizing device) 의 입구에서 가해진다.

본 발명은 또한 상기 방법을 수행하기 위한 제조라인에 관한 것으로서, 본 제조라인은 블랭크를 형성하기 위한 압출기, 그 블랭크를 분자 배향 온도로 되게 하는 1 이상의 냉각조, 반경 방향으로 블랭크를 팽창시키기 위한 장치, 치수 결정을 위한 장치 및 관을 냉각시키기 장치, 및 관 출구에 있는 1 이상의 하류 당김 장치를 포함하며, 이러한 제조 라인은 블랭크의 외벽에 역압력을 가하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

유리하게, 상기 블랭크의 외벽에 역압력을 가하기 위한 수단은 기계적 수단이다.

이 기계적 수단은, 유리하게도 플라스틱으로 제조된 트레드 스트립 (tread strip) 을 갖는 롤러 또는 휠 (wheels) 로 이루어질 수 있다. 롤러축은 관의 길이 방향에 직각인 축을 중심으로 회전 가능하게 설치된 브래킷 (bracket) 에 지지된다. 상기 롤러는 탄성 수단 또는 세트 스크류에 의해 상기 블랭크 벽에 가압될 수 있다.

관의 평균 직경을 위해 원주 둘레에 4 개의 롤러가 제공된다. 더 큰 직경에 대하여는, 6 개 이상의 롤러를 원주 둘레에 제공할 수 있다.

유리하게, 하류에서 측정된 관 두께에 따라 역압력을 조절하기 위해 자동 제어 장치가 제공된다.

전술한 구성과는 별도로, 본 발명은 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한 제한적이지 않는 일부 대표적인 실시형태에 관하여 이하에서 명확하게 될 다른 구성도 포함한다. 이들 도면에서,

도 1 은 본 발명의 방법을 사용하는 제조라인의 부분 단면도이다.

도 2 는 역압력을 가하기 위한 롤러를 갖춘 치수 결정 장치에 대한 입구의 사시도이다.

도 3 은 역스러스트 (thrust) 를 가하기 위한 수단의 다른 실시형태를 보여주는 도면이다.

도 4 는 역스러스트를 가하기 위한 수단의 또 다른 실시형태를 보여주는 도면이다.

도 5 는 내부 압력 (바(bar)로 표시됨) 의 함수로서, 관 직경의 증가를 나타내는 곡선으로, 가로축은 관의 직경 (mm), 세로축은 내부 압력을 나타낸다.

상기 도면, 특히 도 1 을 참조하면, 본 발명의 방법을 사용하는 제조라인 (1) 을 볼 수 있다. 제조는, 도 1 의 좌측 상류에서부터 도 1 의 우측 하류까지 연속적으로 이루어진다.

예컨대 FR-A-2 806 956 에서 알려져 있는 바와 같이, 상기 제조 라인은 개략적으로 도시된 어셈블리 (2) 를 포함하는데, 이 어셈블리는 공급용 호퍼 (feed hopper) 로부터 열가소성 재료를 공급받는 압출기를 포함한다. 관 블랭크 (E) 의 온도를 적절히 낮추기 위해서, 그 블랭크 (E) 는 150 ℃ 이상의 비교적 높은 온도로 떠나서, 관 블랭크 (E) 의 온도를 적절히 낮추기 위해서 통상적으로 물을 포함하는 하나 또는 수개의 냉각조 (3) 를 통과한다.

상기 블랭크 (E) 와 동축인 금속관 (4) 이 압출기에 고정되어, 도 1 의 오른쪽으로 신장되어 있다. 관 (4) 은 상기 압출기로부터 가장 멀리 있는 축 방향 폐쇄 단부 근방에서 1 이상의 반경 방향 구멍 (5) 을 포함한다.

최종 온도 제어 냉각조 (3), 즉 도 1 에서 가장 우측에 위치된 냉각조는 블랭크 (E) 가 분자 배향 온도 범위 내의 온도로 되도록 한다. PVC 의 경우에, 이 온도는 90 ℃ ~ 110 ℃ 이다.

구멍 (5) 의 상류에서 상기 관 (6) 둘레에 결합된 내부 플러그 (7) 에 상기 블랭크가 가압되도록 하는 고리 (6) 가 상기 냉각조 (3) 의 출구에 고정되어 있다.

상기 블랭크 (E) 는 상기 고리 (6) 와 개략적으로 도시된 치수 결정 장치 (8) 에 대한 입구 사이에 축방향으로 위치된 영역 (A) 에서 외부 공기 중에 있게 된다. 이 치수 결정 장치 (8) 는, 예컨대 진공 하에서 물을 뿌리는 냉각조 (9) 안에 배치된다. 그 냉각조 (9) 의 출구에서 최종 관 (T) 이 당김 장치 (10) 로 들어가며, 이 당김 장치는 상기 관 및 블랭크를 당기기 위해 전체 라인에 필요한 장력을 가하게 된다.

연속 작업 조건 하에서, 하류 플러그 (11) 가 예컨대 케이블 (12) 에 의해 상기 관 (4) 의 폐쇄 단부에 부착된다. 상기 내부 플러그 (7) 및 상기 하류 플러그 (11) 는 축방향으로 서로 떨어져서 폐쇄 챔버 (C) 를 한정하는 두 밀폐수단을 구성하며, 상기 폐쇄 챔버 안에는 가압 유체, 바람직하게는 공기가 관 (4) 및 오리피스 (5) 를 통해 도입된다.

정상 상태가 이루어지면, 상기 유체의 내부 압력에 의해 상기 블랭크는 고리 (6) 의 출구에서 반경 방향으로 팽창하여 도 1 에서 개략적으로 나타난 치수 결정 장치 (8) 의 내경으로 된다.

과도기적인 시작 단계에서는, FR-A-2 806 956 에 기재된 바와 같은 절차가 이어질 수 있다.

상기 관 (T) 재료의 최종 특성은 고리 (6) 와 치수 결정 장치 (8) 사이에서의 블랭크의 반경 방향 팽창에 따른다. 이러한 반경 방향 팽창이 클수록, 상기 관 재료의 기계적 특성은 더 좋아진다.

그러나, 소정의 반경 방향 팽창비를 초과하면 영역 (A) 에서 발생된 "버블" 이 변형되어 기하학적 축선에 대한 회전 대칭성을 잃게 한다. 이 결과 최종 관이 편심되어 동일한 원주에서 두께가 다르게 되며, 길이 방향 연신율이 변하여 제품 명세에 맞지 않게 된다.

이 실험적 관찰은 내부 압력 (단위 : bar) 에 대하여 블랭크 (E) 의 외경의 변화를 나타내는 도 5 의 선도를 사용하여 설명할 수 있다. 관련 블랭크의 내부 게이지 압력이 0 일 때, 그 블랭크는 약 58 mm 의 외경을 갖는다. 물론, 그 설명은 다른 직경에 대해서도 유효하다.

도 5 의 곡선은 약 92 mm 의 외경 및 10 바의 내부 압력에 대해 최대점 (M) 을 지나며, 이 최대점에서 가로축에 평행한 접선이 존재한다. 상기 점 (M) 에 대응하는 직경보다 더 작은 직경에 대해서, 압력/변형 관계는 증가하는 관계에 있다. 상기 점 (M) 을 지나면, 압력/변형 관계는 감소하는 관계가 된다. 이러한 현상은 항복점을 초과한 재료의 연신과 주로 관련이 있다. 이것은 불안정하고 비제어되는 상을 초래한다. 상기 블랭크를 항복점에 대응하는 최대점 (M) 까지 팽창시키기 위해서 가해져야 하는 내부압력은, 재료가 반경 방향으로 계속 연신되게 하는 압력보다 더 높다.

상기 점 (M) 에 대응하는 직경을 초과하는 직경들에 대해서, 기포의 증가는 잘 제어되지 못하는데, 이 때문에 단면의 비대칭적인 변형이 발생한다.

상기 문제를 극복하기 위해, 특히 원형 단면 주변에 두께차가 발생함이 없이 상기 점 (M) 에 대응하는 것 보다 더 큰 반경 방향 팽창비를 얻기 위해서, 본 발명에서는 내부 압력의 영향을 줄이는 역압력을 외부로부터 작용시켜 블랭크 벽 내의 응력을 감소시킬 수 있을 것이다.

한 간단한 방법은 치수 결정 장치 (8) 의 입구에 배치된 롤러 (13) 를 사용하여 역압력을 기계적으로 가하는 것이다. 바람직하게, 상기 롤러 (13) 의 트레드 스트립은 플라스틱으로 제조된다. 상기 롤러의 회전축 (14) 은 블랭크 (E) 의 기하학적 축선 (X-X) 에 직교한다. 상기 축 (14)(도 2) 의 각 단부는 블랭크 반대편에서 롤러 (13) 에 위치한 클레비스 (16) 의 치크 (15) 에 내장된 베이링에 의해 지지된다. 상기 클레비스 (16) 는 블랭크 (E) 의 기하학적 축선 (X-X) 에 다소 평행한 설치판 (17) 에 고정된다. 상기 설치판 (17) 은 롤러 (13) 에서 가장 멀리 있으면서 치수 결정 장치 (8) 에 가까운 그 단부에서 블랭크 의 기하학적 축선 (X-X) 에 직교하는 가로축 (18) 에 관절식으로 연결되어 있다. 상기 축 (18) 은 상기 축선 (X-X) 에 수직인 판 (19) 에 지지된다. 상기 판 (19) 은 치수 결정 장치 (8) 또는 냉각조 (9) 의 입구면에 대하여 가압되는데, 예컨대 스크류에 의해 입구면에 대하여 가압되는 환형 고리 (20)(도 2) 를 사용하여 조여지면서 고정된다. 상기 환형 고리 (20) 를 느슨하게 하면, 기하학적 축선 (X-X) 에 대한 판 (19) 의 각 (angular) 위치를 설정할 수 있다.

상기 롤러 (13) 및 상기 설치판 (17) 은 유리하게 상기 기하학적 축선 (X-X) 방향으로 압축 스프링 (21) 의 추력을 받는다. 이 스프링 (21) 의 일단부는 설치판 (17) 의 롤러 (13) 반대측 표면에 지지되고, 다른 단부는 판 (19) 에 고정된 블레이드 (22) 에 지지되어 있다.

도 3 에 도시된 변형예로서, 상기 스프링 (21) 은 블레이드 (22) 에 있는 나사 구멍에 결합되어 설치판 (17) 을 가압하는 세트 스크류 (23) 로 대체될 수 있다. 롤러 (13) 에 의해 가해지는 압력은 상기 스크류 (23) 를 조이거나 풀어서 조절된다.

도 4 에서 나타난 다른 구성에 따르면, 상기 스프링 (21) 은 공압식 또는 유압식 램 (ram)(24) 으로 대체될 수 있으며, 그 램의 유체 압력은 관 (T) 의 두께를 맞게 자동적으로 제어된다. 이 두께는 예컨대 냉각조 (9) 의 출구에 위치된 센서 (25), 특히 초음파 센서에 의해 검출된다. 스프링 (21) 처럼 램 (22) 은 블레이드 (22) 와 설치판 (17) 사이에 배치된다. 출구 두께를 원하는 값으로 유지하기 위해서, 상기 램 (24) 은 상기 출구 두께에 따르는 압력으로 롤러 (13) 를 버블의 벽에 가압한다. 이러한 다른 구성에 의하면, 관의 연속 제조가 최소한의 편심으로 자동적으로 조절가능하다.

도시되지 않은 또 다른 구성에 따르면, 상기 롤러 (13) 는 둥근 단부를 갖는 단순한 핑거 (fingers) 로 대체될 수 있고, 이 핑거는 마찰 계수가 낮은 재료로 만들어 지며 블랭크 (E) 외벽에 대하여 가압된다. 또 다른 가능성에 따르면, 상기 블랭크의 외벽 영역에 작용하는 유체를 사용하여 외부 역압력을 가할 수 있다.

역압력은 버블이 비제어적으로 성장하는 영역에 국부적으로 작용될 수 있다. 상기 재료의 밀도 및 강성에 의하여, 개입 영역의 수를 관의 직경에 따라 작게 제한할 수 있다.

도 2 에서 나타난 예에서, 상기 롤러 (13) 는 대략 90°의 간격으로 4 개 영역에 제공된다. 이러한 구성은 100 mm 정도의 버블 직경 (치수 결정 장치 (8) 의 입구에서의 직경) 을 갖는 블랭크에 적용할 수 있다. 도 2 에 따르면, 4 개의 롤러 (13) 는 블랭크의 상하 및 좌우 모선 각각에 설치되어 있다. 버블이 팽창하면, 이들 롤러 (13) 는 재료와 접촉하게 된다. 상기 롤러 (13) 에 대응하는 4 개의 모선에서의 2 축 연신 관의 두께는 하류에서 측정되고 명세 시트의 목표치와 비교된다. 그러면 압력, 예컨대 수동으로 조절되는 압력이 롤러와 접촉하는 모선 상에 있는 이러한 시스템을 통하여 버블 벽에 가해진다.

200 mm 정도의 직경에 대해서는, 바람직하게는 6 개의 영역에 역압력 롤러가 제공된다.

상기 외부 역압력을 가할 때, 관 벽의 표면층에 실재적으로 마찰이 생기지 않고 또한 국부적인 냉각이 일어나지 않도록 해야 한다.

축선 (X-X) 에 대해 회전 가능하게 설치된 환형 고리로 각각의 롤러를 지지할 수도 있고, 또한 관 (T) 주변에 배치된 센서 (25) 들에 의해 검출된 두께 변화의 각 (angular) 위치에 따라 축선 (X-X) 에 대한 롤러의 각 위치를 자동적으로 제어할 수도 있다.

상기 제조 라인의 작업 및 특히 롤러 (13) 로 구성된 역압력 수단의 작동은 전술한 설명으로부터 명백하다.

본 발명에 따르면, 비록 관이 최대점 (M)(도 5) 을 초과하여 반경 방향으로 팽창하더라도, 관의 원형 단면 전체에 걸쳐 실재적으로 균일한 두께를 얻을 수 있다. 주어진 외경의 블랭크로부터 시작하면, 최종 외경은 더 커질 수 있다. 특히, 우수한 기계적 특성을 갖는 우수한 등급 (등급 레벨은 블랭크 직경의 상대적 증가에 따름) 의 관을 얻을 수 있다.

예를 들면, 약 100 mm 직경의 관의 경우 종래 기술에서는 관의 원형 단면 두께가 0.3 mm ~ 0.5 mm 의 범위에서 변하지만, 본 발명에 의하면 0.1 mm 미만으로 감소된다.

Claims (11)

1. 2축 연신에 의해 플라스틱 관을 연속적으로 제조하기 위한 방법으로서, 블랭크 (E) 가 압출에 의해 만들어지고, 이 블랭크는 분자 배향 온도로 되며, 축방향으로 서로 떨어진 두 밀폐수단 (7, 11) 사이의 내부 유체 압력을 받아 반경 방향으로 팽창되고, 그리고 빠져 나가는 관에 축 방향 장력을 가하면서 블랭크를 치수 결정 (8) 및 냉각 (9) 시키는 상기 방법에 있어서,

   내부 압력에 대한 역압력을 반경 방향 팽창을 받는 1 이상의 영역에서 블랭크 벽에 외부로부터 가하고 (13), 이 역압력은 팽창을 방해하지 않도록 내부 압력보다 낮지만, 동일한 원주에 대해 거의 일정한 재료 두께로 팽창이 제어식으로 증가하기에는 충분히 높은 것을 특징으로 하는 플라스틱관의 연속 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 역압력은 이 역압력이 없는 경우에 가장 비제어식으로 증가되기 쉬운 국부적 영역에만 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 역압력은 치수 결정 장치 (8) 의 입구에서 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 역압력은 기계적으로 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 블랭크를 형성하기 위한 압출기 (2), 그 블랭크를 분자 배향 온도로 되게 하는 1 이상의 냉각조 (3), 반경 방향으로 블랭크를 팽창시키기 위한 장치 (4, 5, 7, 11), 치수 결정 장치 (8) 및 관을 냉각시키기 위한 장치 (9), 및 관 출구에 있는 1 이상의 하류 당김 장치 (10) 를 포함하는, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에서의 방법을 수행하기 위한 제조 라인에 있어서,

   반경 방향 팽창 영역 (A) 에서, 블랭크 (E) 의 외벽에 역압력을 가하기 위한 수단 (13, 21; 13, 23; 13, 24) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조라인.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 블랭크 외벽에 역압력을 가하기 위한 수단은 기계적 수단 (13) 임을 특징으로 하는 제조라인.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 기계적 수단은 롤러 (13) 로 이루어진 것을 특징으로 하는 제조라인.
8. 제 7 항에 있어서, 롤러의 축 (14) 은 관의 길이 방향 (X-X) 에 직각인 축 (18) 을 중심으로 회전 가능하게 위해 설치된 브래킷 (16) 에 지지되는 것을 특징으로 하는 제조라인.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 롤러 (13) 는 탄성 수단 (21) 에 의해 블랭크 벽에 가압 되는 것을 특징으로 하는 제조라인.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 롤러 (13) 는 유체 램 (24) 에 의해 가압되며, 하류에서 측정된 (25) 관 두께에 따라서 역압력을 조절하기 위한 자동 제어 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 제조라인.
11. 제 7 항에 있어서, 관의 평균 직경을 위해 원주 둘레에 4 개의 롤러 (13) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 제조라인.

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