KR20080010281A - 레오미터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압출기를 포함하고 유체의 점성도를 측정하기 위한 레오미터에 관한 것이며, 상기 압출기에 의해 레오미터는 유체가 충진될 수 있다. 압출기의 회전 속도는 레오미터를 충진시키기 위해 설정될 수 있다.

레오미터, 압출기

Description

레오미터{RHEOMETER}

본 발명은 유체의 점성도를 측정하기 위해 제공되며, 청구항 제 1항의 전단부에 따르는 레오미터에 관한 것이다.

측정되는 유체들은 예를 들어 고무 혼합물과 폴리머 용융물들을 포함한다. 예를 들어 폴리머 용융물들에 대해 couette 원리 또는 테이퍼 플레이트 원리(taper plate principle)에 기초한 회전식 점도계가 사용될 수 있으며, 상기 테이퍼 플레이트 원리는 전단률이 반경에 독립적으로 일정하게 형성된다는 장점을 가진다.

일반적으로 상기와 같은 타입의 회전식 점도계에 있어서, 회전식 바디는 미리 정해진 힘(motive force)에 따라 구동되며, 상기 유체가 가지는 저항은 측정된 저항과 상반된다. 그 결과 유체의 전단 저항과 점성도가 결정될 수 있다.

정확한 측정을 위한 전제 조건은 유체가 레오미터의 벽으로부터 분리되지 않는데 있다. 이에 따라 회전식 바디는 스핀회전"spin"하지 않아야 한다.

이러한 스핀닝(spinning)을 방지하기 위하여, Mooney 점도계의 경우 회전식 바디의 벽은 프로파일 표면(profiled wall)을 포함하는 것으로 알려졌다. 이러한 해결 방법은 실질적으로 적합하다는 것이 입증되었으나 내부 코너에 있어서 몇몇의 문제점을 가진다. 유체의 성분이 바뀌었을 때, 이전의 유체 잔여물들이 내부 코너에 남겨 진 상태로 유지되며, 이에 따라 오염이 발생된다.

심지어 프로파일 표면을 가진 레오미터의 경우에서 높은 점탄성 혼합물이 벽을 따라 미끄러질 수 있다. 일반적으로 점성도는 미리 정해진 온도, 예를 들어 100°C에서 측정되며, 해당 빈 공간(blank)은 가열된 상태로 제공된다. 온도의 균형을 유지시키기 위하여, 폴리머들이 부도체이기 때문에 온도 보상이 완벽하지 않을 지라고 예를 들어 1분 정도의 대기 시간이 예상된다.

한편 레오미터가 작동됨에 따라 재료에 전단 작용에 따른 응력이 가해지고 추가적으로 온도가 증가한다. 이에 따라 온도 보상은 상당히 오랜 대기 시간 후에만 구현될 수 있다.

일반적으로 레오미터는 압출기의 배출 측부에 연결되는 것을 알려졌다. 이러한 타입의 실례는 독일 특허 제 33 24 842호에 공지된다. 이러한 해결 방법에 있어서, 유체 스트림(fluid stream)의 불연속성은 환형 간격을 가진 특정 비틀림 튜브(torsion tube)에 의해 방지된다. 한편 이러한 형상은 매우 복잡하며, 매우 높은 점성도의 유체가 벽으로부터 분리될 수 있다.

본 발명의 목적은 청구항 제 1항의 전단부에 따르는 레오미터를 제공하는 데 있으며, 상기 레오미터는 상대적으로 큰 측정 범위를 가지며 즉 연속적으로 측정될지라도 높은 점성도의 재료에 적합하다.

본 발명에 따르는 목적은 청구항 제 1 항에 의해 구현된다. 선호되는 개선점들은 종속항에 구성된다.

본 발명에 따라서, 재료의 내부 압력 또는 재료의 함수에 따라 직접적인 방법으로 압출기 웜에 의해 충진되는 레오미터가 제공된다. 레오미터를 충진시키는 재료 스트림(material stream)이 제공될 수 있으며, 높은 점성도의 유체가 벽으로부터 분리되는 경향은 상쇄될 수 있다. 상대적으로 높은 점성도의 유체에 관해 이에 대응하는 체적 이동(volumetric conveyance) 동안 상대적으로 높은 압력이 발생된다. 압력의 증가로 인해 레오미터의 벽을 따라 미끌어지는 경향이 감소될 수 있다.

한편 일반적인 웜 압출기와 같은 압출기는 체적 컨베이어(volumetric conveyor)가 아니다. 본 발명에 따라서 상기 언급된 목적을 위해 레오미터의 내부 압력이 측정된 유체의 함수로서 최적화되도록 압출기의 회전 속도가 증가되거나 또는 설정될 수 있다.

이는 특히 압력 센서가 유체의 내부 압력을 탐지할 때 선호되며, 압출기의 회전 속도는 이의 함수(function)로써 설정된다.

본 발명에 따르는 선호되는 세부 사항에 있어서, 레오미터의 측정 챔버의 영역에서 열(heating)이 감지된다. 내부 마찰이 증가됨에 따라 열도 증가된다. 압출기 웜의 회전 속도가 감소됨에 따라 바람직하게 매스(mass)의 온도는 목표 온도로 형성되며, 측정 챔버 내의 압력은 압출기에 대한 구동에 의해 넓은 범위로 형성된다.

본 발명에 따라서, 측정 챔버가 완전히 충진되었을 때 측정 챔버의 배출 오리피스가 밀폐되는 밀폐된 시스템과 개방된 시스템이 제공될 수 있다. 개방된 시스템의 경우 압출기의 넓은 슬롯 노즐은 형성된 압력에 상반된 유동 저항(flow resistance)으로서 제공될 수 있다.

본 발명에 따라서 벽 슬립(wall slip)으로 인해 압력의 발생이 완벽히 방지된다. 본 발명에 따라서 이를 위해 상대적으로 높은 매스 압력이 압출기에 의해 제공되고, 따라서 벽에 대한 특정의 높은 마찰 저항이 방지되고 제거된다.

본 발명의 추가적인 장점에 따라서, 심지어 높은 점탄성의 폴리머 용융물과 고무 혼합물이 연관되는 경우에도 분석 시간이 감소된다. 압력 발생에 따라 온도 차이를 감소시키는 우수한 상호혼합(intermixing)이 허용되어 측정 시간이 상당히 감소된다.

도 1은 압출기 하우징(extruder housing, 14) 내에서 압출기 웜(extruder worm, 12)을 회전 가능하게 지지하는 압출기(extruder, 10)를 도시한다. 상기 압출기 웜(12)은 도시되지 않은 압출기 모터에 의해 구동될 수 있다. 상기 압출기 웜의 회전 속도는 압출기에 의해 압출된 매스(mass)의 이송 비율에 실질적으로 대응하지만 정확히 비례하지는 않는다.

압출기 웜(12)에 뒤이어 압출기(10)는 압출기 노즐(extruder nozzle, 16)을 가진다. 압출기 웜의 영역에서 원형 유동(circular flow)을 평평한 직사각형 유동으로 형태를 형성하도록 제공된 유동 덕트(flow duct, 18)가 형성된다.

도시된 실례의 실시예에서, 압출기 노즐(16)은 노즐 슬롯(22)을 가진다. 상기 노즐 슬롯(22)은 유동 덕트(18)에 대해 폭이 점점 좁게 형성되고(narrow), 유동 덕트(18) 내에서 흐르는 매스(mass)를 위한 유동 저항(flow resistance)을 형성한다.

본 발명에 따라서, 레오미터(rheometer, 24)는 유동 덕트(18)로부터 이격되는 방향으로 연장되도록 제공된다. 유동 관점에서, 레오미터(24)는 노즐 슬롯(22)과 압출기 웜(12) 사이에 배열된다. 레오미터(24)는 회전식 점도계(rotary viscometer)로 구성되며, couette 원리로 작동된다. 상기 레오미터는 공지된 방법으로 구동되는 회전식 바디(26)를 가지며, 회전하는 동안 레오미터(24) 내에 수용된 매스에 전단 응력 또는 트러스트 응력을 가한다. 이에 따라 점도는 회전식 바디(26)의 회전 저항(rotational resistance)으로부터 형성된다.

본 발명에 따라서 레오미터(24)를 충진시키기 위하여(fill) 압출기 웜(12)의 회전 속도가 설정될 수 있다. 상대적으로 높은 점성도의 매스와 관련하여 압출기 웜(12)은 상대적으로 높은 내부 압력에 상반되게 작동되는 반면 사실상 액체 매스(liquid mass)의 경우 내부 압력은 상대적으로 낮게 형성된다. 심지어 다양한 점성도의 경우, 측정을 위한 선호되는 온도는 압출기 웜의 회전 속도를 설정함으로써 유연한 방식으로 신속히 도달될 수 있다.

게다가 상대적으로 높은 점성도를 가진 매스의 경우 발생되는 압력으로 인해 레오미터(24) 내에서 벽을 따라 상기 매스들이 미끄러지는 위험성이 제거된다. 본 발명에 따라서, 레오미터(24) 내의 내부 압력은 상기와 같은 미끄러짐이 발생되지 않도록 형성된다.

레오미터(24)의 단면도는 도 2에 도시된다. 도 2에 명확히 도시된 바와 같이, 노즐 슬롯(22)은 선호되는 직경 감소를 가질 수 있는 노즐 바디(28)에 의해 형성된다. 레오미터(24)는 유동 덕트(18)에 유동-연결되며, 바람직하게 매스의 온도와 압력은 센터(30)에 의해 상기 레오미터의 인접 부분에서 측정된다. 이에 따라 레오미터를 충진시키기 위하여 압출기 웜의 회전 속도가 추가적으로 최적화될 수 있다.

변형된 실시예에서, 노즐 슬롯(28)은 완전히 밀폐된다. 이러한 해결 방법에 있어서, 압출기 웜(12)은 단독으로 레오미터(24)를 충진시키기 위해 제공되지만 도면에 도시된 실시예와 상반되게 연속적인 측정이 불가능하다.

따라서 레오미터(24)는 공지된 방법으로 밀폐될 수 있으며, 레오미터로부터 형성된 공기를 배출시킬 수 있는 오버플로 오리피스(overflow orifice)를 포함하도록 공지된 방법으로 제공된다.

추가적인 장점 및 세부 사항은 첨부된 도면에 따라 실례의 실시예의 설명으로 구성된다.

도 1은 본 발명에 따르는 레오미터와 압출기를 도시하는 도면.

도 2는 도 1을 절단한 단면도.

Claims (13)

1. 압출기를 포함하고, 상기 압출기에 의해 유체가 충진될 수 있으며, 유체의 점성도를 측정하기 위한 레오미터에 있어서, 레오미터(24)를 충진하기 위하여 압출기(10)의 회전 속도가 설정되는 것을 특징으로 하는 레오미터.
2. 제 1 항에 있어서, 레오미터(24)는 압출기 노즐(16)의 업스트림(upstream)과 압출기(10)의 압출기 웜(12)의 배출 측부상에 연결되는 것을 특징으로 하는 레오미터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 레오미터(24)를 충진시키기 위하여 압출기(10)의 압출기 노즐(16)이 밀폐될 수 있는 것을 특징으로 하는 레오미터.
4. 전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 압력 센서는 레오미터(24)의 영역에 배열되고, 압출기(10)의 회전 속도는 목표 압력에 부합되는 것을 특징으로 하는 레오미터.
5. 전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 유체의 측면 스트림(side stream)은 레오미터(24)를 통해 안내되는 것을 특징으로 하는 레오미터.
6. 전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 레오미터(24)는 유체의 점성도를 연속적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 레오미터.
7. 전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 평가 회로(evaluation circuit)는 레오미터(24)에 연결되고, 특히 압력 센서와 하나 이상의 온도 센서에 추가적으로 연결되며, 유체의 점성도는 상기 압력 센서와 온도 센서에 의해 레오미터(24)에서의 압력 및 온도와 비교하여 탐지될(detect) 수 있는 것을 특징으로 하는 레오미터.
8. 전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 압출기(10)는 평평한 노즐로 구성된 압출기 노즐(16)을 가지며, 상기 압출기 노즐에서 압출된 유체가 시각적으로 판단되고 가시될 수 있는 것을 특징으로 하는 레오미터.
9. 전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 레오미터(24)는 진동식 점도계(oscillating viscometer)로 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 레오미터.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 레오미터(24)는 회전식 점도계로 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 레오미터.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 레오미터(24)는 합성 진동(superposed oscillation)을 하는 회전식 점도계로 형성될 수 있는 것을 특징으 로 하는 레오미터.
12. 전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 레오미터(24) 내에서 유체의 매스 압력은 30 바(bar)보다 높게 형성되고, 특히 대략 100 바로 형성되는 것을 특징으로 하는 레오미터.
13. 전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 레오미터(24)는 언프로파일 벽 표면(unprofiled wall surface)을 가지며, 유체는 측정 동안 레오미터(24)의 벽에 부착되는 것을 특징으로 하는 레오미터.

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