KR20100080517A - 펠릿 및 미세 펠릿의 압출, 펠릿화 및 용융 유동학적 제어를 이용하여 개선된 최소 전단 몰딩하는 방법 및 장치, 그리고 그로부터 형성된 몰딩 물품 - Google Patents

펠릿 및 미세 펠릿의 압출, 펠릿화 및 용융 유동학적 제어를 이용하여 개선된 최소 전단 몰딩하는 방법 및 장치, 그리고 그로부터 형성된 몰딩 물품 Download PDF

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션 데이비드 뉴버리
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Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 최소 전단 몰딩 공정의 개선을 위한 방법에 관한 것이다. 펠릿 및/또는 미세 펠릿은 감소된 몰딩 온도, 감소된 경화 시간, 감소된 회전축비, 및/또는 감소된 회전속도와 결합되는 비분말 용융물 유동비와 조합된 제어된 압출 및 펠릿화 공정을 통해 제조될 수 있다. 몰딩은 단축, 이축, 또는 다축, 및 회전, 또는 진동, 또는 이들의 조합일 수 있다. 생성된 몰딩된 물품은 단일 층 또는 다중 층일 수 있으며, 유사 또는 상이한 화학 조성물을 사용하여 하나 또는 그보다 많은 몰딩 시퀀스로 제조될 수 있다.

Description

펠릿 및 미세 펠릿의 압출, 펠릿화 및 용융 유동학적 제어를 이용하여 개선된 최소 전단 몰딩하는 방법 및 장치, 그리고 그로부터 형성된 몰딩 물품 {METHOD AND APPARATUS FOR ENHANCED MINIMAL SHEAR MOLDING UTILIZING EXTRUSIONAL, PELLETIZATION, AND MELT RHEOLOGICAL CONTROL OF PELLETS AND MICROPELLETS AND MOLDED OBJECTS MADE THEREFROM}
본 발명은 "펠릿 및 미세 펠릿의 압출, 펠릿화 및 용융 유동학적 제어를 이용하여 개선된 최소 전단 몰딩하는 방법 및 장치, 그리고 그로부터 형성된 몰딩 물품"이란 명칭으로 2007년 8월 28일자로 출원된 미국 출원 번호 11/846,372호를 우선권으로 주장하며, 상기 우선권은 이후에 충분히 설명되는 바와 같이 본 발명에 참조되었다.
본 발명은 일반적으로, 바람직하지 않은 열화, 조기 산화, 탈색, 조기 반응, 팽창, 또는 교차 결합의 가능성으로부터 자유롭게 하도록 펠릿의 크기 및 형상을 제어할뿐만 아니라 펠릿의 화학적 일체성을 유지하며, 또한 종래 공정들을 고려하여 공정 온도, 회전비, 및 회전속도의 개선을 촉진하도록 단축, 이축, 및 다축 최소 전단 몰드에의 사용을 위한 조성물의 대략 균일한 혼합 및 조합을 보장하기 위해 펠릿, 더 구체적으로 미세 펠릿을 압축하기 위한 비-분말 공정(non-powder process)에 관한 것이다.
압출, 펠릿화, 건조, 운반, 회전 몰딩, 및 록-앤-롤(rock-and-roll)을 위한 개별 공정 및 장비는 일반적으로, 공지되어 있으며 다수의 적용 분야에서 사용되고 있다. 별도로, 이와 관련된 화학물들도 공지되어 있다. 사용가능한 화학물에 대한 공정과 장비의 적용 및 회전 몰딩 및 록-앤-롤 몰딩의 최소 전단 몰딩의 더욱 확대된 개선은 종래 기술의 설명으로부터 쉽게 명확해지지 않았으며, 이점이 본 발명의 초점이다.
펠릿 장비 및 압출 공정에 따른 펠릿 장비의 용도는 수년 동안 양수인에 의한 출원들에 도입 및/또는 이용되었으며, 이러한 종래 기술들은 미국 특허 4,123,207; 4,251,198; 4,500,271; 4,621,996; 4,728,176; 4,888,990; 5,059,103; 5,403,176; 5,624,688; 6,332,765; 6,551,087; 6,793,473; 6,824,371; 6,925,741; 7,033,152; 7,172,397; 미국 특허 출원 공보 20050220920, 20060165834; 독일 특허 및 출원 DE 32 43 332, DE 37 02 841, DE 87 01 490, DE 196 42 389, DE 196 51 354, DE 296 24 638; 국제특허 출원번호 WO2006/087179, WO2006/081140, WO2006/087179, 및 WO2007/064580; 및 유럽 특허 EP 1 218 156 및 EP 1 582 327호에 예시적으로 설명되어 있다. 이들 특허 및 출원들은 모두 양수인 소유이며 전체적으로 본 발명에 참조되었다.
유사하게, 건조기 장비들이 다음과 같은 종래 기술에서 입증된 대로 양수인에 의해 다수의 해 동안에 압출 및 펠릿화에 따른 적용 분야에 도입 및 사용되어 왔다. 그러한 종래 기술의 예는 미국 특허 3,458,045; 4,218,323; 4,447,325; 4,565,015; 4,896,435; 5,265,347; 5,638,606; 6,138,375; 6,237,244; 6,739,457; 6,807,748; 7,024,794; 7,172,397; 미국 특허 출원 공보 20060130353; 국제특허 출원번호 WO2006/069022; 독일 특허 및 출원 번호 DE 19 53 741, DE 28 19 443, DE 43 30 078, DE 93 20 744, DE 197 08 988; 및 유럽 특허 EP 1 033 545, EP 1 602 888, EP 1 647 788, EP 1 650 516호이다. 이들 특허 및 출원들은 모두 양수인 소유이며 전체적으로 본 발명에 참조되었다.
슬러시 몰딩 장비 다음에 회전 몰딩 및 록-앤-롤 몰딩 장치(이에 한정되지 않지만)를 포함하는 최소 전단 몰딩 장비는 유사하게 다음과 같은 종래 기술에 설명되어 있다. 그러한 종래 기술의 예는 미국 특허 2,629,131; 2,893,057; 3,134,140; 3,315,314; 3,350,745; 3,564,656; 3,676,037; 3,703,348; 3,788,792; 3,810,727; 3,822,980; 3,825,395; 3,841,821; 3,843,285; 3,914,105; 4,022,564; 4,247,279; 4,671,753; 4,705,468; 4,738.815; 4,956,133; 4,956,135; 5,022,838; 5,039,297; 5,188,845; 5,238,379; 5,705,200; 6,030,557; 6,296,792; 6,338,623; 6,511,619; 6,555,037; 및 6,604,931; 미국 특허 출원 번호 2006/0257518; 캐나다 특허 2 025 267; 일본 특허 출원 JP 2005028803; 및 국제특허 출원 번호 WO 1999/056930이다. 이들 특허 및 출원들은 본 발명의 참조를 위한 예로서 포함되었으나 이에 한정되지 않는다.
다양한 분말(pulverulent) 재료들이 최소 전단 몰딩에 사용되어 왔으며, 이러한 재료에는 폴리에틸렌과 기타 폴리올레핀, 비닐 에테를와 기타 비닐 폴리머, 플루오로폴리머, 폴리아미드, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 아클릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 코폴리머, 및 교차결합가능한 폴리에틸렌(XLPE)와 같은 반응성 폴리머가 포함된다. 추가의 팩키지가 다른 것들 중에서도, 산화방지 안정성, 열적 안정성, 자외선(UV) 안정성, 착색, 유동 변경, 처리 변경, 가소성, 포밍, 및/또는 교차-결합 성능을 제공하도록 도입된다.
러 로이 페인(Le Roy Payne)은 예를 들어, 미국 특허 4,671,753; 4,671,991; 4,749,533; 4,909,718; 4,956,133; 4,956,135; 5,011,636; 5,022,838; 5,173,221; 5,188,845; 5,238,379; 5,316,701; 5,503,780; 5,507,632; 5,705,200; 6,030,557; 6,296,792; 6,511,619; 6,555,037; 캐나다 특허 CA 2 025 267; 및 국제특허 출원번호 WO 1999/056930를 통해 장비 및 방법을 도입했으며, 이는 로토모딩된(rotomolded) 부품을 생성하기 위해 진동 및 록-앤-롤 공정을 선택적으로 조합하여 하나 또는 그보다 많은 회전 축에서 쏟을 수 있는 폴리머화 반응성 폴리우레탄 또는 폴리에스테르 회전 몰딩에의 사용을 입증하기 위해 본 발명에 참조되었다. 중합화 액체 성분들 중의 적어도 하나에 첨가제로서 미세 펠릿을 사용하는 것은 미국 특허 제 6,555,037호에 입증되어 있으나, 이 특허는 본 발명에서 설명하는 바와 같은 펠릿 또는 미세 펠릿의 사용에 대해 언급되어 있지 않다.
회전 몰딩 조성물에 대한 종래 기술은 통상적으로 보다 원통형인 펠릿을 사용하였으며 종종 분말을 제공하도록 분쇄되었다. 미국 특허 제 3,514,508호는 바람직하게 20 메쉬 내지 50 메쉬의 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 폴리비닐 클로라이드 입자의 사용과, 정압(positive pressure) 정도의 압력을 제공하기 위해 몰드 내측에 질소 또는 탄소 이산화물과 같은 불활성 가스와 함께 350℉ 내지 950℉(약 177℃ 내지 510℃)의 오븐 온도를 사용하는 것이 제안되어 있다. 최대 2 밀리미터까지의 커다란 크기의 입자도 설명되어 있다. 첨가제를 포함하는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지는 미국 특허 3,935,143호에 설명되어 있는 바와 같이 회전 케이싱을 위해 마이너스 10 메쉬 내지 플러스 100 메쉬 크기 범위로 준비되었다. 마스터블렌드는 미국 특허 제 4,508,859호에서 상기 수지 입자와 첨가제가 소프트닝(softening) 온도 이하에서 혼합되고 강력한 혼합기로의 이송시 이러한 혼합물이 플럭싱(fluxing) 없이 미립자로 충분히 소프트닝하여 첨가제가 미립자에 흡수될 수 있게 하는 것에 대해 설명하고 있다. 상기 수지 미립자의 약간의 라운딩(rounding)은 예견되었으며 미국 특허 제 4,508,859호에는 허용할 수 없는 커다란 미립자를 제거하기 위해 30 또는 35 메쉬 스크린을 사용하는 것에 대해 설명되어 있다. 미국 특허 제 4,624,818호는 바람직하게 24 메쉬 내지 500 메쉬 크기 범위의 내마모성 성분들을 포함하는 12 내지 35 메쉬 크기 범위의 나이론 미립자가 설명되어 있다. 유사하게, 미국 특허 제 4,970,045호에는 회전 몰딩을 위한 폴리아미드 및 아이오노머(ionomeric) 코폴리머의 펠릿 또는 분말의 형성을 설명하고 있다. 재현가능한 입자 크기 분포, 균일한 혼합, 및/또는 최적의 몰딩 제품 품질 또는 성능을 달성하기 위한 제어된 펠릿화에 대해서는 설명되어 있지 않다.
미국 특허 제 5,525,274호에서, 가소제를 포함하는 다른 첨가물과 혼합되는 폴리우레탄의 압출 및 플레이킹(flaking)에 의해 미소구체(microsphere)가 준비된다. 상기 조합물은 0.007 인치 내지 0.040 인치(약 0.178mm 내지 1.02 mm)범위의 오리피스를 통해 재-압출된다. 유사하게, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리스티렌 또는 폴리비닐 염화물이 가소제를 포함하는 첨가제와 혼합되며, 여기서 상기 수지는 전술한 바와 같이 치수적으로 동등한 미립자들을 생성하도록 압출되는 혼합물의 50% 내지 55%이다. 미국 특허 제 5,525,274호의 목적은 "배면 불규칙성"이 없고 균일한 두께를 갖는 주조 부품을 얻기 위해 상기 수지 혼합물에 가소제를 로크하는 것임이 분명하다. 50,000 내지 150,000 분자량 범위의 폴리비닐 염화물(PVC)이 설명되어 있다. 또한, 저분자량의 수지는 공정온도를 감소시키며 사이클 시간을 증가시킴이 설명되어 있다.
미국 특허 제 5,525,284호는 미국 특허 제 5,525,274호의 분할 출원이다. 상기 특허에서, 고 가소성 미소구체가 얇은 플라스틱 외피를 형성하도록 몰딩 또는 슬러시-몰딩될 부품의 중량보다 크거나 같은 예정된 충전물 크기를 사용하여 회전 주조된다.
미국 특허 제 5,654,102호는 미국 특허 제 5,525,274호 및 5,525,284호의 분할 출원이다. 상기 특허에서, 50% 내지 55% 수지로 한정된 가소제를 포함하는, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리비닐 염화물, 또는 이들의 에폭시 또는 합금으로 이루어지는 미소구체 조성물이 설명되어 있다.
미국 특허 제 5,998,030호 및 제 6,410,141호는 미국 특허 제 5,525,274; 5,525,284; 및 5,564,102호의 일부 계속 특허이다. 상기 특허들은 분자량을 2,000 내지 150,000 범위로 확장시킨다. 가소제는 선택적인 성분으로 유지되며, 수지 함량의 일례는 전술한 바와 같이 50% 내지 55% 범위이다. 상기 특허들은 5 중량% 미만의 함량으로 염료를 필요로 한다.
미세 펠릿을 압출하기 위한 펠렛타이저(pelletizer) 다이는 미국 특허 제 5,597,586호에 설명되어 있다. 상기 다이는 다이 면 주위에 동심으로 그룹으로 배열되는 다중 다이 구멍을 필요로 한다. 상기 그룹의 적어도 하나는 균일한 직경을 가지나 다른 그룹과는 상이한 직경을 가지는 다이 구멍으로 구성되며, 상기 다이 구멍 그룹 내의 보조 그룹은 균일한 직경을 가지나 그 그룹의 다른 보조 그룹과는 상이한 직경을 가진다. 이는 과도한 압력 생성과 상기 다이 구멍의 적어도 일부 구멍을 효과적으로 얼려버리는 것이 발견되었다.
미국 특허 제 4,238,537호는 회전 몰딩을 위해 다양한 에틸렌-비닐-아세테이트 코폴리머로 구성되는 펠릿과 분말의 혼합물 사용에 대해 설명되어 있다. 상기 특허의 명세서에는 펠릿이 통상적으로 1/8인치 × 1/8인치(약 3.2mm × 3.2mm)의 크기를 가지며 상기 분말은 20 메쉬 내지 50 메쉬 사이로 분쇄된다. 설명된 혼합물은 일반적으로 50% 내지 80% 펠릿과 이의 역인 20% 내지 50% 분말로 이루어진다. 몰딩은 일반적으로 일반적으로 500℉ 내지 625℉(약 260℃ 내지 329℃)에서 수행된다. 펠릿과 분말의 완전 융합은 펠릿이 적어도 부분적으로 미립자 특성을 유지하는 것으로 설명되어 있는 미국 특허 제 4,238,537호에 따라 필수적이지 않다.
유럽 특허 제 EP 0 755 761호 및 USP 5,585,419호에는 회전 몰딩에 사용되는 것과 유사한 조성과 불규칙적인 형상으로 0.012 인치 내지 0.035 인치(약 0.3mm 내지 0.9mm)의 분말과 조합되는 0.028인치 내지 0.051 인치(약 0.7mm 내지 1.3mm) 직경의 미세 펠릿의 사용을 설명하고 있다. 유사하게, USP 5,886,068호에는 유사한 조성의 두 개의 상이한 크기를 갖는 미세 펠릿의 사용에 대해 설명되어 있으며, 상기 미세 펠린은 0.028 인치 내지 0.051인치(약 0.7mm 내지 1.3mm) 범위의 커다란 크기와 조합되는 0.024 인치 내지 0.039 인치(약 0.6mm 내지 1.0mm) 범위의 직경을 가진다. 설명된 재료는 폴리비닐 염화물, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 SURLYN을 포함한다. 600℉ 내지 800℉(약 316℃ 내지 427℃)의 오븐 온도가 유지되며, 여기서 용융 온도는 400℉ 내지 550℉(약 204℃ 내지 288℃)이다. 회전비 3.75:1 또는 다중 균등물들이 설명되어 있으며, 커다란 펠릿 크기는 분말 또는 보다 작은 미세 펠릿이 몰드 표면 상에 이미 레이-다운(lay-down)되기 시작한 이후에 용융 및 그에 따른 용해에 오랜 시간을 필요로 하는 것이 단점이다.
USP 5,886,068호는 층의 분리에 대한 시도 또는 상이한 재료의 사용에 대해서는 언급이 없다.
유사하게, USP 6,433,086 및 6,682,685호도 동일한 조성의 폴리에틸렌 펠릿과 분쇄된 폴리올레핀 분말을 사용하는 회전 몰딩 공정에 대해 설명하고 있으며, 여기서 상기 분말은 상기 혼합물 중량의 각각, 20% 내지 30% 또는 20% 내지 50%이다. 단일 층이 이러한 수지 혼합물로 형성되며, UPS 6,682,685호에 따라 구조적 특성을 개선하기 위해 보강 섬유가 포함될 수 있다. USP 6,833,410호는 10 중량% 내지 80 중량%의 로딩 레벨의 비교 수지 대 펠릿과 수지 분말의 혼합물을 사용하는 유기질, 무기질, 및 미네랄 보강 섬유를 포함하는 섬유가 설명되어 있으나, 수지의 조성은 설명되어 있지 않다.
USP 3,368,013호에는 다중 배기되는 중공형 물품을 형성하기 위해 다수 형상의 펠릿의 에지만을 소결하는 것에 대해 설명되어 있다. 유사하게, 1/8 인치(약 3.2mm) 미만의 펠릿이 다공성 플라스틱을 형성하기 위해 USP 6,030,558호에 따라 소결된다. 상기 다공도의 크기는 펠릿의 크기에 의해 제어되며 소결은 펠릿의 외측면만을 용해하는데 충분한 온도에 수행된다. 선택적인 여과와 같은 적용분야에 특히 유리한 매우 좁은 입자 분포 크기범위에 대해서만 언급되어 있다. 저밀도 폴리에틸렌에 대해, 온도는 주위온도(실온)로부터 320℉(약 160℃)까지 순환되며 5분 주기 동안 냉각되며, 여기서 입자 크기는 0.031인치(약 0.8mm)이다. 이보다 큰 입자 크기에 대해, 위와 같은 사이클은 냉각 이전에 320℉(약 160℃)에서 2 내지 4분 동안의 가열 단계가 이어진다.
WO 2000/035646호는 2 내지 10 카본 모노머 범위의 폴리올레핀, 특히 에틸렌 및 프로필렌 펠릿의 사용에 대해 설명하고 있다. 특허청구범위 제 1항에 따라, 미립자 크기의 분포는 평균 0.020 인치(약 0.5mm) 미립자 크기 분포와 비교하여 평균 0.004 인치(약 0.1 mm) 및 평균 0.035 인치(약 0.9mm) 입자 크기의 크기 분포에 대해 최대 1의 비율에 대한 규정을 만족시켜야 하며, 여기서 상기 펠릿은 0.1 중량% 미만의 물 함량을 포함해야 한다. 혼합기, 압출기와 펠릿타이저, 탈수 원심 건조기 및 유동화 층 건조기 내에서 폴리올레핀과 혼합될 적어도 하나의 첨가제를 필요로 하는 장치가 설명되어 있다. 청구된 재료의 회전 몰딩도 설명되어 있다. WO 2000/035646호에도 1 중량%보다 크지 않은 잔류 물 성분에 대해 설명되어 있다. 미국 출원번호 2005/0228118호는 USP 6,894,109호의 분할 출원이며, 상기 분할 출원 자체는 USP 6,573,314호의 분할 출원이며, 단지 회전 몰딩 물품 내에 핀홀이 최소로 또는 존재하지 않음을 청구하고 있다. USP 6,894,109호는 이러한 물의 함량을 WO 2000/035646호에 설명된 바와 같은 0.1% 미만으로 수치로 감소시키고 있다.
USP 6,632,525호에는 미립자의 외측면 상에 돌출 링을 가지는 0.007 인치 내지 0.040 인치(약 0.18 mm 내지 1.0 mm) 범위의 직경을 가지는 플라스틱 미립자의 제조 및 사용에 대해 설명되어 있다. 상기 링은 연속적이거나 비연속적일 수 있으며 링이 없이 본래의 펠릿을 압출, 펠릿화 및 냉각하는 단계 이후의 추가의 가열 단계로 제조된다.
다층 몰딩 물품도 상기 공보에 잘 설명되어 있다. USP 3,542,912호에는 35 메쉬 또는 그보다 더 미세한 과립체 혼합물의 사용에 대해 설명되어 있으며, 여기서 상기 성분은 적어도 10℉(약 5℃)만큼 융점이 상이한 개별 층을 형성한다. 상기 개별 성분들은 혼합될 수 없는 것으로 설명되어 있다. 20 내지 100 rpm의 회전속도도 설명되어 있다. 오븐 온도는 가장 높은 용융 성분의 융점보다 최소 20℉(약11℃) 높은 것으로 설명되어 있으며 통상적으로 550℉(약 288℃)에서 유지된다. 예시적인 실시예에서, 내층, 및 가장 높은 용융 층은 나이론, 폴리카보네이트, 아세탈, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리설폰 및 폴리에스터로 형성된다. 가장 높은 용융 층은 반드시, 다른 층들 중에 적어도 하나보다는 높은 밀도를 가져야 한다. 나이론 (따라서 낮은 용융)외층은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 프로피오네이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리설폰, 스티렌-부타디엔 또는 폴리비닐 클로라이드로 구성할 것을 제안하고 있다. 폴리카보네이트 내층에 대해서는 단지 나이론만이 추천되었다. 아세탈, 폴리에스터, 또는 폴리설폰 내층은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 외층을 보완한다. 나이론-아세탈-폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 또는 대안으로 폴리카보네이트-나이론-폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 구성되는 3층 구조가 설명되어 있다.
계속되는 유사 조성물 층의 형성이 USP 3,627,869호에 설명되어 있으며, 여기서 10 메쉬 내지 400 메쉬 범위의 미립자들은 회전 몰딩에 적합한 것으로 고려되는 16 메쉬(0.047인치 또는 약 1.2 mm) 내지 50 메쉬(0.012인치 또는 약 0.3 mm)로 허용된다. 10 내지 20 rpm의 회전 속도가 설명되어 있으며 오븐 온도는 500℉ 내지 700℉(약 260℃ 내지 271℃) 범위 또는 그보다 높은 온도로 주어지며, 바람직한 오븐 온도는 650℉(약 343℃)이다. 폴리올레핀 호모폴리머 또는 코폴리머가 각각의 층에 대해 설명되어 있다. 유사하게, USP 4,548,779호에서는 먼저 높은 용융 온도의 외층을 생성하고 그 몰드를 냉각하며 내층을 형성하도록 재료를 도입한다. 우선적으로, 상기 외층은 폴리아미드이고 상기 내층은 폴리올레핀이다.
일본 특허공보 JP 03-000216호의 요약서에는 약 460℉(약 238℃)에서 분말로부터 회전 몰딩되는 다단계, 다층 물품이 설명되어 있으며, 여기서 각각의 층은 몰드 내측에 별도로 충전된다. 일본 특허공보 JP 2006-095928호에도 유사한 2단계, 2층 공정이 설명되어 있으며, 여기서 상기 제 2 재료인 나이론은 공급 노즐을 통해 몰드 내측으로 도입된다. USP 6,982,057호에도 유사한 2단계, 2층 공정이 설명되어 있으며, 여기서 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 나이론이 제 1 층으로서 사용되며 내측은 투명해야 한다. 375℉ 내지 650℉(약 191℃ 내지 343℃)의 오븐 온도가 설명되어 있다. 선형 저밀도 폴리에틸렌이 8:2의 회전비와 540℉(약 282℃)에서 몰딩된다. 제 1 층은 제 2 유동가능한 성분이 노출된 갭을 통해 붓어질 수 있도록 절연 부재의 제거를 가능하게 할 정도로 충분로 얇게 형성된다. 예로서, 투명한 제 2 층은 이제 시선을 형성하도록 상기 갭 위에 밀봉된다.
발포성 층을 사용하는 다층 물품이 회전 몰딩을 사용하여 양호하게 형성된다. USP 3,419,455호에는 열가소성 외층 외피 및 경화 내측 코어로 형성되는 장식물이 설명되어 있으며 상기 경화 내측 코어는 몰딩된 물품의 하나의 층일 수 있거나 몰딩된 물품의 내측 챔버를 완전히 충전할 수 있다. 반응가능한 수지의 외피는 USP 3,527,852호에 따라 발포제 캡슐을 포함하는 몰드의 내측으로 도입되며 회전 몰딩된다. 외피 층이 형성되면 상기 발포제는 발포성 코어 물품을 생성하도록 제어가능하게 방출된다. 유사하게, USP 3,541,192호는 외피 층의 형성을 위한 플라스티졸(plastisol)을 도입하며 상기 발포성 코어의 제어된 생성을 위해 제 2 발포성 또는 팽창성 플라스티졸을 도입한다. USP 3,914,361호는 플라스티졸 분말을 사용하여 외층 외피와 내측 발포성 코어 및 밀봉가능한 몰드 내측으로 도시에 충전되는 커다란 팽창가능한 미립자를 생성한다. 크러스트(crust)를 생성하도록 외측 용융물 분말로부터 가열되며 발포성 내층을 생성하도록 커다란 미립자를 팽창시킨다.
USP 3,936,565호는 샌드위치식 구조를 도입하며, 여기서 제 1 층이 몰드 내에 충전되며 몰드 표면 위에 균일하게 코팅된다. 제 1 층은 바람직하게 교차결합가능한 폴리에틸렌이며 몰딩 온도는 완전한 교차 결합을 방지하기에 충분히 제어된다. 제 1 층의 용융물 레이-다운이 완료되면, 제 2, 바람직하게 발포성 층이 몰드 내측으로 충전되며 포밍(foaming) 없이 유사하게 층들이 형성된다. 선택적인 제 3 층이 제 2 층의 내측 표면 상에 놓이며 상기 교차 결합 및 포밍 작동이 몰딩 공정을 완료하도록 동시에 수행된다.
USP 5,532,282호에는 통상적으로 0.040인치 내지 0.15 인치(약 1.0mm 내지 3.8mm)의 직경과 0.040인치 내지 0.125 인치(약 1.0mm 내지 3.2mm)의 길이를 가지는 상당히 큰 팽창성 과립체 또는 펠릿 및 통상적으로 20 메쉬 내지 50 메쉬의 작은 비팽창성 분말의 도입을 설명하고 있으며, 특히 구체(sphere)가 될 필요가 없는 것으로 설명되어 있다. 580℉(약 304℃)의 오븐 온도가 예시적으로 설명되어 있다. 작은 미립자가 우선적으로 용융되어 큰 페릿이 제 2 층을 형성하고 계속해서 제 1 층이 형성된 이후에 폼을 형성하는 것을 주장하고 있다. 폼 층 및 폼 코어가 설명되어 있다. 외피-형성 층이 제시된 바와 같이 교차 결합될 수 있다. USP 5,783,611; 5,830,392, 5,922,778; 및 6,038,434호는 표면 특성의 개선이 신중히 제어된 화학 제재(chemical formulation) 및 조합에 의해 달성되는 유사한 방법들을 사용한다. 이러한 개념은 내측 외피 층을 형성하도록 크고, 높은 용융온도의 층 내에 개선된 재료의 사용을 포함하는 USP 6,180,203호로 더욱 확대된다. 이는 선택적인 보강 로드 및 몰딩되고 팽창된 물품의 내외측 외피 사이에 발포성 층을 추가로 제공한다.
높은 제로(zero)-전단 점성 폴리머 재료와 낮은 제로-전단 점성 폴리머 재료의 혼합물, 및 제 3의 발포성 코어-형성 성분들이 USP 5,928,584호에 설명되어 있다. 상기 특허는 내측 몰드 표면에 대해 층들 형성하며 몰드 벽과 접촉하는 것을 방지하는 발포성 성분에 대한 배리어를 형성하는 벽-형성 배리어로서의 고 점성 재료를 설명하고 있다. 우선적으로 교차 결합가능한 저 점성 성분이 상기 벽-형성 층과 상기 내측 발포성 코어-형성 성분을 위한 결합 요소로서의 역할을 한다.
교차결합가능한 폴리올레핀 및 기타 반응성 수지는 회전 몰딩에 잘 공지되어 있으며 폴리머 구조 내에 반응성 나머지 성분을 포함하거나 가깝게 위치된 폴리머의 부분들 사이에 자유 통상적으로 라디칼 또는 기타 공유연결(covalent linkage)에 의해 결합을 생성하는 "첨가제 팩키지(additive package)"와 결합한다. 이들 첨가제 팩키지는 통상적으로, 교차 결합제, 제작 재료, 및 교차 결합 가능성을 향상시키는 촉진제를 포함한다. 그러한 팩키지를 설명하는 예시적인 종래 기술에는 USP 3,876,613; 3,969,475; 4,029,729; 4.088,714; 4,267,080; 4,414,340; 4,526,916; 4,587,318; 4,678,834; 4,808,364; 4,857,257; 4,900,792; 5,260,381; 5,367,025; 6,528,585; 및 6,610,768호가 포함된다. 추가적인 예에는 미국 특허출원 번호 2005/02024338, 2005/0261430, 및 2005/0261443호가 포함된다.
다양한 제품들이 회전 몰딩에 의해 형성된다. 이들 제품에는 다른 것들 중에서도, 장난감, 화학 저장 탱크, 물 탱크, 차량 유체 탱크, 및 자동차 부품이 포함된다. USP 2,330,108호의 염 첨가제의 마블링 및 진주 광택 효과뿐만 아니라, USP 5,304,592호에서 입증된 바와 같은 통상적으로 투명 또는 반투명 매트릭스에 현수되되고 비교 또는 동등한 밀도의 다중 입자들의 결합에 의한 화강암-형태 효과를 포함하는 폴리머에서의 장식적 효과가 설명되어 있다.
본 발명의 목적은 펠릿 및 미세 펠릿의 열화 또는 바람직하지 않은 반응이 최소 또는 발생되지 않도록 로토몰딩(rotomolding)과 압출 등급 재료, 및 첨가제를 포함한 로토몰딩과 압출 제재(formulation)의 적절한 건조를 포함하는 제어된 압출 및 펠릿화에 의해 재현성 있는 펠릿 및 미세 펠릿을 준비하며; 비 분말 공정에 의해 충격 강도, 투과성, 제품의 재현성, 복잡하고 정확한 몰드 디테일, 층 두께의 균일성, 층의 일체성, 층들 사이의 접합 강도, 층간 균일성, 기포 및 핀홀과 싱크 또는 포크마크(pockmark)의 최소화, 다공성의 감소 또는 제거, 내측 표면의 품질, 구조 강도, 겔 형성, 염색 및 장식 효과의 균일성 측면에서 산업 표준 분말 계열 제품에 필적하거나 우수한 제품을 제조할 수 있도록 종래 기술을 고려하여, 낮은 공정 온도, 감소된 공정 시간, 감소된 회전비 및 감소된 회전 속도, 감소된 저장 체적, 개선된 몰드 내의 휘발 방지, 브릿징(bridging)의 감소, 용이한 이송, 작업 안정성, 분진 위험 감소, 및 중간 벌크 밀도 감소에 따른 낮은 선적 비용을 사용할 수 있는 (슬러시 몰딩을 포함한)최소 전단 회전 및 진동 공정을 이용하여 품질 좋은 다층 또는 다층 몰딩 물품을 형성하는데 상기 펠릿을 사용하기 위한 비용측면에서 효과적인 방법을 제공하고자 하는 것이다.
요약하면, 본 발명의 다양한 실시예들은 미세 펠릿의 크기 및 형상을 제어할뿐만 아니라 미세 펠릿의 화학적 일체성을 유지하기 위해 미세 펠릿을 압출하기 위한 비분말 공정을 제공한다. 이러한 제어가능하게 제조되는 미세 펠릿은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 회전 공정 또는 록-앤-롤 공정과 같은 최소 전단 몰딩에 사용되며, 이들 미세 펠릿은 공정 온도 및/또는 공정 시간의 감소에 의해 에너지의 상당한 절약을 촉진시킬뿐만 아니라 하나 또는 그보다 많은 회전 지지 아암의 회전비 및/또는 회전 속도의 상당한 감소에 의해 장비의 마모 및 터짐을 감소시킨다.
미세 펠릿의 이송이 상당히 단순화되고 본 기술 분야의 더욱 표준화된 벌크 분말과 비교하여 미세 펠릿의 상당히 증가된 벌크 밀도에 의해 선적 비용이 상당히 감소됨이 발견되었다. 압출 미세 펠릿의 사용은 산화 방지제 팩키지, 자외선 팩키지, 및 몰딩 내에서의 제조 수명뿐만 아니라 후-몰딩 수명을 개선하기 위한 열적 안정제를 포함한 기타 안정제 팩키지들의 균일한 결합을 통해 최소 전단 몰딩용으로 전통적으로 시판되지 않았던 재료의 직접적인 제조를 가능하게 함으로써 이용가능한 재료의 범주를 확장한다.
상기 미세펠릿은 구조적으로 더욱 재현성 있으며 형상에 있어서 더욱 구형에 가깝게 되며, 본 발명에 따라 몰드의 표면 상에 상기 재료들이 층을 이룸으로써 회전 기구와 상당히 충돌하는 더욱 제어가능한 표면적을 가진다. 이러한 제어는 상기 층들이 몰드 내측에 연속적으로 형성될 수 있게 하거나 몰드 내측에 재료의 한번 충전으로 형성될 수 있게 한다는 점에서 일층 몰딩 공정을 다층 공정에 쉽게 확장할 수 있게 한다. 다중 성분 충전물의 층 형성은 용융물 온도, 소프트닝(softening) 온도, 펠릿 크기, 펠릿 밀도, 용융물 밀도, 용융물 점도, 용융물 유동, 금속 표면 또는 하부 층에 대한 용융물의 습윤성을 포함하는 표면 특성, 및 상이한 극성 또는 화학적 조성을 포함하는 여러 메카니즘 중에 적어도 하나에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 미세 펠릿의 사용으로 착색 균일성의 달성, 마블링의 달성, 또는 기타 장식 효과의 달성을 위한 염료의 제어를 개선한다. 보다 구형의 미세 펠릿의 사용으로 내측 몰딩된 표면 특성을 현저히 개선하며 압출, 펠릿화, 용융물 형성, 계층화(layering), 반응, 및/또는 몰딩 공정 또는 공정들에 사용되거나 이들에 의해 생성되는 부산물, 처리 보조제, 또는 첨가제일 수 있는 기포와 핀홀 제거 및 저 비등 성분의 휘발 방지에 대한 양호한 제어를 가능하게 한다. 본 발명에서 설명한 바와 같은 공정은 종래의 분말 몰딩 공정의 현대 기술의 품질과 비교할 때 몰딩될 물품의 품질에 부정적인 영향을 끼치지 않는다.
종래 기술은 장난감으로부터 파이프 라인, 자동차 부품, 보트, 수천 갤런을 유지하는 탱커 탱크 및 심지어 탱커 라인에 이르기까지의 여러 가지의 물품을 생성하기 위해 최소 전단 몰딩에 대한 분말 사용의 유효성에 대해 입증했다. 분말 기술에 대한 한계에 대해서도 보고되어 있다. 그러한 기술적 한계에 대한 예로는 입자 크기와 형상에 대한 불규칙성과 비재현성, 입자 크기 분포의 편차, 미해결 유동 역학, 용융물의 불규칙성과 계속적인 몰딩 중의 레이-다운에 있어서의 균일성 결핍, 특히 벌크 밀도 제한에 의해 영향을 받는 소형 또는 복잡한 몰딩에서의 미해결 체적, 복잡하거나 수렴되는 몰드 설계를 위한 레이-다운에서의 바람직하지 않은 브릿징과 불일치성, 몰딩된 물품의 벽 두께의 불균일성, 잠재적 열화 또는 변색을 초래하는 연마 중의 분말 성분의 불안정성뿐만 아니라, 잠재적 분진, 흡입, 화재 및 폭발 위험으로부터의 유지보수, 작동성 및 안정성들이 포함된다.
최소 전단 몰딩 적용분야에 사용 및/또는 형성될 재료는 여러모로 제한되어 왔으며 특정 등급 또는 제재(formulations)는 주형공(molder)의 도전을 초래하는 시장으로부터 종종 배제되어 왔다.
펠릿은 부분적으론 용융과 레이-다운의 균일성에 대한 도전으로 인한 실용성의 한계를 부여하는 일반적으로 바람직하지 않은 원통형 형상과 종종 상당히 큰(그리고 바람직하지 않은) 크기에 따라 허용되지 않거나 빈약한 품질의 최종 제품을 초래하는 것으로서 시장에 최초로 도입되었다. 펠릿의 크기가 점점 더 복잡해진 제조 장비에 의해 감소됨에 따라, 펠릿의 실용성은 일반적으로 본래 분말 몰딩 조건을 갖는 공정에 가까워지게 됨으로써, (다양한 입자들 전반에 걸친 성분의 균일한 분포에 대한 요구를 감안한)상당한 가소성을 필요로 하며, (분말에 견줄 수 있는 펠릿 크기 또는 훨씬 더 작은 크기에 대한 필요성을 감안한)상이한 크기의 분말 또는 펠릿과의 조합을 필요로 하며, 및/또는 과도한 가열 또는 적극적인 회전 시퀀스를 이용했다. 그 결과로 종종 몰딩 품질의 저하, 균일한 레이-다운의 결핍, 불규칙한 몰딩 표면, 핀홀 또는 싱크 및 포크마크의 형성에 따른 심각한 문제점, 조성 또는 염색 또는 벽 두께의 불균일성, 유용한 재료 및 그에 따른 유용한 최종 제품의 범주 제약에 따른 재료 선정의 제한, 및 심지어는 다층 형성과 같은 구조적 또는 배리어 특성의 바람직한 효과를 달성하기 위해 위험하고 불안전한 제품의 필요성을 요구한다.
이에 따라 필요한 것은 선택적으로, 펠릿화 공정, 몰딩 공정, 및/또는 최종 제품의 자체 수명을 개선하기 위한 다양한 안정제 팩키지를 포함하는 첨가제; 구조 강도, 배리어 특성, 충격 강도, 및/또는 가요적 특성 변경의 개선을 위한 반응성 폴리머 또는 제재 또는 이들의 조합물; 염료 또는 자외선 흡수제; 열 흡수제; 반사 성분; 등을 포함하는, 최소 전단 몰딩 공정에 쉽게 결합될 수 있고 쉽게 운반될 수 있는 상당히 일정하고 재현성 있는 펠릿 또는 미세 펠릿을 생성하는 방법이다. 이와 같이 생성된 펠릿 및 미세 펠릿의 경우에, 에너지 측면에서 매력적이고, 덜 침식적인 공정 기술을 통한 장비의 보수 유지를 감소시키고, 몰딩 공정 및 긍극적으론 몰딩 부품의 품질을 개선하고, 분쇄 비용과 불일치성을 제거하고, 이송 및 저장에 비용 측면에서 훨씬 경제적인 몰딩 공정을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 다양한 실시예들은 최소 전단 몰딩을 위한 구성, 최소 전단 몰딩의 공정, 및 최소 전단 몰딩을 위한 장치를 제공한다.
본 발명의 구성 및 공정은 신규하고 자명하지 않은 구성과 공정을 제공하기 위해 4 개의 변수 내에서 작동할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 펠릿화, 이송, 및 펠릿/미세 펠릿의 건조에 의해 열화, 조기 반응, 팽창, 조기 교차 결합, 최소 전단 몰딩에의 사용을 위한 펠릿/미세 펠릿 화학 조성의 변경 등을 초래하지 않는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 몇몇 실시예들은 적어도 하나의 층의 최소 전단 몰딩을 위한 조성물을 제공하며, 상기 조성물은 펠릿, 미세 펠릿, 분말, 또는 이들의 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함한다. 상기 바람직한 조성물은 예를 들어, 다음과 같은 4 개의 변수가 만족될 수 있도록 적어도 하나의 층을 동시에 형성할 수 있는 적어도 하나의 화학 조성물을 포함한다. 첫째로, 단일 층을 위한 조성물은 보조(minor) 성분의 20% 미만을 포함하며, 사용시 상기 분말의 크기는 펠릿의 크기보다 더 작지 않아야 한다. 둘째로, 다층 내에 각각의 층을 형성하는데 사용되는 분말은 각각의 층이 조성적으로 상이하도록 조성적으로 상이해야 한다. 셋째로, 하나의 크기를 갖는 펠릿과 하나의 크기를 갖는 미세 펠릿의 조합은 단일 층을 위해 사용되지 않아야 한다. 마지막으로, 단일 층은 분말 단독으로 형성되지 않아야 한다.
상기 화학 조성물은 폴리머, 코폴리머, 첨가제, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 상기 폴리머, 코폴리머, 및 첨가제는 교차 결합될 수 있는 반응성 작용기들을 포함할 수 있다. 반응성 작용기기들은 팽창성을 포함한 화학적 반응에 의해 변경될 수 있다.
상기 폴리머는 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리에테르, 셀룰로오스, 및 이들의 코폴리머일 수 있다.
상기 폴리올레핀은 초저밀도 폴리에틸렌(ULDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌, 알킬-및 아릴-치환형 비닐릭, 할로겐화 및 폴리할로겐화 비닐릭, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 알콜, 및 이의 코폴리머일 수 있다.
상기 폴리머, 코폴리머, 및 첨가제는 비정질, 결정질 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 첨가제는 유동 변경제, 교차 결합 촉진제, 산화방지제, 자외선 안정제, 열적 안정제, 염료, 필러(filler), 화이버, 핵생성제, 팽창제, 점착성 부여제, 점착성 부여 방지제, 펠릿 코팅, 가소제, 왁스, 공정 보조제, 및 펠릿화 보조제를 조성적으로 포함한다. 상기 첨가제는 단일 성분 및 다성분 제재일 수 있다.
펠릿 및 미세 펠릿은 구형으로부터 렌즈 모양까지와 같은 다수의 형상 구성을 포함할 수 있다.
펠릿 및 미세 펠릿은 열화, 팽창, 조기 반응, 및 조기 교차 결합이 최소화되도록 제어가능하게 펠릿화될 수 있다.
펠릿, 미세 펠릿, 또는 이들 모두는 약 0.5 중량% 미만의 미세물을 포함한다.
상기 펠릿은 평균 약 0.7밀리미터 내지 약 3.5 밀리미터의 가장 긴 횡단면 치수를 가질 수 있다. 몇몇 경우에 이러한 치수는 약 0.7mm 내지 약 1.6mm일 수 있으며, 다른 경우에는 약 0.7 mm 내지 약 1.0 mm일 수 있다. 미세 펠릿은 일반적으로 횡단면이 약 0.7 mm보다 작을 수 있다.
상기 펠릿과 미세 펠릿은 이송 및 운송 장비에 대한 장애 및 서로에 대한 블로킹 없이 운송, 이송 및 저장될 수 있다.
또한, 형성된 각각의 층을 위한 하나의 화학 조성을 갖는 하나의 크기의 펠릿 또는 미세 펠릿을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들은 최소 전단 몰딩의 방법에 관한 것이다. 최소 전단 몰딩의 하나의 방법은 펠릿, 미세 펠릿, 분말, 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한, 펠릿, 미세 펠릿, 또는 분말에 의해 몰딩 부품의 적어도 하나의 층을 동시에 형성하는 단계를 포함한다. 상기 조성물은 예를 들어, 다음의 4 개의 변수들을 만족할 수 있도록 하나 이상의 층을 동시에 형성할 수 있는 적어도 하나의 화학 조성물을 포함한다. 첫째로, 단일 층을 위한 조성물은 보조(minor) 성분의 20% 미만을 포함하며, 사용시 상기 분말의 크기는 펠릿의 크기보다 더 작지 않아야 한다. 둘째로, 다층 내에 각각의 층을 형성하는데 사용되는 분말은 각각의 층이 조성적으로 상이하도록 조성적으로 상이해야 한다. 셋째로, 하나의 크기를 갖는 펠릿과 하나의 크기를 갖는 미세 펠릿의 조합은 단일 층을 위해 사용되지 않아야 한다. 마지막으로, 단일 층은 분말 단독으로 형성되지 않아야 한다.
상기 방법은 몰딩된 부품이 변색되지 않도록 형성될 수 있으며 상기 몰딩된 부품의 내측 표면이 유동 불규칙성 없이 부드러우며, 상기 몰딩된 부품이 핀홀, 기포, 싱크, 및 포크마크를 포함한 표면을 최소로 가지는 방법일 수 있다.
상기 방법은 35 메쉬 분말의 비교 조성물의 몰딩 온도의 적어도 25℃ 미만인 몰딩 온도를 사용할 수 있다. 몇몇 경우에, 상기 방법은 35 메쉬 분말의 비교 조성물의 몰딩 온도의 적어도 50℃ 미만, 적어도 75℃ 미만, 예시적인 실시예에서 적어도 100℃ 미만의 몰딩 온도를 사용할 수 있다.
상기 방법은 통상적인 35 메쉬 분말의 비교 조성물에 대한 10:1 내지 4:1의 범위로부터 5:1 내지 3:1 범위로 감소된 몰딩비를 제공할 수 있다.
상기 방법은 통상적인 35 메쉬 분말의 비교 조성물에 대한 6 rpm 내지 20 rpm의 범위로부터 1.75 rpm 내지 6 rpm 범위로 감소된 회전 속도를 제공할 수 있다.
상기 방법은 35 메쉬 분말의 비교 조성물에 대한 것보다 적어도 10% 감소된 공정 시간을 제공할 수 있으며, 몇몇 경우에 상기 시간은 적어도 15%로 감소된다. 상기 공정 시간은 낮은 공정 온도, 단축된 냉각 시간, 및 통상적으로 35 메쉬로 분쇄된 분말의 불규칙한 표면적에 대한 것보다 대략 균일한 펠릿 표면적에 대한 더욱 효율적인 열 전달의 조합에 의해 감소될 수 있다.
상기 방법은 최소 전단 몰딩이 적어도 하나의 축선(단축)에서, 적어도 두 개의 축선(2축)에서, 또는 두 개의 축선보다 많은 축선(다축)에서 회전에 의해 발생되는 방법이다.
최소 전단 몰딩은 적어도 하나의 축선에서 연속적이고 원형의 회전에 의해 발생될 수 있다. 대안으로, 최소 전단 몰딩은 적어도 하나의 축선에서 아치형이고 진공의 회전에 의해 발생될 수 있다. 또한, 최소 전단 몰딩은 적어도 두 개의 축선에서 아치형이고 진동의 회전과 조합된 연속적이고 원형의 회전에 의해 발생될 수 있다. 또한, 최소 전단 몰딩은 적어도 두 개의 축선에서 연속적으로 회전에 의해 발생될 수 있다.
다른 축선에서의 회전 속도는 동등할 필요가 없다.
상기 최소 전단 몰딩은 둘러싸인 오븐에서의 회전, 개방 프레임 위에서의 회전, 및/또는 재킷형 몰드 내에서의 회전을 포함할 수 있다. 다른 영역들은 상이하게 가열될 수 있으며 가열은 적외선 방사, 전기, 가스, 오일, 및/또는 스팀을 포함한 적어도 하나의 방법을 사용하여 달성될 수 있다.
상기 일부 층은 아치형 및 진동 운동을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 층들은 성분들의 연속적인 추가에 의해 형성될 수 있다.
상기 층들 사이의 경계면은 부드럽고, 독특하며, 균일하고, 기포가 없거나 거의 없다.
상기 방법은 제어된 방출에 의해 수동으로 수행되는 성분들의 연속적인 추가를 제공할 수 있다. 성분들의 연속적인 추가는 제어된 방출에 의해 열적으로 수행될 수 있다.
상기 방법은 냉각 및 저장시 층들의 분리를 제한할 수 있다. 또한, 상기 공정은 냉각 및 저장시 층들의 분리를 방지하기 위해 층들 사이에 몰딩된 접착 층의 추가를 포함할 수 있다.
몇몇 경우에, 모든 층의 모든 성분들은 성분들의 연속적인 추가 없이 층들을 형성하기 위해 상기 몰드 내측으로 연소적으로 충전될 수 있다.
층들로의 분리는 차등 용융물 점도, 용융물 밀도, 펠릿 크기, 펠릿 밀도, 소프트닝 온도, 용융 온도, 극성, 성분 불혼화성, 표면 역학, 표면 습윤성, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 조건을 포함할 수 있다.
층들의 성공적인 분리는 회전 속도, 회전비, 조성, 몰딩 공정 온도, 몰딩 공정 시간, 및 이들의 조합을 포함하는 적어도 하나의 변수의 변화에 의해 달성될 수 있다.
두 층의 접착은 이들 두 층들 사이의 경계면에 있는 혼합물에 의해 달성될 수 있다.
상기 방법은 몰딩될 조성물과 양립될 수 있는 금속과 세라믹을 포함하는 다수의 적합한 재료로 이루진 몰드를 사용할 수 있다.
상기 몰드는 배기 또는 배기되지 않을 수 있으며, 상기 몰드에의 재료의 추가는 배기구, 오리피스, 또는 이들의 조합을 통해 달성될 수 있다.
펠릿 및 미세 펠릿의 보다 높은 벌크 밀도는 35 메쉬 분말의 비교 조성물에 대해 일반적으로 다중 충전을 포함하는 몰드 내측으로 재료의 단일 충전만을 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 공정의 반응성 재료는 반응을 실시하기 위해 만족스럽게 몰딩될 수 있다.
상기 방법은 몰딩된 부분의 교차 결합을 제공할 수 있다.
또한, 발포제의 팽창이 달성될 수 있다.
상기 방법은 조성의 범위를 이용할 수 있으며, 그 선택에는 펠릿 형상, 조성, 및 치수가 포함될 수 있다. 조성의 선택은 순수하게 장식 목적을 위한 펠릿 형상, 조성, 및 치수를 포함할 수 있다. 또한, 재료의 선택은 장식 함유물을 제공하기 위해 용융되지 않는 재료를 포함할 수 있다. 재료 및 용융 조건의 선택은 표면 패터닝 및 장식 효과를 위한 색조의 변화를 가능하게 할 수 있다.
재료 및 몰딩 조건의 선택은 특대의 펠릿, 저 용융 지수의 펠릿, 및 장식 및 기능적 3차원 몰딩 부품을 제공하는 단독 및 조합적으로 사용되는 단편적인 용융 펠릿의 사용을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들은 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 펠릿화, 이송, 및 펠릿의 건조가 열화, 조기 반응, 팽창, 조기 교차 결합되지 않도록, 또는 최소 전단 몰딩에 사용하기 위한 폴리머 및 코폴리머의 화학 조성물을 변경하지 않도록 대략 균일한 직경을 갖는 구멍의 다중 오리피스 다이를 통한 압출을 달성하기 위해 가열 또는 냉각할 수 있으며 선택적으로 가압 및 여과될 수 있는, 고도로 조절되는 혼합 스테이지를 포함할 수 있다.
화학 조성물이 압출되는, 상기 장치의 다이는 다이면 주위에 단독으로 그리고 원주 둘레에 동심으로 위치되는 대략 균일한 직경의 다중 구멍을 포함할 수 있다.
화학 조성물이 압출되는, 상기 장치의 다이는 다이면 주위의 다중 그룹의 포드(pod) 내의 원주 둘레에 동심으로 위치되는 대략 균일한 직경의 다중 구멍을 포함할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 용이하게 운반될 수 있고, 경제적으로 이송 및 저장될 수 있으며, 폴리머 또는 수지, 안정제, 염료, 반응 또는 팽창가능한 성분들 또는 성분 팩키지, 교차-결합 변경제, 유동 변경제, 공정 보조제, 가소제, 표면 변경제, 및 첨가제를 단독 또는 조합적으로 포함하는 조성물을 가지는 펠릿 및 미세 펠릿을 생성하기 위한 방법을 제공하고자 하는 것이다. 상기 조성물은 생성된 펠릿 및 미세 펠릿이 재현가능한 크기, 형상, 및 조성을 가지며, 감소된 몰딩 온도, 감소된 몰딩 시간, 감소된 축 또는 다축 회전 속도와 회전비를 단독 또는 조합적으로 사용하는 최소 전단 공정을 사용하여 하나 또는 그보다 많은 층들로 용이하게 몰딩되며, 몰딩된 물품은 허용가능한 외관, 균일한 표면 품질, 충격 강도, 가요성 품질, 이들의 겔 형성 또는 결핍, 배리어 특성, 및 벽 균일도 단독 또는 어떤 조합으로 포함하는 필수 규정을 구조적으로 안전하게 만족시킨다.
도 1은 공급부, 혼합부, 펠릿화, 탈수와 건조, 및 후처리부를 포함하는 예시적인 장치의 개략도로서,
도 1a는 혼합 용기, 중압 펌프, 및 거친 스크린 체인저의 개략도이며,
도 1b는 공급기, 기어 펌프, 및 정적 혼합기 조립체의 개략도이며,
도 2는 3방 밸브에 의해 연결되는 기어 펌프와 바이패스 파이프를 갖춘 비교 정적 펌프의 개략도이며,
도 3은 부착된 바이패스 변환기 밸브를 갖춘 수직으로 구성되는 정적 혼합기의 개략도이며,
도 4는 도 3의 바이패스 변환기 밸브를 위한 유동, 정화, 및 배수 위치를 개략적으로 도시하는 도면으로서,
도 4a는 수직으로 경사진 정적 혼합기를 갖춘 바이패스 변환기 밸브 내의 밸브의 작동가능한 유동 위치를 도시하는 도면이며,
도 4b는 정적 혼합기를 바이패스하는 바이패스 변환기 밸브 내에서의 정화 또는 바이패스 작동을 도시하는 도면이며,
도 4c는 하류로 재료의 도입 없이 수직으로 경사진 정적 혼합기의 양 측면이 정화 또는 배수되게 하는 바이패스 변환기 밸브 내의 정화 또는 배수 위치를 도시하는 도면이며,
도 4d는 부착된 폴리머 변환기 밸브를 통해 배수되는 정적 혼합기의 하류부를 갖춘 시스템으로부터 정적 혼합기의 상류부의 하수가 배수되게 하는 바이패스 변환기 밸브 내의 배수 위치를 도시하는 도면이며,
도 4e는 정적 혼합기와 상류 장비의 독립적인 정화를 가능하게 하는 모든 하류 장비를 차단하는 정화 위치를 도시하는 도면이며,
도 5는 진동 방위로 정적 혼합기가 부착되어 있는 바이패스 변환기 밸브를 위한 유동 및 정화 위치를 개략적으로 도시하는 도면으로서,
도 5a는 진동 방향으로 부착된 정적 혼합기를 갖춘 바이패스 변환기 밸브 내에서의 밸빙의 작동가능한 유동 위치를 도시하는 도면이며,
도 5b는 정적 혼합기를 바이패스하는 바이패스 변환기 밸브 내의 정화 작동을 도시하는 도면이며,
도 6은 정적 혼합기가 수평으로 부착된 바이패스 전환기 밸브를 위한 유동 및 정화 위치를 개략적으로 도시하는 도면으로서,
도 6a는 수평으로 부착된 정적 혼합기를 갖춘 바이패스 변환기 밸브 내에서의 밸빙의 작동가능한 유동 위치를 도시하는 도면이며,
도 6b는 정적 혼합기를 바이패스하는 바이패스 변환기 밸브 내에서의 정화 또는 바이패스 작동을 도시하는 도면이며,
도 6c는 하류로 재료를 도입함이 없이 수평으로 위치된 정적 혼합기의 양 측면이 배수될 수 있게 하는 바이패스 변환기 밸브 내의 배수 위치를 도시하는 도면이며,
도 7은 폴리머 변환기 밸브의 개략적인 도면이며,
도 8은 3가지 구성의 가열 소자를 갖춘 단일체 다이 판의 개략적인 도면이며,
도 9a는 다이 판으로부터 압출되는 가열 소자의 3가지 구성을 도시하는 도면이며,
도 9b는 측면에서 보아 개별적으로 위치되는 가열 소자의 3 가지 구성을 도시하는 도면이며,
도 10은 제거가능한 센터 다이의 개략적인 도면이며,
도 11은 제거가능한 센터 가열 다이의 구성 요소들의 분해도이며,
도 12는 이송 유체 박스 또는 워터 박스를 갖춘 다이 몸체의 개략적인 도면이며,
도 13은 다이 몸체 및 두 부품의 이송 유체 박스 또는 워터 박스의 개략적인 도면이며,
도 14는 비교 두 부품의 워터 박스 또는 이송 유체 박스의 분해도이며,
도 15a는 비교 두 부품의 워터 박스 또는 이송 유체 박스의 완전 조립체에 대한 개략적인 도면이며,
도 15b는 대안의 워터 박스 또는 이송 유체 박스의 입구 및 출구 설계를 도시하는 횡단면도이며,
도 15c는 도 15b의 대안의 워터 박스 또는 이송 유체 박스의 입구 및 출구 설계를 도시하는 개략적인 평면도이며,
도 16은 다이를 도시하는 부착된 워터 박스 또는 이송 유체 박스를 갖춘 펠릿타이저의 개략도이며,
도 17은 유동 가이드를 포함하는 워터 박스 또는 이송 유체 박스에 부착된 다이의 개략도이며,
도 18a는 비교 유동 가이드의 개략도이며,
도 18b는 비교 유동 가이드의 제 2 구성을 도시하는 개략도이며,
도 19는 가요성 허브 부품의 분해도를 갖는 비교 가요성 커터 허브의 개략도이며,
도 20a는 유선형 커터 허브의 일부분에 대한 대략도이며,
도 20b는 도 20a와 관하여 회전된 유선형 커터 허브의 개략도이며,
도 20c는 도 20a의 유선형 커터 허브의 횡단면도이며,
도 21은 급격한 각도의 커터 허브의 개략도,
도 22a는 부착된 표준각(normal angle) 블레이드를 갖춘 비교 커터 허브의 개략도이며,
도 22b는 부착된 블레이드를 갖춘 급격한 각도의 커터 허브를 개략도이며,
도 22c는 비-테이퍼식 또는 정방형 커트 블런트식 선단 블레이드(cut-blunted tip blade)를 갖춘 비교 수직 각도 허브의 개략도이며,
도 22d는 표준각의 부착된 감소 두께의 블레이드를 갖는 커터 허브의 개략도이며,
도 23은 비교 워터박스 바이패스의 개략도이며,
도 24는 비교 자체 세정 건조기의 개략도이며,
도 25는 도 24의 자체 세정 건조기의 탈수부에 대한 개략도이며,
도 26은 부착된 탈수부를 갖춘 제 2 비교 건조기의 개략도이며,
도 27은 저장조의 개략도이며,
도 28은 탈수 스크린과 원심 건조 스크린의 위치선정을 도시하는 건조기의 개략도이며,
도 29는 편향기 바아를 갖춘 건조기 스크린을 도시하는 도면이며,
도 30은 도 29의 편향기 바아를 갖춘 건조기 스크린의 횡단면도이며,
도 31은 편향기 바아를 필요로 하지 않는 구성의 건조기 스크린을 도시하는 도면이며,
도 32는 편향기 바아가 없는 도 31의 건조기 스크린의 횡단면도이며,
도 33은 3층 스크린의 에지 확대도이며,
도 34는 2층 스크린의 에지 확대도이며,
도 35는 도 34 이후의 다층 스크린의 외측 확대도이며,
도 36a는 통풍 포트를 갖는 예시적인 원통형 탱크의 개략도이며,
도 36b는 편심 통풍 위치를 도시하는 도 36a의 원통형 탱크의 개략적인 평면도이며,
도 37a는 편심 통풍 위치를 도시하는 제 2 예시적인 원통형 탱크를 도시하는 도면이며,
도 37b는 탱크의 내측 공간으로 통풍 파이의 관통을 도시하는 도 37a의 원통형 탱크의 횡단면도이며,
도 38a는 관통 오리피스를 도시하는 몰딩부의 평면도이며,
도 38b는 도 38a의 몰딩부의 횡단면도이며,
도 39의 도 39a는 탱크의 몰딩 나사의 개략도이며,
도 39의 도 39b는 분말의 몰딩 불완전 특징을 도시하는 도 39a의 치형 탱크의 평면도이며,
도 39의 도 39c는 마이크로펠릿의 감소된 몰딩 불완전 특징을 도시하는 도 39a의 치형 탱크의 평면도이며,
도 40a는 몰딩 탱크의 테두리 접촉 키스-오프(kiss-off) 영역의 횡단면도이며,
도 40b는 브리징(bridging)을 갖는 몰딩 탱크의 테두리 접촉 키스-오프 영역의 횡단면도이며,
도 40c는 몰딩 탱크의 밀접한 접촉 키스-오프 영역의 횡단면도이며,
도 41a는 긴 측면의 폭보다 긴 측면의 길이가 상당히 더 큰 몰딩 내의 통상적인 분말의 각도 기형을 도시하는 횡단면도이며,
도 41b는 긴 측면의 폭보다 긴 측면의 길이가 상당히 더 큰 몰딩 내의 통상적인 마이크로펠릿의 최소 각도 기형을 도시하는 횡단면도이며,
도 42a는 2 층의 경계면에서 밀접하고 균일한 층 접촉을 갖는 2층 몰딩부의 세그먼트에 대한 개략도이며,
도 42b는 2층의 접촉 경계면에서 미세기공(microbubble)을 지닌 2층 몰딩부 벽의 세그먼트에 대한 개략도이며,
도 42c는 2층의 접촉 경계면에서 대형기공(microbubble)과 조합된 미세기공을 지닌 2층 몰딩부 벽의 세그먼트에 대한 개략도이며,
도 42d는 2층 사이의 불규칙한 접촉 경계면을 갖춘 2층 몰딩부 벽의 세그먼트에 대한 개략도이며,
도 42e는 2층의 경계면 근처와 내측에 임의로 분산된 대형기공을 지닌 2층 몰딩부 벽의 세그먼트에 대한 개략도이며,
도 42f는 각각의 층의 경계면에 밀접하고 균일한 접촉 층을 갖춘 3층 몰딩부 벽의 세그먼트에 대한 개략도이며,
도 43은 멜트 쿨러(melt cooler) 입구 라인이 쿨러의 바닥부로 진입하는 편향기 밸브에 대해 수평으로 장착되는 멜트 쿨러의 개략도이며,
도 44는 멜트 쿨러 입구 라인 및 멜트 쿨러 출구 라인이 나란한 구성으로 지향된 편향기 밸브에 대해 수평으로 장착되는 멜트 쿨러의 개략도이며,
도 45는 상부에 장착되는 배기구를 갖춘 도 43에 도시된 멜트 쿨러의 개략도이며,
도 46은 바닥에 장착되는 배기구와 배수구를 갖춘 멜트 쿨러의 개략도이며,
도 47은 열 전달 유체에 의해 가열/냉각되는 상부 헤드를 갖춘 도 43에 도시된 멜트 쿨러의 개략도이며,
도 48은 상부 헤드의 온도가 전기적으로 제어되는 도 43에 도시된 멜트 쿨러의 일부분에 대한 개략도이며,
도 49는 냉각 작동 모드에 있는 편향기 밸브의 사시도이며,
도 50은 바이패스 작동 모드로 도시된 편향기 밸브의 사시도이며,
도 51은 배수 작동 모드로 도시된 편향기 밸브의 사시도이며,
도 52a 내지 도 52c는 멜트 쿨러 및 편향기 밸브의 다양한 구성을 도시하는 개략도이다.
본 발명의 예시적인 실시예가 상세히 설명되지만, 다른 실시예들도 있을 수 있다고 이해될 것이다. 따라서, 본 발명이 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성 및 구성 요소들의 배열에 대한 세부 사항에 대한 범주에 한정하려는 의도가 아니다. 본 발명은 다른 방식으로 실시되거나 수행될 수 있는 다른 실시예를 가질 수 있다. 또한, 실시예들을 기술함에 있어서, 특정 용어는 명료함을 기반으로 할 것이다.
최소 전단 몰딩법은 공지되어 있으며 본 발명에서 사용된 바와 같이, (라이닝 파이프에서 예를 든 것과 같이)단일 축선 주위에서의 몰드의 회전을 포함하며; 운동이 진동 또는 록-앤-롤(rock-and-roll)로 설명될 수 있거나 서로 독립적인 두 개의 아암에 의해 진동 회전될 수 있는 미리 규정된 원호 내에서 제 2 아암이 전후로 회전하는 동안 360도 회전하는 하나의 아암 또는 360도 독립적으로 회전하는 수직한 두 개의 아암을 포함할 수 있는 2축선 주위에서의 몰드의 회전을 포함하며; 또는 각각의 독립적인 회전이 진동 회전 또는 360도로 둘레를 회전하는 다축선 주위에서의 몰드의 회전을 포함한다. 2축선 회전은 저장 탱크 또는 탱커 라이너의 제작을 위한 공통의 공정이다. 카누와 보트는 록-앤-롤 방법의 일반적인 간단한 적용예의 역할을 한다.
통상적으로, 분말은 회전 몰딩 산업의 워크호스(workhorse)로 입증되었으며, 종래 기술에서 마이너스 10 메쉬 내지 200 메쉬, 바람직하게 20 메쉬 내지 50 메쉬(각각, 대략 0.033 인치 내지 0.012 인치 또는 0.84 mm 내지 0.30 mm), 더 바람직하게 35 메쉬 또는 0.020 인치(대략 0.5 mm) 범위의 사용을 제안했다. 재료에 따라서, 분말은 통상적으로, 그라인딩 또는 극저온 그라인딩되었으며, 이는 전체 공정 비용의 상당한 비용 상승을 초래했다.
그라인딩은 생산된 분말의 열화, 분해, 및/또는 변색을 잠재적으로 초래할 수 있는 재료 내측의 열로서 종종 나타나는 상당한 일 에너지를 도입하는 것으로서 문서에 의해 충분히 입증되었다. 이렇게 생성된 분말의 입자 크기 분포는 통상적으로 매우 작은 것에서부터 매우 큰 것까지 폭넓은 범위이며, 이들 입자들의 괴상화 또는 고착화는 보기 드문 일이 아니며 재료의 손실 또는 추가 그라인딩 단계를 위한 재작동을 초래한다. 이러한 넓은 크기 분포는 필수적인 공정 범위보다 큼 및/또는 작은 재료를 제거하기 위한 사이징 공정(sizing process)을 더 필요로 할 수 있다. 그라인딩 공정은 블레이드 또는 다른 그라인딩 장치가 사용에 따라 마모 또는 연마되어 버리기 때문에 시간이 지남에 따라 자체적으로 아주 가변적으로 된다. 생산량은 작동 중지 시간 및 유지 보수 비용의 상승으로 다중 유닛을 잠재적으로 필요로 하는 그라인딩 장치의 성능으로 제한된다. 그라인딩 공정은 불안전한 수치의 분진을 방지하도록 제어되어야 하는 상당한 양의 입자나 미립자를 잠재적으로 생성하여, 흡입 및 미끄럼 위험성, 화재 또는 폭발 위험성, 및 노동자 및 설비에 대한 기타 신뢰성 및 안전성에 대한 관심을 초래하게 된다. 사용된 다양한 형태의 그라인딩 장비는 본 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 이해된다.
생산된 종래의 분말은 (예를 들어, 구형, 타원형, 계란형, 정방형, 장방형, 판형, 박편, 침형, 또는 원형일 수 있거나, 용이하게 파괴될 수 있는 지점 및 돌기를 갖는 큰 불규칙성을 가질 수 있는)다양한 형상을 가질 수 있다. 분말의 형상의 결과로써 그리고 몰드의 회전으로 인해, 몰드 내부로 유동되는 분말은 연속 모드로부터, 몰드의 상승 또는 다른 외력으로 인해 분말이 통로를 따라 부드럽게 또는 주기적으로 미끄럼되게 될 때까지 분말이 정위치에 유지되는 슬립 모드로, 또는 대부분의 분말이 눈사태처럼 동시에 많은 것을 포기하게 하는 폭포 또는 눈사태 모드로 변화될 수 있다. 이는 개념적으로, 매우 미세한 밀가루 저장소로부터 부어지는 것과 반대로 설탕 저장소로부터 부어지는 것과 유사하다. 몰드가 따뜻해지고 분말이 부러워질 때, 재료에서 결합이 발생되어 분말의 적어도 일부분이 몰드 표면에 부착되게 함으로써 전술한 유동 메카니즘을 더욱 변경 또는 방해하여 몰딩부에서의 표면 불규칙성을 잠재적으로 초래하게 된다. 긍극적으로, 몰드에 가해진 열은 분말을 녹여 계속해서 회전하는 몰드의 표면을 코팅하며 재응고되어 몰딩 물품을 생성한다.
펠릿, 또는 더 적절하게 스트랜드 펠릿은 원통형 펠릿을 생성하기 위해 냉각 후에 통상적으로 절단되는 스트랜드형 용융 재료의 압출에 의해 제조될 수 있다. 이들 스트랜드 펠릿은 종종, 절단 공정 중에 또는 절단 공정 이후에 불규칙하게 파괴되는 경향이 있으며, 또한 이송 중에 마모되어 닳아 없어질 수 있다. 회전 몰딩 등급의 재료가 일반적이며 (전술한 바와 같은)분말 또는 이러한 성질의 펠릿로서 여전히 거래되고 있다. 이들 펠릿은 제작 공정에 따라 임의의 길이와 직경을 가질 수 있다. 길이와 폭이 1/8 인치(대략 3.2 mm)인 것이 일반적이다. 전술한 바와 같은 펠릿은 분말에서와 같이, 불규칙한 입자 크기와 분포, 열악한 입자 유동, 불균일한 용융, 및 몰딩 물품의 열악한 재현성을 유사하게 겪음으로써, 좀처럼 회전 몰딩에 직접적으로 사용되지 않는다.
회전 몰딩용 (전술한 바와 같은)분말 및/또는 펠릿이 일반적으로 사용가능하며 선형의 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 교차결합가능한 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리아이드, 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리스티렌, 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 코폴리머(ECTFE), 폴리비닐 클로라이드, 및 폴리비닐리덴 디플로라이드(PVDF)에 한정되지 않는다.
펠릿은 또한 반응로에서 생성될 수 있다. 펠릿의 중합화(polymerization)는 이후에 의도하고자 하는 공정과 적용에 적절한 범위의 크기로 될 수 있는 입자 크기 분포의 다소 구형인 펠릿을 형성하도록 냉각시 고화되는 분산 매체 내에 작은 방울의 용융 재료를 생성하는 분산으로서 일반적으로 수행된다.
전술한 대로 또는 유사한 공정에 의해 준비된 펠릿은 참조로 본 발명에 포함되며, 바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같이 수중 펠릿타이저를 통해 폴리머 용융물의 압출 및 계속된 건조에 의해 준비된다. 도 1에 도시된 장치는 탈수 및 건조 장치(4)로 펠릿의 신속한 유체 이송을 우선적으로 이용하는 펠릿타이징 섹션(3)에 단단히 부착되는 혼합, 용융 및/또는 조합 섹션(2)으로 재료를 제공하는 공급 또는 충전 섹션(1)을 포함한다. 후방으로, 상기 재료는 패키징, 저장 및/또는 처리 조작 섹션(5)으로 운반된다.
공급 섹션(1)에서, 재료 또는 구성 성분 재료는 고체 또는 액체로서 수동으로 혼합 섹션(2)으로 공급된다. 바람직하게, 액체는 혼합 장치(2)로 펌프 또는 계량될 수 있으며(도시 않음) 고체가 도 1, 도 1a 및/또는 도 1b에 나타낸 바와 같은 공급 스크류(10)를 통해, 또는 다른 적합한 장치에 의해 추가될 수 있다. 공급은 중량 측정 또는 용량 측정에 의해 수행될 수 있으며, 바람직하게는 본 기술 분야의 당업자에게 용이하게 공지된 바와 같은 기계적 및/또는 전자적 피이드-백 메카니즘을 통해 제어된다. 하나 또는 그보다 많은 유사하거나 상이한 공급 메카니즘이 상기 공정에 필요할 수 있으며 혼합 입구(14a,14b,14c, 또는 14d)에 의해 나타낸 바와 같이 혼합 섹션(2) 내에 동일하거나 상이한 진입 지점에 놓일 수 있다. 공급 성분들은 주위 온도에서 가열 또는 냉각될 수 있으며 대기 조건 하에 또는 가압되거나 공기 또는 불활성 매체(예를 들어, 아르곤 또는 질소)로 정화될 수 있거나, 또는 공급 장치의 출구 포트 근처에 있는 혼합 섹션(2)으로의 유동을 촉진시키도록 진공 또는 부분 진공 하에 놓일 수 있다. 예시적인 출구 포트는 공급 스크류 출구(12)이다.
혼합 섹션(2)은 동적 혼합 구성요소(2a), 압출 구성요소(2b), 및/또는 정적 구성요소(2c)를 포함할 수 있다. 이들 구성요소들은 개별적으로 또는 조합적으로 사용될 수 있으며 직렬, 텐덤형, 및/또는 병렬로 상호연결 또는 부착될 수 있다.
도 1a에 도시한 바와 같이 공급 섹션(1)의 공급 스크류 출구(12)는 하나 또는 그보다 많은 출구(예를 들어, 열적으로 제어되는 혼합 용기(16)용 입구(14a))에서 동적 혼합 섹션(2a)에 부착된다. 용기 챔버는 대기 상태이거나 공기 또는 불활성 가스(예를 들어, 아르곤 또는 바람직하게 질소)로 정화될 수 있다. 구성요소들은 소정의 온도로 가열되면서 연속적으로 또는 부분적으로 추가될 수 있다. 혼합은 모터(20)에 의해 제어되는 로터(18)의 회전으로 달성된다. 로터(18)에 부착된 것은 프로펠러 형태, 보트 형태, 프라우쉐어(ploughshares) 형태, 델타 형태, 시스마 형태(단일, 이중, 또는 다중 구성의)일 수 있는 혼합 블레이드(22), 또는 나선형 또는 나선형 분산 블레이드일 수 있다. 대안으로, 혼합기는 니더, 부스 니더(Buss kneader), 또는 파렐 밀폐식 혼합기(Farrell internal mixer)일 수 있으며, 또는 리본형 조합기, 반베리형 조합기(Banbury-type blender), 수평 혼합기, 수직 혼합기, 위성 혼합기 또는 본 기술 분야의 당업자에게 공지된 균등한 장치일 수 있다.
적절한 유동점(pour point)에의 도달시, 밸브(24)가 개방되고 유체 또는 용융 재료가 파이프(26) 내측으로 그리고 파이프를 통해 통과하여 부스터 펌프(30)로 흡인된다. 부스터 펌프(30)는 예를 들어, 원심력 펌프 또는 양변위 왕복 또는 회전 펌프일 수 있다. 바람직하게, 부스터 펌프(30)는 로터리 펌프이며 연동 펌프(peristaltic pump), 베인 펌프, 스크류 펌프, 로브(lobe) 펌프, 전진 공동 펌프(progressive cavity pump), 또는 기어 펌프일 수 있다. 기어 펌프는 고정밀 또는 개방 클리어런스(open clearance) 펌프이며 중간 압력(예를 들어, 최대 500 psi까지, 그러나 바람직하게 150 psi 미만)을 생성한다. 상기 펌프 압력은 캔들 필터, 바스켓 필터, 또는 스크린 체인저일 수 있는 거친 필터(35)를 통과하도록 용융물을 압박하기에 충분하다. 예시적인 실시예에서, 거친 필터(35)는 20 메쉬 또는 그보다 더 거친 바스켓 필터(20)일 수 있다. 상기 거친 필터(35)는 파이프(32)로 그리고 파이프를 통해 유동할 때, 로더 커다란 입자, 괴상체, 또는 과립형 재료를 제거한다. 점선(40a)은 용융물 펌프(80)로의 연결을 나타낸다.
대안으로, 도 1의 공급 섹션(1)은 공급 스크류 출구(12)를 통해 혼합 섹션(2)에, 그리고 더 구체적으로 압출 혼합 섹션(2b)을 하나 또는 그보다 많은 출구(예를 들어, 입구(14b))에서, 선택적으로 그러나 이에 한정되지 않는 단일 스크류, 트윈 스크류, 다중 스크류 또는 링 압출기, 또는 램 압출기일 수 있는 압출기(50)에 연결가능하게 부착된다. 상기 스크류 섹션 또는 영역들은 재료를 동시에 공급, 혼합 및 이송하여 다음의 펠릿화(pelletization)를 위해 재료를 용융, 혼합, 및 균일한 분산과 분포를 위한 충분한 열적 및 기계적 에너지를 제공한다. 압출기(50), 바람직하게 트윈 스크류 압출기는 공기 또는 불활성 가스로 정화될 수 있으며 또한 하나 또는 그보다 많은 통풍 포트를 가질 수 있다. 통풍 포트의 일부 또는 모두는 본 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이 하나 또는 그보다 많은 진공 연결 장치 또는 다른 배기 기구와 끼워 맞춰진다. 통풍 포트 또는 바람직한 배기 기구는 잔류 모노머, 부산물, 및/또는 불순물과 같은 원치않는 휘발성 물질인 가스의 제거를 촉진시킨다. 통풍 기구들은 주의 깊게 사용되어야 하며 제조에 필수적인 어떤 휘발성 성분들이 혼합 공정으로 도입된 후에 손실 또는 손상되지 않도록 위치된다. 스크류의 구성은 제조 및 처리 요건에 의해 결정되는 적절한 수치의 공급, 분산 및/또는 분포되게 혼합, 용융, 조합, 및 생산율을 달성하도록 만족되어야 한다. 압출기(50)는 도 1a에 도시된 동적 혼합 섹션(2a)을 위해 점선(40a)에 의해 유사하게 확인되는 위치에서 도 1에 도시된 바와 같은 용융 펌프(80)에 결합된다.
유사하게, 공급 섹션(1)은 공급 스크류 출구(12)를 통해 정적 혼합 섹션(2c)의 입구(14c) 및/또는 정적 혼합 섹션(2d)의 입구(14d)에 연결될 수 있다. 처리 작동에는 정적 혼합기(60) 내측으로의 재료의 이송 및 가압을 촉진하기 위한 부스터 펌프(30) 및/또는 용융 펌프(80)의 사용을 포함할 수 있다. 정적 혼합기(60)는 점선(40b)에 의해 나타낸 바와 같은 위치에서 용융 펌프(80)에 연결된다.
혼합 섹션은 동적, 압출 및/또는 정적 혼합이 직렬 및/또는 병렬로 연결되는 곳에서 단독 또는 조합되어 사용될 수 있다. 이러한 예는 정적 혼합기(100)를 바이패스하여, 입구(14d)에서 정적 혼합 섹션(2d)에 직접적으로 부착되는 동적 혼합 섹션(2a), 입구(14d)에서 정적 혼합 섹션(2d)에 직접적으로 부착되는 압출 혼합 섹션(2b), 및 입구(14c)에서 정적 혼합 섹션(2c)에 직접적으로 부착되는 압출 혼합 섹션(2b)에서처럼 볼 수 있다. 대안적으로 압출 혼합 섹션(2b)은 유사한 또는 상이한 설계 형태 또는 구성을 갖는 다른 압출 혼합 섹션에 직렬 및/또는 병렬로 부착될 수 있다. 온도 및 공정 변수들은 다양한 혼합 섹션에서 동일 또는 상이할 수 있으며, 혼합 유닛은 조합식, 직렬식 또는 다른 방식으로 부착될 수 있다.
고체 또는 액체 성분이 이에 한정되는 것은 아니지만, 입구(14a,14b,14c, 또는 14d)에 포함된 하나 또는 그보다 많은 위치에서 연결되는 공급 섹션(1)을 사용하여 추가될 수 있다. 동적 혼합을 위해, 휘발성분들이 포함되는 위치를 위한 입구(14c)에 인접한 입구(14a) 또는 입구 위치(75)에서 추가된다. 동적 혼합이 정적 혼합(도 1에 도시 않음)에 직렬로 부착되는 경우에, 휘발성분의 추가는 정적 혼합기의 입구에서 바람직하게 수행되며, 상기 입구의 예는 정적 혼합기(60)(도 1b)를 위한 입구(14d)에 대한 변경예를 포함한다. 압출 혼합을 위해, 구성요소들이 입구 위치(70)에 의해 도시한 바와 같이, 휘발성분들이 포함되는 위치를 위한 압출기(50)의 단부 근처에 있는 입구, 또는 입구(14b)에서 추가된다. 기어 펌프(80)(도 1에 도시 않음) 이전에서 정적 혼합에 직렬로 부착되는 압출 혼합을 위해, 정적 혼합기(60)(도 1b)를 위한 입구(14d)의 변경예에 의해 예시화될 수 있는 바와 같이 정적 혼합기의 입구에서 구성요소들이 추가될 수 있다. 정적 혼합을 위해, 구성요소들이 휘발성분들을 포함하는 위치를 위한 도 1의 입구(14c)에 근접한 입구 위치(75), 또는 도 1b의 입구(14d)에서 도입될 수 있다.
다양한 수치의 혼합 및 전단이 상이한 형태의 혼합 공정에 의해 달성된다. 통상적으로 정적 혼합은 가장 작은 전단 에너지를 가지며 열적 에너지에 더 많이 의존한다. 동적 혼합은 블레이드 설계 및 혼합기 설계에 크게 의존한다. 압출 혼합은 스크류의 형태, 스크류의 수, 및 스크류의 프로파일에 따라 변화되며 전단 에너지를 아주 많이 생성할 수 있다. 그러므로, 에너지는 전단 또는 기계적 에너지와 열적 에너지의 측면에서 혼합 공정으로 도입된다. 상기 유닛의 가열 및/또는 냉각은 스팀에 의해, 또는 오일이나 물과 같은 열적으로 제어되는 액체의 순환에 의한 전기적으로 달성될 수 있다. 혼합은 본 기술 분야의 적절하게 숙련된 자들에 의해 상기 공정을 위해 구체적으로 결정되는 것과 같은 적절한 온도 또는 일관성 또는 점성의 다른 규정에 도달할 때까지 계속된다.
혼합 스테이지(2a,2b,2c,2d)로부터 입구로, 또는 이의 어떤 조합으로, 용융 또는 유동 재료는 용융물에 대한 추가 압력, 바람직하게 적어도 약 10 바아 및 더 바람직하게 약 30 내지 약 250 바아 또는 그보다 큰 압력을 생성하는 용융물 펌프로 그리고 용융물 펌프를 통해 선택적으로 통과한다. 정확한 압력은 처리될 재료의 압력에 의존할 것이며 혼합 이후의 펠릿화 공정(3) 및 상기 공정의 생산율 또는 유속에 상당한 영향을 받을 수 있다. 용융물 펌프(80)는 원심력 또는 양 변위 왕복 또는 회전 펌프일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 용융물 펌프는 회전 펌프일 수 있으며, 상기 회전 펌프는 연동 펌프(peristaltic pump), 베인 펌프, 스크류 펌프, 로브(lobe) 펌프, 전진 공동 펌프(progressive cavity pump), 또는 기어 펌프일 수 있으며 상기 기어 펌프가 바람직하다. 시일은 처리될 재료와 화학적 및 기계적으로 양립될 수 있어야 하며, 그 세부 사항은 본 기술 분야의 당업자들에 의해 용이하게 이해된다.
가압된 용융물은 바스켓 필터 또는 스크린 체인저일 수 있는 필터(90)를 통과한다. 바람직하게, 대략 200 메쉬 또는 그보다 더 거친 스크린 체인저가 사용된다. 예시적인 스크린 체인저는 두 개 또는 그보다 많은 상이한 스크린(예를 들어, 20 메쉬, 40 메쉬, 및 80 메쉬 스크린)을 갖는 다층 스크린 체인저이다. 스크린 체인저는 수동 판, 미끄럼 판, 회전 판, 단일 또는 이중 볼트일 수 있으며 연속 또는 불연속적일 수 있다.
용융물 펌프(80) 및/또는 필터(90)의 사용은 형성물 내의 어떤 휘발성분의 억제에 강력하고 선택적으로 의존한다. 압출 혼합(2b)으로부터의 압력은 용융물 펌프(80)의 사용을 포기하기에 충분한 반면에, 정적 및/또는 동적 혼합(2a, 또는 2d)의 사용은 장치로부터 형성물의 전진 및 퇴출을 보장하기 위한 가압의 촉진을 필요로 할 수 있다. 필터(90)는 과도한 크기의 입자, 덩어리, 밀집체, 또는 괴상체가 바이패스 정적 혼합기(100) 또는 펠릿화 공정(3)으로 전달되지 않게 하도록 사용되는 안정 메카니즘을 제공한다. 대안으로, 어떤 휘발성분의 동입은 전술한 바와 같이 도 1의 입구(14c)에 근접한 입구 위치(75)에서 수행될 수 있다. 추가의 가압화 및/또는 스크리닝(screening)이 필수적인 공정 요소인 경우에, 입구(14c)에 근접한 입구 위치(75)를 통한 도입은 바람직한 접근 방법이다.
도 1b에 도시한 정적 혼합기(60)는 균일한 용융물을 생성하기 위해 형성될 혼합물을 가열하는데 사용될 수 있거나 용융물의 온도를 감소시키기 위한 용융물 냉각기로서 효과적으로 사용될 수 있다. 정적 혼합기가 직렬로 사용되면, 각각의 유닛은 온도, 설계, 형상 및 구성, 물리적 크기, 그리고 공정 조건이 동일하거나 상이할 수 있는 형성물을 가열하고 추가로 혼합하는데 사용될 수 있다. 직렬 정적 혼합기는 양호한 분산 및 분포를 갖는 혼합을 달성하도록 혼합물을 가열할 수 있는 반면에, 제 2 정적 혼합기는 추가의 처리를 촉진하도록 혼합물을 냉각시킬 수 있다. 정적 혼합기(60) 또는 용융물 냉각기는 코일 형태, 스크랩 벽, 쉘과 튜브 설계, U-형태 튜브 설계, 또는 다른 동등한 형태의 열교환기이다. 예시적인 실시예에서, 재료를 더 혼합하고 더 많은 재료가 튜브의 벽과 밀접하게 접촉하게 하기 위해 개별 튜브 내에 적절한 구성의 정적 혼합 블레이드를 포함하는 셀과 튜브 설계이며, 상기 튜브의 외측으로 오일 또는 물과 같은 유체가 유동되어 적절한 가열 또는 냉각을 제공한다. 순환 매체의 온도와 유속은 제어 유닛(도시 않음)에 의해 신중하게 조절된다. 정적 혼합 또는 용융물 냉각에 있어서의 조건의 선택을 위한 중요한 규정은 적절한 혼합에 필요한 압력을 유지하면서 최소 압력 강하로 최대량의 혼합을 실시하는 것이다. 압출기(50) 및/또는 용융물 펌프(80)에 의해 생성되는 압력은 필터(90)를 통해, 적용가능하다면 바이패스 정적 혼합기(100)로 그리고 바이패스 정적 혼합기를 통해, 그리고 펠릿화 섹션(3)으로 그리고 펠릿화 섹션을 통해 용융 또는 유체의 유동을 유지하는데 충분해야 한다. 대안으로, 선택적인 용융물 펌프(80)가 펠릿화 섹션(3)을 통해 그리고 펠릿화 섹션으로의 압력을 유지 또는 증가시키도록 출구(130) 및 입구(205) 위치에 부착될 수 있다.
도 1에 도시된 선택적인 바이패스 정적 혼합기(100)는 정적 혼합기(60)가 유지 보수 또는 세정을 위한 용융물 유동로로부터 물리적으로 제거되어야 하며 특정 공정에 꼭 필요하지 않은 종래 기술에 비해 뚜렷한 장점을 가진다. 이러한 도전을 간단화하기 위해, 냉각제 연결을 갖거나 갖지 않을 수 있는 "스풀" 또는 직선의 커다란 보어 파이프가 상기 유동로 내에 삽입되어 유동이 불필요한 정적 혼합기를 효과적으로 바이패스할 수 있게 한다. 대안으로, 바이패스 라인(102)은 도 2에 도시된 대로 유동로 내측으로 삽입될 수 있으며, 여기서 변향기 밸브(104)는 정적 혼합기(60)로부터 바이패스 라인(102)으로 유동을 스위칭하는데 사용된다. 유사하게 제 2 편향기 밸브(106)는 바이패스 유동을 정적 혼합기(60)의 출구에서 또는 출구 근처에서 바이패스 유동을 주스트림으로 다시 재연결하는데 필요하다.
선택적인 필터(90)의 출구는 도 3에 상세히 도시된 바이패스 편향기 밸브(120)의 입구(110)를 통해 도 1의 바이패스 정적 혼합기(100)에 연결된다. 입구(110)는 용융물 유동을 정적 혼합기 입구(152)를 통해 바이패스 정적 혼합기(100)의 정적 혼합요소(150)로 용융물 유동을 지향시킨다. 용융물 유동은 정적 혼합요소(150)를 통과하여 정적 혼합기 출구(154)를 통해 바이패스 편향기 밸브(120)의 출구(130)로 빠져 나간다. 입구(152) 및 출구(154)를 통해 바이패스 편향기 밸브(120)에 부착되는 정적 혼합요소(150)의 베이스(156)ff 갖춘 투-패스 또는 더블 패스 열 교환기가 도 3에 도시되어 있다. 정적 혼합요소(150)의 상부(158)는 바이패스 편향기 밸브(120)로부터의 말단부이다.
도 4는 도 3에 상세히 도시된 바와 같은 정적 혼합요소(150)와 관련하여 바이패스 편향기 밸브(120)의 5 개의 작동 모드를 도시한다. 바이패스 편향기 밸브(120)의 밸브 라인에서 "X"는 밸브 라인이 폐쇄되어 있음을 나타낸다. 도 4a는 전술한 바와 같이 수직 방위의 정적 혼합요소(150)와 관련하여 바이패스 편향기 밸브의 작동을 도시한다. 더 구체적으로, 밸브요소(162,164) 사이의 바이패스 밸브 라인(166)뿐만 아니라 밸브 배수 라인(168,170)도 폐쇄되어 있다. 그와 같이, 밸브 입구 라인(165)을 통해 바이패스 편향기 밸브(120)로 진입하는 액체, 용융 재료, 또는 압출물은 밸브 요소(162)에 의해, 밸브 정적 혼합기 입구 라인(172)을 통해 정적 혼합요소(150)로 지향된다. 정적 혼합기 출구 라인(174)을 통해 정적 혼합요소(150)를 빠져 나오는 열적으로 변형된 재료는 밸브요소(164)에 의해, 바이패스 편향기 밸브(120)로부터 밸브 출구 라인(167)을 통해 펠릿화 섹션(3)쪽으로 지향된다.
도 4b는 바이패스 편향기 밸브(120)를 위한 바이패스 모드를 도시한다. 도시한 바와 같이, 바이패스 밸브 라인(166)이 개방되고 밸브 배수 라인(168,170)은 폐쇄된 상태를 유지하며, 정적 혼합요소(150)의 입구(152)에 연결되는)밸브 정적 혼합기 입구 라인(172) ㅁ및 정적 혼합기 출구 라인(174)도 폐쇄된다. 그와 같이, 액체 용융 재료, 또는 압출물은 밸브 진입 라인(165)으로부터 바이패스 편향기 밸브(120)를 통해 직접적으로 유동됨으로써 정적 혼합요소(150)를 바이패스한다.
도 4c는 바이패스 밸브 라인(166)이 폐쇄되어 있는 반면에, 밸브 배수 라인(168,170), 밸브 정적 혼합기 진입 라인(172) 및 정적 혼합기 출구 라인(174)이 개방되어 있는 제 1 배수 모드를 도시한다. 이러한 방식으로, 정적 혼합요소(150) 내의 용융 또는 액체 형성물은 배수될 수 있다. 유사하게, 밸브 진입 라인(165) 및 밸브 출구 라인(167)이 개방되어서 바이패스 편향기 밸브(120)로부터의 상류 및 하류 각각의 액체, 용융 형성물, 또는 압출물도 밸브 배수 라인(168,170)을 통해 각각 배수된다.
도 4d에 도시된 교대 배수 모드에서, 바이패스 밸브 라인(166)은 폐쇄되어 있다. 밸브 배수 라인(168)에 근접한 정적 혼합 성분(150) 내의 액체 또는 용융 재료뿐만 아니라 바이패스 편향기 밸브(120)의 상류에 있는 재료는 밸브 진입 라인(165)을 통해 배수되며 밸브 배수 라인(168)을 통해 빠져 나간다. 정적 혼합기 출구 라인(174)에 근접한 정적 혼합요소(150) 내의 용융 또는 액체 재료는 밸브 출구 라인(167) 외측으로 밸브요소(164)를 지나서 있는 상기 라인을 통해 배수되며 (도 1로부터)편향기 밸브(200)를 통과한다.
도 4e는 밸브 진입 라인(165)으로부터의 유동을 밸브 출구 라인(168)으로 직접적으로 재지향시켜서 정적 혼합 성분 및 모든 하류 처리물들을 효과적으로 제거하는 세정 위치를 도시한다.
도 5는 정적 혼합요소(150) 및 바이패스 편향기 밸브(120)의 다른 배열을 도시한다. 본 실시예에서, 정적 혼합요소(150)는 바이패스 편향기 밸브(120) 아래로 수직으로 현수된다. 정적 혼합요소(150)로의 입구(152) 및 정적 혼합요소부터의 출구(154)는 모두 정적 혼합요소(150)의 상부와 바이패스 편향기 밸브(120)의 베이스에 장착된다. 도 5a에서, 액체, 용융, 또는 압출된 재료는 밸브 입구 라인(165)을 통해 밸브 요소(180)로 진입한다. 바이패스 라인(166)이 폐쇄되고 밸브 정적 혼합기 입구 라인(172)이 개방된 경우에, 밸브 요소(180)는 상기 유동을 정적 혼합요소(150)로 지향시킨다. 안정된 상태의 공정 조건 중에, 출구(154)에서 정적 혼합요소(150)를 빠져 나오는 재료는 정적 혼합기 출구 라인(174)을 통해 바이패스 편향기 밸브(120)로 진입하며, 유동은 밸브 요소(182)에 의해 밸브 출구 라인(167)을 통해 외부로 지향된다.
도 5b에 도시된 바이패스 모드에서, 밸브 정적 혼합기 입구 라인(172)과 정적 혼합기 출구 라인(174)은 모두 폐쇄된 반면에, 바이패스 라인(166)은 개방되어서, 상기 재료가 밸브 출구 라인(167)으로 정적 혼합요소(150)를 직접적으로 바이패스할 수 있게 한다.
도 6은 바이패스 편향기 밸브(120)와 관련하여 정적 혼합요소(150)의 제 3 방위를 도시한다. 더 구체적으로, 정적 혼합요소(150)는 바이패스 편향기 밸브(120)에 대해 수평으로 위치된다. 도시된 바와 같이, 입구(152) 및 출구(154)는 바이패스 편향기 밸브(120)에 인접한 정적 혼합요소(150)의 단부에 위치된다. 정상 작동모드에서, 용융물, 액체, 또는 압출물은 도 6a에 도시된 바와 같이 바이패스 편향기 밸브(120)에 의해 지향된다. 도 6b에 도시한 바와 같이 바이패스 모드가 뒤따르며 배수 모드는 도 6c에 도시되어 있다. 각각의 작동에서, 바이패스 편향기 밸브(120)는 밸브 요소(162,164)에 대해 전술한 바와 동일하게 작동하므로, 여기서는 설명하지 않는다. 정적 혼합기(100) 및 바이패스 편향기 밸브(120)의 방위는 매달리거나, 수형, 또는 수직으로 배열될 수 있거나 이들 위치들 사이에서 다수의 각도로 경사지게 위치될 수 있다.
바이패스 편향기 밸브(120)의 바람직한 설계는 (예를 들어, 스트림 또는 다른 열 전달유체를 사용하는)자켓에 의해 또는 전기 히터 카트리지에 의해 가열될 수 있는 단일체 하우징이다. 이는 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같은 복수의 입구 및 출구 보어와 연결부를 가진다. 밸브요소(162,164)뿐만 아니라 밸브 요소(180,182)는 바람직하게, 이동가능한 볼트의 형태이며, 여기서 밸브 요소(162,180)는 정적 혼합요소(150)의 상류에 있으며 밸브 요소(164,182)는 유사하게 하류에 있다. 상기 볼트는 2 개의 보오를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 이의 예들은 밸브 요소(164,180,182)를 포함한다. 상기 볼트는 또한, 3 개의 보어를 포함하며, 그의 밸브 요소(162)가 일 예이다. 각각의 보어는 90도 턴(turn)을 형성하거나 "티" 또는 "T" 형상일 수 있으며, 볼트의 길이를 따라 명확하게 놓인다. 이들 보어 각각은 유체 제어 실린더 또는 이와 동등한 장치에 의해 위치되며, 공정을 수행하는 작업자에 의해 요구되는 소정의 위치에 근거하여 바이패스 편향기 밸브(120)의 적절한 입구 및/또는 출구와 조절가능하게 유지될 것이며, 이는 ㅂ본 기술분야의 당업자에 의해 이해될 것이다. 유체 동력 실린더의 위치선정 및 그에 따른 볼트의 위치는 유체 유동 밸브의 수동 작동에 의해, (예를 들어, PLC에 의한)자동 제어에 의해, 또는 이들 두 가지 방식에 의해 제어될 수 있다.
도 43은 편향기 밸브에 대한 용융물 쿨러의 방위가 도 6에 도시된 것과 동일고 정적 혼합요소(150)로서 확인되는 용융물 쿨러의 다른 실시예를 명확하게 도시한다. 더 명확하게, 용융물 쿨러(2090)는 도면 부호 2092로 총칭된 편향기 밸브에 대해 수평 위치로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 입구(2094) 및 출구(2096)는 편향기 밸브(2092)에 인접한 용융물 쿨러(2090)의 단부에 위치된다. 본 실시예에서, 입구(2094)는 용융물 쿨러(2090)의 바닥부(2093)에 위치되며 출구(2096)는 용융물 쿨러(2090)의 상부(2091)에 위치된다. 고온 용융물 폴리머가 편향기 밸브(2092)에 의해 용융물 쿨러(2090)를 통과하도록 지향되는 정상 작동 모드는 "A"로 표시된 도 43의 중앙에 도시되어 있으며, 배수 모드는 "C"로 표시된 우측편에 도시되어 있다. 각각의 작동 모드에서, 편향기 밸브(2092)는 전술한 바와 동일한 방식으로 작동한다.
도 44는 편향기 밸브와 관련하여 용융물 쿨러의 방위가 도 6에 도시된 것과 동일한 다른 실시예를 도시한다. 더 명확하게, 용융물 쿨러(2090)는 편향기 밸브(2092)에 대해 수평 위치에 도시되어 있다. 입구(2094) 및 출구(2096)는 편향기 밸브(2092)에 인접한 용융물 쿨러(2090)의 단부에 위치된다. 본 실시예에서, 입구(2094) 및 출구(2096)는 나란한 구성으로 용융물 쿨러의 대향 위치(2097,2098)에 위치된다. 고온 폴리머가 편향기 밸브(2092)에 의해 용융물 쿨러(2090)를 통과하도록 지향되는 정상 작동 모드는 "A"로 표시된 도 44의 좌측편에 도시되어 있다. 바이패스 모드는 "B"로 표시된 도 44의 중앙에 도시되어 있으며, 배수 모드는 "C"로 표시된 우측편에 도시되어 있다. 각각의 작동 모드에서, 편향기 밸브(2092)는 전술한 바와 동일하게 작동한다.
도 45 및 도 46에 각각 도시한 바와 같이, 용융물 쿨러(2030) 및 용융물 쿨러(2060)는 압축가능한 유체를 배출시키고 폴리머 용융물과 다른 유체를 배수하도록 구성될 수 있다. 도 46은 용융물 쿨러(2030)의 상부(2038)에 위치된 배기구(2095)를 도시한다. 도 46은 용융물 쿨러(2060)의 바닥(2100)에 위치된 배기구와 배수구(2101)를 도시한다.
용융물 쿨러(2030)의 상부(2038)에서 바람직한 유동 방법을 제공하기 위해, 상부(2038)는 가열될 수 있다. 예를 들어, 도 47에 도시된 바와 같이 상부(2038)는 유동 채널(2039)을 통과하는 열 전달 유체에 의해 가열 또는 냉각될 수 있다. 도 48에 도시한 바와 같은 다른 가능한 가열 구성에 있어서, 상부(2038)는 예를 들어, 전기 히터(2041)에 의해 전기적으로 가열될 수 있다. 상부(2038)의 온도 제어는 용융물 쿨러의 제 1 공정 측으로부터 용융물 쿨러의 제 2 공정 측으로 상부(2038)를 통해 순환할 때와 같이 예정된 온도 이하로 용융물이 냉각되지 않게 보장한다.
위에서 나타낸 바와 같이, 도 49, 도 50 및 도 51은 각각, 냉각 작동 모드, 바이패스 작동 모드, 및 배수 작동 모드에 있는 편향기 밸브(2040)의 상세도이다. 편향기 밸브(2040)는 스팀 또는 다른 열 전달 유체를 사용하는 자켓에 의해 또는 전기 히터 카트리지에 의해 가열될 수 있는 몸체 하우징을 가진다. 바람직한 실시예에서, 제 1 이동가능한 밸브요소(2042)는 내부에 3세트의 유동 채널을 갖는 유압식으로 작동가능한 볼트이며, 제 2 이동가능한 밸브요소((2044)는 내부에 2 세트의 유동 채널을 갖는 유압식으로 작동가능한 볼트이다. 편향기 밸브(2040)의 다른 가능한 실시예에서, 상기 볼트들은 직선 관통(straight-through) 유동 채널, 90도 선회 유동 채널, 또는 명확하게 볼트 길이를 따라 놓이는 티-유동 채널로서의 두 개 또는 세 개 세트의 유동을 포함할 수 있다. 이들 각각의 유동 채널은 유체 제어되는 실린더에 의해 특정 위치로 이동되며, 공정을 수행하는 작업자에 의해 요구되는 소정의 위치에 근거하여 편향기 밸브의 대응 입구 및/또는 출구와 정렬한다. 유체 동력 실린더의 위치선정, 및 그에 따른 볼트 위치는 유체 유동 밸브의 수동 작동, (예를 들어, PLC에 의한)자동 제어, 또는 이들 두 방식에 의해 제어될 수 있다.
다른 상황에서, 용융물 쿨러(2030)는 편향기 밸브(2140)를 통한 용융물 유동로에 수직하게 지향될 수 있다. 도 52a, 52b, 및 52c에 도시된 바와 같이, 편향기 밸브(2140)는 단일의 이동가능한 밸브요소(2145)를 가진다. 이동가능한 밸브요소(2145)는 냉각 유동 채널(2141), 바이패스 유동 채널(2145), 및 배수 유동 채널(2143)을 내부에 포함하는 3 세트의 유동 채널을 갖는 유압식으로 작동가능한 볼트이다. 편향기 밸브의 단일 볼트 실시예는 상당히 짧은 용융물 유동도 및 경제적인 밸브 구성을 제공한다.
사용되는 바이패스 정적 혼합기(100)는 종래 기술의 장치에 비해서 여태까지 달성될 수 없는 정도의 휘발성분의 제어를 제공한다. 정적 혼합기(60)의 대체예로서 바이패스 정적 혼합기(100)의 사용은 본 발명의 범주 내에 있다. 실현될 이득은 바이패스 편향기 밸브의 현저히 개선되는 세정 능력이다. 밸브요소(162)의 방위는 입구 라인(165) 및 배수 라인(168)이 여기서 설명하는 바와 같이 바이패스 편차일 뿐만 아니라 단지 개방 통로인 도 4e에 도시된 바와 같은 정적 혼합요소(150)로 진입하기 이전에 상류 유동이 편향될 수 있게 한다. 공정 유체, 용융물, 또는 압출물의 추가의 변경이 특정 적용을 위해 필요하지 않다면, 바이패스 통로는 온도 및 가압화가 유지될 수 있는 최소 거리이다. 세정 공정 또는 세정 재료는 충분히 쉽고, 어떤 휘발 성분의 원치않는 손실 위험 없이 및/또는 위험한 화염 발생의 감소된 가능성, 및 공정 유동의 충분한 억제로 구성 요소들을 통과할 수 있게 한다. 최소 작업중지 시간은 일상적인 보수유지 또는 수리에 대한 필요성을 감소시킴으로써 용이하게 달성될 수 있다.
혼합 섹션(2)의 구성요소는 도 1에 나타낸 바와 같이 편향기 밸브(200)에 연결될 수 있으며, 도 1에서는 바이패스 정적 혼합기(100)의 출구(130)가 입구(205)에 부착된다. 도 7은 편향기 밸브(200)의 하우징(202)에 부착되는 입구(205) 및 출구(206)를 도시한다. 이동가능한 편향기 볼트(도시 않음)는 전자기계적으로, 유압식으로, 공압식으로, 또는 이들의 어떤 조합 방식으로 작동될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 편향기 밸브(200)는 출구(206)에서 다이(320)의 입구(301)에 있는 펠릿화 섹션(3)에 부착되며, 이들의 세부 사항은 도 8, 도 9, 도 10 및 도 11에 도시되어 있다.
도 8의 다이(320)는 다이 몸체(324)에 부착되는 노우즈 콘(322: nose cone)을 포함하는 단일 몸체 형태이며, 다이 몸체 내측으로 가열 요소(330)가 끼워 맞춰지며 다이 몸체를 통해 수와 방위 패턴이 변화하는 다중 다이 구멍(340)이 천공된다. 다이 구멍(340)은 직경이 대략 3.5 mm 또는 그보다 작으며, 바람직하게 대략 1.5 mm 또는 그보다 작으며, 더 바람직하게 1.0 mm 또는 그보다 작으며, 가장 바람직하게 대략 0.5 mm 또는 그보다 작을 수 있다. 다이 구멍(340)은 테이퍼의 증감 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 방식을 포함하는 다수의 설계 조합을 가질 수 있다. 상기 세그먼트들은 공정 및 재료에 의해 필요한 대로의 길이로 변경될 수 있다. 바람직하게 다이 구멍은 이들이 부착되는 편향기 밸브(200)의 출구(206)의 직경에 의해 결정되는 바와 같이 하나 또는 그보다 많은 동심 링으로 집단 또는 무리지어 집합적으로 또는 단수로 놓일 수 있다.
가열 요소(330)는 카트리지 또는 코일형태의 요소를 포함할 수 있으며, 구성 1로서 도 8에 도시하고 도 9a 및 도 9b에 상세히 도시한 바와 같이 다이 구멍의 원주 외측에서 다이 몸체(324)의 내측이 유지되기에 충분한 길이를 가진다. 이들은 (구성 2로서 도시된)길이의 중심을 통과함이 없이 다이 몸체의 중심으로 그리고 다이 몸체의 근처로 연장할 수 있거나, (도 9a 및 도 9b에 구성 3으로서 도시된)다이 구멍의 링을 정반대로 접촉시키도록 길이의 중심을 지나, 그러나 접촉시키기에 충분한 길이로 연장할 수 있다. 다이 구멍을 위치시키는 것은 가열 요소(330)의 적절한 구성을 수용하도록 변경될 수 있다.
다이 몸체 내에 제거가능한 센터 또는 인서트 구성을 갖는 다이(320)가 도 10에 도시되어 있다. 가열 요소(330)는 카트리지 또는 코일 구성이며 외측 다이 몸체요소(352) 내측으로 삽입되며, 여기서 상기 가열 요소들은 외측 다이 몸체요소(352)의 영역 내에 적절히 끼워 맞춰지도록 길이가 억제된다. 다이 구멍(340)은 제거가능한 인서트(350) 내에 포함되며 상세히 전술한 바와 같이 설계, 치수, 및 위치가 변경될 수 있다. 제거가능한 인서트(350)는 정상적인 메카니즘에 의해 외측 다이 몸체 요소(352)에 단단히 부착된다.
도 11은 다이 구멍(340)을 통과할 때 용융 또는 액체 재료에 대한 개선된 열 효율과 더욱 용이한 열 전달을 위해 다이 몸체가 다중 가열 영역을 갖는 제거가능한 센터 또는 인서트 구성을 취하는 점에서 대체 설계 방식의 다이(320)를 도시한다. 도시 않은 외측 다이 몸체 요소는 도 10에서 설명한 것과 비교된다. 대체 설계 방식의 가열된 제거가능한 인서트(360)는 가열 요소(365), 바람직하게 코일형 가열요소와 끼워 맞춰지며, 외측 다이 몸체 요소 내의 다른 가열요소와 공통으로 열적으로 제어되거나, 또는 열적으로 자율 제어될 수 있는(그에 따라 다이(320) 내부의 다중 영역 가열 능력을 제공하는) 개방 센터를 가진다.
모든 구성(도 8, 도 9, 도 10 및 도 11)에서의 다이(320)는 바람직하게 마찰 저항, 내마모성, 및 (바람직하다면)내식성을 갖는 도 11에 도시된 바와 같은 절단 표면에 단단히 부착되는 적절한 경질면(370)을 포함할 수 있다. 용융, 액체 압출물의 압출을 위한 다이 구멍(340)이 그곳을 통해 통과될 수 있다. 예로서, 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 다른 세라믹, 또는 이들의 혼합물이 경질면에 적용가능한 일반적인 재료이다.
다이(320)의 표면 처리, 표면 마무리, 폴리싱, 또는 표면 경화도 다이 몸체에 대한 추가의 보호를 제공하기 위해 수행될 수 있다. 그와 같은 처리 예에는 제한없이, 니켈 포스파이드(nickel phosphide), 크롬 도금, 질화, 또는 동등한 물리적 또는 화학적 처리가 포함된다. 종래 기술은 여러 그룹의 다이 구멍이 존재하는 적어도 하나의 그룹에 상이한 다이 구멍 크기를 사용하는 것 또는 특정 그룹의 다이 구멍에 적어도 두 개의 상이한 크기를 사용하는 것에 대해 입증했다. 여기서 필요성이나 실용성을 발견하지 못했으며 다이 면 주위에서 폴리머의 동결 또는 랩핑(wrapping)이 초래되는 것이 종종 발견되었다. 그러한 종래의 발명은 상이한 펠릿 크기의 동시 압출에 대한 필요성을 반영하지 못했다.
노우즈 콘(322)을 위한 예시적인 볼팅 메카니즘(bolting mechanism)이 도 11에 도시되어 있다. 커버 판(372)은 도 8, 도 10, 및 도 11에 각각 도시되어 있는 바와 같이, 다이 몸체(320)의 면, 제거가능한 인서트(350), 또는 가열된 제거가능한 인서트(360)에 볼트(374)에 의해 부착된다. 커버 판(372)은 경질면(370)의 높이 치수보다 작거나 적어도 동일한 치수를 가진다. 대안으로, 커버 판(372)의 시일을 위한 가스켓 재료 또는 다른 재료가 바람직하다면 사용될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 다이(320)는 도 12, 도 13, 도 14, 및 도 15(a, b, 및 c)에 상세히 도시한 바와 같이 이송 유체 박스 또는 워터박스(400)에 부착된다. 도 12는 입구 파이프(404) 및 유사한 직경과 형상의 외측 파이프(406)에 연결되는 하우징(402)을 포함하는 단일 부품의 이송 유체 박스 또는 워터박스(400)의 구성을 도시한다. 단일 부품의 이송 유체 박스 또는 워터박스(400)는 (도 8, 도 10, 도 11의 경면(370) 표면과 동등하게 도시된)다이면(410)을 에워싸는(완전히 감쌀 수 있는 충분한 직경을 가지는)장방형, 정방형, 원통형 또는 다른 형상의 개방 절단 챔버(408)에 정반대로 위치되고 서로 연결되게 부착된다. 하우징(402)은 장착 플랜지(412)를 가지며 상기 플랜지를 통해 복수의 장착 볼트(414)가 이송 유체 박스 또는 워터박스(400)와 다이(320)를 편향기 밸브(200)에 밀봉되게 부착하도록 통과한다. 하우징(402) 상의 플랜지(416)는 후술하는 바와 같이 펠릿타이저(900)(도 1 참조)에 부착될 수 있게 한다. 절단 챔버(408) 내에서 자유롭게 회전하는 구성요소는 본 명세서에서 이후에 설명된다.
유사하게, 도 13은 입구 파이프(454) 및 출구 파이프(456)에 연결되는 하우징(452)을 갖는 주 몸체(450)를 포함하는 이송 유체 박스 또는 워터박스의 두 부품으로 이루어지는 구성을 도시하며, 상기 이송 유체 박스 또는 워터박스는 (도 8, 도 10, 도 11의 경면(370) 표면과 동등하게 도시된)다이면(410)을 에워싸는(완전히 감쌀 수 있는 충분한 직경을 가지는)장방형, 정방형, 원통형 또는 다른 형상의 개방 절단 챔버(458)에 정반대로 위치되고 서로 연결되게 부착된다. 하우징(452)은 장착 플랜지(462)를 가지며 상기 장착 플랜지를 통해 복수의 장착 볼트 또는 스트럿(464)이 통과한다. 장착 플랜지(462)는 (외경 및 내경 모두)유사한 직경의 어댑터 링(470)에 밀봉되게 부착된다. 복수의 카운터싱크(countersink) 볼트(472)가 상기 플랜지를 통과한다. 장착 볼트 또는 스트럿(464) 및 카운터싱크 볼트(472)는 바람직하게 교대 방식으로 사용되며, 완전 이송 유체 박스 또는 워터박스(400) 및 다이(320)의 구성요소들을 편향기 밸브(200)에 밀봉되게 부착한다. 주 몸체(450)의 하우징(452) 상의 플랜지(466)는 후술하는 바와 같이 펠릿타이저(900)에 부착될 수 있게 한다(도 1 참조). 도 13의 절단 챔버(458) 및/또는 도 12의 절단 챔버(408) 내에서 자유롭게 회전하는 구성요소들은 본 명세서에서 이후에 설명된다. 다이(320)에, 그리고 다이를 통해 어댑터 링(470)을 별도로 부착하는 것은 편향기 밸브(200)에 밀봉되게 부착된 다이 몸체(320)를 남겨둔 채 세정 또는 유지보수를 위해 주 몸체(450)가 제거될 수 있게 한다.
두 부품으로 구성된 이송 유체 박스 또는 워터박스(400)의 분해도가 도 14도에 도시되어 있으며 완전한 조립체는 도 15에 도시되어 있다. 본 명세서 전체에 걸쳐서 다른 도면에서와 같이, 유사한 구성요소는 도 13, 14, 및 도 15a에서 유사한 도면 부호를 가진다.
도 15b 및 도 15c는 이송 유체 박스 또는 워터박스의 입구 및 출구에 대한 대체 설계를 도시하며, 여기서 상기 입구(480)는 하우징(481)으로 접근함에 따라 길이를 따라 테이퍼가 증가하는 장방형 또는 정방형 입구 튜브(482)에 단단히 부착되며, 상기 하우징의 내부에는 절단 챔버(484)가 연결된다. 유사하게, 하우징(481)에 부착되고 입구 튜브(482)의 정반대 편에 있는 것은 단단히 부착되는 출구(488)의 길이를 따라 테이퍼가 감소하는 장방형 또는 정방향 출구 튜브(486)이다. 도 15b 및 도 15c의 플랜지(483) 및 플랜지(485)는 전술한 도 15a의 플랜지(462,466)와 설계 및 목적 면에서 비교된다.
도 15a, 도 15b, 도 15c는 바람직하게 정반대 편에 위치된 입구 및 출구를 도시한다. 대안으로서, 입구(454,480) 및 출구(456,488)는 입구에 대한 출구의 위치에 대해 약 20도 내지 약 180도의 각도로 위치될 수 있으며, 입구에 대한 출구의 위치에 의해 규정될 수 있다. 예로서, 입구(454,480) 및 출구(456,488)는 하우징(481)에 반대로 또는 엇갈리게 부착될 수 있다. 입구 및 출구의 치수는 동일하거나 상이할 수 있으며 입구 및 출구의 설계도 동일하거나 상이할 수 있다. 바람직하게, 그렇게 규정된 입구 및 출구는 동일한 치수와 설계일 수 있으며 정반대편에 위치된다.
한번 더 도 1을 참조하면, 펠릿타이저(900)가 비-선택적인 개방 위치에 도시되어 있다. 펠릿타이저에 부착된 것은 유동 가이드(800), 및 커터 블레이드(700)를 갖는 커터 허브(600)이다. 상기 장비의 작동시, 펠릿타이저(900)는 도 12 및 도 13에 각각 도시되어 있는 바와 같이, 두 부품 구성의 이송 유체 박스 또는 워터박스(400)의 주 몸체(450) 상에 있는 플랜지(466) 또는 단일 부품 구성의 이송 유체 박스 또는 워터박스(400)의 플랜지(416)에 단단히 부착될 수 있는 위치로 이동된다. 부착은 신속 차단(quick disconnects) 또는 다른 그러한 기구를 통해 수행될 수 있다. 작동 구성에 있어서, 커터 허브(600) 및 커터 블레이드(700)는 절단 챔버(408)(도 12) 또는 절단 챔버(458)(도 13) 내에서 자유롭게 회전한다. 도시된 구성요소들에 대한 세부 사항은 이후에 상세히 설명된다.
전술한 펠릿타이저(900)는 도 16에 개략적으로 도시되어 있다. 펠릿타이저(900)는 다이 면(410)과 관련하여 커터 허브(600)에 의해 위치 조절될 수 있다. 도 16은 작동 위치에 있는 펠릿타이저(900)를 도시하여, 여기서 펠릿타이저는 펠릿타이저 플랜지(902)를 통해 제거가능한 신속 차단 클램프(904)에 의해 밀접하게 유지되는 이송 유체 박스 또는 워터박스 플랜지(466)에 밀봉되게 부착된다. 펠릿타이저의 위치 조절은 스프링 장전식, 유압식, 공압식, 전자기계식으로 수동으로 달성될 수 있으거나, 평탄한 마모, 수명 증가, 커터 허브 또는 다이 면(410) 주위의 용융물 덮임을 초래하는 과도한 압출 방지, 및 펠릿타이징 제품(pelletized product)의 일관성을 달성하는데 필요한 적절한 위치를 보장하기 위해 가해지는 힘의 일방방향 또는 반대 방향으로 누적되게 작용하는 상기 기구들의 조합에 의해 달성될 수 있다. 바람직한 설계 방식은 모터(905), 하우징(910), 및 커플링(922)과 결합되는 유압 실린더(920)를 포함하는 도 16에 도시된 유압-공압 기구이다. 로터 샤프트(930)는 다이 면(410)에서 커플링(922)을 커터 허브(600)에 연결하며, 이송 유체 박스 또는 워터박스(400)와 유체 접촉되게 절단 챔버(458)드러스트 베어링(940)과 실링 기구, 및 바람직하게 기계적 실링 기구(950)를 통과한다. 입구 파이프(454) 및 출구 파이프(456)는 절단 챔버(458) 내측으로 유체(예를 들어, 물)의 유동 방향, 유체 혼합물의 유동 방향 및 절단 챔버(458) 내의 펠릿의 유동 방향을 나타내며, 계속해서 커터 허브(600)뿐만 아니라 다이 면(410)로부터 멀리, 그리고 절단 챔버(458)의 외측에 형성되는 펠릿 슬러리의 유동 방향을 나타낸다.
도 17은 유동 가이드(800)가 절단 챔버(458) 내에 위치되어 그 영역의 유체 체적을 효과적으로 감소시키는 바람직한 구성을 도시한다. 이러한 구성은 절단 챔버(458)를 통과하는 유체 속도의 증가, 펠릿 품질의 개선, 동결 감소, 다이 면(410) 주위의 용융물 덮힘의 방지, 수두의 생성 또는 증가, 및 펠릿 형상의 개선을 위해 사용된다. 단지 부분적으로만 도시된, 상기 다이(320), 이송 유체 박스 또는 워터박스(400), 및 펠릿타이저(900)들은 도 16에 도시된 바와 같이 동일한 방식으로 위치된다. 중공 샤프트 로터는 전술한 바와 같이 적절한 입구 파이프(454)와 출구 파이프(456)를 갖는 절단 챔버(458) 내의 절단 허브(600)에 부착될 수 있다. 펠릿타이저(900)는 전과같이 펠릿타이저 플랜지(902) 및 이송 유체 박스 또는 워터박스 플랜지(466) 상에 신속 차단 클램프(904)의 사용을 통해 이송 유체 박스 또는 워터박스(400)에 의해 밀봉되고 제거가능하게 부착된다.
도 18a 및 도 18b는 유동 가이드(800)에 대한 가능한 두 개의 상이한 구성을 도시하며, 여기서 유동 가이드의 섹션들은 절단 챔버(458) 내에 요구되는 체적의 필수적인 감소에 따라 변화될 수 있고 절단 챔버(458)의 직경보다 작은 직경 외부에서 일치되는 유사하거나 상이한 세그먼트 길이를 가진다. 유동 가이드 스페이서 섹션(803)은 하나(803a), 또는 복수(803b, 803c)로 나타낸 바와 같이 원주 방향 및 직경 방향으로 대략 균일할 수 있으나 세그먼트의 길이 방향으로 변경될 수 있다. 유동을 지향 및/또는 억제하기 위해, 유동 지향 세그먼트(801), 예를 들어 한 개의 세그먼트( 801a) 또는 비제한적으로 복수의 세그먼트(801b,801c,801d)가 커터 허브(600)에 근접하게 위치된 가장 깊게 홈진 섹션을 갖는 횡방향 구성으로 아치형인 길이방향으로 연장하는 홈으로 변경된다. 일련의 세그먼트에 대한 바람직한 구성은 세그먼트의 수에 제한되는 것이 아니며 유사한 형상과 기능의 단일 가이드 구성요소도 본 발명의 범주 내에 있는 것이다.
도 16과 관련하여, 커터 허브(600)는 펠릿타이저(900)의 로터 샤프트(930)의 치형 단부에 나사 결합에 의해 부착된다. 커터 허브(600)는 도 19에 도시된 바와 같이 로터 샤프트(930)에 단단히 장착되며 커터 허브(600) 주위에 원주 방향으로 놓이는 균형잡힌 부분 내에 어떤 수의 커터 아암(610)을 포함할 수 있다. 대안으로, 커터 허브(600)는 어댑터(620)를 사용하여 로터 샤프트(930)에 단단히 부착되며, 상기 어댑터(620)는 로터 샤프트(930)에 부착되고 나사 연결된다. 어댑터(620)는 커터 허브(600) 내의 유사한 부분 구형의 내측 표면 보어(602)와 일치하는 부분 구형 외측 표면(622)을 가진다. 상기 부분 구형 내측 표면 보어(602) 내측으로 오목하고 반대 편에 마주하고 있는 것은 절단 허브(600)의 에지로 연장하고 내측에 볼(640)이 끼워 맞춰지는 길이방향 리세스(605)이다. 유사하게, 볼(640)을 위한 직경 방향의 리세스(626)는, 어댑터가 위치로 대각선으로 삽입되고 커터 허브(600)에 평행한 위치로 회전하자마자 길이방향 리세스(605) 및 직경방향 리세스(626)가 인터록 볼(640)과 정렬되도록 지향되는 어댑터(620) 상에 위치된다. 이는 로터 샤프트(930)에 단단히 부착된 어댑터(620) 상에 직경방향으로 위치된 볼(640) 주위에서 절단 허브(600)의 자유로운 진동을 허용하여 절단 허브(600)의 회전 자체 정렬을 가능하게 한다.
커터 아암(610) 및 커터 허브(612)의 몸체는 도 19에 도시한 바와 같이 횡단면이 정방형 또는 장방형일 수 있다. 절단 아암(610) 및 커터 허브(612)의 몸체는 도 20c에 도시한 바와 같이 연장된 육각형 횡단면을 제공하도록 더욱 더 유선형으로 될 수 있다. 도 20a 및 도 20b는 유선형 커터 허브(650)의 세그먼트를 도시한다. 커터 블레이드(도시 않음)는 평탄하게 각진 홈(614)(도 19)에서 또는 평탄하게 각진 노치(652)(도 20a 및 도 20b)에서 스크류 또는 이와 유사한 기구에 의해 단단히 부착된다.
대안으로, 도 21은 급격한 각도의 커터 허브(600)를 도시하며, 여기서 (도 19에 도시한 바와 같은)커터 아암(610)은 부착된 커터 블레이드(750)를 갖는 커터 블레이드 지지대702), 바람직하게 스크류(748) 또는 다른 기구에 의해 선택적으로 대체될 수 있다. 어댑터(720)는 로터 샤프트(930)(도 16)에 나사 부착에 대한 자체 정렬 가요성을 허용한다. 기능적으로 동등한 다른 커터 허브 설계도 본 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이 본 발명의 범주 내에 있다.
도 22는 커터 블레이드(750)에 대한 다양한 각도 경사 위치 및 형상을 도시한다. 블레이드 각도(755)는 다이 하드면(370)에 대해 대략 0도 내지 대략 110도 또는 그보다 크게 변화될 수 있다. 예를 들어, 도 22a, 도 22b 및 도 22c 참조. 도 8에 도시한 바와 같이 60도 내지 79도의 블레이드 각도(755)가 바람직하다. 도 22b에 도시한 바와 같은 75도의 블레이드 각도가 더 바람직하다. 블레이드 커팅 에지(760)는 정방형, 경사형, 또는 각을 이룰 수 있으며 블레이드 커팅 각도(765)는 대략 20도 내지 대략 50도일 수 있으며, 대략 45도가 바람직하다. 대안으로, 도 22d에 도시된 바와 같이 절반 두께의 블레이드(770)가 유사하게 부착되고 유사하게 각을 이룰 수 있으며, 전술한 바와 같이 유사한 블레이드 절단 각도와 선호도를 가질 수 있다. 추가로, 블레이드 설계는 다른 공정 변수에 따라 치수 및 구성적으로 유리하게 제공될 수 있다.
커터 블레이드(750)는 구성적으로, 공구강, 스테인레스 스틸, 니켈 및 니켈 합금, 금속-세라믹 조성물, 세라믹, 금속 또는 금속 카바이드 조성물, 카바이드, 바나듐 경화 강, 적합하게 경화된 플라스틱, 또는 다른 유사한 내구성 재료을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 본 기술 분야에 공지된 대로 어닐링, 경화, 및/또는 표면 처리될 수 있다. 내마모성, 내식성, 내구성, 마모 수명, 화학적 저항성, 및 마찰 저항은 펠릿타이징될 형성물에 대한 특정 블레이드의 유용성에 영향을 끼치는 요인들 중에 일부이다. 커터 허브 설계와 관련하여 사용된 블레이드의 수뿐만 아니라 길이, 폭 및 두께에 대한 블레이드의 치수에 대해서도 특별한 제약이 없다.
도 1은 바이패스 루프(550)의 상대 위치를 도시한다. 바이패스 루프(550)와 펠릿 이송에 사용하기 위한 워터, 또는 그와 유사한 유체는 저장조(1600: 또는 다른 공급원)으로부터 얻어지며 충분한 유체 유동을 제공하기 위한 설계 및/또는 구성을 가질 수 있는 펌프(500)를 통해 이송 유체 박스 또는 워터박스(400) 쪽으로 이송되며, 그리고 선택적인 열 교환기(520) 및 이송 파이프(530)를 통해 바이패스 루프(550)로 이송된다. 유사하게 열 교환기(520)도 펠릿 형상, 생산성, 및 펠릿 품질이 손실없이 만족될 수 있으며 절단면 상의 용융 플라스틱 주위의 덮힘, 펠릿의 괴상화, 진공 현상(cavitation), 및/또는 이송 유체 박스 또는 워터 박스 내의 펠릿의 적층이 방지될 수 있도록, 형성될 펠릿의 온도를 유지할 수 있는 적합한 성능을 갖는 설계를 취할 수 있다. 이송 유체의 온도, 유속 및 조성은 처리될 재료 또는 형성물에 따라 변화할 것이다. 이송 유체 온도는 폴리머 용융 온도의 적어도 약 20 ℃ 미만으로 유지되며 바람직하게는 폴리머 용융 온도의 약 30 ℃ 내지 약 100 ℃ 범위 미만의 온도로 유지된다. 이송 유체 온도는 약 0 ℃ 내지 약 100 ℃, 바람직하게 약 10 ℃ 내지 약 90 ℃, 더 바람직하게 약 60 ℃ 내지 약 85 ℃로 유지된다.
추가로, 처리 보조제, 유동 변경제, 코팅, 표면 처리(정전기 방지제 포함) 및 본 기술 분야의 당업자에게 공지된 다수의 첨가제가 이송 유체에 수용될 수 있다. 파이핑, 밸빙(valing), 및 바이패스 구성요소들은 펠릿-이송 유체 혼합물의 적절한 이송에 필요한 온도, 화학 조성, 마모성, 내식성, 및/또는 임의의 압력에 견디는 적합한 구성을 가져야 한다. 상기 시스템에 요구되는 임의의 압력은 수직 및 수평 이송 거리, 원치 않는 휘발성분 또는 구성 요소의 조기 팽창을 억제하는데 필요한 압력 값, 밸빙을 통한 펠릿-이송 유체 슬러리 유동, 거친 스크리닝, 및 보조 공정 및/또는 모니터링 장비에 의해 결정된다. 펠릿 대 이송 유체 비율은 전술한 복잡한 조건을 제거 또는 경감하는데 만족스러울 정도로 효과적인 변화 비율과 유사해야 하며, 상기 복잡한 조건의 예 중에는 펠릿의 축적, 유동 차단, 방해 및 괴상화가 포함된다. 파이핑 직경 및 거리는 바람직하지 않은 휘발 및/또는 조기 팽창을 방지하기 위해 펠릿의 냉각 및/또는 고화에 대한 적절한 수치를 달성하는데 필요한 시간과 재료 처리율(따라서 유속과 펠릿 이송 유체 비율)에 의해 결정된다. 밸빙, 게이지, 또는 다른 처리 및 모니터링 장비는 부적절한 차단, 방해를 방지하거나 추가 및 바람직하지 않은 압력 생성 또는 공정 폐색을 초래하는 공정을 변경하기에 충분한 통과 직경뿐만 아니라 충분한 유동과 압력 비율을 가져야 한다. 이송 유체와 추가 조성물은 펠릿 형성물의 구성요소와 양립되어야 하며 상기 형성물의 어떤 구성요소 내부/상에 용이하게 흡수되지 않아야 한다. 과도한 이송 유체 및/또는 첨가제는 린싱(rinsing), 흡인법, 증발, 탈수, 솔벤트 제거, 여과, 또는 본 기술 분야의 당업자에 의해 이해되는 유사한 기술과 같은 그러한 방법에 의해 펠릿으로부터 용이하게 제거되어야 한다.
도 23에 도시된 바와 같이, 바이패스 루프(550)는 입구 파이프(530)로부터의 이송 유체(예를 들어, 물)이 3방 밸브(555)로 진입할 수 있게 하며 바이패스 유동으로 또는 이송 유체 박스 또는 워터박스(400) 쪽으로 재지향되게 한다. 상기 이송 유체 박스 또는 워터박스를 바이패스하기 위해, 상기 이송 유체는 3방 밸브(555)에 의해, 바이패스 파이프(565)로 그리고 바이패스 파이프를 통해 출구 파이프(570)로 지향된다. 이를 달성하기 위해, 차단 밸브(575)가 폐쇄된다. 대안으로, 물이 이송 유체 박스 또는 워터박스(400)로 유동되게 하기 위해, 3방 밸브(555)는 유동을 파이프(560)로/를 통해 그리고 파이프(580)로 지향시키며, 이때 차단 밸브(575)는 개방되고 배수 밸브(590)는 폐쇄된다. 물은 이송 유체 박스 또는 워터박스(400)로/를 통해 진행하며 이후에 설명하는 바와 같이 다운-스트림 처리를 위해 팰릿을 차단 밸브(575)를 통해 관찰 유리창(585)으로/를 통해 그리고 출구 파이프(570)로 이송한다. 시스템을 배수하고 이송 유체 박스 또는 워터 박스(400) 또는 다이 경질면(370)을 세정 또는 보수유지하거나, 또는 어떤 다이 (320) 구성 요소를 대체할 수 있도록, 3방 밸브(555)는 유동을 파이프(565)로/를 통해 그리고 파이프(570)로 지향시킨다. 차단 밸브(575)가 이제 폐쇄되고 배수 밸브(590)가 개방되는 경우에, 차단 밸브(575) 아래의 구성요소(585,400,560,580) 내에 갇힌 나머지 물은 재순환 또는 처분을 위해 배수구(595)로 배수된다.
펠릿이 처리를 위해 충분히 고화되면, 펠릿은 도 1에 도시된 바와 같이, 파이프(1270)를 경유하여 괴상체 캐처(catcher)/탈수 유닛(1300)으로/를 통해 그리고 건조 유닛(1400)과 하류 공정(2000)으로 이송된다.
건조기(1400)는 박편, 구형, 구면, 원통형, 또는 다른 기학적 형상일 수 있는, 재료의 습기를 제어된 수치로 달성하기 위한 어떤 장치일 수 있다. 이는 여과, 원심 건조, 강제 또는 가열 공기 대류 또는 유동층에 의해 달성되나 이에 한정되지 않으며 원심 건조기가 바람직하며 자체 세정 원심 건조기(1400)가 가장 바람직하다.
이제 도 24를 참조하면, 파이프(1270)는 펠릿 및 유동 슬러리 또는 농축 슬러리를, 방출 슈트(1305)를 통해 펠릿 괴상체를 캐치, 제거, 및 방출하는 괴상체 캐처(1300) 내측으로 방출한다. 괴상체 캐처(1300)는 유체와 펠릿은 통과시키나 부착되고 덩어리지거나 이와는 달리 괴상화된 펠릿을 수집하여 이 펠릿을 방출 슈트(1305) 쪽으로 지향시키는 각진 둥근 바아 그리드, 천공 판, 또는 스크린(1310)을 포함한다. 상기 펠릿과 유체 슬러리는 그 후에 도 24 및 도 25에 도시한 바와 같이 탈수기(1320)로 선택적으로 통과된다. 탈수기(1320)는 유체가 미세물 제거 스크린(1605)으로 하류로 통과할 수 있게 하며 상기 스크린을 통해 물 저장조(1600)(도 1 및 도 27)로 통과할 수 있게 하는 하나 또는 그보다 많은 배플(1330) 및/또는 경사형 다공성 멤브레인 스크린(1335)을 포함하는 적어도 하나의 수직 또는 수평의 탈수 다공성 멤브레인 스크린(1325)을 포함한다. 펠릿의 표면 상에 습기를 여전히 유지하는 펠릿이 탈수기(1320)로부터 도 24의 슬러리 입구(1405)에 있는 자체 세정 원심 건조기(1400)의 하단부로 방출된다.
도 24에 도시한 바와 같이, 자체 세정 원심 펠릿 건조기(1400)는 스크린의 베이스에서 원통형 스크린 지지대(1415) 상에 장착되는 수직으로 지향되는 일반적으로 원통형 스크린(1500)을 갖춘 일반적으로 원통형 하우징(1410), 및 스크린의 상부에 있는 원통형 스크린 지지대(1420)을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 스크린(1500)은 하우징의 내측 벽으로부터 반경 방향으로 이격된 관계로 하우징(1410) 내에 동심으로 위치된다.
수직 로터(1425)는 스크린(1500) 내에서 회전을 위해 장착되며 건조기의 베이스(도 26) 또는 상부에 연결 및/또는 장착될 수 있는 모터(1430)에 의해 회전가능하게 구동된다. 모터(1430)는 도 24에서 볼 수 있는 바와 같이, 바람직하게 건조기의 상단부 위에 장착된다. 모터(1430)는 하우징의 상단부와 연결되는 베어링(1440)을 통해 그리고 구동 연결부(1435)에 의해 로터(1425)에 연결된다. 상기 연결부(1445) 및 베어링(1440)은 로터(1425)를 지지하고 로터의 상단부의 회전운동을 안내한다. 슬러리 입구(1405)는 연결부(1448)에서 하부 스크린 지지 섹션(1450)을 통해 스크린과 로터(1425)의 하단부와 소통된다. 하우징과 로터의 상단부는 하우징의 상단부에서 상부 스크린 지지 섹션(1455) 내의 연결부(도시 않음)를 통해 건조된 펠릿 방출 슈트(1460)와 소통된다. 출구(1467) 내의 편향기 판(1465)은 출구(1470) 또는 출구(1475)의 외측으로 건조된 펠릿을 편향시킨다.
하우징(1410)은 건조기의 하단부에서 플랜지형 커플링(도시 않음)에 연결되고 건조기의 상단부에서 플랜지형 커플링(도시 않음)에 연결되는 섹션 구성(sectional construction)이다. 최상부 플랜지 커플링은 하우징 또는 보호물(1437)에 의해 둘러싸여 있는 베어링 구조물(1440)과 구동 연결부(1435)를 지지하는 상부판(1480)에 연결된다. 하우징(1437) 상부의 커플링(1432)은 모터(1430)를 지지하고 조립된 관계로 모든 구성요소들을 유지한다.
하우징(1410)의 하단부는 도 27에 도시된 바와 같이 플랜지 연결부(1610)에 의해, 물 탱크 또는 저장조(1600)의 상부에 있는 바닥 판(1412)에 연결된다. 구멍(1612)은 건조기 하우징의 하단부와 저장조(1600) 사이에 소통 수단을 제공함으로써 표면 습기가 펠릿으로부터 제거될 때 하우징(1410)으로부터 저장조(1600)로 유체가 방출될 수 있게 한다. 이러한 제거는 로터의 작용에 의해 달성되는데, 이러한 로터의 작용은 펠릿을 상승시키고 원심력을 펠릿에 부과하여 스크린(1500)의 내측에 대한 충격으로 펠릿으로부터 습기를 제거하고 그러한 습기가 스크린을 통과하여 긍극적으로 저장조(1600)로 유입되게 한다.
건조기의 자체 세정 구조물은 도 24에 도시한 바와 같이, 하우징(1410)의 내측과 스크린(1500)의 외측 사이에 지지되는 복수의 스프레이 노즐 또는 스프레이 헤드 조립체(1700)를 포함한다. 스프레이 노즐 조립체(1700)는 하우징의 상단부에서 상부 판(1480)을 통해 상방향으로 연장하는 스프레이 파이프(1702)의 단부에서 지지되며, 이때 스프레이 파이프(1702)의 상단부(1704)는 노출된다. 호스 또는 라인(1706)은 분당 적어도 40 갤론(gpm)의 유속으로 고압 유체(예를 들어, 물)를 스프레이 노즐(1700)로 공급한다. 몇몇 실시예에서, 고압 유체는 약 60 gpm 내지 약 80 gpm의 유속으로 공급되는 반면에, 다른 실시예에서 상기 유속은 80 gpm 또는 그보다 클 수 있다. 호스(1706)는 건조기(1400)에 장착되는 단일 매니폴드(도시 않음)를 선택적으로 이용할 수 있다.
건조기 구조물에는 바람직하게 적어도 3 개의 스프레이 노즐과 관련 스프레이 파이프(1702) 및 라인(1706)이 있다. 스프레이 노즐 조립체(1700) 및 파이프(1702)은 스크린(1500)의 주변부 주위에 원주방향으로 이격된 관계로 지향되고 엇갈린 수직 관계로 지향되어서, 스프레이 노즐(1700)로부터 방출되는 가압 유체가 하우징(1410)의 내측뿐만 아니라 내측으로 그리고 외측으로 스크린(1500)과 접촉하여 스크린을 세정한다. 따라서, 하우징(1410)의 내측 벽과 스크린(1500)의 외측면 사이에 걸쳐진 지점 또는 영역에 머무르거나 축적되는 어떤 수집된 펠릿은 도 27에서 볼 수 있는 바와 같이, 구멍(1612)을 통해 저장조(1600) 내측으로 씻겨져 내린다. 유사하게, 스크린(1500) 내측 및 로터(1425) 외측에 있는 나머지 펠릿은 건조기로부터 씻겨져 내려 상이한 형태의 펠릿이 건조되는 다음의 건조 사이클 중인 건조기를 통과하는 펠릿을 오염시키거나 그 펠릿과 혼합되지 않을 것이다.
건조기의 하단부에 있는 스크린 지지 섹션(1450)과 하우징(1410)의 내부 벽 사이의 영역은 포트 개구에 있는 평탄한 영역 및 건조기 하우징의 구성요소를 함께 연결하는 이음부를 포함한다. 스프레이 노즐 조립체(1700)로부터의 고압수는 이러한 영역도 효과적으로 씻어 내린다. 베이스 스크린 지지 섹션(1450)은 하우징(1410)과 저장조(1600)의 바닥 판(1412)에 스크류 또는 다른 체결기구에 의해 부착되어서 하우징과 스크린을 저장조(1600)에 고정한다. 상기 베이스 스크린 지지 섹션(1450)은 도 24에 도시한 바와 같이 통 또는 대야 형태이다. 대안으로, 다른 건조기 구성에서 베이스 스크린 지지 섹션(1450)은 통 또는 대야를 거꾸로 한 형태(도시 않음)이다.
로터(1425)는 펠릿을 들어올리고 상승시킨 후에 계속해서 펠릿을 스크린(1500)과 충돌시키기 위한 경사형 로터 블레이드(1485)가 제공된 실질적으로 관형 부재(1427)를 포함한다. 다른 건조기에서, 로터(1410)는 정방형, 원형 육각형, 팔각형, 또는 다른 횡단면 형상을 가질 수 있다. 중공형 샤프트(1432)는 로터를 형성하는 관형 부재(1427)와 관련한 동일한 속도로 로터(1425)를 통해 연장한다. 중공형 샤프트는 로터(1425)의 하단부에 있는 가이드 부싱(1488) 내의 개구(1482)뿐만 아니라 각각, 저장조(1600)의 상부 벽과 바닥 판(1412) 내에 정렬된 개구를 통해 연장할 때 로터의 하단부를 안내한다. 로터 커플링(1490)은 중공형 샤프트(1432)의 내측을 가압하기 위해 호스 또는 라인(1492)을 통해 가압 유체, 바람직하게 공기(도시 않음) 공급원 및 중공형 샤프트(1432)에 연결된다.
중공형 샤프트(1432)는 중공형 로터 부재(1427)의 내측과의 소통을 위한 구멍을 포함한다. 이들 구멍은 가압된 유체(예를 들어, 공기)가 로터(1425)의 내측으로 도입될 수 있게 한다. 로터(1425)는 차례로, 로터(1425)의 바닥 단부를 베이스 또는 통 섹션(1450)의 내측과 소통시켜서 로터(1425)의 하단부와 통 섹션(1450)이 세정될 수 있게 하는, 바닥 벽 내부의 구멍을 가진다. 로터로부터 그리고 스크린(1500)의 내측으로 씻어 내려진 펠릿은 우선적으로 건조된 펠릿 출구 슈트(1460)을 통해 방출된다.
상부 섹션(1455) 내측에 있는 로터(1425)의 상부도 걸침 지점이며 축적된 펠릿을 변위시키기 위한 고압 유체에 노출된다. 도 24에 도시된 바와 같이, 노즐(1710)은 고압 유체를 로터(1425)의 상부를 횡단하도록 지향시켜서 축적된 펠릿이 상부 섹션으로부터 우선적으로 펠릿 출구 슈트(1460)의 내측으로 이동되게 한다. 노즐(1710)은 상부 판(1480)을 통해 연장하여 고압 유체 공급원에 연결되는 호스 또는 라인(도시 않음)에 의해 공급된다.
건조기 구조물 내의 걸침 지점 또는 영역 이외에도, 괴상체 캐처(1300)도 또한 방출 튜브 또는 슈트(1305)를 통해 방출되는 괴상체를 치우기 위해 각진 괴상체 격자 또는 캐처 판 및 바아 로드 그리드(1310)의 펠릿 접촉 측으로 고압 유체를 지향시키는 솔레노이드 밸브에 의해 제어되는 분리 파이프 또는 호스(1720)에 의해 세정될 수 있다.
호스 및 노즐은 로터(1425)와 펠릿 방출 출구(1460)를 세정하는 방향으로 공기(또는 다른 유체)의 버스트(burst)를 방출 슈트 또는 파이프(1460)으로 공급할 수 있다. 공기 방출에 의해 펠릿을 파이프 연결부와 편향기 판(1465)을 지나 건조기로부터의 건조된 펠릿의 방출을 위한 출구(1467)를 통해 날려버린다.
로터(1425)는 바람직하게, 전체 세정 사이클 중에 연속적으로 회전한다. 솔레노이드 밸브는 바람직하게 약 60 psi 내지 약 80 psi, 또는 그보다 높게 공기를, 워터 박스 바이패스 공기 포트, 로터 공기 포트, 상부 섹션 공기 포트, 펠릿 출구 공기 포트, 및 편향기 밸브 공기 포트를 포함하는 추가의 걸침 지점(도시 않음)으로 공급하도록 제공된다. 솔레노이드 밸브는 많은 시간을 필요로 하지 않으면서 양호하게 세정하는 짧은 버스트(예를 들어, 약 3 초)를 제공하기 위한 타이머를 포함한다. 세정 사이클 버튼(도시 않음)은 먼저 활성화될 워터 박스 바이패스 공기 포트에 대한 세정 사이클을 작동시켜 다중 공기 버스트(예를 들어, 4 또는 그보다 큰)에 의해 공기가 바이패스를 정화할 수 있다. 그 후 상부 섹션 공기 포트가 작동된다. 이는 편향기 판(1465)의 작동이 계속해서 이어진다. 이러한 밸브는 약 1 내지 약 10초, 바람직하게 약 6초 동안 스크린을 세척하는 스프레이 노즐 조립체(1700)의 작동 이전에 폐쇄된다. 블로어(1760: blower)는 워터 스프레이 사이클 중에 작동이 중지되며 스프레이 노즐 펌프가 작동이 중지되어 하나의 세정 사이클을 완료할 때 재작동된다. 본 발명에서 설명하는 바와 같이 상기 사이클은 범주가 한정되지 않으며 사이클의 각각의 구성 요소는 잔류 펠릿의 적절한 제거를 달성할 필요가 있을 때마다 및/또는 빈번하게 변경될 수 있다.
공정용 스크린은 도 28에 도시한 바와 같이, 하나 또는 그보다 많은 수평 또는 수직 탈수 스크린(1325), 경사형 탈수 스크린(1335), 포트 스크린(1595), 및/또는 하나 또는 그보다 많은 원통형으로 부착가능한 스크린(1500)을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 스크린의 크기, 구성 및 치수는 생성되는 펠릿을 수용할 수 있어야 하며 천공, 펀칭, 피어싱, 직조(woven), 또는 본 기술 분야의 당업자에게 공지된 다른 구성일 수 있으며 구성, 조성 및 형태가 동일하거나 상이할 수 있다. 펠릿의 직경이 감소하면, 바람직하게 스크린은 두 개 또는 그보다 많은 층으로 구성될 것이다. 이들 층은 동일하거나 상이한 조성, 설계, 및 크기일 수 있다. 상기 스크린은 래치, 클램프, 볼트, 또는 어떤 다른 체결 기구에 의해 제위치에 고정된다.
스크린(1500)은 건조기(1400)와 로터(1425)의 주위에 원주 방향으로 놓이도록 적합한 가요성 구조물이며 스크린 영역을 적절히 동등한 영역으로 효과적으로 나뉘도록 놓이는 볼트 고정되는, 도 29에 도시한 바와 같은 편향기 바아(1550)를 포함할 수 있다. 대안으로, 상기 스크린은 도 31 및 도 32에서 볼 수 있는 바와 같이 편향기 바아가 없을 수도 있다. 바람직하게, 스크린(1500)은 펠릿과 보다 작은 미세 펠릿의 효과적인 건조를 달성하는 외측 지지 스크린과 내측 스크린을 기능적으로 합체하는 두 개 또는 그보다 많은 층을 가진다. 또한, 하나 또는 그보다 많은 스크린 층이 특정 적용에 따라 외측 지지 스크린과 내측 스크린 사이에 끼일 수 있다. 도 33은 3층 구성의 단면도이며, 도 34는 2층 구성을 도시하는 유사한 도면이다. 도 35는 미세 메쉬 스크린 층이 보일 수 있는 지지 층 측으로부터 본 2 층 스크린 구성의 표면을 도시하는 도면이다.
외측 지지 스크린(1510)은 몰딩 플라스틱 또는 와이어 보강 플라스틱으로 제조될 수 있다. 플리머/플라스틱은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리이미드 또는 나이론, 폴리비닐 클로라이드, 폴리우레탄, 또는 원심 펠릿 건조기의 작동에 참여하는 화학적 및 물리적 조건 하에서 구조적 통합성을 유지할 수 있는 유사한 불활성 재료로부터 선택될 수 있다. 바람직하게 상기 외측 지지 스크린(1510)은 전체 스크린 조립체의 구조적 통합성을 유지하는데 적합한 두께 및 적절한 원심 펠릿 건조기 내에 밀접하게 위치되어 끼워 맞춰지도록 형상이 변형되기에(예를 들어, 원통형으로) 충분한 가요성을 갖는 금속 판이다. 상기 금속 판은 바람직하게 18 게이지 내지 24 게이지, 더 바람직하게 20 게이지 내지 24 게이지의 두께를 가진다. 상기 금속은 알루미늄, 동, 스틸, 스테인레스 스틸, 니켈 스틸 합금, 또는 건조 공정의 구성 요소에 대해 반응하지 않는 유사한 재료일 수 있다. 바람직하게 상기 금속은 건조 작동에서 겪는 화학적 공정에 의해 환경적으로 필요한 등급 304 또는 등급 316 스테인레스 스틸과 같은 스테인레스 스틸 합금이다.
상기 금속 판은 분리 및 계속되는 건조를 위한 개방 영역을 제공하기 위해, 원형, 타원형, 정방형, 장방형, 삼각형, 다각형, 또는 다른 치수적으로 유사한 구조일 수 있는 개구를 형성하도록 피어싱, 펀칭, 천공, 또는 슬롯 가공될 수 있다. 바람직하게, 상기 개구는 원형으로 엇갈린 형태로 천공되어 외측 지지 스크린의 구조적 통합성을 유지하면서 최대 개방 영역을 제공한다. 원형 천공은 바람직하게 적어도 약 0.075 인치의 직경을 가지며 적어도 약 30%의 개방 영역을 제공하도록 엇갈려 있다. 가장 바람직한 것은 유효 개방 영역이 약 40% 또는 그보다 클 수 있는 형상과 방위의 개방 영역이다. 가장 바람직한 것은 약 50% 또는 그보다 큰 개방 영역을 달성하도록 엇갈려 있는 적어도 약 0.1875 인치의 직경을 갖는 원형 천공이다.
대안으로, 외측 지지 스크린은 와이어, 로드, 또는 바아로 구성되고, 각지게, 직각으로, 또는 서로 섞이게 적층되며, 용접, 납땜, 저항 용접 또는 이와는 달리 제위치에 고정되는 조립체 구조물 또는 스크린일 수 있다. 와이어, 로드, 또는 바아는 플라스틱, 와이어 보강 플라스틱, 또는 금속일 수 있으며 원형, 타원형, 정방형, 장방형, 삼각형, 웨지-형상(wedge-shaped), 다각형 또는 다른 유사한 구조일 수 있다. 스크린의 폭 또는 날실(warp)을 가로지는 와이어, 로드, 또는 바아의 치수는 와이어, 로드, 또는 바아가 씨실 또는 슈트로서 길이방향으로 포함되었을 때와 동일하거나 상이하다.
바람직하게, 와이어, 로드, 또는 바아는 가장 좁은 치수로, 약 0.020 인치의 최소값, 바람직하게 적어도 약 0.030 인치, 더 바람직하게 약 0.047 인치이다. 개방 영역은 인접 구조물 요소의 기단부 놓기(proximal placement)에 따라 치수가 결정되며 적어도 약 30%, 더 바람직하게 약 40% 초과, 가장 바람직하게 약 50% 또는 그보다 많은 개방 영역을 유지하도록 위치 결정된다.
선택적인 중간 스크린(1520) 및 내측 스크린(1530)은 외측 지지 스크린에 대해 설명한 것과 구조적으로 유사하다. 각각의 층에 있는 스크린은 치수 및 구성이 유사 또는 상이할 수 있다. 각각의 스크린의 개방 영역 백분율은 유사 또는 상이할 수 있으나, 보다 작은 개방 영역 백분율은 스크린의 유효 개방 영역을 감소시키고 가장 작은 개방 영역 백분율은 가장 제한적이므로 스크린 조립체에 대한 개방 영역 백분율을 제한할 수 있다. 조립체의 다른 층에 대한 어떤 스크린의 방위뿐만 아니라 스크린의 치수와 구조적 요소들은 유사 또는 상이할 수 있다.
내측 스크린(1530)은 정방형, 장방형, 평탄한, 더치(Dutch), 또는 유사한 직조일 수 있는 바람직하게 직조 와이어 스크린이며 날실과 씨실 와이어 직경은 치수 및 구성적으로 동일 또는 상이할 수 있다. 더욱 바람직하게, 내측 스크린은 날실과 씨실 와이어가 치수적으로 구성적으로 유사한 평탄한 정방형 또는 장방형 직조 와이어이며, 그 개방 영역은 약 30% 또는 그보다 크다. 더욱 더 바람직하게, 내층 스크린은 약 30 메쉬 또는 그보다 큰 메쉬의 등급 304 또는 등급 316 스테인레스 스틸의 평탄한 정방형 또는 장방형 스크린이며 날실과 씨실의 크기는 적어도 약 30%, 더 바람직하게 적어도 약 50%의 개방 영역을 제공한다. 여전히 더욱 바람직한 것은 약 50% 또는 그보다 큰 메쉬로 직조된 평탄한 정방형 또는 장방형 내측 스크린이며 그 개방 영역의 백분율은 약 50% 또는 그보다 크다. 합체된다면, 중간 스크린(1520)은 지지 스크린(1510)과 내측 스크린(1530) 사이의 중간 메쉬이며 구조적으로, 형태적으로, 조성적으로 및 방위적으로 유사 또는 상이할 수 있다.
펠릿 방출 슈트(1460)로부터 방출된 펠릿은 크기 분류, 체가름, 팩키지, 추가 건조되거나, 공정 요건에 따라 유동화, 저장을 위한 이송 또는 즉시 조정과 같은 추가 처리된다. 본 발명에 포함된 상기 공정은 제한없이 참조된 예이다.
건조기(1400) 및 스크린(1500)은 성능의 최적화, 정전하의 감소, 내마모성 개선, 내식성 개선, 양호한 마찰 저항, 건조의 용이함 또는 유사한 공정 개선을 위해 처리 또는 코팅될 수 있다.
전술한 공정에 의해 제조되는 펠릿은 원형, 정방형, 장방형, 삼각형, 오각형, 육각형, 또는 이와는 다른 횡단면 형상을 포함하는 다수의 형상; 별 모양으로 또는 장식적으로 설계될 수 있으며; 제 1 횡단면에 수직한 제 2 횡단면에서 보았을 때 동일하거나 상이할 수 있다. 바람직하게, 상기 펠릿과 미세 펠릿은 주요 또는 대부분의 회전 요소를 위한 렌즈 모양의 구 형상 일 수 있다. 이들은 불필요한 미세물을 생성하도록 용이하게 파괴될 수 있는 꼬리, 뾰족한 지점 또는 돌기를 갖지 않는 것이 바람직하다. 몰딩 물품에 결합될 장식적 요소를 고려하면 펠릿과 미세펠릿의 장식물이 건조 공정으로부터 운반, 이송, 자체 회전 공정을 통해 잠재적으로 유발되는 접촉, 충돌, 마모 및/또는 교반에 대해 다방면으로 타협될 수 있게 해야 한다.
명료함과 간단함을 목적으로, 이후 펠릿 크기는 다이 팽창 또는 잠재적인 수축에 의한 증감으로 인한 어떤 편차를 고려하기 보다는 이들을 형성하는데 사용되는 다이 구멍의 치수를 반영한다. 펠릿 크기는 제한적이지 않으며 통상적으로 대략 3.5 mm 내지 대략 0.5 mm 범위(대략 0.138 인치 내지 대략 0.020 인치 범위), 또는 그보다 작을 수 있으며 펠릿과 미세 펠릿 사이의 어떤 개념 차이를 용이하게 내포한다. 펠릿 크기가 감소되면, 통상적으로 압력이 증가하고 생산성이 필수적으로 약화될 수 있다. 주요 또는 대부분의 회전 요소는 대략 1.6 mm(대략 0.063 인치) 또는 그보다 작으며, 더 바람직하게 대략 1.0 mm(대략 0.040 인치) 또는 그보다 작으며, 가장 바람직하게 대략 0.7 mm(대략 0.028 인치) 또는 그보다 작은 것이 바람직하다. 0.7 mm(대략 0.028 인치) 또는 그보다 작은 펠릿은 또한 "미세 펠릿"으로 설명된다. 복잡하고 세부적이거나 소형의 몰딩 물품을 위해, 상세히 설명하는 바와 같이 대략 0.35 mm(대략 0.014 인치) 또는 그보다 작은 크기를 사용하는 것이 바람직하다.
펠릿 및 미세 펠릿은 바람직하게, 횡단면이 대략 0.007 인치(대략 0.18 mm)인 1%보다 작은, 더 바람직하게 0.5%보다 작은, 가장 바람직하게 0.1%보다 작은 분말 또는 미세물을 포함한다. 보다 작은 크기의 펠릿은 통상적으로 보다 적은 미세물을 포함하는 것이 발견되었다.
유사하게, 재료 및 펠릿 조성은 이후에서 확인되는 바와 같은 회전 몰딩 등급으로 제한되지 않는다. 역사적으로, 최소 전단 몰딩을 위해 재료는 통상적으로 고려해야 할 재료에 대한 적절한 표준 온도 또는 조건 E(190℃ 2.16 킬로그램 하중에서)ASTM D1238을 사용하여 평가한 바에 따르면 200 그램/10분 내지 1 그램/10분 범위의 용융물 유동 지수가 나타났다. 더 최근에, 상기 범위는 바람직하게 50 그램/10분 내지 1그램/10분, 더 바람직하게 30 그램/10분 내지 1그램/10분이었다. 용융물 유동 지수가 더 높으면 높을수록, 통상적으로 평균 분자량 범위도 낮아지며 다음으로 점도도 낮아진다. 특정 재료에 대해, 점도가 너무 높아 회전 몰딩에 유용한 조건에서 레이-다운을 위한 합당한 흐름을 허용하지 못하는 점도가 존재하며, 유사하게 점도가 너무 낮아 실용적으로 이용하지 못하는 점도도 존재한다. 따라서 본 발명에서 펠릿타이징하기 위한 재료의 선택에 대한 규정은 이러한 바람직한 유동 제약 범위 내에 있으나, 이에 한정되지 않는다.
재료 및 특히 펠릿 용융물 온도에 대한 제약은 그 조성보다도 더 최소 전달 몰딩 장비 자체의 제한에 의해 규정된다. 용융물 온도는 재료의 조기 반응 또는 팽창을 방지하도록 충분히 낮아야 하며, 주요 성분의 부당한 휘발도 방지되도록 해야 한다. 재료의 분해 또는 열화를 초래하는 용융 온도는 잘 회피되는 것이 바람직하다. 처리, 운반, 저장, 및 몰딩 장비의 정화는 용융 또는 처리 온도와 무관하게 그러한 위험을 최소화는데 필요할 수 있다. 질소 또는 탄소 이산화물이 바람직하나 이들 자체에 한정되지 않는다. 몰딩 공정에의 적용은 본 명세서에서 이후에 설명된다.
물리적 특성에 대한 제약은 처리, 이송 및 운반시 달라붙는 온도, 잠재적인 괴상화, 막힘, 또는 몰드 외측 표면 상의 바람직하지 않은 부착을 방지하기에 충분히 낮은 유리 전이 온도를 갖은 재료를 피해야 한다. 재료의 취성은 미세물 및 잠재적인 분진의 부당한 형성을 초래할 수 있는, 공정의 어떤 단계에서의 파괴 위험 및 다른 안전 위험을 최소화하거나 제거하도록 피하는 것이 바람직하다.
지금까지 설명한 선호하는 품질을 만족시키는 재료 특히, 펠릿의 화학 조성은 통상적으로 표기된 회전 몰딩 등급에 한정되지 않으며 이후의 명세서에 요약된 조성에 한정되지 않는다. 펠릿 또는 미세 펠릿은 비정질 또는 결정질의, 초-저밀도 PE, 선형 저밀도 PE, 저밀도 PE, 중밀도 PE, 고밀도 PE, 교차결합 가능한 폴리올레핀, 폴리프로필렌, 및 다른 폴리올레핀, 그리고 이들의 코폴리머를 포함하는 폴리에틸렌(PE)으로 형성될 수 있다. 유사하게, 알킬 치환 폴리올레핀을 포함하는 유도체 폴리올레핀; 폴리비닐 에스테르, 산, 및 이들의 유도체; 폴리비닐 할로겐화물; 폴리비닐 알콜 및 이들의 에스테르; 방향성 및 치환형 방향성 폴리올레핀; 및 이들 및 다른 폴리올레핀과 이들의 코폴리머들이 펠릿화될 수 있다. 통상적으로 전술한 조성 범위 내에서 접착 재료 및 왁스가 본 발명의 공정들을 사용하여 용이하게 펠릿화된다.
또한, 비정질 또는 결정질의, 폴리에스터, 폴리아미드, 폴리에테르, 폴리카보네이트, 및 폴리우레탄, 그리고 이들의 코폴리머기 펠릿화될 수 있다. 셀룰로오스 화합물 및 생물 분해성 폴리머도 펠릿화 공정에 바람직한 범주 내에 있다.
펠릿은 전술한 몰딩 규정에 대한 제약이 달성되도록 이후의 성분 또는 첨가제 중 어떤 것 또는 모든 것과 상기 폴리머 성분들이 임의의 또는 모든 로딩 수치로 별개로 또는 조합적으로 결합될 수 있다. 그와 같은 첨가제는 산화 방지제 및 산화 방지 안정제 또는 제재, 자외선 흡수제 및 자외선 흡수 안정제 또는 제제, 열 안정제 또는 제재, 압출 공정 보조제, 흐름 및 유동 보조제, 점도 변경제, 액체 또는 고형체 제재를 포함하는 염료, 펠릿 코팅, 필러, 화이버(fibers), 구조 변경제, 충격 변경제, 화학적 및/또는 물리적 확장제 및 이들 각각의 제재, 핵 생성제, 유동 변경제, 교차 결합제 또는 제재, 교차 결합 촉진제 및 촉매 또는 그와 같은 것을 포함하는 제재, 왁스, 점착 부여제 또는 점착 부여 방지제를 포함할 수 있으며, 이들은 고체 또는 액체 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 몰딩에 사용하기 위한 펠릿은 조성이 유사하거나 상이하며, 치수 및 형태가 유사하거나 상이하다. 하나, 두 개, 또는 그보다 많은 층의 최소 전단 몰딩에 사용하기 위한 펠릿이 단독으로 사용될 수 있거나 또는 각각의 층에 대해 치수, 조성 및/또는 형태학적으로 다중적으로 사용될 수 있다.
적절한 형상, 크기, 및 조성의 펠릿 또는 미세 펠릿을 사용하는 것이 바람직하지만, 본 발명의 다양한 실시예들은 첨가제 또는 보조 성분, 고체 또는 액체가 몰딩 성분 내에 포함될 수 있는 펠릿의 사용에 특히 한정되지 않는다.
최소 전단 몰딩 장비의 실제 설계는 설계나 범주가 자제적으로 한정되려는 의도가 아닌 종래 기술의 참조 문헌의 대표적 리스트 또는 이들을 본 발명의 다양한 실시예에에 적용한데서 찾아 볼 수 있다.
최소 전단 몰딩은 용융 유동의 냉각과 리세팅과 관련하여 몰딩 물품을 생성하기 위해 재료의 용융 및 유동에 본래 의존하는 공정을 포함한다. 회전 몰딩, 및 회전 몰딩의 변형인 록-앤-롤 몰딩은 이러한 기술의 비제한적인 예들이다. 상기 공정은 회전을 하나, 둘 또는 다중 치수/축에 부여하며, 상기 축 주위에서의 회전은 몰딩 장치의 아암 및/또는 몰드에 의해 옮겨지는 것과 같은 운동에 대해 연속적으로 그리고 원형으로 또는 진동적으로 그리고 아치형으로 발생한다.
일 예에서 1차원 또는 단축 회전은 360 도 또는 그보다 작은 원호를 그리며 약 360도 또는 그보다 작은, 더 바람직하게 약 270도 또는 그보다 작은, 가장 바람직하게 약 180 또는 그보다 작은 원호의 규정된 거리에 대해 록-앤-롤 운동으로 전후로 진동한다. 예로서, 이는 몰드의 제한된 영역 내에 있는 부품의 일부분을 몰딩하는데 사용된다. 다른 예로서, 더욱 바람직하게, 1차원 회전은 단일 축선 주위에서 연속적인 360 원을 그린다. 이는 예를 들어, 파이프 내에 라이닝을 형성하는데 일반적으로 적용된다.
2차원 또는 2축 회전은 제 1 축선과 상이한 각도 및 바람직하게 제 1 회전 축선에 수직 또는 직교하게 그려지는 제 2 축선의 회전에 대한 동일한 옵션과 1차원 회전에 대한 옵션을 조합한다. 따라서, 하나의 2차원 모드는 제 2의 동시 회전에 의한 중심 주위에서 한 축선에서의 360의 연속적인 순환 및 바람직하게 중심 주위에서 수직한 축선 주위에서의 360도 순환을 포함한다. 대안으로, 제 2 모드는 1차원 회전 운동 설명에 대해 바람직한 것으로 지적한 것과 유사하게 제 1 축선 주위에서의 연속적인 원형으로 360도 회전 및 제 2의 수직한 축선 주위에서의 진동 운동을 포함한다. 또한, 제 3의 2차원 또는 2축 모드는 두 개의 수직한 축선 주위에서의 회전 정도의 유사한 선호도를 갖는 진동 회전을 포함한다. 회전비 및/또는 아치형 진동 정도는 두 축선에 대해 동일 또는 상이할 수 있다. 이들 회전 운동에 대한 가능한 제한 또는 억제에 관한 추가의 세부 사항은 이후에 설명된다.
다중 치수 또는 다축 운동은 각각의 회전 축선이 연속적이고 원형일 수 있거나 진동 및 아치형일 수 있으며, 아치형 진공의 정도 및/또는 회전비가 동일하거나 상이할 수 있으며, 각각의 축선이 각각 또는 다른 축선 중 어느 하나와 다르게 지향되는 2차원 회전에 대한 논의로부터 이어진다.
최소 전단 몰딩 장치는 제한된 가열 영역 내에서 회전하는 동안, 예를 들어 오븐에 의해 가열될 수 있다. 가열 영역은 강제 공기 대류, 연료 오일, 가스, 스트림, 적외선 방사, 오일, 몰드에 가해지는 직접 개방 화염에 의해, 자켓이 스팀으로 전기적 가열될 수 있는 자켓 몰드의 사용에 의해, 또는 오일이나 물과 같은 열 전달 유체의 관통 순환에 의해 전기적으로 가열될 수 있다. 대안으로, 상기 몰드는 상이한 영역이나 부분에서 가변적으로 가열될 수 있다.
상기 몰드 디자인은 선택적으로 통풍될 수 있는 적합한 금속 또는 세라믹 재료일 수 있으며, 배기구의 크기는 본 기술 분야의 당업자에 의해 결정될 수 있다. 몰드 내측으로의 깊이는 통풍 파이프의 재료 손실이 최소화되도록 관통되어야 한다. 통풍 파이프는 가열 중에 가스의 유출을 허용하도록 삼투적으로 플러깅(plugged)되거나 나머지는 언플러깅된다. 몰드의 크기와 설계는 몰딩 재료의 수축에 대한 적절한 허용 및 의도된 물품에 필수적인 레이어링의 다양성을 포함한 의도된 물품에 적절해야 한다. 몰드의 크기는 어떤 방식으로도 각각의 회전에 대해 간섭이나 방해가 없도록 필요한 부분에 의해 그리고 최소 전단 몰딩 장치에 의해 제한된다. 몰드는 불활성 가스의 세정을 통해 및/또는 공급 라인을 통해 직접적으로 제공될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예가 다음의 비제한적인 예들에 의해 추가로 설명된다.
예
본 예는 몰딩 공정 최적화의 논의에 관한 것이다.
최초의 평가가 도 36a 및 도 36b에 도시된 바와 같은 탱크에 대해 수행되었으며, 상기 탱크는 약 17인치의 높이(2515), 약 9.5 인치(약 24.13 센티미터)의 직경(2510), 및 외경이 약 0.5 인치(약 1.27 센티미터)인 배기구(2520)를 가진다. 상기 배기구는 탱크의 외벽으로부터 약 1 인치(약 2.54 센티미터) 인서트된다. 상기 배기구는 섬유유리 울(wool)로 최내측 단부에서 초기에 투과가능하게 플러깅되었다. 탱크에 대한 파워 조건은 약 550 °F(약 288℃)의 오븐 온도, 약 37분의 가열 시간, 약 6 rpm의 회전속도를 갖는 약 3.7 : 1의 회전비(주축선 대 보조 축선)로서 정의되었다. 내부 공기 온도는 측정되지 않았으며 가열 사이클의 완료시 냉각은 팬 강제 공기에 의해 약 100°F(또는 약 38℃)보다 높지 않은 온도로 달성되었다. 약 5 파운드(2.3 ㎏)의 재료, 분말 또는 미세 펠릿이 몰드 내측에 충전되었다. 탱크는 35 메쉬 또는 약 0.020 인치(약 0.5 mm)로 분쇄된 분말 및 전술한 장치를 사용하여 제조된 약 0.014 인치(0.36 mm)의 미세 펠릿을 사용하여 비교되었다. 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 중밀도 폴리에틸렌(MDPE)에 대해 평가되었다. MDPE와 HDPE에 대한 이들 예비 실험은 동등한 온도에서, 분말 탱크는 색조 및 충격 저항의 측면에 만족된 반면에, 미세 펠릿 탱크는 충격 저항에서는 만족스러웠지만 색조가 더 어두웠다. MDPE와 HDPE에 대해 약 2 내지 약 5분의 가열 시간에서의 시간 감소는 오랜 가열 기간의 분말 탱크에 대해 비교할만한 색조의 달성을 나타냈다.
유사하게, 더욱 상세한 연구가 오븐 온도 약 500°F, 475°F, 450°F, 425°F, 400°F, 375°F, 및 350°F(각각, 260℃, 246℃, 232℃, 218℃, 204℃, 191℃, 및 177℃)의 오븐 온도에서 약 0.020 인치(약 0.5 mm)로 분쇄된 분말, 및 약 0.014 인치, 약 0.020 인치, 및 약 0.038 인치(각각, 약 0.36 mm, 0.5 mm, 및 0.97 mm)의 미세 펠릿을 사용하여 블랙 염료의 교차결합가능한 폴리에틸렌(XLPE)에 대해 수행되었다. 가열 시간은 예비 실험에 따라 약 27분으로 감소되었다. 오븐 온도 및 경화 시간을 제외한 조건들도 상기 회전비가 5 : 1.2로 조절되고 회전비가 약 10 rpm으로 증가되도록 내측 탱크의 레이-다운의 균일도를 개선하도록 변경될 수 있다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 모든 재료에 대한 용융 온도는 약 240°F 내지 250°F(약 116℃ 내지 121℃)였으며 XLPE에 대한 교차결합 온도는 약 350°F 또는 177℃이다.
XLPE 에 대한 겔 실험 결과
샘플 온도 분말 0.014" 0.020" 0.038"
블랙



 400°F - 78% 73.3% 76.8%
425°F - 90.1% 89.2% 89.9%
450°F 87.2% 83.4% 85.8% 85.9%
475°F 87.5% 90.8% 90.7% 88.7%
500°F 89.3% 90.5% 91.4% 91.5%
> 70%인, 성공적인 겔화(gelled) 샘플에 대한 충격 시험에서 모두 200 피트-파운도(ft.-ibs.) 실험치를 통과했다.
겔 형성 및 저온 충격은 XLPE에 대해 최소 70% 겔 형성 및 모든 언급된 재료에 대한 이러한 탱크에 대해 최소 100 ft-ibs의 저온 충격으로서 정의된 분발 표준의 ASTM D 1998-97에 따라 결정되었다. 84%의 겔 형성 및 200ft-ibs의 저온 충격에 대한 값이 본 탱크에 대해 바람직하다.
성공적인 몰딩 및 교차결합이 표준 분말에서 가능했던 것보다 상당히 낮은 온도에서 미세 펠릿에 대해 달성되었음을 상기 데이터로부터 쉽게 알 수 있다. 상기 탱크의 내측면의 품질은 약 450°F(약 232℃)에서 약 0.038 인치(약 0.97 mm) 펠릿이 약 500°F에서 준비된 분말 탱크 또는 약 0.014 인치(약 0.36 mm) 미세 탱크에 견줄 수 있도록 오븐의 온도가 감소되고 펠릿 크기가 증가함에 따라 실제로 개선되었다. 이러한 현상은 온도가 증가함에 따라 교차결합이 더욱 급격히 진행되어 부적절한 레이-다운으로 인한 거친 표면을 초래하는 합리적이고 논리적이라는 점에서 본래, 교차결합률과 비교했을 때 용융률과 레이-다운 사이의 경쟁에 기여한다.
겔 실험은 교차결합이 발생되지 않았음을 보장하도록 미세 펠릿에 대해 결정되었다.
이는 오븐 온도가 감소됨에 따라 변색이 감소되는 내쳐럴(natural) 및 화이트 염료처리된 분말 XLPE 탱크의 제조에서도 관찰되었다. 이를 평가하기 위해, 탱크가 전술한 바와 유사하게 준비되었으며 겔 형성 및 충격에 대해 측정되었다.
XLPE 분말 탱크에 대한 겔 실험
샘플 온도 겔 %
블랙 400°F 0
화이트 400°F 0
내쳐럴 400°F 41.2
블랙 425°F 0
화이트 425°F 81.0
내쳐럴 425°F 90.4
블랙 450°F 87.2
화이트 450°F 80.1
내쳐럴 450°F 90.9
블랙 475°F 87.9
화이트 475°F 82.7
내쳐럴 475°F 91.2
블랙 500°F 89.3
화이트 500°F 82.5
내쳐럴 500°F 82.9
> 70%인, 성공적인 겔화(gelled) 샘플에 대한 충격 시험에서 모두 200 피트-파운도(ft.-ibs.) 실험치를 통과했다.
내쳐럴 탱크의 색조는 점진적으로 밝아졌으며 화이트 탱크의 내측면은 오븐의 온도가 약 500°F로부터 약 425°F(약 260℃ 내지 218℃)로 감소되면서 갈색으로부터 황갈색으로, 옅은 노랑색으로, 그리고 마지막에는 화이트로 밝아졌다.
색조 개선과 내측면의 개선을 조사하기 위해서, 비교가능한 온도 간격 및 약 0.020 인치, 약 0.030 인치, 및 약 0.045 인치(각각, 약 0.5 mm, 0.76 mm, 및 1.14 mm) 펠릿뿐만 아니라 표준 분말의 MDPE에 대해 실험이 수행되었다. 색조는 온도 감소뿐만 아니라 펠릿 크기의 증가에 따라 개선되었다. XLPE에 대해 관찰되었던 대로, 커다란 펠릿의 내측면은 온도가 감소됨에 따라 개선되어 약 500°F(약 260℃)에서 거칠고 불균일한 표면으로 되었으며, 약 425°F(약 218℃)에서는 상기 분말 탱크 및 보다 작은 크기의 펠릿 탱크에 비교하여 매우 부드러운 표면으로 개선되었다. 모든 경우에 있어서, 분말 탱크의 색조는 미세 펠릿보다 훨씬 더 갈색이었으며, 유사하게 오븐 온도가 감소됨에 따라 개선되었다. 특히 주목할 사항 중에, 상기 분말 탱크 및 약 0.020 인치(약 0.5 mm)펠릿 탱크는 약 100 ft.ib 수치에서의 충격 실험에 실패한 반면에, 모든 다른 실험은 성공적이었음이 증명되었다.
이들 예로부터, 미세 펠릿은 상당히 낮은 오븐 온도 및 감소된 가열 시간을 사용하여 탱크로 쉽게 형성될 수 있으며, 미세 펠릿의 크기는 변화될 수 있다는 것을 용이하게 알 수 있다. 추가의 실험으로 공급된 펠릿 그대로, 약 0.063 인치, 약 0.090 인치, 및 심지어 불규칙하고 원통형인 약 0.125 인치(각각, 약 1.6mm, 2.3mm, 및 3.2mm)를 포함하는 보다 큰 MDPE 펠릿으로 탱크가 제조될 수 있게 한다. 펠릿 크기가 증가함에 따라, 내측면의 레이-다운은 불균일해지며, 가열 시간은 필수적인 균일도를 달성하도록 증가되어야 한다. 결론적으로, 상당히 감소된 오븐 온도 및/또는 감소된 가열 시간과 함께 약 0.020인치 내지 약 0.040 인치(약 0.5 mm 내지 1.0 mm)의 미세 펠릿 크기로 작업하는 것이 합당하다.
통풍 현상, 회전비, 및 회전률 편차를 조사하기 위해, 도 37a 및 도 37b에 도시한 바와 같은 소형 탱크가 사용되었다. 상기 탱크는 약 9.5 인치(약 24 센티미터)의 높이(2615), 약 8.25 인치(약 20.1 센티미터)의 직경(2610), 및 탱크의 상부 중앙에 약 2.25 인치(약 5.7 센티미터) 배기구(2620)를 가진다. 약 0.038 인치(약 0.97 mm)의 약 2 파운드(0.9 킬로그램)의 블랙 XLPE 미세 펠릿이 탱크 내에 충전되었으며 몰딩 조건은 탱크 형성의 실패를 모니터하도록 설정되었다. 오븐 온도는 약 400°F 내지 약 350°F만큼 낮은 온도(약 204℃ 내지 177℃)에서 평가되었으며, 가열 온도는 약 25분으로 감소되었으며, 회전비는 5:1.2, 4:1.2, 및 3:1.2에서 평가되었으며, 회전률은 앞에선 10 rpm 또는 8 rpm으로부터 단지 약 1.75 rpm으로 감소되었으며, 최종적으론 약 1.5 rpm였다. 탱크는 허용가능한 내측면 레이-다운으로 성공적으로 준비되었다. 필수적인 70% 이후의 원래 데이터를 통과하리라 예상되지 않기 때문에 평가되지 않았다. 이전의 실험과 비교하여 과도한 크기의 통풍이 용융 또는 레이-다운 공정을 변경할 것 같지 않았다는 점에 주목하는 것이 중요하다. 분말은 몇몇 장애없이 용이하게 붓어질 수 있었기 때문에 배기구로 사용하는데 특별한 문제점이 없었던 반면에, 펠릿의 누적 체적이 역방향 위치 내에 포함되었던 몰드 내측으로 배기구 길이가 충분한 한 펠릿은 제대로 함유된다. 회전비가 늦으면 늦을수록 더 바람직하게 펠릿이 내측에 유지되었으며, 분말의 손실도 더 커졌음을 발견했다. 이는 최소 전단 몰딩 장비 자체에 상당한 응력을 부여하고 심각하게 손상될 것으로 당연히 예상되는 20 rpm 내지 100 rpm만큼 높은 회전률을 반영하는 이전의 종래 기술과 매우 대비되는 것이다. 몰드 디자인, 그리고 그에 따라 필연적인 몰딩 장치가 커지면 커질수록 높은 회전비와 회전률에 더욱 더 유해하게 된다.
어떤 이론에 한정될 의도 없이, 높은 회전비와 높은 회전률이 구형에 더 가까운, 특히 용이하게 구를 수 있는 펠릿에 대한 논쟁이 없는 다양한 불규칙성을 극복하는데 분말이 필요하다고 결론 내는 것은 합당한 것 같다. 이러한 증가된 비율은 충분한 양을 공기 중에서 유지하도록 분말을 충분히 교반시켜, 높은 온도에서 내측면의 유연함과 균일성을 개선하는데 기여할 것으로 예상된다. 이러한 후자 현상은 몰드의 내측 전반에 걸쳐서 강력히 토스되기 때문에 분말의 과도한 손실에 기여한다. 단지 소량의 분말이 몰드의 가열면과 초기에 접촉되며, 이는 고온에서 긴 가열 시간에 대한 필요성에 기여하는 것으로 나타났다. 펠릿이 자유롭게 구르므로, 회전 시간과 회전률이 쉽게 낮아져서 가열 몰드 표면과의 접촉 시간을 보다 긴밀하고 지연시키며 저온에서 보다 바람직한 레이-다운을 가능하게 한다. 교반의 부족시, 배기구가 상당히 큰 때라도 펠릿이 배기구로부터 토스 또는 구르게 될 경향을 감소시킨다.
펠릿이 구를 수 있는 설비가 갖는 추가의 이득은 저장 설비로부터 몰딩 장비로의 용이한 운반과 이송이다. 많은 운송 수단(예를 들어, 펠릿의 수동, 기계적 덤핑, 진공 운반, 진동 또는 벨트 운반에 의한 붓기로부터 공압식 운반까지)이 사용될 수 있다. 그와 같은 수단은 보수 유지 및 더욱 중요하게는 사람과 장비에 대한 잠재적으로 심각한 건강과 안전 위험성과 관련된 특히 심각한 분진과 미세 입자 생성과 관련된 유동 용이성에 대한 다수의 제약으로 인한 커다란 문제점을 가진다. 선택된 조성물의 취성이 전술한 바와 같이 최소화되는 한, 미세 펠릿의 사용으로 분진 문제는 상당히 감소되거나 제거된다.
저장, 이송, 운반, 및 몰드 적재에 관련된 충격 저항을 결정하기 위해 다양한 크기의 펠릿이 벌크(bulk) 밀도에 대해 평가되었다. 분말과 미세 펠릿이 XLPE 및 MDPE와 비교되었다.
대략적인 벌크 밀도를 결정하기 위한 표
재료 크기 벌크 밀도
블랙 XLPE 분말 24.14lb./cu.ft.
블랙 XLPE 0.014" 33.59lb./cu.ft.
블랙 XLPE 0.020" 34.35lb./cu.ft.
블랙 XLPE 0.038" 34.69lb./cu.ft.
MDPE 분말 25.60lb./cu.ft.
MDPE 0.020" 36.14lb./cu.ft.
MDPE 0.030" 37.24lb./cu.ft.
MDPE 0.045" 37.59lb./cu.ft.
MDPE 0.063" 38.18lb./cu.ft.
MDPE 0.078" 36.14lb./cu.ft.
MDPE(그대로) 0.125" 36.48lb./cu.ft.
벌크 결정은 불규칙적인 컨테이너 내의 분말 또는 펠릿을 계량하고 이들 계량 값을 적절히 개조된 상기 컨테이너에 대핸 결정된 물의 중량과 비교함으로써 형성되는 것으로서 대략적으로 간주된다.
이러한 데이터는 이전에 정의한 바와 같은 바람직한 크기 범위에 있는 미세 펠릿의 벌크 밀도가 비교 분말보다 상당히 커서, 그러한 분말과 비교할 때 저장 및 이송 비용을 상당히 감소시킬 수 있음을 입증한다. 이송과 저장에 관련한 덜 예상 가능한 압축성과 사용된 기초 기술에 대한 커다란 아규엔도 에러(arguendo tremendous error)를 가정하면, 대략 30%의 신중한 절약이 합당해 보인다. 예로서, 세 개 대신에 단지 두 개의 사일로가 저장용으로 필요하거나 선적을 위해 10 개의 괘도차가 필요했던 것이 이젠 단지 7개 만이 필요하다.
벌크 밀도 및 체적에 관련한 벌크 밀도는 작은 체적을 가지는 높은 표면적 몰드에 상당히 중요하며 그에 따라 종종 일 회 충전용 분말보다 많은 분말을 필요로 한다. 도 38a는 높이가 단지 약 0.75 인치(약 1.9 센티미터)인 소형 미통풍 몰드의 일부분에 대한 절단도이며, 여기서 오리피스(2710)는 도면 부호 2715로 나타낸 부분 절단 오리피스를 갖는 부분을 통해 완전히 관통한다. 도 38b는 몰딩 벽(2720)의 동일한 몰딩 부분에 대한 횡단면이다. 만족할만한 부분을 달성하도록 가능한 한 밀접하게 몰드 내측으로 물리적으로 팩키지된 약 0.5 파운도(약 0.2 킬로그램)의 분말이 충전되었다. 약 0.014 인치, 약 0.020 인치, 또는 약 0.038 인치(약 0.36 mm, 0.5 mm, 및 0.97 mm)의 미세 펠릿이 몰드와의 편안한 결합에 따라 팩키징이나 부당한 도전에 대한 요구 없이 사용되었다. 약 0.014 인치(약 0.36MM)미세 펠릿의 몰딩 물품이 핀홀 및 다른 표면 결함이 없는 표면 품질의 측면에서 상기 분말과 적어도 동등했다. 약 0.020 인치 및 약 0.038 인치(각각, 약 0.5 mm 및 0.97 mm)의 미세 펠릿은 오븐 온도, 가열 시간, 회전비, 또는 회전속도의 변동에 의해 제거되지 않은 핀홀을 포함했다. 이는 중요한데, 그 이유는 몰드 크기가 감소 및/또는 복잡성이 증가함에 따라 특정 미세 펠릿의 사이징(sizing)에 대한 필요성을 입증하는 것이기 때문이다. 중요하게, 분말로 달성되지 않는 팩키징이나 다른 조정없이 단지 한 부분에만 몰드를 만족스럽게 충전함에 특히 중요한 몰딩 물품 설계에 치수적으로 적합하게 선택될 때 미세 펠릿을 사용함으로써 달성되는 타협은 없다.
또한, 핀홀 감소는 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 코폴리머로 이루어진 미세 펠릿을 사용하여 평가되었다. 도 36a 및 도 36b에 도시된 바와 같이, 상기 탱크는 약 5 파운드(약 2.3 킬로그램)의 각각의 재료로 충전되었으며 4:1.2의 회전비와 약 8rpm의 회전률을 사용하여 약 30 분 동안약 550°F(약 288℃)에서 몰딩되었다. 그 결과적인 탱크는 다수의 핀홀로 가득했으며, 상기 다수의 핀홀은 탱크의 벽을 통해 관통되었다. 핀홀은 일반적으로, 습기를 포함할 수 있는 잠재적으론 휘발성 물질로부터 또는 공기로부터의 가스를 동반하는 것의 표시라 생각된다. 실험은 약 0.030 인치 및 약 0.020 인치(각각 0.76 mm 및 0.05 mm) 펠릿인 상당한 양의 각각의 재료를 몰드 내측에 충전하고 동일한 회전비와 회전률을 유지하면서, 15분 동안 약 300°F(약 149℃)에서 각각 가열된 후에 약 18분 동안 약 550°F(약 288℃)에서 가열함으로써 반복되었다. 핀홀의 수는 유사하게 회전되면서 약 300°F(약 149℃)의 제 1 가열 단계가 약 20 분으로 증가되고, 이어서 약 550°F(약 288℃)에서 약 18분 동안의 동일한 제 2 가열 단계가 수행될 때 현저히 감소되었다. 이는 휘발성 성분이나 가스 수반이 몰딩 조건의 합리적으로 적절한 변경으로 통풍되는 몰드에서 효과적으로 감소될 수 있음을 제안한다.
몰딩 회전 등급 분말에서 다른 특별한 도전은 리드-인 쓰레드(lead-in thread)의 가장 얇은 부분들에서의 기포 형성 및 가스 수반 없이 복잡한 쓰레딩(intricate threading)을 달성하고 하는 것이다. 그와 같은 설계는 도 39a, 도 39b, 및 도 39c에 도시되어 있다. 도 39a는 가장 중요한 지점인 원 영역(2805)을 갖는 그와 같은 쓰레드(2810)의 측면도이다. 탱크는 전술한 표준 분말 조건을 사용하여 HDPE 분말로 몰딩되며, 도 39B에 도시된 바와 같이 표시한 원형 영역에 커다란 수의 기포를 발생하며, 이들 대부분이 얇은 쓰레드를 관통하여 매우 불규칙한 잡다한 외관을 초래한다. HDPE로 이루어진 약 0.014 인치(대략 0.36 mm)의 미세 펠릿을 갖는 비교 몰딩은 도 39c에 도시한 바와 같이 최소의 기포와 관통되지 않은 채 쓰레드의 가장 얇은 부분에 매우 적은 수의 과립체만을 갖는 많은 화이터(whiter) 탱크로 되었다.
도 40a는 도 40c에 있는 바와 같이 토칭(2905: touching), 또는 물리적이고 친밀한 토치(2915)에 매우 근접한 기단부 영역을 갖는 "키스-오프(kiss-off)" 영역을 도시한다. 회전 몰딩 등급 분말의 사용은 종종, 도 40b에 개략적으로 도시된 바와 같이 두 개의 벽의 "키스-오프" 영역의 부분들이 터치되는 작은 스트럿 또는 커다란 칼럼일 수 있는 브릿징(2910)을 초래하는 문제점을 갖는 것이 입증되었다. 이는 미세 펠릿에서 동일한 문제점으로 입증되었다. 그러나, 재료에 대한 선택은 바람직한 결과를 초래할 수 있다는 것이 발견되었다. 분말 또는 미세 펠릿 형성 중의 상당한 브릿지 및 다수의 키스-오프 영역에서의 브릿지 생성을 초래하는 HDPE를 사용하는 몰딩은 사용된 입자와 무관하게 상이했다. 그러나, 만족스럽고 재현가능하게 균일한 키스-오프 영역은 XLPE의 미세 펠릿 또는 분말이 사용되었을 때 몰딩 물품 전체에 걸쳐 형성되었다. 이는 소정의 결과가 달성될 수 있도록 재료 선택 및/또는 입자 선택이 선택될 수 있는 옵션을 제공한다.
도 41a 및 도 41b에 도시한 바와 같이, 근접 기단부에 있는 몰딩 물품의 긴 벽들은 분말로 몰딩하는 것과 똑같이 어렵고 통상적으로 다중 벽 접합부가 많은 누적 열을 받는 각도 영역에 우선시 되는 불균일한 벽 두께를 초래하여, 두꺼운 벽(4010)(도 41a)을 초래한다. HDPE의 약 0.020 인치(약 0.5 mm)의 사용은 도 41b에 도시한 바와 같이 상당한 개선을 보여주는 XLPE의 약 0.020 인치(약 0.5 mm)의 펠릿을 사용하는 분말과 비교할 때, 각진 영역(3005)에서의 빌드업(buildup)의 상당한 손실을 초래한다. 회전률의 감소는 미세 펠릿의 레이-다운에 상당한 영향을 끼쳐 더욱 균일하게 분포시키기 위한 더욱 합리적인 시간을 허용하는 것으로 여겨진다. 전술한 바와 같이, 그와 같은 회전률 감소는 분말의 사용에서는 쓸모없다. 이는 재료의 적절한 선택과 미세 펠릿의 사용의 조합이 분말의 경우와 비교할 때 다른 문제점을 갖는 몰딩 물품을 달성하는데 효과적인 방법으로 회전률에 의해 잠재적으로 영향을 받는 것으로서 입증된다.
탱크는 또한, 약 0.025 인치(약 0.64mm)의 미세 펠릿인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜레이트(PETG) 및 약 0.040 인치(약 1.0mm)의 미세 펠릿으로 동시 압출된 비정질과 결정질 폴리에스터의 혼합물과 같은 재료를 사용하여 도 36에 따라 형성된다. 상기 두 재료는 상업적으로 이용가능한 비회전 몰딩 등급 재료이며 첨가제에 의해 변형되지 않는다. 몰딩 조건에는 4:1.2의 회전비와 약 10rpm의 회전률을 사용하여 30분의 가열 시간 동안 약 550°F(약 288℃)의 오븐 온도가 포함된다. 전술한 통상적인 폴리올레핀에서 보다 더 높은 밀도에서 필요한 체적을 예상하여 7 파운드의 충전이 사용되었다. 둘 다 성공적으로 몰딩되었으며 단지 최소 수축율이 관찰되었으며 상당한 도전에 의해 몰드로부터 제거되었다. 테이퍼진 몰드의 설계는 여기서 나타난 바와 같이 최소 몰딩 물품 수축율에 대한 합당한 해결책으로서 기대된다. 상기 탱크의 외관은 이후에 설명될 것이다.
전술한 다수의 탱크 이외에도, HDPE의 약 0.014 인치(약 0.36 mm) 미세 펠릿이 약 1450 갤런, 약 3900 갤런, 및 약 12500 갤런(각각, 5488 리터, 14762 리터, 47,313 리터) 탱크가 도 36의 설계와 유사하며 분말 유동 및 레이-다운과 관련된 다수의 문제점으로 인해 설명된 바와 같이 비교 몰딩 분말보다 상기 탱크의 내벽이 훨씬 더 부드러웠음을 발견했다. 모든 탱크는 충격 실험을 통과했으며 물로 완전 로딩된 것에 대해 나쁘지 않은 결과를 나타냈다. 탱크 벽의 열림이나 수직 분열은 탱크에 관한 원주 방향으로의 후프(hoop) 응력이몰딩 탱크 벽의 구조적 통합성에 의해 적절히 오프셋되지 않는 경우에 예상되는 바와 같이 관찰되지 않았다.
2층 탱크는 부품의 외측 벽을 형성하는 제 1 분말 재료가 적절한 몰드 내측으로 충전되고, 특정 가열 시간 동안 적절한 조건에서 몰딩되고, 오븐으로부터 선택적으로 냉각 또는 제거되고나서 추가의 분말 재료가 제 1 층을 지금 포함하는 몰드 내측으로 충전된다는 점에서 수년 동안 몰딩되어 왔다. 이는 동일하거나 상이한 몰딩 조건에서 수행된다. 대안으로, 추가의 층이 바람직하게 추가될 수 있다. 완료되면, 몰드는 오븐으로부터 제거되고, 적절히 냉각되며, 몰드된 물품이 제거된다. 제 2 및 계속되는 어떤 슈트(shot)가 몰드를 개방함으로써 수동으로 도입되며 상기 제 1 층의 작은 부분을 물리적으로 제거함으로써 몰딩을 위해 제 2 재료를 도입하며, 적절한 시간, 온도, 또는 다른 적절히 결정되는 지점에서 기계적 또는 열적으로 개방되는 "드롭 박스"의 다양한 설계 또는 몰드 내의 용융가능한 컨테이너의 사용으로 다음 층을 위한 재료를 도입하는데 사용될 수 있다.
전통적으로, 각각의 층은 치수 및/또는 조성적으로 동일하거나 상이할 수 있는 분말로 형성된다. 상기 층은 또한 반응성 또는 팽창성 재료를 포함하며, 그 예로는 교차 결합 또는 폼(foam) 제품을 포함한다. 특히, 종래 기술은 또한 분말이 연속적이고 비천공된 벽을 레이-다운하도록 초기에 용융될 수 있도록 분말과 동시에 도입되는 커다란 펠릿 내에 폼을 사용하는 것을 입증했다. 그러한 벽의 내측에는 별개의 층을 형성할 수 있는 발포성 재료가 피복되며 부품의 코어를 완전히 충전하도록 폼화되거나 폼화될 수 있다. 2층 기술은 다른 적용예 중에서도, 배리어 층을 구조재에 추가하는데 사용되거나, 장식 효과의 개선을 제공하거나, 개선된 구조 강도를 위한 보강 층으로의 역할을 할 수 있다.
2층 또는 다층 탱크의 제작은 회전 및 가열이 효과적으로 중지되는 동안에 가능한 한 신속하게 제 2층 재료가 추가되어야 하기 때문에 위험 및 안정성 문제가 없을 수 없다. 보다 큰 탱크는 몰딩 장비에 의해 유지되는 보다 많은 열, 바닥으로부터의 보다 큰 작업자 높이, 유구되는 보다 큰 양의 재료, 및 보다 큰 분진 위험을 초래한다(예를 들어, 가열되고 잠재적으로 위험 또는 독성 가스가 내측으로부터 붓어지는 동안에 동력을 고온 탱크에 추가하는 동안에). 안전성 위험에 대한 과도한 잠재성 및 사고에 대한 증대된 가능성이 자명하다.
그와 같이, 적어도 하나의 재료를 대신해서, 그리고 바람직하게 모든 성분에 대한 교체로서 미세 펠릿의 유효성을 결정하는 것이 중요하다. 블랙 XLPE 미세 펠릿 및 내쳐럴 MDPE 또는 내쳐럴 HDPE 펠릿은 용이한 시각화를 위한 중요한 색조 대비를 위해 그리고 다양한 경험이 이들 동일한 재료에 대해 수행되었기 때문에 선택된다. 도 42a는 외측(3110), 내측(3105) 및 경계면(3115)을 갖는 실현된 2층 개념을 도시한다. 2층 몰딩에서 공통적인 특별한 문제점은 재료 경계면(도 42b)에서의 매우 작은 기포 또는 미세 기포(3120)의 연속적인 라인, 경계면(도 42c)에서의 각각의 일련의 크고 작은 기포, 대형 기포(3125) 및 미세 기포(3120), 2층(도 42d) 경계면에서의 불규칙한 접합부(3130), 또는 가변 깊이 및 빈도수에서 포획되는 기포(3135)를 포함한다. 도 42f는 모든 경계면에서 균일하고 친밀하게 접촉되는 3층 탱크를 도시한다. 도 42a 내지 도 42f에 관한 논의는 일반적으로 팽창성 재료에 대해서는 제외된다. 추가의 문제점은 외층으로부터 내층의 전체 또는 부분 분리이다. 다층 몰딩에 내재된 문제점은 두 개 층의 냉각률이 꼭 유사할 필요는 없으며 수축율도 상이하기 때문에 제 2 층이 제 1 층의 구조 강도에 영향을 끼치는 경향이 문제점이다. 그 결과로서 포크마크(pockmark) 또는 싱크가 탱크의 외벽에서 발전되었다. 몰드 해체의 부적절한 적용 또는 선택이 신중히 관리되지 못하는 경우에 유사한 현상이 하나 또는 그보다 많은 층의 탱크에서 발생할 수 있다.
도 37a 및 도 37b에 도시된 바와 같은 탱크를 사용하면, 분말 상태는 몰드 내측으로 충전되어 4:1.2의 회전비와 약 10 rpm의 회전률에서 27분의 가열 시간 동안 약 425°F(약 218℃)의 오븐 온도에서 가열되는 약 2 파운드(0.9킬로그램)의 블랙 XLPE 분말 사용으로 최적화된다. 제 1 층이 완료되면, 회전은 일시적으로 중단되며 통풍 파이프는 선택적으로 제거된다. MDPE 분말이 신중하게 첨가되며, 바람직하다면 통풍 파이프가 재삽입되며, 회전이 동일한 오븐 온도, 회전비, 및 회전률로 약 15분의 가열 시간 동안 계속된다. 교차 결합된 블랙 외층 및 양호하게 형성된 화이트 내층이 냉각 및 몰드로부터 제거 후에 탱크를 반으로 절단하여 제거됨으로써 얻어진다. 레이어리지(layerage)는 도 42a에 이상적으로 도시된 것과 견줄 수 있다.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 이전의 작업은 몰딩 탱크에 대한 내외측에서 가장 균일한 표면 특징을 갖는, 최소 온도에서의 약 0.014 인치 및 약 0.020인치(각각, 약 0.36 mm 및 0.5 mm)의 펠릿에 대한 레이-다운을 촉진시키는 것으로 입증되었다. 상태의 최적화는 몰딩 조건이 약 2 파운드의 약 0.014 인치 또는 약 0.36 mm 블랙 XLPE 미세 펠릿에 대한 4:1.2의 회전비와 약 10rpm의 회전률에서 약 19분 동안 약 400°F(약 204℃)의 오븐 온도였을 때의 분말로부터 제조되는 것에 견줄 수 있도록 탱크 내에서 초래된다. 이는 약 15분 동안 유사한 오븐 온도, 회전비, 및 회전률에서 약 1.25 파운드(약 0.57 킬로그램)의 약 0.020 인치(약 0.5 mm)의 MDPE 펠릿을 사용하여 내측 에 대한 모딩 조건이 계속된다. 다소 높은 회전률은 레이-다운의 불균일성을 최소화하기 위해 특히 제 2 층에 중요하다. MDPE 대신에 HDPE의 약 1.25 파운드(약 0.57 킬로그램)를 사용한 최적화는 견줄만한 결과를 산출한다.
중요하게, 제 2 재료의 도입은 가열과 회전을 중지하고, 통풍 파이프를 제거하며, 추가될 재료의 조기 가열 또는 용융을 방지하기 위해 기저부 주위에 절연 층을 갖는 깔때기를 통해 제 2 재료를 충전함으로써 초기에 수행된다. 미세 펠릿의 도입은 분말보다 상당히 이른 시기에 수행되며 그 시간의 약 반을 필요로 한다. 또한, 미세 펠릿은 통풍 파이프를 통해 직접적으로 쉽게 부어질 수 있음이 발견되었는데, 이는 중지되어야 할 가열 및 회전 시간을 상당히 감소시킨다. 전술한 바와 같은 최적화는 도전적이기는 하지만, 분말 및 약간의 분진뿐만 아니라 미세 펠릿을 통풍 튜브를 통해 직접적으로 도입하는 기술을 사용했다. 제 1 층의 조정 또는 손상 없이 그와 같은 직접적인 추가는 위의 설명으로 드러났듯이 더 표준적인 2층 몰딩 기술에 비해 커다란 개선이다.
2층 공정의 최적화는 도 42a 내지 도 42f와 관련하여 설명한 바와 같이 다수의 현상의 발생을 초래한다. 이론에 구애됨이 없이, 도 42b에 도시한 바와 같은 소형 기포 층이 제 1 층의 불완전한 탈가스, 비휘발, 또는 잠재적 과 경화(Over cure)의 표시라고 여겨진다. 예로서, XLPE 재료가 특히 과도하게 교차결합되면, 액체 층이 제 2 층의 레이-다운 이전에 분산될 수 없는 내층 표면에서 관찰된다. 도 42c에 도시된 소형 기포와 결합된 대형 기포는 경화 부족(undercure), 불완전 비휘발, 또는 재료의 레이-다운으로부터 공기의 불완전 탈가스의 표시이다. 따라서, 제 2 층이 포획된 이후에 방출되는 재료는 중간 경계면에서 관찰되는 바와 같이 대형 기포를 형성할 수 있다. 도 42d는 제 2 층 또는 내층의 레이-다운 이전에 외층의 내층 표면의 불균일함을 나타내며, 도 42e는 심각한 공기 수반, 휘발성 물질의 탈가스, 또는 특정 제재의 성분들 중 적어도 일부의 화학적 불일치성을 나타낸다. 이는 추가 양의 산화 방지 팩키지가 MDPE 내측으로 도입되는 제재에서 관찰되었다. 비교 몰딩 이후에 도 42c 및 도 42e에 도시한 바와 같이 기포 현상이 상당히 증가되었음이 관찰되었다. 추가의 실험으로 추가된 산화 방지 팩키지를 포함하는 제재가 산화 방지 팩키지가 없는 제재보다 상당히 더 어두워졌으며; 오븐 온도가 감소됨에 따라 첨가제를 갖는 MDPE로 제조된 탱크는 첨가제를 갖지 않는 MDPE에 대해 수행된 것보다 높은 온도에의 충격 실험을 통과하지 못했음이 드러났다. 이는 2 층 평가에서 유사하게 관찰된 것과 같은 첨가제 팩키지의 상대-효과의 추가의 표시라고 여겨진다.
만족할 만한 방식으로 달성된 2층 탱크의 경우에, 2층 싱글 샷(shot) 몰딩의 평가가 속행되었다. 처음으로, 제작자로부터 받은 그대로의 블랙 XLPE 분말과 약 1/8인치(약 3.2 mm)의 원통형 MDPE 펠릿을 사용하여 시도되었다. 다수의 시도에서 분리에 대한 일부 경향이 관찰되었으나 혼합물은 탱크 벽의 외층을 통한 화이트 MDPE 재료의 몇몇 일부 관통을 갖는 탱크의 벽 전체에 걸쳐서 문제가 되었다. 더 큰 문제는 대형 펠릿의 균일한 레이-다운이 실패한 내층의 거칠기였다. 유사한 결과가 실험과 동시에 상업적으로 이용할 수 없는 크기의 MDPE 펠릿의 사용을 통한 이러한 리드(lead)에 따라 달성되었다.
단층 몰딩을 위한 분말과 펠릿의 사용 그리고 발포성 용도를 이용하는 종래 기술은 충분한 열 에너지가 유사한 소프트닝(softening)을 시작하도록 대형 펠릿에 의해 흡수되기 이전에 탱크의 벽에 부착되고 약간 점성을 갖기에 충분한 소프트닝으로써 소형 크기의 입자들이 더욱 용이하게 열을 흡수하는 제 1 분말 이론화에 의한 레이-다운을 선호한다. 이에 기초하여, 도 36a 및 도 36b에 도시된 탱크를 사용하여 작업이 시작되었다. 펠릿 크기와 무관하게, 증가된 회전률에 의해 주요 층의 양호한 레이-다운이 촉진되었다. 분말 A와 펠릿 B의 혼합을 위해, 보다 늦은 회전속도가 분말의 레이-다운에 더 우선시 되는 반면에 회전속도가 증가되는 경우에 펠릿은 선호 층이 된다. 유사하게, 저 융점 재료가 우선적으로 레이-다운된다는 것이 종래 기술로부터 다음과 같이 판명되었다. 그러므로 저 융점 및 보다 작은 크기의 입자가 초기 레이-다운에 있어서 재료의 우위를 점한다고 가정하는 것이 당연해 보인다. 놀랍게도, 심지어 이는 회전속도의 증가에 의해 반대가 될 수 있다. 제 1 층을 위해 폴리에틸렌을 사용하고 제 2 층을 위해 폴리프로필렌 또는 폴리에스터와 같은 고 융점 재료를 사용하는 것은 고융점 층의 추후 레이-다운에 따른 저융점 폴리에틸렌 층보다 우수한 생산성을 갖는 것으로 판단된다. 한번 더, 회전률의 증가는 재료가 보다 작은 크기의 입자를 가져야 한다는 것을 역전시킬 수 있다. 유사한 융점 재료에 대한 조사로 한번 더 보다 작은 재료가 융점과 무관하게 회전 증가 이상으로 강요됨이 입증되었다. 이는 가변 회전속도가 보다 높은 용융물 밀도 또는 보다 낮은 용융물 밀도의 레이-다운을 유사하게 역전시킬 수 있으며 펠릿 밀도가 보다 낮은 밀도 재료를 먼저 내려 놓거나 보다 무거워짐이 용이하게 관찰된다는 관점을 따른다. 회전속도 편차가 가장 큰 펠릿을 먼저 또는 보다 작은 펠릿을 레이-다운한다는 점에서 유사한 분쟁이 상이한 크기의 미세 펠릿에서 관찰되었다. 회전속도의 변경은 예상된 것보다 상당히 적은 효과를 가지며, 균일한 탱크 형성은 매우 좁은 범위의 회전속도에 놓여 있음이 발견되었다. 이러한 최초 탐구로부터 입자 또는 펠릿 크기, 화학적 조성, 융점, 소프트닝 지점, 극성, 용융물 밀도, 입자 밀도, 회전속도, 및 회전비를 포함하는, 그러나 이에 한정되지 않는 다중 변수가 상기 층들의 통합 레이-다운에 모두 포함될 수 있다는 것이 용이하게 명확해 졌다. 이는 또한, 금속 표면 상에 레이 다운되기 위해 재료를 용융 또는 소프트닝하는 능력은 표면을 습윤하기 위한 적합한 능력뿐만 아니라 표면에 부착되기 위한 능력을 요구하는 것으로 실현되었다. 여기에 인용된 모든 재료는 상세히 설명된 바와 같이 적어도 하나 및 많은 특성이 조사되었다.
어떤 중요한 분리는 약 2 파운드(약 0.9 킬로그램)의 약 0.014 인치(약 0.36 mm)의 블랙 XLPE 미세펠릿 및 약 1.25 파운드(약 0.57 킬로그램)의 약 0.020 이치(약 0.5mm)의 MDPE 미세 펠릿의 조합으로 먼저 달성되었다. 오븐 온도는 4:1.2의 회전비와 약 10rpm의 회전속도를 사용하여 약 27분의 가열 시간으로 약 400°F(약 204℃)였다. 회전속도는 분리에서의 추가 이득을 갖도록 약 6 rpm으로 계속해서 낮아졌으며, 따라서 오븐 온도는 최소 이득을 갖는 약 350°F(약 177℃)로 계속해서 낮아졌다. 상기 회전속도는 추가의 이득을 갖는 약 35분으로 가열 시간의 증가에 따라 다시 약 4 rpm으로 다시 낮아졌다. 회전속도의 편차는 기껏해야 최저였으며 교차 결합은 저온에서 발생하지 않아서 그 온도는 합당한 분리를 얻기 위해 회전속도를 계속해서 낮추면서 점진적으로 증가되었다. MDPE를 HDPE로 교체한 것은 훨씬 더 많은 허용가능한 분리를 달성했으나 최내층 표면의 보다 열악한 품질을 초래했으며, XLPE의 크기 증가로 훨씬 더 큰 개선을 촉진시켰다. 허용가능한 분리는 약 1.75 파운드의 약 0.038 인치(약 0.8 킬로그램 및 0.97 mm)의 블랙 XLPE 미세 펠릿 및 약 1.5 파운드(약 0.68 킬로그램)의 HDPE를 사용하여 약 30분의 가열 시간 동안 약 450°F(약 232℃)의 오븐에서 그리고 오븐 온도를 약 7분 동안 약 475°F(약 246℃)으로 증가시키고 4:1.2의 회전비와 약 1.75 rpm의 놀랄만한 회전속도에서 적어도 달성되었다. 이들 조건들은 최내층 표면적의 훨씬 더 균일한 레이-다운에서도 반복되나 HDPE는 MDPE로 교체된다. 그 결과, 화이트 MDPE 또는 HDPE 어는 것도 블랙 XLPE의 외측을 통해 관통되지 않았다. 보조 사이층(minor interlayer)이 두 재료의 경계면에서 관찰되었다. 탱크의 외면이 교차 결합된 XLPE이고 내측 탱크면이 MDPE 또는 HDPE인 두 개의 주요 층의 형성이 달성되었다. 추가 이익은 경계면에 있는 작은 사이 층이 양립되지 않는 재료의 부착을 보다 양호하게 촉진한다는 점에서 XLPE 및 폴리에스터와 같은 덜 양립적인 재료의 사용으로 발견되었다.
신중하게, 다음 층으로의 하나 층의 어떠한 관통에 대한 배리어 특성 또는 어떤 중요한 회피 특성이 각각의 별도의 층의 도입으로 가장 잘 유지되는 절대적이고 독특한 2층 또는 다층 몰딩이 필요하다. 부착 문제는 그와 같은 불양립적이거나 제한된 양립성을 갖는 층들 사이에 접착제로서의 역할을 하는 용융가능한 접착 층의 도입으로 현저히 개선된다.
중요한 층의 형성을 선도하는 것에 대한 평가는 광대한 장식 효과를 달성하는데 우수한 통로를 제공한다. 폴리카보네이트와 다른 세정 재료(예를 들어, PETG), 특히 비정질 재료는 독특하고 비범한 장식물을 도입하기 위해 다른 형상의 펠릿 또는 고융점 펠릿과 합체될 수 있는 깨끗한 몰딩 아이템을 형성한다. 전술한 폴리에스터와 같은 유사한 융점의 비정질 및 결정질 재료의 혼합물은 회전비의 작은 변경에 따라 변화되는 소용돌이 패턴이 독특하게 포함된 탱크를 초래한다. 비범한 염색 효과는 전술한 변경된 레이어링 효과의 성분들에 염료 또는 다른 염료를 결합시킴으로써 달성될 수 있다. 하나 또는 그보다 많은 차원으로 억제된 록 앤 롤의 사용으로 다른 색깔의 다른 재료 또는 유사한 재료가 쌓일 수 있는 국부 영역에 한 층의 레이-다운을 가능하게 한다. 아주 작은 용융물과 낮은 용융 지수의 미세 펠릿의 사용으로 비범한 패턴의 아이템을 형성하도록 다른 낮은 용융 재료로 투과할 수 있는 특별히 강한 탱크를 제공한다는 것이 발견되었다. 장식적 조합은 단축, 이축, 또는 다축 성능을 연속적이고 원형의 회전 또는 진동운동 및 아치형 운동에 이용하는데 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들은 본 발명에서 설명된 제재, 공정 단계, 및 재료들이 다소 변화될 수 있으므로, 본 발명에서 설명된 특정 제재, 공정 단계, 및 재료에 한정되지 않는다. 도한, 본 발명에 사용된 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명할 목적으로 사용된 것이며 상기 용어는 본 발명의 다수의 실시예들의 범주가 첨부된 특허청구범위와 그의 균등한 것에 의해서만 한정되므로, 한정적인 의미로 사용된 것이 아니다. 예를 들어, 온도, 펠릿 크기, 및 시간 변수들은 사용된 특정 재료에 따라 변경될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 실시예들이 예시적인 실시예를 참조하여 상세히 설명되었지만, 본 기술 분야의 당업자들은 변경예 및 변형예들이 첨부된 특허청구범위에 정의된 바와 같은 설명의 범주 내에서 실시될 수 있다고 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 다수의 실시예들의 범주는 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니며 다음의 특허청구범위 및 그의 균등한 내용에 의해서만 정의되는 것이다.

Claims (68)

  1. 하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물로서,
    상기 하나 이상의 층을 형성할 수 있는 하나 이상의 화학 조성물을 가지는, 펠릿, 미세 펠릿, 분말, 또는 이들 중 하나 이상을 포함하는 조합물을 포함하며,
    각각의 상기 하나 이상의 층을 위한 상기 하나 이상의 화학 조성물이 상기 펠릿, 미세 펠릿, 또는 분말 이외에 약 20 중량%보다 적은 성분을 포함하며,
    각각의 상기 하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하는데 사용되는 상기 펠릿, 미세 펠릿, 또는 분말은 각각의 상기 층이 인접한 층과 조성적으로 상이하도록 각각의 층에 대해 조성적으로 상이하며,
    상기 최소 전단 몰딩 조성물에 의해 형성되는 층은 원 사이즈(one size) 펠릿과 원 사이즈 미세 펠릿의 조합으로만 구성되지 않으며,
    상기 최소 전단 몰딩 조성물에 의해 형성되는 층은 분말로만 구성되지 않는,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 화학 조성물이 폴리머, 코폴리머, 첨가제, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 화학 조성물은 반응성 작용기를 갖는 폴리머를 포함하는,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 화학 조성물 중의 상기 폴리머 또는 코폴리머는 비정질, 결정질, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응성 작용기는 교차 결합가능한,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응성 작용기는 화학 반응에 의해 변경되는,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머는 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리에테르, 셀룰로오스, 및 이들의 코폴리머로 구성되는 그룹으로부터 선택되는,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머는 초저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 알킬-및 아릴-치환형 비닐릭, 할로겐화 및 폴리할로겐화 비닐릭, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 알콜, 및 이들의 코폴리머로 구성되는 그룹으로부터 선택되는,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    첨가제는 유동 조정제, 교차 결합 촉진제, 산화 방지제, 자외선 안정제, 열 안정제, 염료, 필러, 화이버, 핵생성제, 팽창제, 점착성 부여제, 점착성 부여 방지제, 펠릿 코팅, 가소제, 왁스, 처리 보조제, 및 펠릿타이징 보조제로 구성되는 그룹으로부터 선택되는,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첨가제는 단일 성분 제재인,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첨가제는 다중 성분 제재인,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    펠릿, 미세 펠릿, 또는 상기 펠릿과 미세 펠릿을 더 포함하며,
    상기 펠릿, 미세 펠릿, 또는 펠릿과 미세 펠릿은 하나 보다 많은 조성 및 하나보다 많은 기하학적 구성을 포함하는,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    펠릿, 미세 펠릿, 또는 상기 펠릿과 미세 펠릿을 더 포함하며,
    상기 펠릿, 미세 펠릿, 또는 펠릿과 미세 펠릿은 기하학적 구성에서 렌즈 모양의 구형인,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    펠릿, 미세 펠릿, 또는 상기 펠릿과 미세 펠릿을 더 포함하며,
    상기 펠릿, 미세 펠릿, 또는 펠릿과 미세 펠릿은 약 0.5 중량%보다 적게 미세물을 포함하는,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최소 전단 몰딩 조성물은 분말을 포함하지 않는,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펠릿은 약 0.7 mm 내지 약 3.5 mm의 가장 긴 횡단면 평균 치수를 가지는,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펠릿은 약 0.7 mm 내지 약 1.6 mm의 가장 긴 횡단면 평균 치수를 가지는,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펠릿은 약 0.7 mm 내지 약 1.0 mm의 가장 긴 횡단면 평균 치수를 가지는,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 펠릿은 약 0.7 mm와 같거나 더 적은 가장 긴 횡단면 평균 치수를 가지는,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최소 전단 몰딩 조성물에 의해 형성되는 상기 하나 이상의 층 각각은 하나의 화학 조성과 하나의 크기를 가지는,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분말 입자의 평균 크기는 상기 펠릿 또는 미세 펠릿의 평균 크기보다 큰,
    하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하기 위한 최소 전단 몰딩 조성물.
  22. 최소 전단 몰딩 방법으로서,
    펠릿, 미세 펠릿, 분말, 또는 이들 중 하나 이상을 포함하는 조합물을 제공하는 단계, 및
    상기 펠릿, 미세 펠릿, 또는 분말로 몰딩된 부품의 하나 이상의 층을 동시에 형성하는 단계를 포함하며,
    각각의 상기 하나 이상의 층을 위한 조성물이 상기 펠릿, 미세 펠릿, 또는 분말 이외에 약 20 중량%보다 적은 성분을 포함하며,
    각각의 상기 하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하는데 사용되는 상기 펠릿, 미세 펠릿, 또는 분말은 각각의 상기 층이 인접한 층과 조성적으로 상이하도록 각각의 층에 대해 조성적으로 상이하며,
    상기 층은 원 사이즈(one size) 펠릿과 원 사이즈 미세 펠릿의 조합으로 구성되지 않으며,
    상기 층은 분말로만 구성되지 않는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 몰딩된 부품의 내측 표면은 유동 불규칙성이 없이 부드러운,
    최소 전단 몰딩 방법.
  24. 제 22항 또는 제 23 항에 있어서,
    상기 분말은 제공되지 않는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  25. 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펠릿은 약 0.7 mm 내지 약 3.5 mm의 가장 긴 횡단면 평균 치수를 가지는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  26. 제 22 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펠릿은 약 0.7 mm 내지 약 1.6 mm의 가장 긴 횡단면 평균 치수를 가지는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  27. 제 22 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펠릿은 약 0.7 mm 내지 약 1.0 mm의 가장 긴 횡단면 평균 치수를 가지는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  28. 제 22 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 펠릿은 약 0.7 mm와 같거나 더 적은 가장 긴 횡단면 평균 치수를 가지는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  29. 제 22 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펠릿, 미세 펠릿, 또는 펠릿과 미세 펠릿은 기하학적 구성에서 렌즈 모양의 구형인,
    최소 전단 몰딩 방법.
  30. 제 22 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펠릿, 미세 펠릿, 또는 펠릿과 미세 펠릿은 약 0.5 중량%보다 적게 미세물을 포함하는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  31. 제 22 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    몰딩된 부품의 하나 이상의 층을 동시 형성하는 단계는 비교 조성물의 35 메쉬 분말에 대한 몰딩 온도의 적어도 약 25 ℃ 미만의 온도에서 발생되는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  32. 제 22 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    몰딩된 부품의 하나 이상의 층을 동시 형성하는 단계는 비교 조성물의 35 메쉬 분말에 대한 몰딩 온도의 적어도 약 50 ℃ 미만의 온도에서 발생되는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  33. 제 22 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    몰딩된 부품의 하나 이상의 층을 동시 형성하는 단계는 비교 조성물의 35 메쉬 분말에 대한 몰딩 온도의 적어도 약 75 ℃ 미만의 온도에서 발생되는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  34. 제 22 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    몰딩된 부품의 하나 이상의 층을 동시 형성하는 단계는 비교 조성물의 35 메쉬 분말에 대한 몰딩 온도의 적어도 약 100 ℃ 미만의 온도에서 발생되는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  35. 제 22 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    몰딩비는 비교 조성물의 35 메쉬 분말의 몰딩비와 관련된 것으로, 약 5:1 내지 약 3:1인,
    최소 전단 몰딩 방법.
  36. 제 22 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    몰딩 회전 속도는 비교 조성물의 35 메쉬 분말의 몰딩 회전 속도과 관련된 것으로, 약 1.75 rpm 내지 약 6 rpm 인,
    최소 전단 몰딩 방법.

  37. 제 22 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최소 전단 몰딩은 하나 이상의 축선에서의 회전으로 발생하는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  38. 제 22 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최소 전단 몰딩은 두 개 이상의 축선에서의 회전으로 발생하는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  39. 제 22 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최소 전단 몰딩은 두 개보다 많은 축선에서의 회전으로 발생하는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  40. 제 22 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최소 전단 몰딩은 회전으로 발생되며, 하나 이상의 축선에서 연속적이고 원형인,
    최소 전단 몰딩 방법.
  41. 제 22 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최소 전단 몰딩은 회전으로 발생되며, 하나 이상의 축선에서 아치형이고 진동적인,
    최소 전단 몰딩 방법.
  42. 제 22 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최소 전단 몰딩은 회전으로 발생되며, 두 개 이상의 축선에서 아치형이고 진동적인 것과 조합된 연속적이고 원형인,
    최소 전단 몰딩 방법.
  43. 제 22 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최소 전단 몰딩은 두 개 이상의 축선에서 회전 및 연속적으로 발생되는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  44. 제 22 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최소 전단 몰딩은 두 개 이상의 축선에서 회전으로 발생되며, 상이한 축선에서의 회전 속도는 상이한,
    최소 전단 몰딩 방법.
  45. 제 22 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서,
    일부분의 층들은 아치형 및 진동 운동을 이용하여 형성되는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  46. 제 22 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서,
    층들은 성분들의 계속적인 추가에 의해 형성되는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  47. 제 22 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서,
    층들 사이의 경계면은 부드러운,
    최소 전단 몰딩 방법.
  48. 제 22 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서,
    성분의 계속적인 추가는 제어된 방출에 의해 수동으로 수행되는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  49. 제 22 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서,
    성분의 계속적인 추가는 제어된 방출에 의해 열적으로 수행되는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  50. 제 22 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰딩된 부품의 냉각 및 저장시에 상기 펠릿, 미세 펠릿, 또는 분말로부터 형성된 층들의 분리를 제한하도록 상기 펠릿, 미세 펠릿, 또는 분말로부터 형성된 층들 사이에 접착 층을 몰딩하는 단계를 더 포함하는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  51. 제 22 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모든 층들을 위한 모든 성분들이 성분들의 연속적인 추가 없이 층들을 형성하도록 상기 몰드 내측에 동시에 충전되는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  52. 제 22 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 있어서,
    개별 층들로의 분리는 차등 용융물 점성, 용융물 밀도, 펠릿 크기, 펠릿 밀도, 소프트닝 온도, 용융 온도, 극성, 성분 불혼화성, 표면 동역학, 또는 표면 습윤 중 하나 이상으로부터 달성되는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  53. 제 22 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 있어서,
    개별 층들로의 분리는 회전 속도, 회전비, 조성, 몰딩 공정 온도, 또는 몰딩 공정 시간 중 하나 이상의 변동에 의해 달성되는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  54. 제 22 항 내지 제 53 항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 인접 층들의 접착은 상기 두 개의 인접 층들 사이의 경계면에서의 혼합에 의해 달성되는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  55. 제 22 항 내지 제 54 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰딩된 부품의 몰드는 배기되는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  56. 제 22 항 내지 제 55 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰드에 재료를 첨가하는 것은 상기 배기구를 통해 달성되는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  57. 제 22 항 내지 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰딩된 부품을 교차 결합시키는 단계를 더 포함하는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  58. 제 22 항 내지 제 57 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰딩된 부품 중의 하나 이상의 층 내에 발포제를 확장시키는 단계를 더 포함하는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  59. 제 22 항 내지 제 58 항 중 어느 한 항에 있어서,
    용융되지 않은 하나 이상의 조성물을 제공하는 단계를 더 포함하는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  60. 제 22 항 내지 제 59 항 중 어느 한 항에 있어서,
    표면 패터닝 및 색조의 변화가 가능하도록 조성 및 몰딩 조건을 선택하는 단계를 더 포함하는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  61. 제 22 항 내지 제 60 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성과 몰딩 조건을 선택하는 단계는 장식적이고 기능적인 3차원 몰딩 부품을 제공하는, 특대 펠릿, 저 용융 지수 펠릿, 및 부분 용융 펠릿의 사용 중 하나 이상을 포함하는,
    최소 전단 몰딩 방법.
  62. 제 22 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분말 입자의 평균 크기는 상기 펠릿 또는 미세 펠릿의 평균 크기보다 큰,
    최소 전단 몰딩 방법.
  63. 펠릿화, 이송, 및 펠릿의 건조가 열화, 조기 반응, 팽창, 조기 교차 결합되지 않도록, 또는 최소 전단 몰딩에 사용하기 위한 폴리머 및 코폴리머의 화학 조성물을 변경하지 않도록 대략 균일한 직경을 갖는 구멍의 다중 오리피스 다이를 통한 압출을 달성하기 위해 가열 또는 냉각할 수 있는, 고도로 조절되는 혼합 스테이지를 포함하는,
    장치.
  64. 제 63 항에 있어서,
    상기 화학 조성물은 다이 면 둘레의 원주상에 그리고 단수로서 중심에 위치되는 복수의 대략 균일한 직경의 구멍을 통해 압출되는,
    장치.
  65. 제 63 항 또는 제 64 항에 있어서,
    상기 화학 조성물은 다이 면 주위의 복수 그룹의 포드(pod) 내의 원주상에 동심으로 위치되는 복수의 대략 균일한 직경의 구멍을 통해 압출되는,
    장치.
  66. 제 63 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합 스테이지는 가압 및 여과 성능을 더 포함하는,
    장치.
  67. 하나 이상의 층을 포함하는 회전 몰딩되는 물품으로서,
    상기 물품의 하나 이상의 층들 각각은 펠릿, 미세 펠릿, 분말, 또는 이들 중 하나 이상을 포함하는 조합물을 포함하는 하나 이상의 화학 조성물로 형성되며,
    각각의 상기 하나 이상의 층을 위한 상기 하나 이상의 화학 조성물이 상기 펠릿, 미세 펠릿, 또는 분말 이외에 약 20 중량%보다 적은 성분을 포함하며,
    각각의 상기 하나 이상의 층을 최소 전단 몰딩하는데 사용되는 상기 펠릿, 미세 펠릿, 또는 분말은 각각의 상기 층이 인접한 층과 조성적으로 상이하도록 각각의 층에 대해 조성적으로 상이하며,
    상기 최소 전단 몰딩 조성물에 의해 형성되는 층은 원 사이즈(one size) 펠릿과 원 사이즈 미세 펠릿의 조합으로만 구성되지 않으며,
    상기 최소 전단 몰딩 조성물에 의해 형성되는 층은 분말로만 구성되지 않는,
    하나 이상의 층을 포함하는 회전 몰딩되는 물품.
  68. 제 67 항에 있어서,
    상기 분말 입자의 평균 크기는 상기 펠릿 또는 미세 펠릿의 평균 크기보다 큰,
    하나 이상의 층을 포함하는 회전 몰딩되는 물품.
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