KR20100101169A

KR20100101169A - 조립용 다이스, 조립장치, 및 발포성 열가소성수지 입자의 제조방법

Info

Publication number: KR20100101169A
Application number: KR1020107017424A
Authority: KR
Inventors: 야스마사 아사노; 마사토시 야마시타
Original assignee: 세키스이가세이힝코교가부시키가이샤
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2010-09-16
Also published as: CN101945742A; KR101210768B1; TW200946310A; WO2009104671A1; TWI359068B; JPWO2009104671A1; CN101945742B; JP5048793B2

Abstract

수중 핫 커트 방식에 의해 조립하는 조립장치(T)에 사용되는 조립용 다이스(1)는, 냉각매체에 접촉하여 설치된 수지 토출면(13)과, 압출기(2)에 연통하는 복수의 수지 유로(14, 14,···)와, 수지 유로(14)와 연통하고 수지 토출면(13)으로 개구하는 노즐(15, 15,··· )과, 수지 토출면(13)의 근방에 설치된 복수의 카트리지 히터(17) 및 짧은 히터(18)를 구비한다.
수지 유로(14)는, 수지 토출면(13) 상에서의 가상원의 원주를 따라 배치되고, 카트리지 히터(17) 및 짧은 히터(18)는, 수지 유로(14)의 원주의 둘레방향 양측에 배치됨과 아울러, 길이방향을 원주의 지름방향으로 향하여 원주를 횡단한 상태로 배치되어 있다. 본 발명에 의하면, 핫 커트법에 의한 조립용 다이스에서, 노즐의 막힘을 방지하고, 균일한 입경의 입자를 효율 좋게 생산할 수 있다.

Description

조립용 다이스, 조립장치, 및 발포성 열가소성수지 입자의 제조방법 {GRANULATION DIE, GRANULATOR, AND METHOD FOR PRODUCING FOAMABLE THERMOPLASTIC RESIN PARTICLE}

본 발명은 핫 커트(hot cut)법에 의해 열가소성수지의 입자를 성형하기 위한 조립용(造粒用) 다이스, 조립(造粒)장치, 및 발포성 열가소성수지 입자의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은, 2008년 2월20일에 일본에 출원된 특원 2008-39116호에 의거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에서 채용한다.

종래, 열가소성수지의 펠릿(pellet)을 성형하기 위한 장치(펠릿다이저로 칭해진다.)로서, 압출기와, 이 압출기의 선단에 설치되어 있는 다이스와, 카터 등을 구비하여 구성되고, 압출기에 의해 용융혼련(鎔融混練)된 수지재료를 다이스에서 압출하고, 그것을 카터(cutter)로 절단하여, 소망의 크기의 펠릿을 제조하는 장치가 일반적으로 알려져 있다.

다이스의 노즐로부터 압출되는 수지재료의 커트(cut)법으로서 핫 커트법이 있다.

이 핫 커트법은, 복수 개의 노즐이 개구되어 있는 다이스 선단면을 순환하는 물흐름과 접촉시켜, 물흐름 중으로 압출된 직후의 고온의 수지를 카터로 절단하는 방법이다. 핫 커트법에 의한 조립(造粒)에서는, 수지가 충분히 경화되어 있지 않은 상태에서 절단되기 때문에, 수지의 분체화(分體化)가 일어나지 않지 않는데다가 구상(球狀)의 입자를 얻을 수 있는 이점이 있다.

그러나, 핫 커트법에서는 다이스의 수지 토출면이 물흐름과 접촉해 있으므로, 여기에서 열이 물흐름 측으로 빼앗겨, 다이스의 내부가 부분적으로 수지의 융점이하의 온도로 내려가는 일이 있다. 그 결과, 노즐이 막히고, 생산성이 저하된다. 또한, 노즐막힘에 의해, 입자의 입경에 불균일이 생기고, 품질을 떨어뜨리는 일도 있다. 더욱이, 막힘이 많게 되면, 다이스로부터의 수지의 압출압력이 비정상적으로 높게되고, 다이스의 내압(耐壓)한계를 넘어 압출이 불가능하게 되는 일도 있다.

종래, 핫 커트법에 의한 조립에 사용되는 조립용 다이스에 있어서, 노즐의 막힘을 방지하기 위한 기술로서, 예를 들면, 특허문헌 1,2에 개시된 기술이 제안되었다.

특허문헌 1에는, 원모양으로 배치된 노즐의 중심위치에, 노즐의 수지 유로와 같은 방향으로 봉모양 히터(heater)를 배치한 조립용 다이스가 개시되어 있다. 봉모양 히터를 배치함으로써, 히터와 각 노즐이 등(等)거리가 되며, 각 노즐이 균일하게 가열된다. 그 때문에, 노즐의 막힘이 발생하기 어렵게 되고, 저 압력 손실 및 수중에서의 압출 스타트를 가능하게 하여, 양질의 펠릿을 얻을 수 있다.

특허문헌 2에는, 다이스에 의해 압출한 용융수지를 회전커터에 의해 절단하여 수지 입자로 하는 열가소성수지 입자의 제조방법에 있어서, 다이스 표면에 단열재를 설치한 구조에 대해서 개시하고 있다.

또한, 특허문헌 1,2 모두 발포제를 함유하지 않은 조립을 행하고 있다.

특허문헌 1: 일본 특개평7-178726호 공보

특허문헌 2: 일본 특개평5-301218호 공보

그러나, 특허문헌 1, 2에 개시된 종래의 기술에는, 다음과 같은 문제가 있다.

즉, 압축기안에서 발포제를 혼합하여, 발포성 수지 입자를 얻으려고 하는 경우, 다이스에서 토출되는 발포제 함유 수지 조성물의 발포를 억제할 필요가 있다. 그 때문에, 커팅실(챔버) 내로의 순환수(냉각수)의 수온은, 비발포 수지 입자의 경우(80 ~ 90℃)보다 낮게 하지 않으면 안된다(30 ~ 40℃). 또한, 발포제에 의해 수지의 용융점도가 저하되기 때문에, 다이스 표면에 커터날을 접촉(압착)시키지 않고 조립(造粒)하는 것은 곤란하다.

특허문헌 1에 개시된 종래기술은, 봉(棒)모양 히터의 선단이 다이스의 수지토출면에 근접하도록 봉모양 히터를 배치하고 있지만, 봉모양 히터는, 그 구조상, 니크롬(nichrome)선을 선단부까지 설치할 수 없기 때문에, 히터 선단부는 발열되지 않는다. 그 때문에, 발포성 수지 입자를 조립하는 경우, 이 다이스 구조에서는, 가장 가온(加溫)이 필요한 다이스 선단부의 수지 토출면을 충분히 가온하기 어렵고, 막힘을 방지할 수 없다.

또한, 특허문헌 2에 개시된 종래기술에서는, 발포제를 혼합하지 않은 단순한 수지 펠릿의 제조에 대하여 기재한 것이다. 한편, 상술한 대로, 발포성 열가소성수지 입자를 조립하는 경우에는, 단순한 수지 펠릿의 경우와는 달리, 입자의 발포를 억제할 필요때문에, 순환수의 온도를 40℃이하로 하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 수지온도와 순환수 온도의 차가 크게 되어, 단열재만으로는 물흐름에 의한 다이스 선단부의 탈열(奪熱)을 충분히 억제할 수 없어, 노즐의 막힘이 쉽게 발생하게 된다. 또한, 상술한 바와 같이, 발포성 열가소성수지 입자의 제조에 있어서는, 발포제에 의해 수지가 연화(軟化)하기 때문에, 다이스 표면에 카터날을 접촉시켜서(압착시켜서) 토출된 수지를 절단할 필요가 있다. 특허문헌 2에 개시된 것 같은, 표면을 단열재로 덮은 다이스 구조에서는, 카터날에 의해 단열재가 단시간에 마모되어 버려, 다이스의 내구성에 문제가 있다.

본 발명은, 상술한 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 핫 커트법에 의한 조립용 다이스에 있어서 노즐의 막힘을 방지하고, 균일한 입경의 입자를 효율좋게 생산할 수 있도록 한 조립용 다이스, 조립장치, 및 발포성 열가소성수지 입자의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 조립용 다이스에서는 이하의 구성을 채용한다. 즉, 이 조립용 다이스는, 냉각매체에 접촉하여 설치된 수지 토출면과, 수지 공급장치에 연통하는 복수의 수지 유로(流路)와, 수지 유로와 연통하여 수지 토출면으로 개구하는 노즐과, 수지 토출면의 근방에 설치된 복수의 카트리지 히터를 구비한다. 또한, 수지 유로가 수지 토출면 상에서 가상(假想)원의 원주를 따라 배치되고, 카트리지 히터는, 수지 유로의 원주의 둘레방향 양측에 배치됨과 아울러, 길이방향을 원주의 지름방향으로 향하게 하여 원주를 횡단(橫斷)한 상태로 배치되어 있다.

또한, 본 발명에 의한 조립용 다이스에서는, 카트리지 히터는, 8개 이상 설치되어 있고, 각각의 중심각이 45°이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 조립용 다이스에서는, 카트리지 히터는, 수지 토출면으로부터 10 ~ 50mm의 위치에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 조립용 다이스에서는, 수지 유로의 단면형상은, 그 외곽에 직선부를 갖고, 직선부가 카트리지 히터의 길이방향과 대략 평행하게 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 조립용 다이스에서는, 수지 유로에는, 그 상기 단면형상을 따라 복수 개의 노즐이 설치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 조립용 다이스에서는, 적어도 냉각매체의 물흐름 방향의 상류측과 하류측에 온도 센서가 설치되며, 온도 센서의 측정온도에 의거하여, 카트리지 히터를 개별로 온 오프 제어하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 조립장치는, 상술한 조립용 다이스와, 조립용 다이스를 선단에 설치한 수지 공급장치와, 조립용 다이스의 노즐로부터 토출되는 수지를 절단하는 카터가 수용됨과 아울러, 조립용 다이스의 수지 토출면에 냉각매체를 접촉시키는 챔버를 구비한다.

또한, 본 발명에 의한 발포성 열가소성수지 입자의 제조방법은, 상술한 조립용 다이스를 설치한 수지 공급장치에 열가소성수지를 공급하여 용융혼련시키는 공정과, 열가소성수지를 조립용 다이스로 향하여 이동시키면서 열가소성수지에 발포제를 주입하여 발포제 함유 수지를 형성하는 공정과, 조립용 다이스의 노즐로부터 토출되는 발포제 함유 수지를 카터에 의해 냉각매체 안에서 절단하여 발포성 열가소성수지 입자를 얻는 공정을 갖는다.

또한, 본 발명에 의한 발포성 열가소성수지 입자의 제조방법에서는, 적어도 냉각매체의 물흐름 방향의 상류측과 하류측의 다이스 온도를 측정하고, 각각의 측정값이 같아지도록, 각 카트리지 히터를 개별로 온 오프 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 열가소성수지 발포 입자의 제조방법은, 상술한 조립용 다이스를 설치한 수지 공급장치에 열가소성수지를 공급하여 용융혼련시키는 공정과, 열가소성수지를 조립용 다이스로 향하여 이동시키면서, 열가소성수지에 발포제를 주입하여 발포제 함유 수지를 형성하는 공정과, 조립용 다이스의 노즐로부터 토출되는 발포제 함유 수지를 카터에 의해 냉각매체 안에서 절단하여 발포성 열가소성수지 입자를 얻는 공정과, 발포성 열가소성수지 입자를 예비발포하여 열가소성수지 발포 입자를 얻는 공정을 갖는다.

또한, 본 발명에 의한 열가소성수지 발포 성형체의 제조방법은, 상술한 조립용 다이스를 설치한 수지 공급장치에 열가소성수지를 공급하여 용융혼련시키는 공정과, 열가소성수지를 조립용 다이스로 향하여 이동시키면서, 열가소성수지에 발포제를 주입하여 발포제 함유 수지를 형성하는 공정과, 조립용 다이스의 노즐로부터 토출되는 발포제 함유 수지를 카터에 의해 냉각매체 안에서 절단하여 발포성 열가소성수지 입자를 얻는 공정과, 발포성 열가소성수지 입자를 가열하여 예비 발포시켜 열가소성수지 발포 입자를 얻는 공정과, 열가소성수지 발포 입자를 틀(型)내 발포 성형하여 열가소성수지 발포 성형체를 얻는 공정을 갖는다.

또한, 본 발명에 의한 발포성 열가소성수지 입자는, 상술한 발포성 열가소성수지입자의 제조방법에 의해 얻어진 발포성 열가소성 수지 입자이다.

또한, 본 발명에 의한 열가소성수지 발포 입자는, 상술한 발포성 열가소성수지 입자를 예비발포하여 얻어진 열가소성수지 발포 입자이다.

또한, 본 발명에 의한 열가소성수지 발포 성형체는, 상술한 열가소성수지 발포 입자를 틀내 발포 성형하여 얻어진 열가소성수지 발포 성형체이다.

본 발명의 조립용 다이스, 조립장치, 및 발포성 열가소성수지 입자의 제조방법에 의하면, 수지 유로 및 노즐이 카트리지 히터에 의해 양측에서 끼워진 상태에서 가열된다. 그 때문에, 수지 유로의 한쪽 만이 가열되는 일 없이, 양쪽에서 등거리로 균등하게 가열할 수 있다. 그 결과, 노즐의 막힘을 억제할 수 있고, 막힘에 의한 생산효율의 저하를 개선하고, 균일한 입경의 고품질인 입자를 제조하는 것이 가능하게 된다.

[도 1] 본 발명의 실시형태에 의한 조립장치의 구성도이다.
[도 2] 본 발명의 실시형태에 의한 조립용 다이스의 개략구성을 나타내는 측단면도이다.
[도 3]도 2의 다이스 본체의 수지 토출면을 나타내는 측면도이다.
[도 4]노즐의 배치상태의 일 예를 나타내는 도면이다.
[도 5]본 실시형태의 변형 예에 의한 노즐의 배치상태의 일예를 나타내는 도면으로, 도 4에 대응하는 도면이다.
[도 6a]비교예 1에서 사용한 다이스의 단면도이다.
[도 6b]비교예 1에서 사용한 다이스의 수지 토출면을 나타내는 측면도이다.
[도 7a]비교예 2에서 사용한 다이스의 단면도이다.
[도 7b] 비교예 2에서 사용한 다이스의 수지 토출면을 나타내는 측면도이다.
[도 8a]비교예 3에서 사용한 다이스의 단면도이다.
[도 8b]비교예 3에서 사용한 다이스의 수지 토출면을 나타내는 측면도이다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

이하, 본 발명의 실시형태에 의한 조립용 다이스, 조립장치, 및 발포성 열가소성수지 입자의 제조방법에 대하여, 도 1 내지 도 4에 의거하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 조립장치의 구성도, 도 2는 본 발명의 실시형태에 의한 조립용 다이스의 개략 구성을 나타내는 측단면도, 도 3은 도 2의 다이스 본체의 수지 토출면을 나타내는 측면도, 도 4는 노즐의 배치상태를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 의한 조립장치(T)는, 수중 핫 커트(hot cut)방식에 의해 조립(造粒)하는 조립장치(T)이며, 본 발명의 실시형태에 의한 조립용 다이스(1)를 채용한 것이다.

본 조립장치(T)는, 조립용 다이스(1)가 선단에 설치된 압출기(2)(수지 공급장치)와, 조립용 다이스(1)의 노즐(15)로부터 토출되는 수지(본 실시형태에서는 발포제 함유 수지(20))를 절단하는 카터(3)가 수용됨과 아울러, 조립용 다이스(1)의 수지 토출면(13)에 물흐름을 접촉시키기 위한 챔버(4)를 구비하고 있다. 챔버(4)에는, 순환수를 흐르게 하기 위한 관로(5)가 접속되고, 이 관로(5)의 일단(챔버(4)보다 상류측)이, 송수(送水)펌프(6)를 통해 수조에 접속되어 있다. 또한, 관로(5)의 타단(챔버(4)보다 하류측)에는, 순환수에서 발포성 열가소성수지 입자를 분리하여, 탈수·건조하는 탈수처리부(8)가 설치되어 있다. 이 탈수처리부(8)에서 분리되어, 탈수·건조된 발포성 열가소성수지 입자는, 용기로 보내진다. 그리고, 부호 21은 호퍼, 22는 발포제 공급구, 23은 고압 펌프이다.

또한, 조립장치(T) 및 조립용 다이스(1)에서, 수지가 토출되는 쪽을 「선방」,「선단」으로 하고, 그 반대쪽을 「후방」,「후단」으로 하여 이하의 설명에서는 통일하여 사용한다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 조립용 다이스(1)는, 다이스 본체(10)와 압출기(2)의 선단측(도면 중 우측)에 고정된 다이홀더(11)로 이루어지고, 다이스 본체(10)가 다이홀더(11)의 선단측에 복수의 홀더 (12,12 ···)에 의해 고정되어 있다.

다이홀더(11)는, 압출기(2)의 실린더에 연통되어 설치되고, 후단측에서 선단측으로 향하여 후단측 유로(11a) 선단측 유로(11b)가 그 순서로 형성되어 있다. 다이스 본체(10)는, 후단면 중앙부에서, 후방측으로 돌출하여 이루어진 원추상 凸부(10a)가 형성되어, 다이스 본체(10)와 다이홀더(11)가 접속한 상태에서 다이홀더(11)의 선단측 유로(11b) 내에, 소정 틈을 가지고 원추상 凸부(10a)가 삽입되어 있다. 즉, 다이홀더(11)의 후단측 유로(11a)를 통과한 발포제 함유 수지(20)는 선단측 유로(11b)에서 원추상 凸부(10a)의 둘레면을 따라 흘러, 다이스 본체(10)의 후단면에 개구하는 복수의 수지 유로(14,14,···, 후술함)로 유입된다.

다이스 본체(10)는, 그 선단면에서 물흐름에 접촉하는 수지 토출면(13)과, 압출기(2)에서 압출된 발포제 함유 수지(20)를 수지 토출면(13)을 향해 이송하기 위한 복수의 수지 유로(14, 14, ···)와, 복수의 수지 유로(14, 14,···)의 선단에 설치됨과 아울러 수지 토출면(13)에 개구하는 복수의 노즐(15, 15··· )과, 수지 토출면(13)의 중심 위치에 설치된 단열재(16)와, 수지 토출면(13)보다도 압출기(2) 측의 위치에서 수지 토출면(13)이나 수지 유로(14)를 데우기 위한 카트리지 히터(17), 다이스 본체(10)를 데우기 위한 짤은(短) 히터(18)를 구비하여 개략 구성되어 있다.

카트리지 히터(17) 및 짧은 히터(18)는, 종래 주지의 카트리지 히터(17) 중에서 다이스 본체(10)의 크기와 형상에 따라 적당히 선택하여 사용할 수 있다. 즉, 카트리지 히터(17) 및 짧은 히터(18)로서는, 예를 들면, 봉모양의 세라믹으로 감겨진 발열선(니크롬선)을 파이프(내열 스테인레스 강)의 안으로 삽입하고, 발열선과 파이프의 틈을 고열전도성과 고절연성이 우수한 재료(MgO)로 봉입한, 전력밀도가 높은 봉모양 히터를 사용할 수 있다.

카트리지 히터(17) 및 짧은 히터(18)는, 한쪽에 리드선이 2개 있는 카트리지 히터(17)라도, 양쪽에 리드선이 1개씩 있는 카트리지 히터(17)(시스히터, sheathed heater)라도 좋지만, 한쪽에 리드선이 2개 있는 카트리지 히터(17) 쪽이 전력 밀도가 보다 높으므로 바람직하다.

다이스 본체(10)의 수지 토출면(13)의 중심부에는, 원형단면의 단열재(16)가 배치되고, 그 단열재(16)의 지름방향 외측에 복수의 노즐(15, 15 ··· )의 토출구를 동심원을 따라 설치하고 있다. 그리고, 단열재(16) 및 노즐(15, 15 ··· )이 배치된 수지 토출면(13)의 중앙부분은, 챔버(4) 내부에서 물과 접촉한다.

수지 유로(14, 14,···)는, 원형단면을 이루고, 수지 토출면(13)에 대하여 직교하는 방향으로 뻗음과 아울러, 다이스 본체(10)의 중심 축선을 중심으로 한 원주(수지 토출면(13) 상에서 가상원의 원주)를 따라 일정한 간격을 갖고 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 수지 유로(14, 14,···)는, 8개소 설치되어 있고, 상기 원주의 둘레방향에 이웃하는 수지 유로(14,14)끼리의 중심각이 45°로 이루어져 있다. 그리고, 상술한 바와 같이 각 수지 유로(14)는, 다이홀더(11)의 선단측 유로(11b)로 연통 되어 있다.

노즐(15, 15 ··· )은, 수지 토출면(13) 상에서 가상원의 원주를 따라 소정간격을 갖고 배치되어 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 구체적으로 1개소의 노즐(15)은, 수지 유로(14)의 단면형상의 범위 내에 복수의 단체(單體) 노즐(15a, 15b, 15c··· )이 임의로 배치된 노즐 유닛(본 발명에서는, 이것을 「노즐」이라고 한다)을 이루고 있다. 각 단체노즐(15a, 15b, 15c··· )의 배치방법은, 예를 들면 복수의 소(小) 원주상에 다수를 늘어 놓는 것 등을 채용할 수 있지만, 이러한 배치형태에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 단열재(16)는, 복수의 노즐(15, 15 ··· )을 배치한 원주의 내측의 수지 토출면(13)에 설치되어, 챔버(4) 내의 물로 다이스 본체(10)의 열이 빠져나가지 않도록 하여 다이스 본체(10)의 온도저하를 억제한다. 이 단열재(16)로서는, 내수성이 있고, 표면경도가 높은 구조의 단열재를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 고온의 다이스 본체(10)와 접속하여도 변형 등을 일으키지 않는 내열성능과 단열성능이 우수한 단열재를 배치하고, 이것을 단열성능이 우수한 불소수지 등의 방수성수지로 피복하고, 더욱이 수지 토출면(13)측에는, 스테인레스 강, 세라믹 등의 표면경도가 높은 재료를 차례로 적층한 적층타입의 단열재(16)를 사용할 수 있다.

카트리지 히터(17) 및 짧은 히터(18)는, 각각 봉모양 히터를 이루고, 카트리지 히터(17)가 짧은 히터(18)보다 조립용 다이스(1)의 선단 후단 방향으로 수지 토출면(13) 측에 위치해 있다.

카트리지 히터(17,17···)는, 수지 유로(14)의 상기 원주의 둘레방향 양측에 배치됨과 아울러, 길이방향을 원주의 지름방향으로 향하여 그 원주를 횡단한 상태로 배치되고, 수지 토출면(13)의 근방에서, 수지 토출면(13), 노즐(15), 및 수지 유로(14)를 가열하는 기능을 갖고 있다. 본 실시형태의 카트리지 히터(17,17···)는 각각이 원주방향으로 소정의 중심각(여기서는, 45°각도)을 가지고 8개 설치되어 있다.

즉, 개개의 노즐(15)은 2개의 카트리지 히터(17,17)에 의해 상기 원주의 둘레방향에서 끼워지도록 하여 배치되어 있다.

또한, 카트리지 히터(17)는, 수지 토출면(13)의 근방, 즉, 수지 토출면(13)에서 압출기(2) 측으로 향해 소정의 히터 깊이의 범위 내에 설치되어 있다. 여기서, 히터 깊이라 함은, 수지 토출면(13)에서 표면 가열용의 카트리지 히터(17)의 중심부까지의 거리(도 2에 나타낸 부호 L)이고, 수지 토출면(13)에서의 카트리지 히터(17)의 위치를 나타내고 있다. 히터 깊이는, 다이스의 가공면과 내구성에 지장이 없는 범위에서, 그 거리가 작은 편이 노즐의 폐색억제효과가 크게 되어 바람직하다. 즉, 히터 깊이로서는, 10 ~ 50 mm의 범위가 바람직하다. 10mm미만에서는 다이스의 가공면이나 내구성에 지장이 있을 가능성이 있으며, 50mm를 초과하면, 노즐의 폐색억제효과가 저하할 가능성이 있다. 더욱 바람직한 범위는, 15 ~ 30mm이다.

더욱이, 카트리지 히터(17)의 직경은, 발열용량을 확보할 수 있는 범위에서 작은 편이 수지 유로(14)의 단면적을 크게 할 수 있음과 아울러, 노즐수가 많게 되기 때문에 바람직하다. 즉, 카트리지 히터(17)의 직경으로는, 15mm이하가 바람직하지만, 10mm미만에서는 필요한 발열용량을 확보하기 어렵고 히터도 고가가 되기 때문에, 10mm ~ 15mm 가 바람직하며, 10mm ~ 12mm 가 더욱 바람직하다.

그리고, 카트리지 히터(17)의 길이는, 다이스 본체(10)의 반경방향에서, 배치되는 노즐(15)보다 중심측으로 뻗은 위치(즉, 적어도 카트리지 히터(17)의 선단부가 노즐(15)보다 중심측이 되는 위치)에서 다이스 본체(10)의 대략 외주까지의 위치로 된다.

짧은 히터(18, 18···)는, 각 카트리지 히터(17)에 대하여 소정간격을 갖고 후방측에 배치되고, 카트리지 히터(17)의 개수와 동수(8개)가 배치되며, 수지 유로(14)의 후방측을 가열하는 기능을 갖고 있다. 짧은 히터(18)의 길이는, 카트리지 히터(17)보다 짧다.

또한, 다이스 본체(10)에는, 수지 토출면(13)에 가까운 위치에서 상하좌우의 4개소에 열전대(熱電對) 등의 측온체(19)(19A, 19B, 19C, 19D)(온도 센서)가 설치되어 있다. 즉, 이들 측온체(19)의 측정온도에 의거하여 카트리지 히터(17)를 개개 온 오프 제어하여, 다이스 본체(10)를 온도 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 측온체(19)의 설치위치는, 수지 토출면(13)보다 후방이며, 카트리지 히터(17)보다 전방에 있는 것이 바람직하다. 설치장소는, 상하좌우의 4개소에 한정되지 않고, 상하의 2개소이어도 좋다. 더욱이, 짧은 히터(18)의 근처에, 짧은 히터(18)의 온도제어용으로 별도의 측온체(19', 도 2참조)를 설치하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상술한 조립용 다이스(1)를 설치한 조립장치(T)를 이용한 발포성 열가소성수지 입자, 열가소성수지 발포 입자, 및 열가소성수지 발포 성형체의 제조방법에 대하여 설명한다.

도 1에 나타낸 조립장치(T)에 사용하는 압출기(2)(수지 공급 장치)는, 종래 주지의 각종 압출기 중에서 조립(造粒)하는 수지의 종류 등에 따라 적당히 선택하여 사용할 수 있으며, 예를 들면 스크류를 이용하는 압출기 또는 스크류를 이용하지 않는 압출기 중 어느 것이라도 이용할 수 있다. 스크류를 이용하는 압출기로서는, 예를 들면, 단축식 압출기, 다축식 압출기, 벤트식 압출기, 텐덤식 압출기 등을 들 수 있다. 스크류를 이용하지 않는 압출기로서는, 예를 들면, 플랜져식 압출기, 기어펌프식 압출기 등을 들 수 있다. 또한, 어느 압출기라도 스타팅 믹서를 이용할 수 있다. 이들 압출기 중, 생산성의 면에서 스크류를 이용한 압출기가 바람직하다. 또한, 카터(3)를 수용한 챔버(4)도, 핫 커트법에서 이용되고 있는 종래 주지의 것을 이용할 수 있다.

본 발명에서, 열가소성수지의 종류는 한정되지 않지만, 예를 들면 폴리스틸렌계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 폴리에스테르계 수지, 염화비닐계 수지, ABS수지, AS수지 등을 단독 혹은 2종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 더욱이 수지 제품으로서 일단 사용되고 나서 회수하여 얻어진 열가소성수지인 회수 수지를 사용할 수도 있다. 특히 폴리스틸렌(GPPS), 하이임펙트폴리스틸렌(HIPS) 등의 폴리스틸렌계 수지가 적합하게 사용된다.

폴리스틸렌계 수지로서는, 예를 들면, 스틸렌, α-메틸 스틸렌, 비닐톨루엔, 클로로스틸렌, 에틸스틸렌, i-프로필스틸렌, 디메틸스틸렌, 브로모스틸렌 등의 스틸렌계 모노머(monomer)의 단독중합체 또는 이들의 공중합체 등을 들 수 있고, 스틸렌을 50질량% 이상 함유하는 폴리스틸렌계 수지가 바람직하며, 폴리스틸렌이 보다 바람직하다.

또한, 상기 폴리스틸렌계 수지로서는, 상기 스틸렌 모노머를 주성분으로 하는, 상기 스틸렌계 모노머와 이 스틸렌계 모노머와 공중합 가능한 비닐 모노머와의 공중합체이어도 좋고, 이러한 비닐 모노머로서는, 예를 들면, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 세틸(메타)아크릴레이트 등의 알킬(메타)아크릴레이트, (메타)아크리로니트릴, 디메틸마레에이트, 디메틸플루마레이트, 디에틸플루마레이트, 에틸플루마레이트 등, 디비닐벤젠, 알킬렐글리콜메타크리레이트 등의 이관(二官)성능 모노머 등을 들 수 있다.

또한, 폴리스틸렌계 수지가 주성분이라면, 다른 수지를 첨가해도 좋고, 첨가하는 수지로서는, 예를 들면, 발포 성형체의 내충격성을 향상시키기 위해서, 폴리부타디엔, 스틸렌-부타디엔 공중합체, 에틸렌-프로필렌-비공역디엔 삼차원 공중합체 등의 디엔계의 고무상 중합체를 첨가한 고무변성 폴리스틸렌계 수지, 즉, 하이임펙트폴리스틸렌을 들 수 있다. 혹은, 폴리에틸렌계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 아크릴계 수지, 아크릴로니트릴-스틸렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌 공중합체 등을 들 수 있다.

본 발명의 발포성 열가소성수지 입자에서, 열가소성수지로서 폴리스틸렌계 수지를 이용한 발포성 폴리스틸렌계 수지 입자는, 원료가 되는 폴리스틸렌계 수지로서는, 시판되고 있는 통상의 폴리스틸렌계 수지, 현탁중합법 등의 방법으로 새로 제작한 폴리스틸렌계 수지 등의, 리사이클 원료가 아닌 폴리스틸렌계 수지(이하, 버진 폴리스틸렌 이라 한다.)를 사용가능한 외에, 사용한 폴리스틸렌계 수지 발포 성형체를 재생처리하여 얻어진 리사이클 원료를 사용할 수 있다. 이 리사이클 원료로서는, 사용한 폴리스틸렌계 수지 발포 성형체, 예를 들면, 고기상자(魚箱), 가전완충재, 식품포장용 트레이 등을 회수하여, 리모넨 용해방식이나 가열감용방식에 의해 재생한 리사이클 원료를 사용할 수 있다. 또한, 사용할 수 있는 리사이클 원료는, 사용한 폴리스틸렌계 수지 발포 성형체를 재생처리하여 얻어진 것 이외에도, 가전제품(예를 들면, 텔레비젼, 냉장고, 세탁기, 에어컨 등)과 사무용기기(예를 들면, 복사기, 팩시밀리, 프린터 등)에서 분별회수된 비발포의 폴리스틸렌계 수지 성형체를 분쇄하고, 용융혼련하여 리펠릿한 것을 사용할 수 있다.

도 1 및 도2에 나타낸 바와 같이, 상술한 조립장치(T)를 이용하여, 발포성 열가소성수지 입자를 제조하는 경우에는, 조립용 다이스(1)를 선단에 설치한 압출기(2)에 열가소성수지를 호퍼에서 공급하고, 그것을 용융하여 혼련한다. 다음으로, 조립용 다이스(1)를 향해 열가소성수지를 이동시키면서, 이 열가소성수지에 발포제 공급구(22)로부터 고압 펌프(23)에 의해 발포제를 압입하고, 발포제와 열가소성수지를 혼합하여 발포제 함유 수지(20)를 형성한다.

발포제 함유 수지(20)는, 압출기(2)의 선단에서 다이홀더(11)를 지나, 조립용 다이스(1)의 다이스 본체(10)의 수지 유로(14)로 보내진다. 수지 유로(14)를 통해 보내진 발포제 함유 수지(20)는, 다이스 본체(10)의 각 노즐(15)에서 토출되어, 카터(3)의 회전날에 의해 챔버(4)의 물흐름 안(냉각매체 중)에서 즉시 절단된다.

이렇게 챔버(4)내에서 입상(粒狀)으로 절단된 발포제 함유 수지(20)는, 거의 구형의 발포성 열가소성수지 입자로 된다. 이 발포성 열가소성수지 입자는, 물흐름을 따라 관로(5)내를 반송되어, 탈수처리부(8)에 도달하고, 여기서 순환수로부터 발포성 열가소성수지 입자를 분리하여, 탈수·건조함과 아울러, 분리한 물은 수조(7)로 보내진다. 이 탈수처리부(8)에서 분리되어, 탈수·건조한 발포성 열가소성수지 입자는, 용기(9)로 보내져, 이 용기내에 수용된다.

또한, 상기 발포제는 한정되지 않지만, 예를 들면, 노말펜탄, 이소펜탄, 시클로펜탄, 시클로펜타디엔 등을 단독 혹은 2종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 펜탄류를 주성분으로 하여, 노말부탄, 이소부탄, 프로판 등을 혼합하여 사용할 수도 있다. 특히 펜탄류는 노즐에서 물흐름 중으로 토출될 때의 입자의 발포를 억제하기 쉬우므로 적합하게 이용된다.

또한, 발포성 열가소성수지 입자라 함은, 열가소성수지에 발포제를 함유시켜 입상, 바람직하게는 작은 구상(球狀)으로 성형된 수지 입자를 말한다. 이 발포성 열가소성수지 입자는, 자유공간내에서 가열하여 예비발포하고, 이 예비발포 입자를 소망 형상의 캐비티를 갖는 성형틀의 캐비티 내에 넣고, 증기가열하여 예비발포 입자끼리 융착시킨 후, 틀에서 분리하여 소망형상의 발포 수지 성형품을 제조함에 이용할 수 있다.

다음으로, 상술한 조립용 다이스(1)의 온도조절방법에 대하여 설명한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 조립용 다이스(1)의 온도조절방법에서는, 다이스 본체(10)를 수지 토출면(13) 부근의 상하좌우로 설치된 측온체(19A, 9B, 19B, 19D)에 대응하는 두 개 혹은 네 개의 영역으로 분할하고, 각 온도체(19)에서 측정된 측정값이 동등해지도록, 영역 내의 카트리지 히터(17)를 개별로 온 오프 제어하는 온도조절을 행함으로써, 다이스 본체(10)를 소정 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 여기서, 영역 내의 카트리지 히터(17)라 함은, 네 개의 영역의 경우는, 측온체(19)에 접근해 있는 두 개의 카트리지 히터(17)이다.

다이스 본체(10)를 두 개의 영역으로 분할한 경우는, 예를 들면, 냉각수의 상류측에 위치하는 측온체(19B)의 측정온도가, 미리 설정되어 있는 소정 온도보다 낮은 경우에는, 상류측에 위치하는 카트리지 히터(17) 4개를 온(on)으로 하여 가열상태로 하여 온도를 올린다. 혹은 하류측에 위치하는 측온계(19A)의 측정온도가, 미리 설정되어 있는 소정 온도보다 높은 경우에는, 하류측에 위치하는 카트리지 히터(17) 4개를 오프(off)로 하여 가열상태를 해제하여 온도를 낮추도록 제어한다.

이러한 온도조절을 행함으로써, 챔버(4)내에서 카터(3)의 회전에 의한 순환수의 접촉상태에 의해 발생하는 온도차를 작게 할 수 있고, 다이스 본체(10)(수지 토출면(13))에서 온도가 일정하게 되어, 보다 균일한 입경의 입자를 성형할 수 있다.

상술한 본 실시형태에 의한 조립용 다이스, 조립장치 및 발포성 열가소성수지 입자의 제조방법에서는, 수지 유로(14) 및 노즐(15)이 카트리지 히터(17)에 의해 양측에서 끼워진 상태에서 가열된다. 그 때문에, 수지 유로(14)의 한쪽만이 가열되는 일 없이, 양쪽에서 등거리로 균등하게 가열할 수 있고, 노즐(15)의 막힘을 억제할 수 있다. 그 결과, 막힘에 의한 생산효율의 저하를 개선하고, 균일한 입경의 고품질인 입자를 제조하는 것이 가능하게 된다.

다음으로, 본 발명의 실시형태의 변형 예에 대해서, 도면에 의거하여 설명하지만, 상술한 실시형태와 동일 또는 같은 종류의 부재, 부분에는 동일의 부호를 이용하여 설명을 생략하고, 실시형태와 다른 구성에 대하여 설명한다.

도 5는 본 실시형태의 변형 예에 의한 노즐의 배치상태를 나타내는 도면으로, 도 4에 대응하는 도면이다.

도 5에 나타난 변형 예에 의한 수지 유로(14A)는, 그 단면형상이 사다리꼴(台)형상을 이루고, 그 사다리꼴 형상의 범위 내에 복수의 단체(單體) 노즐(15a,15b,15c ···)이 임의로 배치된 노즐(15)이 설치되어 있다. 그리고, 수지 유로(14A)의 외곽을 이루는 경사면(14a,14b, 직선부)이 카트리지 히터(17)의 길이방향과 대략 평행하게 배치된 구성을 이루고 있다. 본 변형 예에서는, 사다리꼴 형상을 이루는 단면의 수지 유로(14A)의 경사면(14a, 14b)이 카트리지 히터(17)에 대하여 등거리를 이루고 있으므로, 카트리지 히터(17)에 의해 균등하게 가열되는 면적이 증가하고, 원형 단면의 수지 유로(14)와 비교하여 균등하게 가열되며, 노즐(15)의 막힘을 보다 저감시킬 수 있다.

본 실시형태에 의한 조립용 다이스, 조립장치, 및 발포성 열가소성수지 입자의 제조방법의 효과를 뒷받침하기 위해, 실시 예에 대하여 이하 설명한다.

실시 예

[실시 예1]

실시 예1에서는, 도 1에 나타낸 조립장치(T)에, 도 2 및 도 3에 나타낸 조립용 다이스(1)를 설치하여, 발포성 폴리스틸렌계 수지 입자를 제조했다. 단, 측온체(19A)만을 이용하고, 모든 카트리지 히터(17)를 온 오프 제어하여, 다이스의 온도조절을 행하였다.

구경90mm(L/D=35)의 단축 압출기에, 도 2에 나타낸 구조의 조립용 다이스, 즉, 직경 0.6mm, 랜드길이 3.0mm의 노즐을 15개 갖는 노즐 유닛이 8개 수지 토출면의 원주 상에 배치되고, 수지 토출면 측에 노즐유닛으로 통하는 각 수지 유로를 양측에서 끼우도록 8개의 카트리지 히터(직경12mm)가 히터 깊이(수지 토출면에서의 거리, 도 2의 부호L에 상당)15mm인 위치에서 상기 원주를 횡단하여 방사상으로 배치되고, 표면 중앙부에 단열재를 장착한 다이스를 설치하고, 폴리스틸렌 수지(도우요우 스틸렌사 제, 제품명「HRM10N」) 100질량부에 미분말(微粉末) 활석(talc) 0.3 중량부를 미리 텀블러 혼합기(tumbler mixer)에서 균일하게 혼합한 것을, 매시 130kg의 비율로 압출기 내로 공급했다. 압추기 내의 최고온도를 220℃로 설정하고, 수지를 용융시킨 후, 발포제로서 수지 100 질량부에 대하여 6 질량부의 펜탄(이소펜탄/노말펜탄= 20/80 혼합물)을 압출기 도중에서 압입했다.

그리고, 압출기(2)내에서 수지와 발포제를 혼연하면서, 압출기 선단부에서의 수지 온도가 170℃가 되도록 냉각하면서, 압출기의 선단에 설치한 280℃로 유지한 상기 다이스를 통해서, 30℃의 냉각수가 순환하는 챔버 내로 압출함과 동시에, 원주방향으로 10장의 날을 갖는 고속회전 커터를 다이스에 밀착시켜, 매분 3300 회전으로 절단하고, 탈수건조하여 구형의 발포성 폴리스틸렌수지 입자를 얻었다. 이때의 발포성 스틸렌수지 입자의 토출량은 138kg/h이었다.

이 실시 예1에서는 압출개시 1시간 째의 다이스에의 수지 도입부의 압력은 17.0MPa, 건조 후의 수지 입자 100입(粒)의 질량은 0.0724kg이고, 다이스의 개공율(開孔率)은 80.2%로 양호하였다.

압출개시 48시간 째의 다이스에의 수지 도입부의 압력은 17.3MPa, 100입의 질량은 0.0741g, 다이스의 개공율은 78.4%이고, 48시간 이상 안정하게 압출 가능함을 확인할 수 있었다.

압출 48시간 째에 채취한 발포성 스틸렌수지 입자에 대하여, 후술하는 방법에서 벌크(bulk) 발포배수 50배(벌크 밀도 0.02g/㎤)의 예비 발포 입자를 제조하고, 이 예비 발포 입자를 이용하여 발포배수 50배(밀도 0.02g/㎤)의 발포 성형체를 제작했다. 얻어진 발포 성형체를 눈으로 관찰하여, 예비 발포 입자의 성형금형에의 충전성을 평가했다.

<다이스의 개공율>

개공율(다이스 표면의 토출노즐의 압출시 개공율) = 개공수/다이스 전(全) 노즐 수 × 100(%).

토출량(kg/h) = 1h 당, 카터로 끊겨져 나온 전(全) 발포성 입자의 총 질량

= 개공수 × 끊긴 갯수 × 1입(粒) 질량

= 개공수 × 카터 날수 × 카터 회전수 × 1입 질량

개공수 = 토출량(kg/h)/[카터 날수 × 카터 회전수(rpm) × 1입 질량(kg/개)]로 되므로, 개구율은 다음 식으로 산출할 수 있다.

개공율(E) = 개구수/ 전(全)토출 노즐 수 × 100(%)

= [Q/(N×R×60×(M/100)/1000)]/H × 100(%)

(식 중, Q는 토출량(kg/h), N은 카터날의 장수, R은 카터 회전수(rpm), M은 100입 질량(g)(발포성 입자에서 임의의 100입을 골라, 최소 눈금 0.0001g의 전자저울로 계량한 값을 100입 질량으로 했다), H는 다이스의 전 노즐 수를 각각 나타낸다.)

<개공율의 평가기준>

개공율(E)은, 이하의 기준으로 평가했다.(후술하는 표1 참조).

◎: 50% ≤E,

○: 40%≤E<50%,

△: 30%≤E<40%,

×: E<30%.

<발포 성형체의 제조>

전술한 것처럼 하여 압출 48시간 째에 얻어진 발포성 스틸렌수지 입자를 20℃로 1일 방치했다. 그 후, 발포성 스틸렌수지 입자 100질량부에 대해서, 스테아린산아연 0.1 질량부, 히드록시스테아린산트리글리세라이드 0.05질량부, 스테아린산모노글리세라이드 0.05질량부를 첨가, 혼합하여 수지 입자 표면에 피복한 후, 소형 배치(batch)식 예비 발포기(내용적 40L)에 투입하여, 교반하면서, 취입압(吹入壓) 0.05MPa(게이지 압)의 수증기에 의해 가열하여, 벌크 발포배수 50배(벌크 밀도 0.02g/㎤)의 예비 발포 입자를 제작하였다.

계속해서, 얻어진 예비 발포 입자를 23℃로 1일 숙성시킨 후, 외형 치수 300 ×400×100mm(두께 30mm)로 내부에 두께 5mm, 10mm, 25mm의 가운데 칸막이부를 갖는 금형을 설치한 자동 성형기(적수공기제작소 제, ACE-3SP형)를 사용하여, 아래 성형조건으로 성형하여 발포배수 50배(밀도 0.02g/㎤)의 발포 성형체를 얻었다.

성형조건(ACE-3SP QS성형모드)

성형 증기압 0.08MPa(게이지 압)

금형가열 3초

일방가열(압력설정) 0.03MPa(게이지 압)

역(逆) 일방가열 2초

양면가열 12초

수냉 10초

설정 취출면압 0.02MPa

<예비 발포 입자의 금형 충전성의 평가기준>

상기 발포 성형체를 눈으로 관찰하여, 아래와 같이 금형 충전성을 평가했다.

◎:두께 5mm 가운데 칸막이 부분까지 빈틈없이 충전되어 있다.

○:두께 5mm 가운데 칸막이 부분의 충전이 충분치 못하고, 과대 발포 입(粒)이 인정되지만, 가운데 칸막이 부는 형성되어 있다.

△: 두께 5mm 가운데 칸막이 부분에, 충전 불량에 의한 입자 결손이 보이며, 가운데 칸막이 부가 완전하게는 형성되어 있지 않다.

×: 두께 5mm 가운데 칸막이부분은 충전 불량이며, 가운데 칸막이는 전혀 형성되어 있지 않다.

<입자 100입(粒)의 합계질량>

발포성 폴리스틸렌계 수지 입자에 있어서는, 임의로 선택한 입자 100입의 합계 질량이 0.02 ~ 0.09g의 범위인 것이 바람직하다. 0.09g을 넘으면, 성형금형세부(成形金型細部)로의 충전이 곤란하게 되고, 성형가능한 금형이 단순형상인 것으로 한정될 가능성이 있다. 또한, 0.02g 미만에서는, 입자의 생산성이 떨어질 가능성이 있다. 더욱 바람직한 범위는 0.04 ~ 0.06g이다. 또한, 폴리스틸렌계 수지 이외의 수지에서는, 상기 범위에 수지의 비중을 곱한 값이 바람직한 입자 100입의 합계 질량의 범위가 된다.

<예비 발포 입자의 벌크 발포배수의 측정방법>

충분히 건조한 예비 발포 입자를 메스실린더(예 500ml용량)내에, 깔때기를 이용하여 자연낙하시킨 후, 예비 발포 입자의 용적이 일정하게 될 때까지, 메스실린더의 바닥을 두드려 예비 발포 입자를 충전했다. 그때의 예비 발포 입자의 용적과 질량을 측정해 다음의 식에 의해 산출했다. 또한 용적은 1ml단위로 해독하고, 질량은 최소눈금 0.01g의 전자저울로 측정했다. 스틸렌계 수지의 수지비중은 1.0으로 하여 계산하고, 벌크 발포배수는 소수점 이하 1자리를 사사오입했다.

벌크 발포배수(배) = 예비 발포 입자의 용적(ml)/예비 발포 입자의 질량(g)×수지비중

<발포 성형체의 발포배수의 측정방법>

충분히 건조시킨 발포 성형체로부터, 측정용 시험편(예 300×400×30mm)을 끊어내고, 이 시험편의 치수와 질량을 측정하고, 측정한 치수를 기본으로 시험편의 벌크을 산출하여, 다음 식에 의해 산출했다. 또한, 스틸렌계 수지의 수지비중은 1.0으로 했다.

발포배수(배) = 시험편 벌크(㎤)/시험편 질량(g) × 수지비중

[실시 예2]

실시 예2에서는, 실시 예1에서 이용한 다이스의 노즐유닛에 연통하는 수지 유로를 확장(단면적이 증가)하고, 노즐유닛 당의 노즐 수를 15개에서 25개로 증가시킨 다이스를 설치한 이외에는, 실시 예1과 동일하게 하고, 토출량 138kg/h로 구형(球形)의 발포성 스틸렌수지 입자를 얻었다.

이 실시 예2에서는, 압출개시 1시간 째의 다이스의 수지 도입부의 압력은 14.0MPa, 건조 후의 수지 입자 100입의 질량은 0.0465g이고, 다이스의 개공율은 75.0%로 양호하였다.

압출개시 48시간 째의 다이스의 수지 도입부의 압력은 14.0MPa, 100입의 질량은 0.0465g, 다이스의 개공율은 75.0%이고, 48시간 이상 안정하게 압출가능한 것이 확인되었다.

압출 48시간째에 채취한 발포성 스틸렌수지 입자에 대하여, 실시 예1과 마찬가지로 벌크 발포배수 50배(벌크밀도 0.02g/㎤)의 예비 발포 입자를 제작하고, 이 예비 발포 입자를 사용하여 발포배수 50배(밀도 0.02g/㎤)의 발포 성형체를 제조했다. 얻어진 발포 성형체를 눈으로 관찰하여, 예비 발포 입자의 성형금형에의 충전성을 평가했다.

[실시 예3]

실시 예3에서는, 실시 예2에서 이용한 다이스에, 다이스 온도측정용 센서(도 3에 나타낸 측온체(19) 중에 상하위치에 배치된 19B(유입측)와 19A(유출측)의 2개)를 이용하여, 다이스의 순환수 유입측(하측, 도 2의 부호 4a측)의 히터4개와 순환수 유출측(상측, 도 2의 부호 4b측)의 히터 4개에 영역을 2분할하여 제어하고, 다이스를 280℃로 유지한 이외에는, 실시 예2와 마찬가지로 하여, 토출량 138kg/h로 구형의 발포성 스틸렌수지 입자를 얻었다.

이 실시 예3에서는 압출개시 1시간 째의 다이스에의 수지 도입부의 압력은, 13.3MPa, 건조 후의 수지 입자 100입의 질량은 0.0425g이고, 다이스의 개공율은 82.0%로 양호하였다.

압출개시 48시간 째의 다이스에의 수지 도입부의 압력은 13.3MPa, 100입의 질량은, 0.0425g, 다이스의 개공율은 82.0%이고, 48시간 이상 안정하게 압출가능한 것을 확인할 수 있었다.

압출 48시간 째에 채취한 발포성 스틸렌 수지 입자에 대하여, 실시 예1과 마찬가지로 하여 벌크 발포배수 50배(벌크 밀도0.02g/㎤)의 예비 발포 입자를 제작하고, 이 예비 발포 입자를 이용하여 발포배수 50배(밀도 0.02g/㎤)의 발포 성형체를 제조했다. 얻어진 발포 성형체를 눈으로 관찰하여, 예비 발포 입자의 성형 금형에의 충전성을 평가했다.

[실시 예4]

실시 예4에서는, 실시 예2에서 이용한 다이스의 히터 깊이를 15mm에서 30mm로 변경한 다이스를 이용한 것 이외에는, 실시 예2와 동일하게 하고, 토출량 138kg/h로 구형의 발포성 스틸렌수지 입자를 얻었다.

이 실시 예4에서는, 압출개시 1시간 째의 다이스에의 수지 도입부의 압력은 16.1MPa, 건조 후의 수지 입자 100입의 질량은 0.0524g이고, 다이스의 개공율은 66.5%로 양호했다.

압출개시 48시간 째의 다이스에의 수지 도입부의 압력은 16.8MPa, 100입의 질량은 0.0581g, 다이스의 개공율은 60.0%이고, 48시간 이상 안정하게 압출가능한 것을 확인할 수 있었다.

압출 48시간 째에 채취한 발포성 스틸렌수지 입자에 대하여, 실시 예1과 마찬가지로 하여 벌크 발포배수 50배(벌크 밀도 0.02g/㎤)의 예비 발포 입자를 제작하고, 이 예비 발포 입자를 이용하여 발포배수 50배(밀도 0.02g/㎤)의 발포 성형체를 제조했다. 얻어진 발포 성형체를 눈으로 관찰하여, 예비 발포 입자의 성형금형에의 충전성을 평가했다.

[실시 예5]

실시 예 5에서는, 실시 예2에서 이용한 다이스의 히터 깊이를 15nn에서 45mm로 변경한 다이스를 이용한 것 외에는, 실시 예2와 마찬가지로 하고, 토출량 138kg/h로 구형의 발포성 스틸렌수지 입자를 얻었다.

이 실시 예5에서는, 압출개시 1시간 째의 다이스에의 수지 도입부의 압력은 16.9MPa, 건조 후의 수지 입자 100입의 질량은 0.0670g이고, 다이스의 개공율은 52.0%로 양호했다.

압출개시 48시간 째의 다이스에의 수지 도입부의 압력은 18.1MPa, 100입의 질량은 0.0871g, 다이스의 개공율은 40.0%이고, 48시간 이상 안정하게 압출가능한 것을 확인할 수 있었다.

압출 48시간 째에 채취한 발포성 스틸렌수지 입자에 대해서, 실시 예1과 마찬가지로 하여 벌크 발포배수 50배(벌크 밀도 0.02/㎤)의 예비 발포 입자를 제작하고, 이 예비 발포 입자를 이용하여 발포배수 50배(밀도 0.02/㎤)의 발포 성형체를 제조했다. 얻어진 발포 성형체를 눈으로 관찰하여, 예비 발포 입자의 성형금형에의 충전성을 평가했다.

[실시 예6]

실시 예6에서는, 발포제로서, 이소펜탄만을 이용한 이외에는, 실시 예2와 마찬가지로 하여, 토출량 138kg/h로 구형의 발포성 스틸렌수지 입자를 얻었다.

이 실시 예6에서는, 압출개시 1시간 째의 다이스에의 수지 도입부의 압력은 15.1MPa, 건조 후의 수지 입자 100입의 질량은 0.0458g이고, 다이스의 개공율은 76.1%로 양호하였다.

압출개시 48시간 째의 다이스에의 수지 도입부의 압력은 15.0MPa, 100입의 질량은 0.0461g, 다이스의 개공율은 75.6%이고, 48시간 이상 안정하게 압출가능한 것을 확인할 수 있었다.

압출 48시간 째에 채취한 발포성 스틸렌수지 입자에 대하여, 실시 예1과 마찬가지로 벌크 발포배수 50배(벌크 밀도 0.02/㎤)의 예비 발포 입자를 제작하고, 이 예비 발포 입자를 이용하여 발포배수 50배(밀도 0.02g/㎤)의 발포 성형체를 제조하였다. 얻어진 발포 성형체를 눈으로 관찰하여, 예비 발포 입자의 성형금형에의 충전성을 평가했다.

[비교 예1]

도 6a는 비교 예1에서 이용한 다이스의 단면도, 도 6b는 다이스의 수지 토출면(13)을 나타내는 측면도이다.

비교 예1에서는 도 6a 및 도 6b에 나타난 공지 구조의 다이스(20), 즉, 직경 0.6mm, 랜드길이 3.0mm의 노즐을 15개 갖는 16개의 노즐유닛(부호 15)가 원주상에 배치되고, 수지 토출면(13)측에 카트리지 히터(17)가 없는(즉, 짧은 히터(18)만이 배치된)다이스로 바뀐 것 이외에는, 실시 예1과 마찬가지로 하여, 토출량138kg/h로 구형의 발포성 스틸렌 수지 입자를 얻었다.

이 비교 예1에서는 압출개시 1시간 째의 다이스에의 수지 도입부의 압력이 21.7MPa로 높고, 100입의 질량은 0.1322g, 다이스의 개공율은 22.0%이었다.

시간이 지남에 따라 수지 도입부의 압력상승이 보이고, 압출개시 6시간 째에 다이스의 내압 상한치(25MPa)에 도달했기 때문에, 6시간으로 압출을 중단하였다.

[비교 예2]

도 7a는 비교 예2에서 이용한 다이스의 단면도, 도 7b는 다이스의 수지 토출면(13)을 나타내는 측면도이다.

비교 예2에서는 도 7a 및 도 7b에 나타낸 구조의 다이스(30), 즉, 수지 토출면(13)측으로 카트리지 히터(17, 17, ···, 직경 12mm)를 4개, 히터 깊이 15mm의 위치에 노즐유닛이 나열되는 원주를 횡단하여 십자로 배열하고, 표면 중앙부에 단열재(16)를 장착한 다이스로 바꾼 것 이외에는, 실시 예1과 마찬가지로 해서, 토출량 138kg/h로 구형의 발포성 스틸렌수지 입자를 얻었다.

이 비교 예2에서는 압출개시 1시간 째의 다이스에의 수지 도입부의 압력이 20.0MPa로 약간 높고, 100입의 질량은 0.1030g, 다이스의 개공율은 28.2%이었다.

시간이 지남에 따라 수지 도입부의 압력상승이 보이고, 압출개시 10시간 째에 다이스의 내압 상한치(25MPa)에 도달했기 때문에, 10시간으로 압출을 중단하였다.

[비교 예3]

도 8a는 비교 예3에서 이용한 다이스의 단면도, 도 8b는 다이스의 수지 토출면(13)을 나타내는 측면도이다.

비교 예3에서는, 도 8a 및 도 6b에 나타낸 공지 구조의 다이스(40), 즉, 단열재가 없고, 다이스에 오일 유로(41)가 설치되어 있고, 다이스 상하(41a, 41a)로부터 고온의 오일을 유입시켜, 중앙의 환상(環狀) 유로를 통하여 좌우(41b, 41b)로 유출시켜 오일 가열기로 되돌리는 구조의 다이스로 바꾸고, 오일을 열매체로 한 간접가열에 의해 다이스를 280℃로 유지한 것 이외에는, 실시 예1과 마찬가지로 하여, 토출량 138kg/h로 구형의 발포성 스틸렌수지 입자를 얻었다.

이 비교 예3에서는 압출개시 1시간 째의 다이스에의 수지 도입부의 압력이 18.0MPa, 100입의 질량은 0.0907g, 다이스의 개공율은 32.0%이었다.

압출개시 48시간 째의 다이스에의 수지 도입부의 압력은 21.8MPa, 100입의 질량은 0.0994g, 다이스의 개공율은 29.2%로 되었다.

압출 48시간 째에 채취한 발포성 스틸렌수지 입자에 대하여, 실시 예1과 마찬가지로 하여 벌크 발포배수 50배(벌크 밀도0.02g/㎤)의 예비 발포 입자를 제작하고, 이 예비 발포 입자를 이용하여 발포배수 50배(밀도 0.02g/㎤)의 발포 성형체를 제조했다. 얻어진 발포 성형체를 눈으로 관찰하여, 예비 발포 입자의 성형금형에의 충전성을 평가했다.

상술한 실시 예 1 ~ 6, 및 비교 예 1 ~ 3의 결과를, 표1에 정리하여 기재한다.

표 1의 결과에 의하면, 본 발명에 의한 실시 예1 ~ 6에서는, 조립개시로부터 1시간 째의 다이스 압력이 13.3 ~ 17.0MPa이고, 48시간 째의 다이스의 압력이 13.3 ~ 18.1MPa이며, 비교 예 1 ~ 3 보다도 낮게되어, 연속운전이 가능하였다. 또한, 노즐의 개공율도 1시간 경과시에 52%이상, 48시간 경과시 40%이상이며, 특히 실시 예 1 ~ 3, 및 6에서는 1시간 경과시에 75%이상, 48시간 경과시에 75%이상으로, 시간이 지남에 따라 개공율(E)이 거의 변화하지 않는 것이 확인되었다.

그리고, 히터 깊이가 45mm인 실시 예5에서는, 히터 깊이가 30mm인 실시 예4와 비교하여 개공율이 떨어져 있는 것으로부터, 히터 깊이로서는, 10 ~ 50 mm가 바람직하고, 15 ~ 30mm가 더욱 바람직하다고 할 수 있다.

한편, 비교 예1, 2에서는, 노즐 폐색에 의한 다이스 압력의 상승이 현저하게 보이고, 6 ~ 10시간 정도의 운전으로 다이스 내압 상한까지 이르렀다. 노즐의 개공율은, 1시간 경과시에 이미 22.0 ~ 32.0%로 저율(低率)이었다.

비교 예3은, 실시 예 1 ~ 6에 비교하면, 다이스 내에 환상 오일 유로를 설치하는 만큼, 다이스의 구조가 복잡하게 되고, 오일 가열기 및 순환 펌프가 필요하며, 오일을 순환시키는 배관에는 보온이 필요하는 등, 설치 코스트가 높다. 또한, 열화(劣化)한 오일과 이물에 의해 유로가 막히거나, 흐름이 어렵게 되면 가열 밸런스가 무너져, 다이스의 온도를 균일하게 유지할 수 없게 되는 등의 결점을 갖고 있다.

이상, 본 발명에 의한 조립용 다이스, 조립장치, 및 발포성 열가소성수지 입자의 제조방법의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라,그 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적당하게 변형가능하다.

예를 들면, 본 실시형태에서 수지 유로(14)를 8개소로 하고, 카트리지 히터(17), 짧은 히터(18)를 각각 8개로 하고 있지만, 그 수량에 한정되는 것이 아니고, 조립용 다이스(1)의 크기, 열가소성수지의 입자의 성형량 등의 조건에 따라 최적의 수량으로 설정할 수 있다. 요는, 수지 유로(14)의 원주의 둘레방향측으로 카트리지 히터가 배치되는 구조로 되어 있으면 좋다.

그리고, 측온체(19)를 4개로 하고 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 측온체(19)가 상하 위치에 2개 있어도 좋다.

또한, 압출기(2), 카터(3), 챔버(4), 다이홀더(11), 다이스 본체(10) 등의 형상, 크기, 그 외의 구성에 대해서는 특히 한정됨이 없이 임의로 설정하는 것이 가능하다. 예를 들면, 본 실시형태에서는 수지공급장치로서, 압출기를 채용하고 있지만, 이 외에, 스타팅 믹서, 기어 펌프 등을 사용할 수 있다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 핫 커트법에 의한 조립용 다이스에서의 노즐의 막힘을 방지하고, 균일한 입경의 입자를 효율 좋게 생산할 수 있도록 한 조립용 다이스, 조립장치, 및 발포성 열가소성수지 입자의 제조방법을 제공할 수 있다.

1: 조립(造粒)용 다이스 2: 압출기(수지 공급장치) 3: 카터 4: 챔버
6: 발포제 함유 수지 10: 다이스 본체 11: 다이홀더 13: 수지 토출면
14, 14A: 수지 유로 14a, 14b: 사면(직선부) 15: 노즐 16: 단열재
17: 카트리지 히터 18: 짧은(短) 히터 19: 측온체
L: 히터 깊이(수지 토출면에서의 카트리지 히터의 위치) T: 조립(造粒)장치

Claims

냉각매체에 접촉하여 설치된 수지 토출면과,
수지 공급장치에 연통하는 복수의 수지 유로와,
상기 수지 유로와 연통하여 상기 수지 토출면으로 개구하는 노즐과,
상기 수지 토출면의 근방에 설치된 복수의 카트리지 히터
를 구비하고,
상기 수지 유로가 상기 수지 토출면 상에서의 가상(假想)원의 원주를 따라 배치되고,
상기 카트리지 히터는, 상기 수지 유로의 상기 원주의 둘레방향 양측에 배치됨과 아울러, 길이방향을 상기 원주의 지름방향으로 향하여 상기 원주를 횡단한 상태로 배치되어 있는 조립용(造粒用)다이스.
제1항에 있어서,
상기 카트리지 히터는, 8개 이상 설치되어 있고,
각각의 중심각이 45°이하인 조립용 다이스.
제1항에 있어서,
상기 카트리지 히터는, 상기 수지 토출면에서 10 ~ 50 mm의 위치에 설치되어 있는 조립용 다이스.
제1항에 있어서,
상기 수지 유로의 단면형상은, 그 외곽에 직선부를 갖고,
상기 직선부가 상기 카트리지 히터의 길이방향과 대략 평행하게 배치되어 있는 조립용 다이스.
제1항에 있어서,
상기 수지 유로에는, 그 상기 단면형상을 따라 복수 개의 노즐이 설치되어 있는 조립용 다이스.
제1항에 있어서,
적어도 상기 냉각매체의 물흐름 방향의 상류측과 하류측에 온도 센서가 설치되고,
상기 온도 센서의 측정온도에 의거하여, 상기 카트리지 히터를 개별로 온 오프(on off) 제어하도록 구성되어 있는 조립용 다이스.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 조립용 다이스와,
상기 조립용 다이스를 선단에 설치한 수지 공급장치와,
상기 조립용 다이스의 노즐로부터 토출되는 수지를 절단하는 카터가 수용됨과 아울러, 상기 조립용 다이스의 수지 토출면에 냉각매체를 접촉시키는 챔버를 구비하는 조립(造粒)장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 조립용 다이스를 설치한 수지 공급장치에 열가소성수지를 공급하여 용융혼련(溶融混練)시키는 공정과,
상기 열가소성수지를 상기 조립용 다이스로 향해 이동시키면서 상기 열가소성수지에 발포제를 주입하여 발포제 함유 수지를 형성하는 공정과,
상기 조립용 다이스의 노즐로부터 토출되는 상기 발포제 함유 수지를 카터에 의해 냉각매체 안에서 절단하여 발포성 열가소성수지 입자를 얻는 공정
을 갖는 발포성 열가소성수지 입자의 제조방법.
제8항에 있어서,
적어도 냉각매체의 물흐름 방향의 상류측과 하류측의 다이스 온도를 측정하여, 각각의 측정값이 같게 되도록, 각 카트리지 히터를 개별로 온 오프 제어하는 발포성 열가소성수지 입자의 제조방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 조립용 다이스를 설치한 수지 공급장치에 열가소성수지를 공급하여 용융혼련시키는 공정과,
상기 열가소성수지를 상기 조립용 다이스로 향해 이동시키면서, 상기 열가소성수지에 발포제를 주입하여 발포제 함유 수지를 형성하는 공정과,
상기 조립용 다이스의 노즐로부터 토출되는 상기 발포제 함유 수지를 카터에 의해 냉각매체 중에서 절단하여 발포성 열가소성수지 입자를 얻는 공정과,
상기 발포성 열가소성수지 입자를 예비 발포하여 열가소성수지 발포 입자를 얻는 공정을 갖는 열가소성수지 발포 입자의 제조방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 조립용 다이스를 설치한 수지 공급장치에 열가소성수지를 공급하여 용융혼련시키는 공정과,
상기 열가소성수지를 상기 조립용 다이스로 향해 이동시키면서, 상기 열가소성수지에 발포제를 주입하여 발포제 함유 수지를 형성하는 공정과,
상기 조립용 다이스의 노즐로부터 토출되는 상기 발포제 함유 수지를 카터에 의해 냉각매체 중에서 절단하여 발포성 열가소성수지 입자를 얻는 공정과,
상기 발포성 열가소성수지 입자를 가열하여 예비 발포시켜 열가소성수지 발포 입자를 얻는 공정과,
상기 열가소성수지 발포 입자를 틀내에서 발포성형하여 열가소성수지 발포 성형체를 얻는 공정
을 갖는 열가소성수지 발포 성형체의 제조방법.
제8항에 기재된 발포성 열가소성수지 입자의 제조방법에 의해 얻어진 발포성 열가소성수지 입자.
제12항에 기재된 발포성 열가소성수지 입자를 예비 발포하여 얻어진 열가소성수지 발포 입자.
제13항에 기재된 열가소성수지 발포 입자를 틀내에서 발포형성하여 얻어진 열가소성수지 발포 성형체.