KR20110086694A - 열가소성 플라스틱으로부터 스트랜드를 연속적으로 캐스팅 및 과립화 하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 최대 직경 4 mm의 노즐 구멍 다수를 갖는 노즐 헤드 및 입구 로울러를 통해 노즐 구멍을 빠져나가는 플라스틱 스트랜드를 절단을 통해 길이 약 2 mm 내지 3 mm의 과립으로 형성하는 절단 유닛의 입구로 냉각 및 가이드하기 위한 물-습윤형 가이드 수단을 이용하는, 열가소성 물질의 스트랜드를 연속적으로 캐스팅 및 과립화 하기 위한 장치에 관한 것이다.
스트랜드가 가이드 수단을 통해 노즐로부터 절단 유닛의 공급 로울러로 이동하는 과정에서 냉각됨에 따라, 노즐 구멍의 중심 공간 영역에서 적어도 100 m/분인 용융물의 유속은 절단 유닛이 2,000 커트/초 이상의 절단 속도로 스트랜드를 절단할 수 있게 하는 정도까지 증가한다.

Description

열가소성 플라스틱으로부터 스트랜드를 연속적으로 캐스팅 및 과립화 하기 위한 장치 및 방법{Device And Method For Continuous Casting And Granulation Of Strands From Thermoplastic}

본 발명은 최대 직경 4 mm의 다수의 노즐 구멍을 갖는 노즐 헤드와, 노즐 구멍으로부터 배출되는 플라스틱 스트랜드(strand)를 냉각시키면서 공급 로울러를 통해 절단 유닛의 입구로 가이드하기 위한 물-습윤형(water-moistened) 가이드 수단(6)과 플라스틱 스트랜드를 절단시켜 길이 2 mm 내지 3 mm의 과립을 형성하는 절단 유닛으로 구성되어 열가소성 물질의 스트랜드를 연속적으로 캐스팅 및 과립화(granulating)하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

이러한 형태의 장치는 미국특허 출원공개 제 2004/0164443 A1 호에 기재되어 있다.

특히 PET (폴리에틸렌 테레프탈레이트)의 플라스틱 스트랜드가 이러한 장치나 유사한 형태를 이용하여 과립화될 때 항상 당면하는 문제는 과립 표면의 불충분한 냉각 또는 결정화로 인해 과립 표면이 접착하는 경향이 있다는 것이다. 과립이 실제적으로 어느 정도까지 냉각되느냐 하는 것은 이들 장치의 작동 조건을 변경하는 것에 따라 달라진다. 종종, 이러한 작동 조건이 원치않게 변하기 때문에, 이러한 것은 쉽게 제어될 수 없다.

그러므로 본 발명의 목적은 이러한 과립 표면의 접착성을 실제적으로 감소하는 데 있다.

구성적인 고안을 시도한 결과, 이러한 목적은, 노즐 구멍의 중심 공간 영역에서 적어도 100 m/분인 용융물의 유속을 절단 유닛이 2,000 커트/초 이상의 절단 속도로 스트랜드를 절단할 수 있게 하는 정도까지 증가(가이드 수단을 통해 노즐로부터 절단 유닛의 공급 로울러까지의 경로에서 스트랜드를 동시에 냉각함)함으로써 달성된다.

우선 첫째로, 노즐 구멍의 직경이 비교적 작기 때문에, 본 발명에 따른 장치의 구성에서는, 노즐 구멍 내부에서 벽쪽을 향해 가면서 0을 나타내는 용융물의 유속을 노즐 구멍의 중심 공간 영역에서 특히 높게 한다. 그 결과, 스트랜드가 노즐 구멍을 통과할 때, 스트랜드는 세로 방향으로 높은 내부 스트레인을 받게 된다. 이로 인해 무엇보다도 스트랜드의 표면 상에 플라스틱의 초기 핵형성(nucleation) 및 결정화를 야기하는 원하는 효과를 얻게 된다. 이러한 성향은 후속 과정에서도 추가로 나타나게 되는데, 그 이유는 제립기(granulator)의 스트랜드 상류측에서의 공급 속도로 인해, 제립기가 길이 약 2.0 mm 내지 3.0 mm의 통상적인 과립을 형성하도록 스트랜드를 절단할 수 있게 하는 정도, 특히 높은 절단 속도까지 출구 속도가 증가할 것이기 때문이다. 결과적으로, 플라스틱 스트랜드가 노즐 구멍으로부터 배출된 후 제립기에 공급될 때, 플라스틱 스트랜드가 받는 연신의 양은 공급기 측에서의 특히 높은 스트랜드 유속으로 인해 사실상 증가된다. 그러므로 스트랜드 표면의 초기 결정화의 효과가 또한 이 영역에서 얻어지게 된다.

이들 효과로 인해 과립이 접착성을 거의 완전하게 상실할 정도까지 스트랜드 표면의 초기 결정화 및 스트랜드로부터 얻은 과립의 초기 결정화가 이루어지게 된다.

이러한 목적을 위해 이용되는 방법은, 최대 4 mm의 작은 노즐 구멍으로 인해, 노즐구멍을 빠져나가는 스트랜드가 적어도 100 m/분의 유속으로 노즐 구멍의 내면으로부터 내부 영역을 향한 노즐 구멍의 영역에서 높은 속도 구배(velocity gradient)를 갖는 특징이 있다. 그 결과, 플라스틱 스트랜드는 사실상 그의 표면에서 연신이 이루어지고, 그에 따라 이 영역에서 빠른 결정화를 나타내고, 스트랜드가 제립기로 공급되는 높은 속도로 인해 연신된다. 이로 인해, 스트랜드가 제립기에 도달할 때까지 플라스틱 스트랜드의 표면 연신과 결정화가 더욱 야기된다. 또한 높은 공급 속도와 약 3 mm의 최대 과립 길이를 유지할 목적으로 인해, 제립기는 플라스틱 스트랜드를 2,000 커트/초 이상의 매우 높은 절단 속도로 절단하여 과립을 형성하게 된다.

스트랜드가 가이드 수단을 통해 노즐로부터 절단 유닛의 공급 로울러로 이동하는 과정에서 냉각됨에 따라, 노즐 구멍의 중심 공간 영역에서 적어도 100 m/분인 용융물의 유속은 절단 유닛이 2,000 커트/초 이상의 절단 속도로 스트랜드를 절단할 수 있게 하는 정도까지 증가하고, 이에 따라 과립이 접착성을 거의 완전하게 상실할 정도까지 스트랜드 표면의 초기 결정화 및 스트랜드로부터 얻은 과립의 초기 결정화가 이루어지게 된다.

도면을 통해 본 발명의 실시예를 나타낸다.
도 1은, 플라스틱 스트랜드가 노즐로부터 배출될 때 직선으로 진행하며, 또한 과립과 물의 혼합물이 또한 직선 경로를 따라 가이드되는, 독일 특허출원 DE 197 39 747 A1에 예시된 플라스틱 과립을 제조하는 장치의 개략도이다.
도 2는 플라스틱이 제립기까지 캐스팅되어 스트랜드로 되는 과정에서 플라스틱의 거동(behaviour)을 나타내는 예시도이다.

도 1은 DE 197 39 747 A1에 기본적으로 기술된 플라스틱 스트랜드를 과립화 하기 위한 장치의 측면도이다. 그러나, 도 1에 나타낸 바와 같이, 플라스틱 스트랜드의 제립기까지에 있어서 모든 경로가 직선 코스이며, 과립과 물의 혼합물이 또한 직선으로 가이드된다. 플라스틱 스트랜드(4)는 노즐 헤드(1)로부터 배출되는데, 여기서는 편의상 간단히 설명하기 위해서 하나의 노즐 구멍(2)만을 나타낸다. 노즐 구멍(2)으로부터 배출되는 플라스틱(4)은 먼저 출발 플랩(5)을 향해 흐르는데, 플랩(5)은 스트랜드를 가이드 수단(6) 상으로 가이드한다. 분무 노즐(7)은 가이드 수단(6)에 냉각수를 분무하기 위해 가이드 수단(6)으로 향해 있다. 스트랜드(4)는 가이드 수단(6)으로부터 한 쌍의 공급 로울러들(8,9)을 통과하는 데, 이 로울러들(8,9)은 스트랜드(4)를 고속으로 가속화시켜 가이드 수단(6)의 길이 방향을 따라 연신되게 한다. 공급 로울러들(8,9)은 스트랜드(4)를 절단 유닛(10)으로 공급하며, 이 절단 유닛(10)은 공지된 나이프 실린더 형태를 가지며, 스트랜드(4)를 2,000 커트/초 이상의 절단 속도로 절단하여 과립으로 만든다. 상기 과립은 과립(12) 형태로 제립기 하우징(11)으로부터 수직으로 하향 배출된다.

도 2는 스트랜드(4)의 개략도를 나타내는데, 여기서 스트랜드(4)는 처음에는 노즐 팩(1)의 영역에 위치하고, 그 후 노즐(2)를 통과하고, 그 다음 상기 노즐(2)로부터 배출된 후, 마지막으로 절단 유닛(10)까지 도달한다. 도 2에는 장치의 작동 형태를 예시하기 위해 스트랜드에서 임의로 취한 시편(12a)이 도시되어 있는데, 이 시편(12a)은 노즐(2)의 전방 영역에서 비교적 더 큰 직경을 갖는다. 상기 시편(12a)은 스트랜드(4)가 노즐(2)로 진입한 후 상당히 많이 연신되므로, 직경이 감소하게 된다. 이에 따라, 시편(12a)은 시편(12b)로 변형된다. 이러한 형상으로 시편(12b)은 노즐 구멍(2)을 통과하고, 여기서 시편(12b)은 그의 표면 상에서 다시 상당히 많은 연신이 이루어진다. 노즐 구멍(2)으로부터 배출된 스트랜드(4)는 다시 폭의 증가가 이루어지면서 시편(12c)으로 형성된다. 시편(12b)는 노즐 구멍(2)에서의 압축(constriction)으로 인해 얻어진 표면 상의 결정화 효과의 손실 없이 폭이 증가하여 시편(12c)으로 변화된다. 시편은 가이드 수단(6)을 따라 계속 이송(도 1 참조)되면서, 공급 로울러(8,9)에 의해 달성된 고속 이송 속도로 인해 다시 상당히 많이 연신된 후, 절단 유닛(10)에 진입하고, 이에 따라 시편(12c)보다 더 길게 연신된 형상의 시편(12d)이 형성된다. 상기 시편(12d)은 2,000 커트/초 이상의 상당히 높은 절단 속도로 절단되어 과립(12)을 형성한다. 시편(12d)이 이러한 공정의 과정에서 추가로 크게 연신되기 때문에, 각 개별적인 스트랜드(4)의 표면 상에 더욱 강하게 결정화가 이루어진다. 이와 같이 제립기(11)로부터 배출된 과립은 그 표면 상에서 추가로 결정화가 이루어지므로, 표면 상의 명백한 결정화에 따라 접착 가능성을 상실한다.

1 노즐 헤드; 2 노즐 구멍 4 플라스틱 스트랜드
5 플랩 6 가이드 수단 8,9 공급 로울러
10 절단 유닛 11 제립기 12 과립
12a,12b, 12c, 12d 시편

Claims (2)

1. 각각 최대 직경 4 mm의 다수의 노즐 구멍(2)을 갖는 노즐 헤드(1); 및 공급 로울러(8,9)를 통해, 노즐 구멍(2)으로부터 배출되는 플라스틱 스트랜드(4)를 절단을 통해 길이 2 mm 내지 3 mm의 과립(12)으로 형성하는 절단 유닛(10)의 입구로 냉각 및 가이드하기 위한 물-습윤형 가이드 수단(6)을 이용하여 열가소성 물질의 스트랜드(4)를 연속적으로 캐스팅 및 과립화 하기 위한 장치에 있어서,
   스트랜드(4)가 가이드 수단(6)을 통해 노즐로부터 절단 유닛의 공급 로울러(8,9)로 통과함에 따라 상기 스트랜드(4)를 냉각함과 동시에, 노즐 구멍(2)의 중심 공간 영역에서 적어도 100 m/분인 용융물의 유속을 절단 유닛(10)이 2,000 커트/초 이상의 절단 속도로 스트랜드(4)를 절단할 수 있게 하는 정도까지 증가시키는 것을 특징으로 하는, 스트랜드(4)를 연속적으로 캐스팅 및 과립화 하는 장치.
2. 제 1항에 따른 장치를 이용하여 열가소성 물질의 스트랜드(4)를 연속적으로 캐스팅 및 과립화 하는 방법에 있어서,
   노즐구멍(2)으로부터 배출되는 스트랜드(4)가 직경 4 mm 이하의 작은 노즐 구멍으로 인해 적어도 100 m/분의 유속으로 노즐 구멍(2)의 내면으로부터 내부 영역으로 향하는 노즐 구멍(2)의 영역에서 높은 속도 구배를 갖게 하여 플라스틱 스트랜드(4)가 표면 상에서 명백하게 연신이 이루어지게 하는 것에 의해 상기 표면영역에서 빠른 결정화를 이루게 하고, 제립기(11)로 유입되는 플라스틱 스트랜드(4)의 높은 유입 속도로 인해 플라스틱 스트랜드(4)를 더 연신되게 하고, 그 결과 스트랜드가 절단 유닛(10)에 도달할때 까지 플라스틱 스트랜드(4)의 표면 연신과 결정화를 더욱 야기하고, 절단 유닛(10)이 높은 공급 속도로 인해 2,000 커트/초 이상의 매우 높은 절단 속도로 플라스틱 스트랜드(4)를 절단하여 과립(12)을 형성함과 동시에 최대 과립 길이 약 3 mm를 유지하는 것을 특징으로 하는, 열가소성 물질의 스트랜드(4)를 연속적으로 캐스팅 및 과립화 하는 방법.

Images