KR20160109860A

KR20160109860A - 벤트식 사출성형기의 섬유첨가물 공급제어장치

Info

Publication number: KR20160109860A
Application number: KR1020150035028A
Authority: KR
Inventors: 주상규
Original assignee: 주상규; 히로유키, 이노야; 송태영
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2016-09-21

Abstract

본 발명은벤트업(vent-up)이 발생되기 어려운 구조를 가지는 사출성형기의 벤트부를 통해 섬유첨가물을 공급하되, 섬유첨가물의 공급 속도를 스크루의 회전속도보다 빠르게 공급함으로써 스크루의 회전에 의해 섬유첨가물이 잘게 부서지는 현상을 완화시켜 섬유 길이를 크게 함으로써 사출성형물인 펠릿(pellet)의 강도를 더욱 향상시킨 벤트식 사출성형기의 섬유첨가물 공급제어장치에 관한 것으로, 원료공급장치(10)와, 실린더(20)와, 스크루(30)와, 히터(40)로 구성되고, 상기 스크루(30)는 단중나사부(31)와, 다중나사부(31)를 가지도록 구분 형성되며, 상기 단중나사부(31)와 다중나사부(32) 사이에는 믹싱부(33)가 형성되며, 상기 믹싱부(50) 전단의 다중나사부(32) 부위에는 벤트부(50)가 형성되고, 띠형태의 섬유첨가제(C)가 벤트부(50)의 구멍을 통해 스크루(30)의 다중나사부(32)의 회전과 함께 내부로 투입되는 벤트식 사출성형기의 섬유첨가제 공급제어장치에 있어서, 상기 띠형태의 섬유첨가물(C)이 상기 벤트부(50)의 구멍으로 유입될 때, 그 유입속도를 강제 조절하여 줄 수 있는 공급제어장치(60)를 더 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

벤트식 사출성형기의 섬유첨가물 공급제어장치{CONTROL APPARATUS FOR SUPPLYING FIBER-ADDITIVES TO INJECTION MOLDING MACHINE}

본 발명은 벤트식 사출성형기의 섬유첨가물 공급제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 벤트업(vent-up)이 발생되기 어려운 구조를 가지는 사출성형기의 벤트부를 통해 섬유첨가물을 공급하되, 섬유첨가물의 공급 속도를 스크루의 회전속도보다 빠르게 공급함으로써 스크루의 회전에 의해 섬유첨가물이 잘게 부서지는 현상을 완화시켜 섬유 길이를 크게 함으로써 사출성형물인 펠릿(pellet)의 강도를 더욱 향상시킨 벤트식 사출성형기의 섬유첨가물 공급제어장치에 관한 것이다.

사출 성형 시 성형물의 물리적 성질을 향상시키기 위하여 유리섬유나 탄소섬유 등의 섬유 또는 각종 첨가물(이하 '섬유첨가물'라고도 함)을 수지에 함유시키는 방법은 널리 알려진 사실이다.

수지에 섬유첨가물을 포함시키는 방법으로, 섬유 다발에 녹은 수지를 함침시킨 후 냉각 고화한 후 분쇄하여 섬유 다발이 혼입된 펠릿을 제조하는 방법과, 압출기에 직접 섬유를 공급하는 방법이 있다.

전자의 경우 일본 특개소 59-62114에 개시된 기술로, 이 기술로 제조된 펠릿은 사출 성형공정에서 섬유와 수지가 분리되기 쉬운 문제점이 있다.

후자의 경우, 섬유재를 원료수지 펠릿과 같이 호퍼를 통하여 압출기의 혼련부에 투입하여 용융시켜 섬유재가 수지에 고르게 분산되도록 한 후 펠릿으로 사출 하여 섬유강화 제품을 제조하는 방식으로, 이 방식이 널리 사용되고 있다.

그러나 이 방법의 경우에도, 긴 섬유재를 사용해도 혼련과정에서 큰 압력과 전단력이 가해져 섬유의 단소화(섬유길이가 짧아짐)가 일어나 성형물의 강도가 떨어지는 문제가 발생되었다.

이러한 문제점을 해결하고자 일본 특개공보 2010-654에는 섬유재의 공급을 압출기의 사이드피드용 공급구 또는 벤트구멍부로 섬유재를 공급하여 섬유강하수지 펠릿을 제조하는 방법이 개시된다.

이 방법은 섬유재를 압출기의 상류(앞쪽, 노즐부)로부터 수지가 녹은 수지에 공급되므로 섬유재에 큰 전단력이 가해지는 것을 피할 수 있어 1mm이상의 섬유길이를 유지할 수 있게 되었다.

게다가 이러한 긴 섬유를 함유한 펠릿을 사용해 사출 성형에 의한 제품을 제조하려면, 사출 성형기로 혼련, 용융 공정을 거칠 필요가 있어 가능한 한 섬유가 절단되지 않도록 하기 위해 스크루의 형상을 개량한 방법들이 제안되어 있다.

이상과 같은 기술 개량에 의해 긴 섬유를 함유한 강화 수지를 사용한 사출 성형물의 제조가 가능하게 되었다.

그러나 이 방법은 사출 공정 외에 펠릿 제조공정이 불가피하게 되어 추가 장비가 필요하고 각각의 공정으로 수지를 용해시켜야 함으로 원가가 상승되는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 사출기와 혼련기를 일체화하고, 연속적으로 돌아가는 혼련기와 싸이클이 있는 사출기의 공급량과의 언밸런스를 버퍼로 흡수하는 장치가 개시되었다.

이 장치를 이용하면 통상의 수지 펠릿과 섬유다발로 섬유가 함유된 펠릿을 사용할 때 보다 생산 원가가 반으로 줄어드는 효과가 있다.

그러나 이 장치는 사출기와 혼련기를 하나로 묶은 것으로 장치가 대형화되고 조작도 복잡해지는 등의 문제가 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 일본 공개특허공보 2014-166712에는 간단한 장치로 긴 섬유나 고온, 고압에 열화되기 쉬한 첨가물 등을 포함한 사출물을 제조하는 방법이 개시된다.

상기 일본 공개특허공보 2014-166712는 스크루 형상과 원료공급부를 개량하여 벤트업(vent-up)이 발생하기 어려운 벤트식 사출기를 제작하고, 이러한 벤트업 방지 벤트식 성형 사출기를 사용하여, 벤트부로 섬유재를 공급하여 섬유 강화수지로 성형물을 직접 안정적으로 제조할 수 있도록 한 것이다.

구체적으로는 사출기의 벤트구로 섬유첨가물을 공급하면 스크루의 회전에 의해 용융 수지 속으로 섬유다발이 끌려 들어가 용융수지와 혼합된다. 이때 섬유 다발은 적당히 잘라져서 용융 수지속으로 분산된다. 사출 공정 중 스크루 회전이 정지 되면 섬유다발도 끌려 들어가지 않고 정지 상태가 된다. 사출 공정이 끝나고 스크루가 다시 회전하면 섬유다발도 다시 용융 수지 속으로 끌려 들어가게 된다.

본 출원인은 이와 같은 벤트업(vent-up)이 발생되기 어려운 구조를 가지는 사출성형기의 벤트부를 통해 섬유첨가물을 공급하는 방법에 관한 연구를 수행하던 중, 섬유첨가물의 섬유길이가 보다 길게 끊어지도록 하여 강도를 향상시킨 본 발명을 하기에 이른 것이다.

일본국 특개소 59-62114 일본국 특개공보 2010-654 일본국 특개평 08-318561 일본국 특개공보 2005-169646 일본국 공개특허공보 2014-166712

Automotive Technology 2010년 3월, 90-95항

본 발명은 상기한 배경 하에서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 벤트업(vent-up)이 발생되기 어려운 구조를 가지는 사출성형기의 벤트부를 통해 섬유첨가물을 공급하되, 섬유첨가물의 공급 속도를 스크루의 회전속도보다 빠르게 공급함으로써 스크루의 회전에 의해 섬유첨가물이 잘게 부서지는 현상을 완화시켜 섬유 길이를 크게 함으로써 사출성형물인 펠릿(pellet)의 강도를 더욱 향상시킨 벤트식 사출성형기의 섬유첨가물 공급제어장치를 제공하는 것에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 벤트업(vent-up)이 발생되기 어려운 구조를 가지는 사출성형기의 벤트부를 통해 섬유첨가물을 공급하되, 공급되는 섬유첨가물의 양을 인위적으로 조절할 수 있도록 하여 일정한 양의 섬유첨가물이 함유된 펠릿을 생성할 수 있는 섬유첨가물 공급제어장치를 제공하는 것에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 호퍼, 스크루피더 및 실린더 원료공급기로 이루어진 원료공급장치와, 실린더와, 스크루와, 히터로 구성되고, 상기 스크루는 단중나사부와, 다중나사부를 가지도록 구분 형성되며, 상기 단중나사부와 다중나사부 사이에는 믹싱부가 형성되며, 상기 믹싱부 전단의 다중나사부 부위에는 벤트부가 형성되고, 띠형태의 섬유첨가제가 벤트부의 구멍을 통해 스크루의 다중나사부의 회전과 함께 내부로 투입되는 벤트식 사출성형기의 섬유첨가제 공급제어장치에 있어서, 상기 띠형태의 섬유첨가물이 상기 벤트부의 구멍으로 유입될 때, 그 유입속도를 강제 조절하여 줄 수 있는 공급제어장치를 더 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르자면, 상기 공급제어장치는 띠형태의 섬유첨가물을 압착하여 강제 이송시키는 한 쌍의 구동로울러 및 회전로울러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르자면, 상기 공급제어장치는 구동로울러를 회전 구동시키는 로울러구동부와, 상기 구동로울러 및 스크루의 회전속도를 제어하는 제어부와, 스크루를 구동하는 스크루 구동부와, 상기 제어부로 구동로울러의 회전속도와 스크루의 회전속도를 설정하여 주는 설정부를 포함하고, 상기 제어부는 구동로울러의 회전속도가 스크루의 회전 속도보다는 일정속도 빠르도록 구동 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르자면, 상기 제어부는 로울러구동부를 통해 구동되는 구동로울러의 회전수(RPM)를 검출하여, 실린더 내부로 공급된 섬유첨가물의 총량을 조절하거나 총량을 산출할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명은 벤트업이 발생되기 어려운 구조를 가지는 사출성형기의 벤트부를 통해 섬유첨가물을 공급하되, 섬유첨가물의 공급 속도를 스크루의 회전속도보다 빠르게 공급함으로써 스크루의 회전에 의해 섬유첨가물이 잘게 부서지는 현상을 완화시켜 섬유 길이를 크게 함으로써 사출성형물인 펠릿의 강도를 더욱 향상시킨 장점을 제공한다.

또한 본 발명은 사출성형기의 벤트부를 통해 섬유첨가물을 공급하되, 공급되는 섬유첨가물의 양을 인위적으로 조절할 수 있도록 하여 일정한 양의 섬유첨가물이 함유된 펠릿을 생성할 수 있는 장점을 제공한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 벤트식 사출성형기의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 벤트식 사출성형기의 섬유첨가물 공급제어장치의 구성도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세히 설명한다.

도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 벤트식 사출성형기는 원료공급장치(10), 실린더(20), 스크루(30), 히터(40) 및 벤트부(50)를 포함한다.

상기 원료공급장치(10)는 원료가 투입되는 호퍼(11)와, 상기 호퍼(11)의 하부에 형성되어 투입된 원료를 실린더 원료공급기(14)로 이송시키는 스크루피더(13)와, 상기 스크루피더(13)로부터 공급된 원료를 스크루(30)로 공급하는 실린더 원료공급기(14)를 포함한다.

상기 실린더(20)의 외부에는 다수의 히터(40) 블록이 권취 형성되고, 내부에는 스크루(30)가 장착된다.

상기 스크루(30)는 단중나사부(31)와, 다중나사부(31)를 가지도록 구분 형성되며, 상기 단중나사부(31)와 다중나사부(32) 사이에는 믹싱부(33)가 형성된다.

상기 다중나사부(32)는 적어도 3줄 이상으로 구성되며, 5중 이내로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 믹싱부(50) 전단의 다중나사부(32) 부위에는 벤트부(50)가 형성되며, 상기 벤트부(50)에는 띠형태의 섬유첨가제(C)가 공급되도록 구성된다.

상기 띠형태의 섬유첨가제(C)는 벤트부(50)의 구멍을 통해 스크루(30)의 다중나사부(32)의 회전과 함께 내부로 투입되며, 상기 다중나사부(32)의 회전으로 이송됨과 동시에 잘게 분쇄되어진다.

조작부(12)는 사출성형기의 전체 동작을 제어하며, 조작부(12)의 상단에 있는 모니터에는 실린더원료공급기(14)의 연료공급상태가 디스플레이되어 진다.

본 발명은 이러한 벤트식 사출성형기에 있어서, 상기 벤트부(50)의 구멍으로 유입되는 띠형태의 섬유첨가물(C)의 벤트부로의 유입속도를 강제 조절하여 줄 수 있는 공급제어장치(60)를 더 포함하여 된 것이다.

상기 공급제어장치(60)는 도 2에서와 같이 방향전환로울러(51)를 통해 진행하는 띠형태의 섬유첨가물(C)을 압착하여 강제 이송시키는 한 쌍의 구동로울러(61) 및 회전로울러(62)를 포함한다.

또한 상기 구동로울러(61)를 회전 구동시키는 로울러구동부(63)와, 상기 구동로울러(61) 및 스크루(30)의 회전속도를 제어하는 제어부(64)와, 스크루(65)를 구동하는 스크루 구동부(65)와, 상기 제어부(64)로 구동로울러(63)의 회전속도와 스크루(30)의 회전속도를 설정하여 주는 설정부(66)를 포함한다.

상기 로울러구동부(63), 제어부(64), 스크루구동부(65) 및 설정부(66)는 조작부(12) 내에 형성될 수 있다.

또한 상기 제어부(64)는 로울러구동부(63)를 통해 구동로울러(61)의 회전속도를 제어하여, 이 속도가 스크루(30)의 회전 속도보다는 일정속도 빠르도록 제어한다.

즉 띠형태의 섬유첨가물(C)이 공급제어장치(60)를 통해 벤트부(50)로 공급될 때, 상기 섬유첨가물(C)이 실린더(20) 내부의 스크루(30)의 다중나사부(32)에 감겨 전진하는 속도보다 공급제어장치(60)를 통해 벤트부(50)로 강제 이송시켜주는 속도가 일정 속도 더 빠르도록 제어한다.

이러한 이유는 종래 띠 형태의 섬유첨가물(C)이 원사 다발에서 풀려나와 방향전환 로울러(51)를 거치면서 벤트부(50)로 유입되고, 스크루(30)의 다중나사부(32)의 회전에 의해 용융 수지 속으로 끌려 들어갈 때 상기 섬유첨가물(C)의 원사 다발에서 발생되는 일정한 부하 저항(반발력)과 다중나사부(32)의 회전에 의한 강압력 때문에 섬유첨가물(C)이 보다 잘게 잘리는 경향이 있었다.

즉 섬유첨가물(C)이 벤트부(50)를 통해 실린더(20) 내부의 스크루(30)로 감겨 들어가면서 상기 스크루의 다중나사부(32)에 의해 잘라지게 되는 데, 상기 섬유첨가물(C)이 원사 다발의 부하 때문에 어느 정도 팽팽한 상태를 유지하며 실린더(20) 내부로 유입되기 때문에 보다 쉽게 다중나사부(32)에 의해 잘게 잘라지는 현상이 발생하는 것이다.

그러나 본 발명에서는 다중나사부(32)의 회전에 의한 강압적인 힘과 원사 다발의 부하에 의해 반발력에 의해 섬유첨가물(C)이 쉽게 잘리기 전에, 미리 상기 섬유첨가물(C)을 벤트부(50)를 통해 다중나사부(32)로 강제 투입시켜 줌으로써, 상기 섬유첨가물(C)이 원사 다발에서 아무런 부하 저항 없이 곧바로 벤트부(50)로 끌려 들어가도록 하여 상대적으로 다중나사부(32)의 회전에 의한 끌려들어가는 섬유첨가물(C)의 부하가 걸리지 않도록 함으로써 상기 섬유첨가물(C)이 보다 길게 잘리도록 유도하는 것이다.

즉 상기 섬유첨가물(C)이 실린더(20) 내부에서 보다 길게 전진하다 잘라질 수 있도록 하여 섬유 길이를 크게 할 수 있도록 한 것이다.

또한 본 발명에 따르자면, 상기 제어부(64)는 로울러구동부(63)를 통해 구동되는 구동로울러(61)의 회전수(RPM)를 검출할 수 있도록 구성된다.

상기 구동로울러(61)의 회전수는 상기 구동로울러(61)와 회전로울러(62) 사이를 통과하여 벤트부(50)를 통해 실린더(20) 내부로 공급된 섬유첨가물(C)의 총량을 알 수 있게 하여준다.

즉 띠 형태의 섬유첨가물(C)의 단위 면적 당 질량이 계산되고, 이 섬유첨가물(C)이 구동로울러(61)가 1회전할 때 어느 정도의 면적(길이)이 실린더(20)으로 투입되는 지를 계산하면, 상기 구동로울러(61)의 회전수를 구하면 상기 실린더(20) 내부에 투입된 섬유첨가물(C)의 총량을 구할 수 있게 된다.

따라서 제어부(64)는 상기 구동로울러(61)의 구동을 제어하여, 실린더(20) 내부에 투입되는 섬유첨가물(C)의 총량을 조절하게 되거나 실린더(20) 내부에 투입된 섬유첨가물(C)의 총량을 산출할 수 있게 된다.

이러한 제어는 생성된 팰릿에 포함된 섬유첨가물(C)의 비율을 간접적으로 알 수 있게 한다.

상기 띠 형태의 섬유첨가물(C)은 폴리카보네이트(polycarbonate), ABS, 폴리 유산, 나일론 등의 섬유재가 될 수 있고, 분말상, 입상, 액상 등 모두 가능한 착색제, 중량제, 난연재 등 수지에 배합되는 모든 첨가물이 적용 가능하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 전체 동작을 설명한다.

먼저, 벤트식 사출성형기의 공급제어장치(60)의 설정부(66)를 통해 원료(펠릿)의 종류에 따라 스크루(30)의 회전속도(제1속도)를 설정한다.

그리고 상기 스크루(30)의 회전속도의 설정이 완료되면, 상기 스크루(30)의 회전속도 보다는 일정속도 빠른 속도로 구동로울러(61)의 회전속도(제2속도)를 설정한다.

여기서 일정속도는 띠형태의 섬유첨가물(C)나 원료의 종류에 따라 유효적절하게 변경될 수 있다.

이와 같은 설정이 완료되고, 사출성형기가 가동되면, 호퍼(11)를 통해 투입된 원료는 스크루피더(13)를 통해 실린더 원료공급기(14)로 공급된다.

이때 제어부(64)의 제어로 스크루(30)는 제1속도로, 공급제어장치(60)의 구동로울러(61)는 제2속도로 회전 구동한다.

상기 실린더 원료공급기(14)로 공급된 원료는 스크루(30)의 단중나사부(31)로 진입하고, 가소화되면서 믹싱부(33)를 거쳐 다중나사부(32)로 진행하여 용융되어진다.

상기 공급제어장치(60)에 의해 강제로 이송되는 섬유첨가물(C)은 구동로울러(61)의 회전으로 이에 연동하여 회전하는 회전로울러(62) 사이를 통과하여 사출성형기의 벤트부(50)의 구멍으로 진입하게 된다.

이때 공급제어장치(60)를 통해 이송되는 띠 형태의 섬유첨가물(C)은 스크루(30)의 다중나사부(32)에 의해 끌어 당겨지면서 실린더(20) 내부로 진입하는 데, 상기 섬유첨가물(C)의 진입속도가 스크루(30)의 회전속도에 의해 끌려들어가는 속도보다 크게 되어 상대적으로 상기 스크루의 다중나사부(32)로 인입된 섬유첨가물(C)은 다중나사부(32)의 회전 강제 압력에 의해 잘게 잘라지는 현상이 적어지게 되어, 이는 섬유의 길이가 상대적으로 길게 잘라지는 현상이 발생하게 된다.

따라서 이러한 과정을 거쳐 용융된 수지에는 섬유첨가물(C)의 섬유 길이가 길게되어 수지 성형품의 강도가 크게 되는 효과를 제공하게 되는 것이다.

10: 원료공급장치 11: 호퍼
12: 조작부 13: 스크루피더
14: 실린더원료공급기 20: 실린더
30: 스크루 31: 단중나사부
32: 다중나사부 33: 믹싱부
40: 히터 50: 벤트부
60: 공급제어장치 61: 구동로울러
62: 회전로울러 63: 로울러구동부
64: 제어부 65: 스크루구동부
66: 설정부 C: 섬유첨가물

Claims

호퍼(11), 스크루피더(13) 및 실린더 원료공급기(14)로 이루어진 원료공급장치(10)와, 실린더(20)와, 스크루(30)와, 히터(40)로 구성되고, 상기 스크루(30)는 단중나사부(31)와, 다중나사부(31)를 가지도록 구분 형성되며, 상기 단중나사부(31)와 다중나사부(32) 사이에는 믹싱부(33)가 형성되며, 상기 믹싱부(50) 전단의 다중나사부(32) 부위에는 벤트부(50)가 형성되고, 띠형태의 섬유첨가제(C)가 벤트부(50)의 구멍을 통해 스크루(30)의 다중나사부(32)의 회전과 함께 내부로 투입되는 벤트식 사출성형기의 섬유첨가제 공급제어장치에 있어서,
상기 띠형태의 섬유첨가물(C)이 상기 벤트부(50)의 구멍으로 유입될 때, 그 유입속도를 강제 조절하여 줄 수 있는 공급제어장치(60)를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 벤트식 사출성형기의 섬유첨가물 공급제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 공급제어장치(60)는 띠형태의 섬유첨가물(C)을 압착하여 강제 이송시키는 한 쌍의 구동로울러(61) 및 회전로울러(62)를 포함하는 것을 특징으로 하는 벤트식 사출성형기의 섬유첨가물 공급제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 공급제어장치(60)는 구동로울러(61)를 회전 구동시키는 로울러구동부(63)와, 상기 구동로울러(61) 및 스크루(30)의 회전속도를 제어하는 제어부(64)와, 스크루(65)를 구동하는 스크루 구동부(65)와, 상기 제어부(64)로 구동로울러(63)의 회전속도와 스크루(30)의 회전속도를 설정하여 주는 설정부(66)를 포함하고,
상기 제어부(64)는 구동로울러(61)의 회전속도가 스크루(30)의 회전 속도보다는 일정속도 빠르도록 구동 제어하는 것을 특징으로 하는 벤트식 사출성형기의 섬유첨가물 공급제어장치.
청구항 3에 있어서,
상기 제어부(64)는 로울러구동부(63)를 통해 구동되는 구동로울러(61)의 회전수(RPM)를 검출하여, 실린더(20) 내부로 공급된 섬유첨가물(C)의 총량을 조절하거나 총량을 산출할 수 있는 것을 특징으로 하는 벤트식 사출성형기의 섬유첨가물 공급제어장치.