KR20190088619A - 폴리에테르 에테르 케톤 필름 제조장치 - Google Patents

Abstract

폴리에테르 에테르 케톤 필름 제조장치를 제공한다.
본 발명은 성형재료를 공급받아 용융혼련하는 용융 압출 성형기 ; 상기 용융 압출성형기와 연결관을 매개로 연결되는 다이스 ; 상기 다이스의 직하부에 일정간격으로 배치되는 금속냉각롤과 이에 외접하는 압착롤을 구비하는 롤유닛 ; 을 포함하고, 상기 다이스와 롤유닛사이에는 상기 다이스의 토출구로부터 토출되는 피크필름을 통과시키도록 수직한 내부통로를 몸체중앙에 관통형성하고, 상기 내부통로를 통하여 하향 통과하는 피크필름에 열원을 전달하는 보온챔버를 포함하여 상기 피크필름을 상기 금속냉각롤과 압착롤사이의 닙부로 온도저하없이 공급할 수 있다.

Description

폴리에테르 에테르 케톤 필름 제조장치{Apparatus for Fabricating the Poly ether ether ketone Film}

본 발명은 열가소성 엔지니어링 플라스틱인 폴리에테르 에테르 케톤 필름을 제조하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔지니어링플라스틱은 금속을 대체할 수 있는 고성능 플라스틱으로 강도와 탄성이 좋고 100℃ 이상에서도 견딜 수 있으며, 이러한 엔지니어링 플라스틱에는 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 변성 폴리페닐렌옥사이드 등이 알려져 있다.

현재, 엔지니어링 플라스틱보다도 뛰어난 특성을 갖는 플라스틱 재료가 잇달아 개발되고 있는데, 이를 특수 엔지니어링플라스틱으로서 분류되고 있다. 특수 엔지니어링플라스틱의 구분은 강도와 열변형성에 의해서 구별된다.

범용 플라스틱은 대부분이 100℃ 정도에서 열변형하는데, 특수 엔지니어링플라스틱은 600℃에도 견딜수 있으며, 인장강도에서는 범용이 500kg/cm2 이하, 특히 폴리에틸렌은 130kg/cm2 정도인데 대하여 특수엔지니어링플라스틱에서는 500kg/cm2 이상인 것도 있다.

이러한 엔지니어링 플라스틱은 강도와 탄성뿐 아니라 내충격성, 내마모성·내열성·내한성·내약품성·전기절연성이 뛰어나 생활용품, 전기전자 제품, 항공기 구조재 등 여러 분야에서 널리 사용된다.

또한, 엔지니어링 플라스틱은 절연성을 특징으로 삼고 있었는데 분자의 조립법에 따라서는 도전성을 지니게 할 수도 있다.

이러한 엔지니어링 플라스틱 중 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)수지는PAEK(폴리아릴렌에테르케톤)의 일종으로서 기계적 성질, 내열성, 내약품성, 내방사선성, 내가수분해성, 전기 절연성, 저흡수성, 난연성, 수증기 배리어성, 가스배리어성 등이 우수한 소재로 알려져 있다.

(특허문헌 1) JP6087257 B2

특허문헌 1에는 두께 5μm이하의 폴리에테르에테르케톤 수지 필름을 제조할 수 있고 제조공정이나 설비의 간소화를 도모하고, 생산성을 향상시킬 수 있는 저가의 폴리에테르에테르케톤 수지 필름을 제조하는 장치 및 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 1은, 다이스의 선단부에서 금속 냉각롤로 폴리에테르에테르케톤 수지 필름(이하 피크필름 이라함.)을 압출하는 과정에서 피크필름이 외부에 노출되어 외부공기와 접촉되는 동안 외란에 의해서 고온의 피크필름이 급격히 수축되어 두께의 불균일을 발생하는 것을 방지하고 피크필름이 파단되는 것을 방지하기 위해서 다이스로부터 압출되는 피크필름이 토출되는 단부로부터 금속 냉각롤이 서로 접하는 접촉시점까지의 거리를 최대한 줄여 다이스의 토출구를 금속 냉각롤에 근접시킬 수 있도록 금속 냉각롤의 외부면과 이에 외접하여 접촉하는 압착롤간의 접촉위치를 가변시켜 조정하는 것이다.

그러나 냉각 다이스의 단부에 압출된 피크필름이 금속 냉각롤에 접촉하는 시점까지의 거리를 조정하기 위해서, 금속냉각롤의 외부면과 이에 외접하여 맞물리는 방향으로 회전하는 압착롤의 외부면이 서로 접촉하는 닙부의 위치를 가변시키도록 복잡한 설비라인에서 금속냉각롤 또는 압착롤의 위치를 변경하는 것이 매우 번거롭고, 기존설비에 구비된 압착롤의 설계를 변경하는 것이 매우 곤란하였다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 다이스로부터 압출되는 피크필름이 외부공기와 접하거나 외부환경에 노출되는 것을 방지하고, 피크필름의 압출시 외란영향을 최소화할 수 있는 폴리에테르 에테르 케톤 필름 제조장치를 제공하고자 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명의 바람직한 실시예는, 성형재료를 공급받아 용융혼련하는 용융 압출 성형기 ; 상기 용융 압출성형기와 연결관을 매개로 연결되는 다이스 ; 상기 다이스의 직하부에 일정간격으로 배치되는 금속냉각롤과 이에 외접하는 압착롤을 구비하는 롤유닛 ; 을 포함하고, 상기 다이스와 롤유닛사이에는 상기 다이스의 토출구로부터 토출되는 피크필름을 통과시키도록 수직한 내부통로를 몸체중앙에 관통형성하고, 상기 내부통로를 통하여 하향 통과하는 피크필름에 열원을 전달하는 보온챔버를 포함하여 상기 피크필름을 상기 금속냉각롤과 압착롤사이의 닙부로 온도저하없이 공급하는 것을 특징으로 하는 폴리에테르 에테르 케톤 필름 제조장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 보온챔버는 일정온도를 갖는 유체를 상기 보온챔버의 내부공간에 공급하는 주입구와, 상기 내부통로를 통과하는 피크필름에 열원을 제공하도록 열교환된 유체를 외부로 배출하는 배출구를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 내부통로의 입구단 내부에 형성되는 입구부의 내부면은 하부로 갈수록 폭이 서서히 좁아지는 단면상으로 이루어질 수 있다.

바람직하게, 상기 내부통로의 출구단 외부에 형성되는 출구부의 외부면은 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 단면상으로 이루어질 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

다이스의 토출구와 금속 냉각롤사이에 토출되는 피크필름이 통과하는 내부통로를 갖는 보온챔버를 배치함으로써, 다이스로부터 외부로 압출되어 토출되는 고온의 피크필름이 외부공기와 접하여 부분적으로 냉각되거나 외부환경에 노출되어 흔들리는 것으로 방지할 수 있기 때문에, 제조되는 피크필름의 두께를 일정하고 균일하게 유지할 수 있으며, 피크필름의 파단을 방지하여 제품불량을 현저히 줄이고, 이로 인하여 피크필름의 수율을 높일 수 있다. 상기 회전냉각드럼은 상기 고정냉각롤의 외부면에 구비되는 한쌍의 베어링부재를 매개로 하여 회전가능하게 조립되고, 서로 인접하는 한쌍의 베어링부재사이에는 열전달 매개물이 배치되는 공간을 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폴리에테르 에테르 케톤 필름 제조장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 다른 폴리에테르 에테르 케톤 필름 제조장치에 적용되는 보온챔버를 도시한 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구조 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리에테르 에테르 케톤 필름 제조장치(100)는 도 1과 도 2 에 도시한 바와 같이, 압착롤(13)과 금속냉각롤(14)이 서로 접하는 닙부와 폴리에테르에테르케톤 수지 필름인 피크필름(2)을 하향토출하는 다이스(12)와의 사이에 배치되는 보온챔버(110)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 피크필름(2)는 용융 압출 성형법, 캘린더 성형법, 또는 캐스팅법 등의 공지 제조법에 의해 제조할 수 있지만, 두께 5μm이하, 바람직하게는 두께 3μm 이하의 박막에 제조할 경우에는 핸들링성이나 설비의 간략화의 관점에서 용융 압출 성형법에 의해 연속적으로 얇게 압출 성형하는 것이 바람직하다.

즉, 용융 압출 성형법이란 용융 압출 성형기(10)를 사용하여 성형 재료(1)를 용융 압출성형기(10)에 투입하여 용융 혼련하고, 상기 용융 압출 성형기(10)와 연통되는 다이스(12)에 용융된 소재를 공급하고, 상기 다이스의 슬릿형 토출구를 용융된 성형재료를 토출함으로써 얇은 두께를 갖는 피크필름(2)를 연속적으로 압출하여 제조하는 것이다.

상기 성형재료(1)는 피크필름을 얇은 박편상으로 제조하기 위해서 폴리에테르에테르케톤 수지를 포함하고, 이러한 폴리에테르에테르케톤 수지에는 폴리이미드 수지(PI수지), 폴리아미드이미드 수지(PAI수지), 폴리에테르 케톤 수지(PK수지), 폴리이미드 수지(PI수지), 폴리술폰 수지(PSU수지), 폴리에테르 술폰 수지(PES수지), 폴리페닐렌 술폰 수지(PPSU수지), 포리페니렌사르피드 수지, 폴리페닐렌 설파이드 설폰 수지, 폴리페닐렌설파이드케톤 수지, 액정 폴리머(LCP) 등을 선택적으로 첨가할 수 있다.

또한, 상기 성형재료(1)에는 산화 방지제, 광안정제, 자외선 안정제, 가소제, 윤활제, 난연제, 대전 방지제, 내열 향상제, 무기 충전제, 유기 충전제가 선택적으로 첨가될 수 있다.

이러한 성형재료(1)가 투입되는 원료 투입구(11)에는 산화 열화나 산소 가교를 방지할 수 있도록 헬륨가스, 네온가스, 아르곤가스, 크립톤가스, 질소가스, 이산화탄소가스 등과 같은 불활성 가스를 필요에 따라 일정량 공급하는 것이 바람직하다.

상기 성형재료(1)를 고온으로 용융하여 혼련하는 용융 압출 성형기(10) 또는 용융된 성형재료를 토출하는 다이스(12)의 온도는 350℃~430℃ 로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 다이스(12)의 직하부에는 일정간격을 두고 서로 맞물리는 방향으로 회전되도록 금속냉각롤(14)과 이에 외접하는 압착롤(13)을 포함하는 롤유닛을 포함할 수 있다.

이에 따라, 상기 다이스(12)의 토출구를 통하여 하향 토출되는 용융상태의 성형재료는 상기 금속 냉각롤(14)과 압착롤(13)사이에 형성되는 닙부를 통과하면서 박편의 필름상으로 상태변화되고, 상기 금속 냉각롤(14)에 감기어 이동되면서 냉각되어 피크필름으로 전환되는 것이다.

상기 다이스(12)와 롤유닛사이에는 상기 다이스(12)로부터 하향 토출되는 용융상태의 피크필름을 간섭없이 통과시키도록 자중방향으로 수직한 내부통로(S)를 몸체중앙에 관통형성한 보온챔버(110)를 포함할 수 있다.

이러한 보온챔버(110)는 상기 내부통로(S)를 통하여 하향 통과하는 피크필름에 열원을 전달함으로써, 상기 다이스의 토출구로부터 연속하여 토출되는 피크필름을 상기 금속냉각롤과 압착롤사이에 형성되는 닙부로 온도저하없이 안정적으로 공급할 수 있는 것이다.

이때, 상기 다이스의 토출구로부터 토출되어 상기 보온챔버의 내부통로를 통과하는 피크필름의 온도는 380℃~410℃ 로 유지하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 보온챔버(110)의 내부통로를 통과하는 피크필름이 외부공기와 접하거나 노출되는 것을 최소화하거나 근본적으로 방지할 수 있기 때문에 상기 다이스의 토출구를 통해 하향 토출되는 피크필름이 상기 금속냉각롤에 접하여 냉각하기 전에 온도가 저하되면서 수축되어 필름두께가 불균일해지거나 외부공기의 영향에 의해서 파단되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

상기 보온챔버(110)는 상기 다이스의 토출구로부터 하향 토출되는 피크필름이 진입되는 입구부(112)를 갖추고, 상기 내부통로를 통과하는 피크필름이 상기 압착롤과 금속냉각롤사이의 닙부로 배출하는 출구부(114)를 구비한다.

상기 내부통로의 입구단 내부에 형성되는 입구부(112)의 내부면은 하부로 갈수록 폭이 서서히 좁아지는 단면상으로 이루어짐으로써 상기 다이스의 토출구로부터 하향 토출되는 피크필름이 상기 내부통로의 입구부와 접하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 내부통로의 출구단 외부에 형성되는 출구부(114)의 외부면은 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 단면상으로 이루어짐으로써, 상기 압착롤과 금속냉각롤이 서로 접하는 닙부에 상기 보온챔버의 출구부르 최대한 근접시켜 위치시킬 수 있는 것이다.

그리고 상기 내부통로를 형성하는 보온챔버에는 대기온도보다 상대적으로 높은 온도를 갖는 열풍 또는 온수와 같은 열매체인 유체를 상기 보온챔버의 내부공간에 인위적으로 공급하는 주입구(116)를 갖추고, 상기 내부통로를 통과하는 피크필름에 열원을 제공하도록 열교환된 유체를 외부로 배출하는 배출구(118)를 포함할 수 있다.

상기 보온챔버(110)의 주입구를 통하여 고온의 유체를 공급하고, 상기 내부통로를 통과하는 피크필름의 온도저하를 방지하도록 열원을 전달하도록 열교환되면서 냉각된 유체를 외부로 배출함으로써 상기 다이스로부터 토출되는 피크필름이 금속냉각롤에 접하여 냉각될 때 까지 외부공기에 의한 온도저하를 방지하면서 일정온도를 균일하게 유지할 수 있기 때문에 압출성형되어 금속냉각롤과 압착롤사이로 통과하면서 냉각되어 필름상으로 전환되는 피크필름이 온도불균일에 의한 필름 불량을 방지할 수 있는 것이다.

상기 성형 재료(1)을 용융 혼련하는 용융 압출 성형기(10)는 연결관을 매개로 하여 다이스(12)와 연통연결되고, 상기 다이스(12)의 직하부에는 일정간격을 두고 금속냉각롤(14)과 이에 외접하여 서로 맞물리는 방향으로 회전하는 압착롤(13)을 포함할 수 있다.

그리고 상기 금속냉각롤(14)에는 상기 금속 냉각롤과 접하여 냉각된 다음 회전하는 피크필름을 상기 금속 냉각롤로부터 분리하도록 상기 압착롤(13)과 더불어 상기 금속 냉각롤의 타측에 배치되는 접촉롤(13a)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 압착롤(13)과 접촉롤(13a)은 외부면에 피크필름(2)과 금속 냉각롤(14)과의 밀착성을 높일 수 있도록 천연고무, 이소프렌 고무, 부타디엔 고무, 노르보르넨 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 니트릴 고무, 우레탄고무, 실리콘 고무, 불소 고무 등과 같은 고무층을 일정두께 피복하여 형성하고, 이러한 고무층에는 실리카나 알루미나 등과 같은 무기화합물을 선택적으로 첨가할 수 있으며, 상기 고무층은 내열성이 우수한 실리콘 고무나 불소 고무에 의해 피복형성될 수 있다.

상기 금속 냉각롤(14)의 외부면과 접하여 냉각된 피크필름(2)을 두루마리형태로 권취하는 권취롤(15)을 갖는 권취기(16)를 포함하고, 상기 권취기(16)와 금속 냉각롤(14)사이에는 냉각된 피크필름(2)을 절단하는 절단기(17)를 구비할 수 있다.

또한, 상기 권취기(16)와 금속 냉각롤(14)사이에는 상기 권취기에서의 권취작업을 원활하게 수행할 수 있도록 상기 피크필름(2)에 접하여 장력을 인가하는 텐션롤(18)을 회전가능하게 배치하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 보온챔버(110)의 내부통로를 통하여 온도저하없이 상기 금속 냉각롤과 압착롤사이의 닙부를 통과한 다음, 상기 금속 냉각롤에 의해서 대략 140℃ 로 냉각된 피크필름(2)은 상기 접촉롤(13a)에 의해서 상기 금속 냉각롤의 외부면으로부터 분리되고, 텐션롤(18)에 의해서 장력이 인가된 피크필름은 권취롤에 두루마리형태로 권취되고, 상기 절단기(17)에 의해서 절단되는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

11 : 원료투입구
10 : 용융 압출성형기
12 : 다이스
13 : 압착롤
14 : 금속 냉각롤
15 : 권취롤
16 : 권취기
17 : 절단기
18 : 텐션롤
110 : 보온챔버
112 : 입구부
114 : 출구부
116 : 주입구
118 : 배출구

Claims (4)

1. 성형재료를 공급받아 용융 혼련하는 용융 압출 성형기 ;
   상기 용융 압출성형기와 연결관을 매개로 연결되는 다이스 ;
   상기 다이스의 직하부에 일정간격을 두고 배치되는 금속냉각롤과 이에 외접하는 압착롤을 구비하는 롤유닛 ; 을 포함하고,
   상기 다이스와 롤유닛사이에는 상기 다이스의 토출구로부터 토출되는 피크필름을 통과시키도록 수직한 내부통로를 몸체중앙에 관통형성하고, 상기 내부통로를 통하여 하향 통과하는 피크필름에 열원을 전달하는 보온챔버를 포함하여 상기 피크필름을 상기 금속냉각롤과 압착롤사이의 닙부로 온도저하없이 공급하는 것을 특징으로 하는 폴리에테르 에테르 케톤 필름 제조장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 보온챔버는 일정온도를 갖는 유체를 상기 보온챔버의 내부공간에 공급하는 주입구와, 상기 내부통로를 통과하는 피크필름에 열원을 제공하도록 열교환된 유체를 외부로 배출하는 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에테르 에테르 케톤 필름 제조장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 내부통로의 입구단 내부에 형성되는 입구부의 내부면은 하부로 갈수록 폭이 서서히 좁아지는 단면상으로 이루어지는것을 특징으로 하는 폴리에테르 에테르 케톤 필름 제조장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 내부통로의 출구단 외부에 형성되는 출구부의 외부면은 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 단면상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리에테르 에테르 케톤 필름 제조장치.

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