KR20200125605A - 유체를 용융 폴리머 재료 내로 주입하기 위한 조립체 및 방법 - Google Patents

유체를 용융 폴리머 재료 내로 주입하기 위한 조립체 및 방법 Download PDF

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KR20200125605A
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이안 켐벨
데이비드 로프터스
앤드류 오버렌드
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컬러매트릭스 홀딩즈 아이엔씨.
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Abstract

액체 제형을 용융 폴리머 내로 주입하기 위한 주입기(14)는, 압출기(19)의 벽 내에 고정된 영역(44, 46)을 갖는 도관(117)을 포함한다. 도관(117)은 상향 환형 표면(122)을 갖는 환형 칼라(annular collar; 120)를 포함하며, 상기 상향 환형 표면(122)은 슬리브 너트(124)의 일부분에 대해 지지되도록 배열된다. 도관(117)은 나사산식 벽(126)을 포함하는 포트(125) 내에 배열된다. 슬리브 너트(124)는 내향 원통형 벽을 갖는 원통형 몸체(146)를 포함하며, 상기 내향 원통형 벽은 그 자체 및 도관(117)의 외벽(147) 사이에 원통형 공기 틈(148)을 획정하도록 배열된다. 상기 슬리브 너트의 영역(150)은 상기 압출기의 벽(126) 내에 나사산식으로 체결된다. 사용 시, 화살표(170)의 방향으로 상기 조립체 내로 냉각 압축 공기가 도입되고, 상기 냉각 압축 공기는 상기 조립체를 통해 유동하여 상기 조립체를 냉각시킨다.

Description

유체를 용융 폴리머 재료 내로 주입하기 위한 조립체 및 방법
본 발명은 폴리머 재료에 관한 것이며, 특히, 배타적이지는 않지만, 유체, 예를 들어 1종 이상의 착색제를 포함하는 액체 제형을 용융 폴리머 재료 내로 주입하기 위한 조립체 및 방법에 관한 것이다.
액체 제형을 높은 압력에서 용융 폴리머 내로 주입하기 위한 주입 장치는 도 1에 도시되어 있다. 상기 장치는 저장소(2)를 포함하며, 상기 저장소(2)는 주위 온도 및 압력에서 액체 제형을 수용하고, 제1 진행 공동 펌프(progressing cavity pump; pcp)(4)의 펌프 몸체(3)를 범람 공급(flood feed)하도록 배열된다. 제1 pcp(4)는 모터(6)에 의해 구동되며, 액체 제형을 제2 pcp(8) 내로 정확하게 계량하도록 배열되고, 상기 제2 pcp(8)는 제1 pcp의 하류에 있고, 모터(10)에 의해 구동되며, 액체 제형의 압력을 200 bar 이상까지 증가시키도록 배열된다. 압력 변환기(12)는 제1 및 제2 pcp(4, 8) 사이의 유동 라인에 위치된다.
제2 pcp(8)의 출구 부근에는, 제2 pcp(8)를 빠져나가는 유체의 압력을 모니터링하도록 배열된 제2 압력 변환기(13)가 제공된다.
펌프(8)의 하류는 주입기(14)이며, 상기 주입기(14)는 작동기(actuator; 15)에 의해 제어되고, 액체 제형이, 도관(17) 및 출구(21)를 통해, 출구(21)의 하류에 제공된 압출기(19) 내에 존재하는 가압된 용융 폴리머 스트림(18) 내로 통과하는 것을 제어하도록 배열된다. 도관(17)은 압출기의 벽에 나사산식으로 체결된다. 압출기는 폴리머 스트림의 압력을 모니터링하기 위한 결부된 압력 변환기(20)를 포함한다.
사용 시, 상기 장치는 제1 pcp가 계량 펌프로서 작용하도록 제어된다. 제1 pcp는, 폴리머가 시트 제품, 프로파일 제품 및 텍스타일 필라멘트와 같은 제품으로 압출되기 전에, 액체 제형의 연속 스트림을, 정확하게 그리고 압출기(19)에서의 폴리머의 실시간 처리량에 따라 전달하도록, 그에 따라, 관련 첨가제를 포함하는 액체 제형을 폴리머 내로 정확하게 전달하도록 구동된다.
압출기 내의 가압된 용융 폴리머 스트림 내의 압력은 제1 pcp(4)에 의해 전달가능한 압력보다 상당히 더 클 것이다. 따라서, 상기 장치가 초기에 작동될 때, 주입기(14)는 폐쇄되어, 상기 장치를 가압된 용융 폴리머 스트림으로부터 격리시킨다. 제1 pcp(4)는 제2 pcp(8)의 입구(22)에 대해 액체 제형을 계량하도록 작동되며, 이때, 제1 및 제2 펌프(4, 8) 사이의 압력은 압력 변환기(12)에 의해 모니터링된다. 사전 설정된 압력이 달성될 때까지 압력 변환기(12)에서 압력이 상승하도록 허용된다. 이러한 사전 설정된 압력은 상대적으로 낮으며, 펌프(4)의 바람직한 배출 압력 능력과 일치하도록 선택된다. 이는 전형적으로 2 내지 3 bar이다.
사전 설정된 압력에 도달하면, 제2 pcp(8)는 모터(10)에 의해 구동되어, 액체 제형을 압력 변환기(12)/입구(22)로부터 멀어지도록 이송하며, 동시에, 압력 변환기(12)에 의해 측정된 바와 같이 사전 설정된 압력을 유지한다. 모터(10)의 속력은 비례 적분 미분 (P.I.D.) 루프 제어를 사용하여 연속적으로 조정되어, 변환기(12)에서, 사전 설정된 압력을 가능한 한 정확하게 유지하는데, 이는, 밝혀진 바와 같이, 제1 펌프(4)의 일정하고 능동적으로 제어되는 배출 압력을 유지함으로써, 펌프(4)의 계량 정확도가 최적화되기 때문이다.
펌프(8)가 액체 제형을 펌프(4)로부터 멀어지도록 이송함에 따라, 압력이 폐쇄된 주입기(14) 내에서 발생된다. 압력은 제2 압력 변환기(13)에 의해 모니터링된다. 주입기(14)는, 변환기(13)에서의 압력이 압출기(19) 내의 용융 폴리머 스트림의 압력과 같거나 또는 이보다 약간 높아질 때까지, 폐쇄된 채로 유지된다. 용융 폴리머의 압력은 추가의 압력 변환기(20)에 의해 평가될 수 있다. 대안적으로, 폴리머의 압력은 주어진 세트의 폴리머 가공 조건들에 대해 알려질 수 있으며, 그 다음, 주입 장치로 프로그래밍될 수 있다.
변환기(13)에서의 액체 제형의 압력이 적합한 수준 (즉, 용융 폴리머 스트림의 압력 이상)에 도달하면, 작동기(15)는 주입기(14)를 개방시키도록 작동되어, 액체 제형이 용융 폴리머 스트림 내로 유동하도록 한다. 결과적으로, 변환기(13)에서의 액체 제형의 압력은 주입 위치에서 압출기(19) 내의 용융 폴리머 스트림의 압력과 즉시 동일하게 될 것이다. 이 시간 동안, 펌프(8)의 회전 속력은 변환기(12)에서 사전 설정된 압력을 유지하기 위해 필요한 대로 조절될 것이다.
도 2를 참조하면, 주입기(14)는 일 단부에서 출구(21)에 인접한, 외부에 형성된 나사산 영역(23)을 포함할 수 있으며, 이의 다른 단부에서 결합 하우징(26)을 통해 상류 도관(25) (도 1)에 연결되도록 배열되어, 액체 제형이 도관(25)으로부터 주입기 내로 통과되도록 할 수 있다.
주입기는 가늘고 긴(elongate) 도관(27)을 포함하는데, 가늘고 긴 도관(27) 내에는, 뾰족한 단부(29)를 갖는 가늘고 긴 밸브 핀(28)이 활주가능하게 배열된다. 뾰족한 단부(29)는 출구(21) 내에서 연장되도록 배열되며, 그에 따라, 도관(27)으로부터 모든 액체 제형을 배출하는 것이 가능해진다. 핀(28)은 어댑터(30) 및 공압 실린더(31)에 작동가능하게 연결되어 있으며, 공압 실린더(31)는 핀(28)을 출구(21)를 향하여 그리고 출구(21)로부터 멀리 이동시키도록 작동가능하며, 그에 따라, 출구를 폐쇄/개방하며, 주입기로부터의 액체 제형의 배출을 제어한다.
도 1 및 2에 기술된 장치는 다수의 유형의 액체 제형에 대해 잘 작동하지만, 특정 액체 제형 (예를 들어, 특정한 비이클 및/또는 염료 또는 안료를 포함함)이 사용되는 경우, 주입기(14)는 막히게 될 수 있다는 것이 발견되었다. 또한, 주입기(14)의 막힘은 액체 제형이 비교적 낮은 LDR(let-down-ratios: 배합비)에서 용융 폴리머 재료 내로 주입되는 경우에 더 일어나기 쉬운 것으로 확인되었다.
완전히 막힌 (또는 부분적으로 막힌) 주입기는 매우 문제가 될 수 있으며, 세정되어야 한다. 이는 일반적으로, 막힌 주입기를 압출기로부터 분리하고 세정하는 것을 필요로 한다. 그러나, 분리에 앞서, 압출기를 통해 유동하는 폴리머의 압력은 감소되어야 하고, 압출기의 하류의 공정들 (예를 들어, 이는 방사(spinning) 또는 시트 형성과 결부됨)이 중단되어야 한다. 그 다음, 세정 후, 주입기가 재연결될 수 있고, 압출기 내의 폴리머 압력이 증가될 수 있고, 압출기 하류의 공정들이 재시동될 수 있다. 세정 동안의 가동 중지 시간은 1 내지 2시간일 수 있으며, 이는, 예를 들어 섬유 또는 시트의 상당한 생산량이 손실될 수 있음을 의미한다. 예를 들어 방사에서, 1개의 압출기가 6 내지 12개의 방사 헤드를 공급할 수 있다는 것을 고려할 때, 생산 손실량은 상당할 수 있다.
상술한 문제점들을 해결하는 것이 본 발명의 바람직한 구현예의 목적이다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 조립체가 제공되며, 상기 조립체는
(i) 용융 폴리머를 위한 수용 수단;
(ii) 상기 수용 수단에 수용된 용융 폴리머 내로 유체 제형을 주입하기 위한 장치로서, 상기 수용 수단에 대해 고정된 장치
를 포함하고;
(iii) 상기 장치는 상기 수용 수단에 수용된 용융 폴리머 내로 유체 제형을 주입하기 위한 주입 장치를 포함하고;
(iv) 상기 주입 장치는 유체 제형을 상기 수용 수단 내의 용융 폴리머 내로 전달하도록 배열된 도관, 및 도관과 결부된 (예를 들어, 도관 둘레에 배열된) 냉각 유체 통로를 포함하며, 상기 냉각 유체 통로는, 사용 시 도관 및/또는 그 안에 존재하는 유체 제형을 냉각시키도록 배열된 냉각 유체를 수용하도록 배열된다.
냉각 유체는 적합하게는, 도관 및/또는 그 안에 존재하는 유체 제형의 온도의 잠재적으로 해로운 상승을 배제시키도록 배열된다.
상기 수용 수단은 바람직하게는, 적합하게는 용융 폴리머를 수용하기 위한 영역을 획정하는(define) 벽 (A)을 포함한다. 상기 장치는 바람직하게는 벽 (A)에 대해, 보다 바람직하게는 벽 (A)에 직접 고정된다.
상기 주입 장치의 상기 도관은 바람직하게는 벽 (A) 내에서 연장된다. 상기 도관은 바람직하게는 벽 (A)의 제1 측으로부터 벽 (A)의 제2 측으로 연장되며, 상기 제1 측은, 적합하게는 사용 시 수용 수단에 수용될 수 있는 폴리머와 접촉하지 않도록 배열된 외벽이고, 상기 제2 측은 용적, 예를 들어 통로를 획정하며, 사용 시, 여기에 폴리머가 배치되고 및/또는 유동한다. 따라서, 벽 (A)의 상기 제2 측은 적합하게는 사용 시 폴리머와 접촉한다.
상기 수용 수단은 바람직하게는 용융 가공 장치의 일부분이다. 이러한 장치는 용융 폴리머를 사전결정된 형상으로 성형, 예를 들어 압출 또는 기타 몰딩하기 위한 것일 수 있다. 상기 수용 수단 (주입 장치가 이 안으로 유체 제형을 주입할 수 있음)은 압출기의 일부분일 수 있거나 또는 이와 결부될 수 있다. 이는 압출기 채널 또는 배럴일 수 있고; 이는, 사용 시, 유체 제형과 혼합하기 위해 용융 폴리머가 그 안에 배열될 수 있는 혼합기일 수 있다. 혼합기는 임의의 동적 또는 정적 혼합기일 수 있으며, 공동 전달 혼합기(cavity transfer mixer)가 바람직하다. 상기 수용 수단은 사출 성형 기계, 압출 성형 기계, 압출 블로우 성형 기계 또는 다른 폴리머 성형 장비의 일부분일 수 있다. 상기 주입 장치는 압출기, 노즐 내의 적합한 포트, 성형 다이, 성형 기계 분사 포트(shooting pot), 성형 기계 이송 밸브(transfer valve), 사출 성형 도구, 압축 성형 도구, 기계 압출기, 압축 성형 기계 또는 펌프, 예를 들어 기어 펌프와 결부될 수 있다.
상기 도관은 바람직하게는 개구부를 포함하며, 이 개구부를 통해 유체 제형이 수용 수단 내의 용융 폴리머 내로 주입될 수 있고, 여기서, 바람직하게는, 상기 개구부는, 사용 시 용융 폴리머가 유동하고 및/또는 위치되는 상기 수용 수단 내의 영역 내로 바로 개방되는 입구(mouth)를 갖는다. 따라서, 상기 도관 내의 개구부는 바람직하게는 벽 (A)의 제2 측과 함께 정렬된다. 상기 도관 내의 상기 개구부는 바람직하게는 적어도 2mm, 예를 들어 적어도 3mm의 직경을 갖는다. 직경은 8mm 미만, 예를 들어 5mm 미만일 수 있다. 상기 언급된 직경은 적합하게는 가장 좁은 지점에서의 직경을 지칭한다. 상기 개구부는 이의 가장 좁은 지점에서 12mm2 내지 200mm2 범위, 보다 바람직하게는 12 내지 50mm2 범위의 단면적을 가질 수 있다.
상기 도관은 바람직하게는 외면(outer face)을 포함하며, 이는 적합하게는 도관의 맨 끝에 있고, 바람직하게는, 외면을 통해 상기 개구부 (이를 통해 유체 제형이 용융 폴리머 내로 주입될 수 있음)가 연장된다. 상기 외면은 적합하게는, 유체 제형이 주입 장치로부터 상기 수용 수단 내로 주입되는 방향으로 향한다. 상기 외면의 적어도 일부분 (바람직하게는 실질적으로 전부)은 바람직하게는 벽 (A)의 제2 측과 인접한다.
바람직하게는, 상기 도관의 상기 외면은 실질적으로 평면이며, 바람직하게는, 외면의 평면은 벽 (A)의 제2 측의 평면과 동일한 평면 내에 있다. 상기 외면은 바람직하게는 환형(annular)이며, 적합하게는 환형의 중앙은, 사용 시 유체 제형이 통과하는 개구부를 획정한다. 바람직하게는, 벽 (A)의 제2 측에 의해 획정된 바로 주위 영역 및 도관의 외면 사이에 실질적으로 계단(step)이 획정되지 않는다. 상기 언급된 배열은 적합하게는 주입 장치가 사용 시 수용 수단 내에 수용된 폴리머 내로 직접 전달하도록 하고, 및/또는 막힘의 위험을 감소시키는 것을 돕는다.
상기 외면을 포함하는 상기 도관의 단부에서, 도관은 제1 원통형 영역을 획정할 수 있으며, 상기 제1 원통형 영역은 바람직하게는 원형으로 원통형(circularly cylindrical)이다. 조립체에서, 상기 제1 원통형 영역은 적합하게는, 벽 (A) 내의 상응하는 개구부, 예를 들어 벽 (A)의 제2 측에 인접한 개구부에 체결되고 (바람직하게는 실질적으로 밀봉식으로 체결되고), 및/또는 상기 개구부는, 사용 시 폴리머가 유동하는 통로 내로 개방된다. 벽 (A) 내의 상응하는 개구부는 적합하게는, 제1 원통형 영역에 체결되는 좌석(seat)을 획정한다.
상기 외면을 포함하는 도관의 단부는 바람직하게는, 벽 (A) 내에 획정된 상응하는 소켓 상에 착석하며(seated), 상기 소켓은 벽 (A)의 제2 측에 인접한 개구부를 포함하고, 및/또는 상기 개구부는, 사용 시 폴리머가 유동하는 통로 내로 개방된다.
상기 외면을 포함하는 상기 도관의 상기 단부에서, 도관은 상기 제1 원통형 영역을 포함할 수 있으며, 이의 상류에, 제2 원통형 영역을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제1 및 제2 원통형 영역 사이에 계단이 배열된다. 바람직하게는, 상기 제2 원통형 영역은 제1 원통형 영역보다 더 큰 직경을 갖는다. 제1 및 제2 원통형 영역 사이에 원뿔대형(frusto-conical) 영역이 있을 수 있다.
바람직하게는, 제1 및 제2 원통형 영역 (및 제공되는 경우, 상기 원뿔대형 영역)은 벽 (A) 내에 획정된 상기 소켓의 벽 상에 착석한다.
상기 제1 원통형 영역은 바람직하게는 실질적으로 매끄러운 벽을 포함하며, 이는 바람직하게는 나사산식이 아니다.
상기 제2 원통형 영역은 바람직하게는 실질적으로 매끄러운 벽을 포함하며, 이는 바람직하게는 나사산식이 아니다.
상기 원뿔대형 영역은 바람직하게는 실질적으로 매끄러운 벽을 포함하며, 이는 바람직하게는 나사산식이 아니다.
상기 도관은 바람직하게는 벽 (A) 내로 직접 나사결합되도록(screwed) 배열되지 않는다. 상기 도관은 바람직하게는 임의의 나사산 영역을 포함하지 않는다. 상기 도관은 바람직하게는 벽 (A)에 직접 나사산식으로 체결되지 않는다. 상기 도관은 바람직하게는 어떠한 나사산 영역도 전혀 포함하지 않는다.
상술한 바와 같이, 바람직하게는 상기 수용 수단은, 제1 측 및 제2 측을 포함하는 벽 (A)을 포함하며, 상기 제2 측은, 사용 시 폴리머가 배치되고 및/또는 유동하는 통로를 획정한다. 상기 (iv)에서 상술한 바와 같은 상기 냉각 유체 통로는 바람직하게는 벽 (A) 내에 적어도 부분적으로 배열되며, 적합하게는 벽 (A)의 제1 측 및 제2 측 사이에 연장된다. 상기 냉각 유체 통로는 벽 (A) (및 이는 적합하게는 외측 벽 (A)임)의 상기 제1 측으로부터 이격되는 제1 위치로부터 벽 (A) 내의 제2 위치 (예를 들어, 통로가 벽 (A) 내에 매립됨)로 연장될 수 있다. 상기 냉각 유체 통로는 벽 (A)의 상기 제1 측으로부터 이격되는, 유체를 위한 입구, 및 바람직하게는, 벽 (A) (및 이는 적합하게는 외측 벽 (A)임)의 상기 제1 측으로부터 또한 이격되는, 유체를 위한 출구를 포함할 수 있다.
상기 냉각 유체 통로의 1개의 벽 (이는 벽 W1로서 지칭됨)은 바람직하게는 적어도 부분적으로, 유체 제형을 용융 폴리머 내로 전달하도록 배열된 상기 도관에 의해 획정된다. 벽 W1은 바람직하게는 냉각 유체 통로의 내부 벽을 획정한다. 상기 도관은 바람직하게는 제1 표면 (예를 들어, 원통형 표면)을 갖는 벽을 포함하며, 상기 제1 표면은 적합하게는 도관의 내부 표면이고, 용융 폴리머 내로의 유체 제형의 주입에 앞서 유체 제형이 도관을 통해 통과할 때 유체 제형과 접촉하도록 배열된다. 상기 도관의 상기 벽은 바람직하게는 제2 표면을 포함하며, 상기 제2 표면은 적합하게는 도관의 외부 표면이고 및/또는 외향이고, 적합하게는 유체 제형이 도관을 통해 통과할 때 유체 제형과 접촉하지 않는다. 상기 도관의 상기 벽의 상기 제2 표면은 바람직하게는 벽 W1의 적어도 일부분을 획정한다. 상기 배열은 바람직하게는, 사용 시 냉각 유체 통로 내의 냉각 유체가 상기 주입 장치의 상기 도관, 예를 들어 상술한 바와 같은 상기 도관의 상기 벽의 상기 제2 표면과 직접 접촉하도록 하는 것이다.
상기 도관의 상기 벽의 상기 제2 표면은 실질적으로 매끄러울 수 있다. 상기 제2 표면은 실질적으로 원통형일 수 있거나, 또는 바람직하게는, 실린더의 표면적과 비교하여 증가된 표면적을 갖도록 구성된다. 상기 제2 표면은 바람직하게는 일련의 돌출부들, 예를 들어 날개(vane)들을 포함한다. 돌출부들은 가늘고 길 수 있고, 적합하게는, 도관과 결부된 (예를 들어, 이 둘레에 배열된) 냉각 유체 통로를 통한 냉각 유체의 유동 방향으로 연장된다. 돌출부들은 바람직하게는 일련의 유동 채널들을 획정하며, 상기 유동 채널들은 바람직하게는 가늘고 길다. 유동 채널들은, 냉각 유체가 입구로부터 상술한 바와 같은 상기 수용 수단의 벽 (A) 내에 매립된 냉각 유체 통로의 영역을 거쳐 출구로 통과하도록 배열될 수 있다. 바람직하게는, 유동 채널들은, 냉각 유체가 상기 입구로부터, 출구에 있는 또는 출구에 인접한 냉각 유체 통로의 영역, 예를 들어 상기 도관의 외면을 거쳐 상기 출구로 통과하도록 배열된다. 예를 들어, 상기 유동 통로는, 적합하게는 상술한 바와 같은 도관의 맨 끝에 있는 상기 도관의 외면으로부터 3cm 미만, 예를 들어 2cm 미만의 거리 내에 있을 수 있다. 도관의 외면은 적합하게는, 사용 시 수용 수단 내로 및/또는 수용 수단 내의 용융 폴리머 내로 향한다.
냉각 유체 통로의 제2 벽 (이는 벽 W2로서 지칭됨)은 바람직하게는 도관 둘레에 연장된다. 벽 W2은 바람직하게는 원통형이다. 이는 바람직하게는 실질적으로 매끄럽다. 벽 W2은 적합하게는 사용 시 냉각 유체와 접촉하도록 배열된다.
벽 W2은 바람직하게는 고정 장치의 일부분이고, 상기 고정 장치에 의해 상기 주입 장치의 도관이 제자리에 고정되며, 바람직하게는 해제가능하게 고정된다. 상기 고정 장치는 바람직하게는 나사산 영역을 포함하며, 상기 나사산 영역은 수용 수단, 예를 들어 상기 수용 수단의 벽 (A) (제공되는 경우)에 나사산식으로 체결되도록 배열된다. 따라서, 상기 수용 수단의 벽 (A)은 바람직하게는 고정 장치를 해제가능하게 체결하도록 나사산식이다. 상기 고정 장치는 바람직하게는 슬리브 너트(sleeve nut)를 포함하며, 이의 슬리브는 도관 둘레에 연장되고, 적합하게는 벽 W2을 획정한다. 상기 슬리브 너트는 나사산 영역을 포함할 수 있으며, 상기 나사산 영역은 적어도 10mm, 바람직하게는 적어도 15mm, 보다 바람직하게는 적어도 19mm의 직경을 갖는다. 직경은 50mm 미만, 40mm 미만 또는 30mm 미만일 수 있다.
상기 도관은 바람직하게는, 적합하게는 외향의 이의 표면 상에 돌출부, 예를 들어 칼라(collar)를 포함한다. 고정 장치는 바람직하게는, 칼라와 접촉하고 돌출부 (및 이에 의해 도관)에 힘을 가하여 도관이 수용 수단과, 예를 들어 상기 수용 수단의 벽 (A)에 밀봉 체결되도록 배열된다.
고정 장치는 바람직하게는 상기 냉각 유체 통로 내로의 냉각 유체의 통과를 위한 입구, 및 냉각 유체 통로 밖으로의 냉각 유체의 통과를 위한 출구를 포함한다. 상기 냉각 유체 통로는 1 cm 미만, 예를 들어 0.8 cm 미만의, 도관의 가늘고 긴 축에 수직으로 측정된 최대 폭을 가질 수 있다. 최대 폭은 적합하게는, 상기 통로 내로의 입구 및 상기 도관 내의 개구부 (이를 통해, 사용 시, 유체 제형이 수용 수단 내의 용융 폴리머 내로 주입됨)에 가장 가까운 통로인 최저 단부 사이의 중간에서 측정될 수 있다.
상기 벽 W2은 바람직하게는 작동 위치 (여기서, 상기 벽 W2은 벽 (A) 내에 고정되며, 도관 둘레의 상기 냉각 유체 통로의 일부분을 획정함) 및 제2 비작동 위치 (여기서, 상기 벽 W2은 작동 위치로부터 빼내짐(withdrawn)) 사이에서 이동가능하다. 벽 W2은 바람직하게는, 예를 들어 상기 주입 장치의 상기 도관의 가늘고 긴 축에 평행한 방향으로 이의 동작 및 비작동 위치 사이에서 이동가능하다.
바람직한 구현예에서, 유체 제형을 주입하기 위한 상기 장치는 상기 도관 및 상기 고정 장치 (여기서, 적합한 상기 도관 및 고정 장치는 개별적인 및/또는 분리가능한 성분임)를 포함하며, 상기 도관은 상기 냉각 유체 통로의 벽 W1을 획정하고, 상기 고정 장치는 상기 냉각 유체 통로의 벽 W2을 획정하고, 바람직하게는 상기 냉각 유체 통로는 오직 도관 및 상기 고정 장치에 의해 획정되며, 주입 장치의 다른 성분에 의해 획정되지 않는다. 상기 도관은 모놀리식일 수 있다. 상기 고정 장치는 모놀리식일 수 있다.
조립체는 상기 냉각 유체 통로에 작동가능하게 연결된 파이프를 포함할 수 있다. 상기 파이프는 바람직하게는 냉각 유체의 공급원에 연결된다. 본원에 기술된 상기 냉각 유체는 바람직하게는, 사용 시 냉각 유체 통로 내에서 유동하는 경우, 기체이다. 상기 냉각 유체는 압축 공기 또는 질소를 포함할 수 있다.
상기 수용 수단은 용융 폴리머를 수용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 폴리머는 합성 열가소성 폴리머를 포함한다. 상기 폴리머는 바람직하게는 섬유로 성형될 수 있다. 상기 폴리머는 축합 폴리머, 예를 들어 적절한 관능기 (이는 비제한적으로 히드록실 및 카복실산 종을 포함할 수 있음)를 갖는, 물 및/또는 캐리어 존재 하에 해중합될 수 있는 축합 폴리머일 수 있다. 상기 폴리머는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리알킬렌 폴리머 (예를 들어, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌), 폴리카프로락톤, 폴리카보네이트, 아크릴 및 아라미드로부터 선택될 수 있다. 바람직한 일 구현예에서, 상기 폴리머는 폴리에스테르이다.
상기 폴리머는 바람직하게는 폴리에스테르를 포함하며, 이는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) (PET), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트) (PBT), 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) (PTT), 폴리(에틸렌 나프탈레이트) (PEN), 폴리(1,4-시클로-헥실렌디메틸렌) 테레프탈레이트 (PCT), 폴리(에틸렌-co-1,4-시클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트) (PETG), 코폴리(1,4-시클로헥실렌 디메틸렌/에틸렌 테레프탈레이트) (PCTG), 폴리(1,4-시클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트-co-이소프탈레이트) (PCTA), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트-co-이소프탈레이트 (PETA), 폴리(락트산 (PLA), 폴리(글리콜산) (PGA) 및 이들 코폴리머의 블렌드로부터 선택될 수 있다. 상기 폴리머는 바람직하게는 PET를 포함하며, 보다 바람직하게는 PET로 본질적으로 이루어진다.
전형적인 방사가능한 축합 폴리머, 예컨대 폴리에스테르, 예를 들어 PET는 최대 250 또는 최대 200개의 반복 단위 (예를 들어, 최대 25,000 또는 최대 20,000의 분자량)를 가질 수 있다. 반복 단위의 수는 50 내지 200개, 적합하게는 75 내지 200개, 바람직하게는 75 내지 125개 반복 단위의 범위일 수 있다. 전형적인 방사가능한 폴리머는 약 100개의 반복 단위를 가질 수 있다. 축합 폴리머는 선형일 수 있으며, 높은 수준의 배향 및 결정화도 (이는 방사 및 연신(drawing) 공정 동안 유도됨)에 도달할 수 있다.
전형적인 방사가능한 폴리에스테르는 0.62 내지 1dl/g 범위의 IV를 갖는다. 바람직한 폴리에스테르는 표준 기술 (예를 들어, ASTM D4603 - 03)을 사용하여 측정 시 0.5 내지 1.2dl/g 범위 내의 IV를 갖는다.
상기 장치는, 예를 들어 상기 주입 장치를 통해 용융 폴리머 내로 주입하기 위한 유체 제형을 수용하는 용기를 포함할 수 있다.
상기 방법으로 전달된 상기 유체 제형은 적어도 5000cP, 적합하게는 적어도 10000cP, 바람직하게는 적어도 15000cP의 점도를 가질 수 있다. 점도는 250,000cP 미만일 수 있다.
달리 언급되지 않는 한, 본원에 기술된 점도는 20 rpm 및 20℃에서 Brookfield 점도계를 사용하여 측정될 수 있다.
상기 유체 제형은 비이클 및 1종 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 첨가제는 착색제, UV 필터, 산소 흡수제, 항미생물제, 아세트알데히드 스캐빈저, 재열(reheat) 첨가제, 산화방지제, 광 안정화제, 형광 증백제, 가공 안정화제 및 난연제로부터 선택될 수 있다. 상기 첨가제는 바람직하게는, 안료 또는 염료를 포함하는 1종 이상의 착색제를 포함한다. 상기 유체 제형은 바람직하게는 안료를 포함한다.
상기 유체 제형은 적어도 20 중량%, 바람직하게는 적어도 35 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 50 중량%의 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 제형은 85 중량% 미만의 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 유체 제형은 적어도 15 중량%의 액체를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 유체 제형은 적어도 20 중량%의 착색제를 포함하며, 이는 1종 이상의 착색제를 포함할 수 있다. 상기 유체 제형 중 착색제의 총 양은 적어도 30 중량%, 적어도 45 중량% 또는 적어도 55 중량%일 수 있다. 착색제는 안료 또는 염료일 수 있다. 상기 유체 제형은, 0℃ 및 105 Pa의 압력에서 규정되는 표준 온도 및 압력 (STP)에서 비이클 중 불용성인 착색제를 포함할 수 있다.
상기 유체 제형은 15 내지 80 중량%의 비이클 및 20 내지 85 중량%의 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 유체 제형은, 적합하게는 STP에서 액체인 비이클을 포함할 수 있다. 상기 비이클은 바람직하게는 300℃ 초과, 바람직하게는 350℃ 초과, 보다 바람직하게는 500℃ 초과의 비점 (760mmHg의 압력에서)을 갖는다. 비점은 1150℃ 미만 또는 1000℃ 미만일 수 있다. 비이클의 융점은 0℃ 미만 또는 -10℃ 미만일 수 있다.
바람직한 구현예에서, 상기 수용 수단은 압출기이며, 이의 하류는, 유체 제형과 접촉한 용융 폴리머를 방사하기 위한 방사 수단이다. 상술한 바와 같은 조립체 및/또는 장치의 사용에 의해, 용융 폴리머 내로의 유체 제형의 주입은 정확하게 제어될 수 있다 (주입 장치의 일부 부분적인 막힘이 있거나 또는 과도한 온도에 대한 노출로 인하여 유체 제형의 성질의 변화가 있는 경우 이는 어려울 수 있다). 방사에 사용된 제형의 문맥에서 정확한 제어는, 이러한 제형에서의 작은 변화가 방사된 섬유에서 결함 (이는, 예를 들어 이것이 제조될 때 섬유의 파단으로 이어짐)을 낳을 수 있다는 사실로 인하여, 특히 중요할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 유체 제형을 용융 폴리머 내로 주입하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
(i) 제1 측면에 따른 조립체를 선택하는 단계;
(ii) 용융 폴리머는 상기 수용 수단 내에 배열되고, 냉각 유체는 상기 냉각 유체 통로 내에 배열된 채로, 상기 주입 장치를 작동시켜 유체 제형을 용융 폴리머 내로 전달하는 단계.
바람직하게는, 상기 방법은, 상기 주입 장치가 유체 제형을 용융 폴리머 내로 전달하는 시간 전체 동안 냉각 유체가 상기 냉각 유체 통로에서 연속적으로 유동하도록 하는 단계를 포함한다.
제2 측면의 조립체는 제1 측면의 조립체의 임의의 특징을 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 제1 측면에 따른 조립체를 조립하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 제1 측면에 따라 기술된 바와 같은 주입 장치를, 제1 측면에 따라 기술된 바와 같은 수용 수단에 대해 고정시키는 단계를 포함한다.
상기 방법은, 제1 측면에 따라 기술된 바와 같은 도관을 선택하는 단계 및 상기 도관을 벽 (예를 들어, 상기 제1 측면에 기술된 벽 (A)) 내에 획정된 개구부, 예를 들어 소켓 내에 체결하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은, 제1 측면에 따라 기술된 바와 같은 고정 장치를 선택하는 단계 및 상기 고정 장치를 사용하여 도관을 제자리에 해제가능하게 고정시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 바람직하게는, 고정 장치를 제자리에, 예를 들어 상기 수용 수단의 벽 (예를 들어, 벽 (A)) 내에 나사산식으로 체결하는 단계를 포함한다. 상기 도관은 바람직하게는 상기 수용 수단의 벽 (예를 들어, 벽 (A))에 미끄럼 끼워맞춰진다(sliding fit). 상기 도관은 바람직하게는, 임의의 다른 나사산 영역, 예를 들어 상기 수용 수단의 벽 (예를 들어, 벽 (A)) 내에 획정된 임의의 나사산 영역에 체결하는 상기 도관의 임의의 나사산 영역의 체결에 의해 상기 수용 수단의 상기 벽 (예를 들어, 벽 (A))에 고정되지 않는다.
상기 방법은 바람직하게는, 고정 장치를 제자리에, 예를 들어 도관 둘레에 고정시킴으로써 냉각 유체를 수용하도록 배열된 냉각 유체 통로의 적어도 일부분을 획정하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 조립체를 용융 폴리머의 공급원에 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 조립체를 냉각 유체의 공급원에 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
본원에 기술된 임의의 발명 또는 구현예의 임의의 특징은, 필요한 부분만 약간 수정하여, 본원에 기술된 임의의 다른 발명과 조합될 수 있다.
본 발명의 특정 구현예는 이제 예시에 의해 첨부 도면에 관하여 기술될 것이다.
도 1은 액체 제형을 용융 폴리머 내로 주입하기 위한 장치의 도식 표현이고;
도 2는 주입기를 관통하는 단면도이고;
도 3은 압출기의 벽에 체결된, 알려져 있는 장치의 주입기의 도관의 도식 표현이고;
도 4a 및 4b는 주입기가 어떻게 막히게 되는지 예시하는 주입기의 도관의 도식 표현이고;
도 5a는, 압출기의 벽에 체결된, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른, 주입기의 변형된 도관을 포함하는 조립체의 도식 표현이고;
도 5b는 도 5a의 조립체와의 체결 이전의 압출기의 벽의 도식 표현이고;
도 6a는 압출기의 벽에의 체결을 위한 변형된 조립체 (그러나, 조립체의 도관의 출구를 개방/폐쇄하기 위한 이동가능한 핀을 제외함)의 사시도이고;
도 6b는 도 6a의 조립체 (그러나, 이동가능한 핀을 포함함)를 관통하는 도식 단면도이고;
도 6c는 도 6b의 라인 VIc-VIc를 따른 단면도이고;
도 6d는 변형된 조립체 (이동가능한 핀을 포함함)의 등각투상도이다.
도면에서, 동일하거나 또는 유사한 부분들은 동일하거나 또는 유사한 참조 번호로 표시된다.
하기 재료는 이하와 같이 지칭된다:
제형 A1 - 비이클 및 적색 염료를 포함하는, 등록 상표의 액체 제형.
도 1 및 2에 관하여 상술한 바와 같이, 주입기(14)는, 액체 제형이 도관(17) 및 출구(21)를 거쳐 가압된 용융 폴리머 스트림(18) 내로 통과하는 것을 제어하도록 배열된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 도관(17)은 출구(21)에 인접한 외향 나사산 영역(23)을 포함하며, 상기 외향 나사산 영역(23)을 통해 상기 도관(17)은 압출기(19)의 금속 벽(42) 내에 획정된 나사산 개구부 내에 해제가능하게 나사체결될 수 있다. 영역(23)의 하류에서, 도관(17)은 내향으로 테이퍼링되어(taper) 원뿔대형 영역(44)을 획정하며, 이의 하류에서, 이는 원통형 영역(46)을 획정하고, 이 안에 출구(21)가 획정된다. 출구(21)는 폴리머 스트림(18)을 수용하는 통로(48) 내로 개방된다. 영역(44, 46)은 압출기(19)의 벽(42) 내에 획정된 원뿔형 좌석에 상응하도록 형상화되며, 이에 따라, 도관은 원뿔형 좌석 상으로 아래로 조여져(tightened down) 압출기로부터 폴리머의 누출을 방지할 수 있다. 사용 시, 액체 제형은 도관(17)에서 획정된 통로(50) 내에서, 출구(21) 쪽으로의 화살표(52) 방향으로 통과하며, 상기 출구(21)로부터 액체 제형이 폴리머 스트림(18) 내로 주입된다. 핀 (이는 미도시되었지만, 도 2의 핀(28)과 유사함)은 출구(21)를 폐쇄/개방하도록 도관(17)에서 이동가능하다. 액체 제형은 50 내지 200 bar 또는 그 이상의 범위일 수 있는 압력에서 주입될 수 있다.
사용 시, 금속 벽(42)은 용융 폴리머 스트림(18)으로부터의 열 전도에 의해 최대 약 300℃의 온도에 있을 수 있다는 것이 확인되었다. 결국, 시험은, 도관(17)이 폴리머 스트림과 실질적으로 동일한 온도로 가열될 수 있다는 것을 나타냈다. 일부 액체 제형은 하기 실시예 1에 기술된 바와 같이, 이러한 가열에 의해 영향을 받는 것으로 확인되었다 (특히 제형 A1).
실시예 1
테스트 장치(test-rig) (미도시됨)는 가열된 블록을 포함하며, 여기서 주입기의 도관(17)은 도 3에 관하여 상술한 것과 실질적으로 동일한 방식으로 나사체결된다. 상기 블록의 온도는, 도관을 통해 통과하는 액체 제형의 투여 속도가 조정될 수 있는 바와 같이, 조정될 수 있다. 또한, 투여는 측정된 기간 동안 중단될 수 있으며, 재시작되어, 실제 상황을 시뮬레이션할 수 있다.
소정 온도 범위에 걸쳐 2.92 그램/분 (gpm) (이는 실제 가장 낮을 수 있는 첨가 속도와 동일함)의 관련 투여 속도에서 테스트 장치를 사용하여 액체 제형 A1을 평가하였다. 관찰의 결과는 하기 표 1에 제공된다.
온도 (℃) 관찰
150 착색제는 명시된 온도에서의 테스트 장치에서 가장 부드러운 페이스트임. 발연(fuming) 없음. 변색 없음. 막힘 없음.
175 착색제는 명시된 온도에서의 테스트 장치에서 가장 부드러운 페이스트임. 발연 없음. 변색 없음. 막힘 없음.
200 착색제는 명시된 온도에서의 테스트 장치에서 약간 더 걸쭉한 페이스트로 나타남. 발연 없음. 변색 없음. 막힘 없음.
225 착색제는 최초 개봉 시 막힘을 유발하였음. 주입기 핀을 토글링(toggling)하는 것은 막힘을 제거하였으며, 나머지 10분 동안 투여가 허용가능하였음. 착색제는 명시된 온도에서 더 걸쭉한 페이스트임. 발연 없음. 약간의 변색 (더 어두워짐).
250 착색제는 최초 개봉 시 막힘을 유발하였음; 이는 주입기 핀을 토글링한 후에 제거됨. 10분 후, 약간의 압력 상승이 있었으며, 이는 약간의 막힘하이 발생함을 나타냄. 착색제는 더 걸쭉하며, 색상이 더 어두움. 발연 없음.
275 착색제는 최초 개봉 시 막힘을 유발하였음. 주입기 핀을 토글링하는 것은 짧은 시간 동안 막힘을 제거하였지만, 1분 후 완전한 막힘이 있었음. 발연이 존재함. 매우 걸쭉한 페이스트 및 색상이 어두움.
따라서, 상기로부터, 상술한 제형은 불리하게는, 특정 상황에서, 예를 들어 이것이 더 높은 온도로 가열될 때 주입기에서 막힘을 유발할 수 있다는 것을 알아야 한다.
일련의 실험에서, 주입기가 막히게 되는 이유를 조사하였다. 도 4a에 예시된 바와 같이, 초기에, 고형 재료 (이는 참조 번호(33)에 의해 표시됨)에 의한 막힘은, 밸브 핀(28)을 위한 좌석을 획정하는 레지(ledge; 31) 상에서 기원하였다는 것이 확인되었다. 후속으로, 고형 재료의 더 광범위한 축적이 있었으며, 이는 도 4b에서 참조 번호(33)에 의해 예시된 바와 같은 주입기의 완전한 막힘을 낳는다. 후속으로 기술된 구현예들은 막힘의 문제점을 해결하도록 개발되었다.
본 발명의 제1 구현예는 도 5a 및 5b에 도시되어 있다. 상기 도면을 참조하여, 도관(117)은, 이것이 압출기(19)의 벽(42) 내에 획정된 원뿔형 좌석에 상응하도록 형상화된 원뿔대형 영역(44) 및 원통형 영역(46)을 포함하는 점에서 도 3의 도관(17)과 유사하다. 그러나, 도관(117) 그 자신은, 예를 들어 도 3에서의 영역(23)에 상응하는 나사산 영역을 포함하지 않는다.
도관(117)은, 사용 시 슬리브 너트(124)의 일부분을 지지하도록 배열된 상향 (도 5a에 도시된 바와 같이) 환형 표면(122)을 갖는 환형 칼라(annular collar; 120)를 포함한다.
도관(117)은 포트(125) 내에 배열된다. 도관(117) 및 슬리브 너트(124)를 포함하는 조립체를 수용하는 포트(125)의 개구부는 도 3 구현예에서의 동등한 포트의 직경과 비교하여 더 넓은 직경을 갖는다.
포트(125)는, 제1 원통형 부분을 획정하는 나사산식 벽(126); 원뿔대형 부분을 획정하는 벽(128); 및 제2 원통형 부분을 획정하는 벽(130)을 포함한다. 슬리브 너트(124)는 헤드(140)를 포함하며, 이의 저부 환형 표면(142)은 도관(117)의 칼라(120)의 환형 표면(122) 상에 착석하도록 배열된다. 슬리브 너트(124)는 내향 원통형 벽을 갖는 원통형 몸체(146)를 포함하며, 이는 그 자신 및 도관(117)의 외벽(147) 사이의 원통형 공기 틈(148)을 획정하도록 배열된다. 이의 원위 단부 쪽으로, 영역(150)에서, 슬리브 너트의 외부 원통형 벽(151)은 나사산식이며, 나사산식 벽(126)과 체결하도록 배열된다. 슬리브 너트(124)는 또한 헤드(140)에 인접한 공기 입구(160) 및 공기 출구(162)를 포함한다. 공기 출구(162)는 원통형 벽(151)의 주변부를 중심으로 대략 180°에서 공기 입구(160)에 대해 오프셋되며, 공기 출구(162)가 나사산식 영역(150)을 관통하여 연장되며 사용 시 압출기(19)의 외벽에 인접하게 위치하도록 축방향으로 이격된다.
도 5a 및 5b의 조립체의 요소들의 치수는 하기와 같다:
- 도관(117)의 내부 직경 "x"는 약 8mm이다.
- 도관(117)의 외부 직경 "y"는 약 13mm이다.
- 포트(125)의 직경 "z"는 약 22mm이다.
- 출구(21)의 직경 "p"는 약 3 내지 4mm이다.
조립 동안, 도관(117)의 영역(44, 46)은 포트(125)의 벽(128, 130) 상에 착석하며, 슬리브 너트(124)는 도관(117) 상에 사전 설치되어 있고, 나사산 영역(150)은 나사산식 벽(126)과 체결되고, 너트(124)는 도관(117)을 제자리에 고정시키도록 아래로 조여진다.
사용 시, 냉각 압축 공기가 화살표(170)의 방향으로 도 5의 조립체 내로 도입된다. 공기는 화살표(172)에 의해 예시된 바와 같이 환형 공기 틈(148) 내에서 유동하며, 이에 의해 도관(117) (및 그 안의 액체 제형)을 냉각시킨다. 이어서, 가열된 공기는 화살표(174)에 의해 예시된 바와 같이 출구(162)를 통해 조립체 밖으로 통과한다.
도 6a 내지 6d의 조립체(200)는 도 5a 및 5b의 조립체와 유사하다. 조립체(200)는 슬리브 너트(224)를 포함하며, 이는 헤드(240), 원통형 몸체(246), 및 도 5a 및 5b 구현예에 대해 기술된 바와 같은 나사산식 벽(126) (도 5b)에 체결되도록 배열된 나사산 영역(250)을 포함한다.
헤드(240)는 압축 공기를 위한 입구(290), 및 그에 대해 정반대의 출구(292) (이는 도 6a에는 미도시되어 있지만, 도 6b 및 6c에는 도시되어 있음)를 포함한다.
도관(217)은 도 5a 및 5b의 도관(117)과 비교하여 변형되어 있다. 이에 관하여, 도관(217)은 중앙 중공 허브(293)를 포함하며, 이로부터 일련의 가늘고 긴, 방사상으로 연장되는 날개들(294)이 돌출된다. 도 6c에, 허브(293) 둘레에 60°로 이격된 6개의 날개들(294)이 예시되어 있다.
각각의 날개(294)는 (이의 가늘고 긴 연장부(extent)를 따라) 계단을 포함한다. 따라서, 각각의 날개(294)는 이의 길이의 제1 부분(295)을 따른 제1 두께 (방사상으로 측정됨), 및 이의 길이의 제2 부분(296)을 따른 더 두꺼운 제2 두께를 포함한다. 증가된 두께는, 조립체(200)가 완전히 조립될 때 너트(224) 아래에 존재하는 더 넓은 틈을 채우도록 배열된다.
날개들(294)은 협동하여 압축 공기를 위한 통로를 획정한다. 이 통로는 도관(217)의 외부 표면 및 슬리브 너트(224)의 원통형 몸체(246)의 내향 원통형 벽(297) 사이에 획정된다. 날개의 원위 단부(298)를 넘어서 환형 틈(299)이 획정되며, 상기 틈은 도관(217)의 환형 영역(244)의 내부에서 획정된다.
도 6b 내지 6d는 또한, 출구(221)를 폐쇄/개방하도록 도관(217) 내 가늘고 긴 원통형 개구부 내에서 이동가능한 핀(228)을 포함한다.
사용 시, 조립체(200)는 도 5a 및 5b 구현예에 대해 기술된 바와 같은 포트(125)에 체결된다. 이어서, 압축 공기 공급은 입구(290)와 연결되며, 사용 시, 공기가 조립체 내로 주입된다. 공기는 도 6b 및 6c에서 화살표(300)에 의해 예시된 바와 같이 조립체 내로 통과한다. 이는 날개들(294)에 의해 획정된 통로 아래로 그리고 틈(299)을 통해 통과한다. 그 후, 공기는 날개들(294)에 의해 획정된 통로 위로 그리고 출구(292)를 통해 조립체 밖으로 통과한다. 날개들(294), 틈(299), 입구(290) 및 출구(292)의 배열은 출구(221)를 향한 그리고 출구(221)로부터 멀어지는 공기의 유동을 촉진한다. 결과적으로, 가장 뜨겁게 되는 것으로 예상되고 및/또는 도 4a 및 4b에 관하여 기술된 바와 같이 도관의 막힘이 시작되는 곳으로 발견된 도관의 영역에 가까운, 도관(117)의 영역으로부터 열이 제거된다.
도 5 및 6의 장치는 실시예 2 및 3에 기술된 바와 같이 시험하였다.
실시예 2
실시예 1에 기술된 테스트 장치를 사용하여, 상이한 압축 공기 유량의 범위에 걸쳐 도 5 및 6의 장치를 평가하였다. 결과는 하기 표 2에 제공된다.

공기 유량 (리터/분)		 주입기 선단(tip)에 인접한 온도 (℃)
도 5의 구현예 도 6의 구현예
공기 없음 277 274
10 266 252
20 254 228
30 252 213
결과는, 선단을 냉각시키기 위해 공기를 사용하는 것이 바람직하며, 도 6의 구현예가 도 5의 구현예에 비해 개선됨을 예시한다.
실시예 3
제형 A1을 압출기 내의 폴리머 내로 주입하면서 투여 속도의 범위에 걸쳐 도 5 및 6의 장치를 평가하였다. 도 5 및 6에서, 공기 유량은 30 리터/분이었다. 결과는 하기 표 3에 제공된다.

제형 A-1의 투여 속도
(전달된 제형의 분당 그램) 		결과
도 5의 구현예 도 6의 구현예
2.91 막힘 없음 막힘 없음
0.73 즉각적인 막힘 1회의 작은 막힘을 갖는 20분
제조 환경에서 제형 A-1의 예상되는 가장 낮은 투여 속도가 대략 2.92 그램/분인 것을 고려할 때, 도 5 및 6의 구현예 둘 모두는 상업적 용도에 적합할 것이다. 더 낮은 투여 속도에 대해, 도 6의 구현예가 바람직하고, 및/또는 공기 유량은 증가할 수 있다.
본 발명은 상기 구현예(들)의 상세사항에 제한되지 않는다. 본 발명은, 본 명세서 (이는 임의의 첨부되는 청구범위, 요약서 및 도면을 포함함)에 개시된 특징들 중 임의의 신규한 것 또는 이들의 임의의 신규한 조합, 또는 상기와 같이 개시된 임의의 방법 또는 공정의 단계들 중 임의의 신규한 것 또는 이들의 임의의 신규한 조합으로 확장된다.

Claims (25)

  1. 조립체로서, 상기 조립체는
    (i) 용융 폴리머를 위한 수용 수단;
    (ii) 상기 수용 수단에 수용된 용융 폴리머 내로 유체 제형을 주입하기 위한 장치로서, 상기 수용 수단에 대해 고정된 장치
    를 포함하며;
    (iii) 상기 장치는 상기 수용 수단에 수용된 용융 폴리머 내로 유체 제형을 주입하기 위한 주입 장치를 포함하고;
    (iv) 상기 주입 장치는, 상기 수용 수단 내의 용융 폴리머 내로 유체 제형을 전달하도록 배열된 도관, 및 상기 도관과 결부된 냉각 유체 통로를 포함하며, 상기 냉각 유체 통로는, 사용 시 상기 도관 및/또는 그 안에 존재하는 유체 제형을 냉각시키도록 배열된 냉각 유체를 수용하도록 배열된,
    조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수용 수단은 용융 폴리머를 수용하기 위한 영역을 획정하는(define) 벽 (A)을 포함하며, 상기 주입 장치의 상기 도관은 상기 벽 (A) 내에서 연장되고, 상기 수용 수단은 용융 가공 장치, 예를 들어 압출기의 일부분인, 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도관은 벽 (A)의 제1 측으로부터 벽 (A)의 제2 측으로 연장되며, 상기 제2 측은, 사용 시 폴리머가 배치되고 및/또는 유동하는 통로를 획정하고, 상기 도관은 개구부를 포함하며, 사용 시 상기 개구부를 통해 유체 제형이 상기 수용 수단 내의 용융 폴리머 내로 주입되고, 상기 개구부는, 사용 시 용융 폴리머가 유동하고 및/또는 위치되는 상기 수용 수단 내의 영역 내로 바로 개방되는 입구(mouth)를 갖는, 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 도관 내의 상기 개구부는 벽 (A)의 상기 제2 측과 함께 정렬되며, 상기 개구부는 바람직하게는 이의 가장 좁은 지점에서 12mm2 내지 200mm2 범위의 단면적을 갖는, 조립체.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 도관은 상기 도관의 맨 끝에 있는 외면(outer face)을 포함하며, 상기 개구부는 상기 외면을 통해 연장되고, 사용 시 상기 개구부를 통해 유체 제형이 용융 폴리머 내로 주입되며, 상기 외면의 적어도 일부분은 벽 (A)의 제2 측과 인접한, 조립체.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 벽 (A)의 상기 제2 측에 의해 획정되는 바로 주위 영역과 상기 도관의 상기 외면의 사이에 실질적으로 계단(step)이 획정되지 않는, 조립체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 외면을 포함하는 상기 도관의 단부에서, 상기 도관은 제1 원통형 영역을 획정하며, 상기 제1 원통형 영역은 용융 폴리머를 수용하기 위한 상기 수용 수단의 영역을 획정하는 벽 (A) 내의 상응하는 개구부에 체결되고;
    외면을 포함하는 상기 도관의 단부는 상기 벽 (A) 내에 획정된 상응하는 소켓 상에 착석하고(seated), 상기 소켓은 벽 (A)의 제2 측에 인접한 개구부를 포함하고, 및/또는 상기 개구부는, 사용 시 폴리머가 유동하는 상기 통로 내로 개방되고;
    상기 외면을 포함하는 상기 도관의 상기 단부에서, 상기 도관은 상기 제1 원통형 영역을 포함하며, 이의 상류에 제2 원통형 영역을 포함하고, 상기 제1 및 제2 원통형 영역들 사이에 계단이 배열되는, 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 원통형 영역은 상기 벽 (A) 내에 획정된 상기 소켓의 벽 상에 착석하는, 조립체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도관은 상기 수용 수단의 벽 (A) 내로 직접 나사결합되도록(screwed) 배열되지 않으며, 상기 벽 (A)은 용융 폴리머를 수용하기 위한 상기 수용 수단의 영역을 획정하는, 조립체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 수단은, 제1 측 및 제2 측을 포함하는 벽 (A)을 포함하며, 상기 제2 측은, 사용 시 폴리머가 배치되고 및/또는 유동하는 통로를 획정하고, 상기 냉각 유체 통로는 적어도 부분적으로 벽 (A) 내에 배열되고, 벽 (A)의 상기 제1 측 및 제2 측 사이에서 연장되고, 상기 냉각 유체 통로는 상기 벽 (A)의 제1 측으로부터 이격된 제1 위치로부터 상기 벽 (A) 내의 제2 위치로 연장되는, 조립체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 유체 통로의 하나의 벽 W1은, 적어도 부분적으로, 유체 제형을 용융 폴리머 내로 전달하도록 배열된 상기 도관에 의해 획정되며, 상기 벽 W1은 상기 냉각 유체 통로의 내부 벽을 획정하는, 조립체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 도관은 제1 표면을 갖는 벽을 포함하며, 상기 제1 표면은 상기 도관의 내부 표면이고, 상기 유체 제형이 용융 폴리머 내로 주입되기에 앞서 상기 유체 제형이 상기 도관을 통해 통과할 때 상기 유체 제형과 접촉하도록 배열되고; 상기 도관은 제2 표면을 포함하며, 상기 제2 표면은 상기 도관의 외부 표면이고 및/또는 외향이고, 상기 유체 제형이 상기 도관을 통해 통과할 때 상기 유체 제형과 접촉하지 않고; 상기 배열은, 사용 시 상기 냉각 유체 통로 내의 냉각 유체가 상기 도관의 상기 벽의 상기 제2 표면과 직접 접촉하도록 하는 배열인, 조립체.
  13. 제12항에 있어서, 상기 도관의 상기 벽의 상기 제2 표면은 일련의 돌출부들을 포함하며, 상기 돌출부들은 가늘고 길고(elongate), 상기 냉각 유체 통로를 통한 냉각 유체의 유동 방향으로 연장되고, 상기 돌출부들은 일련의 유동 채널들을 획정하는, 조립체.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 냉각 유체 통로의 제2 벽 W2은 상기 도관 둘레에 연장되며, 사용 시 냉각 유체와 접촉하도록 배열되고, 상기 제2 벽 W2은 고정 장치의 일부분이며, 상기 고정 장치에 의해 상기 주입 장치의 상기 도관이 제자리에 고정되는, 조립체.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2 벽 W2은, 상기 제2 벽 W2이 벽 (A) 내에 고정되며 상기 도관 둘레의 상기 냉각 유체 통로의 일부분을 획정하는 작동 위치, 및 상기 제2 벽 W2이 상기 작동 위치로부터 빼내지는(withdrawn) 제2 비작동 위치의 사이에서 이동가능한, 조립체.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 고정 장치는, 상기 수용 수단을 나사산식으로 체결하도록 배열된 나사산 영역을 포함하는, 조립체.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정 장치는, 상기 냉각 유체 통로 내로의 냉각 유체의 통과를 위한 입구(inlet), 및 상기 냉각 유체 통로 밖으로의 냉각 유체의 통과를 위한 출구(outlet)를 포함하는, 조립체.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 제형을 주입하기 위한 상기 장치는 상기 도관 및 상기 고정 장치를 포함하며, 상기 도관은 상기 통로의 벽 W1을 획정하고, 상기 고정 장치는 상기 통로의 제2 벽 W2을 획정하고, 바람직하게는 상기 통로는 오직 상기 도관 및 상기 고정 장치에 의해 획정되며, 상기 주입 장치의 다른 성분에 의해 획정되지 않는, 조립체.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조립체는 상기 냉각 유체 통로에 작동가능하게 연결된 파이프를 포함하며, 상기 파이프는 냉각 유체의 공급원에 연결되고; 상기 수용 수단은 바람직하게는 용융 폴리머를 수용하는, 조립체.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는, 상기 주입 장치를통해 용융 폴리머 내로 주입하기 위한 유체 제형을 수용하는 용기(receptacle)를 포함하는, 조립체.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 수단은 압출기이며, 이의 하류에 유체 제형과 접촉한 용융 폴리머를 방사(spinning)하기 위한 방사 수단이 위치하는, 조립체.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법으로 전달된 상기 유체 제형은 적어도 5000cP 및 250,000cP 미만의 점도를 가지며, 안료 또는 염료를 포함하는 1종 이상의 착색제를 포함하는 첨가제를 포함하고, 15 내지 80 중량%의 비이클 및 20 내지 85 중량%의 첨가제를 포함하는, 조립체.
  23. 유체 제형을 용융 폴리머 내로 주입하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
    (i) 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 조립체를 선택하는 단계,
    (ii) 용융 폴리머는 상기 수용 수단 내에 배열되고, 냉각 유체는 상기 냉각 유체 통로 내에 배열된 채로, 상기 주입 장치를 작동시켜 유체 제형을 상기 용융 폴리머 내로 전달하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 방법은 상기 주입 장치가 유체 제형을 상기 용융 폴리머 내로 전달하는 시간 전체 동안 냉각 유체가 상기 냉각 유체 통로에서 연속적으로 유동하도록 하는 단계를 포함하는, 방법.
  25. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 조립체를 조립하는 방법으로서, 상기 방법은 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 주입 장치를 수용 수단에 대해 고정시키는 단계를 포함하는, 방법.
KR1020207024422A 2018-03-08 2019-02-28 유체를 용융 폴리머 재료 내로 주입하기 위한 조립체 및 방법 KR102653022B1 (ko)

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