KR20220158616A - Extruder and strand die - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 압출(壓出) 장치 및 스트랜드 다이에 관한 것이다. The present invention relates to an extruder and a strand die.
특허문헌 1에는, 용융 수지를 스트랜드로서 압출하는 스트랜드 다이를 구비한 압출 장치가 기재되어 있다. 특허문헌 1의 압출 장치에서는, 수지의 유로(流路)가 토출구를 향해 확경(擴俓)되는 역(逆)테이퍼 형상으로 되어 있다.
압출 장치의 선단에 장착되는 스트랜드 다이는, 이물질을 여과하기 위해 눈이 미세한 메쉬를 포함하는 브레이커 플레이트를 장착할 수 있다. 이러한 경우에는, 여과 면적을 확보하기 위해, 브레이커 플레이트의 면적을 넓게 한다. 그 결과, 수지의 유로는 토출구를 향해 지름이 확장되는 부분을 갖는다.The strand die mounted at the tip of the extruder may be equipped with a breaker plate comprising a fine mesh to filter foreign matter. In this case, in order to secure the filtration area, the area of the breaker plate is widened. As a result, the resin passage has a portion whose diameter extends toward the discharge port.
통상, 유로가 확경하면, 유속(전단속도)이 저하한다. 비(非)뉴톤성이 강한 수지는, 전단(剪斷) 속도가 낮은 경우에 유동성이 극단적으로 저하하여 벽면에 체류(滯留)되기 쉽다. 그러면, 히터로부터의 열량(열 에너지)이 증가하고, 분자량 저하 등의 열 열화를 초래하여, 스트랜드의 품질이 저하된다.Normally, when the diameter of the passage is enlarged, the flow rate (shear rate) decreases. A resin with strong non-Newtonian properties tends to remain on the wall surface due to extremely low fluidity when the shear rate is low. Then, the amount of heat (thermal energy) from the heater increases, causing thermal deterioration such as molecular weight reduction, and the quality of the strand deteriorates.
그 밖의 과제와 새로운 특징은, 본 명세서의 설명 및 첨부도면으로부터 명백해질 것이다.Other problems and new features will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
일 실시형태에 따른 압출 장치는, 스트랜드의 원료가 흐르는 유로를 갖는 일방향으로 연장된 통(筒)형상의 실린더와, 상기 실린더의 일단측에 배치되고, 상기 실린더로부터 압출된 상기 원료가 유입되는 유입구, 상기 원료를 스트랜드로서 토출하는 토출구, 및 상기 유입구에서 상기 토출구까지 상기 원료가 흐르는 유로를 갖는 스트랜드 다이와, 상기 일방향으로 연장된 회전축을 중심으로 회전함으로써, 상기 원료를 토출구 측으로 압출하는 스크류를 구비하고, 상기 일방향에 직교하는 상기 유로의 단면적을 유로 단면적으로 하면, 상기 스트랜드 다이의 상기 유로에 있어서의 상기 스크류의 선단보다도 상기 토출구측의 상기 유로 단면적은, 상기 실린더의 상기 유로에 있어서의 상기 유로 단면적보다도 작다.Extrusion apparatus according to one embodiment, a cylindrical cylinder extending in one direction having a flow path through which the raw material of the strand flows, disposed on one end side of the cylinder, an inlet through which the raw material extruded from the cylinder flows in , A strand die having a discharge port for discharging the raw material as a strand, and a flow path through which the raw material flows from the inlet to the discharge port, and a screw for extruding the raw material toward the discharge port by rotating about a rotating shaft extending in one direction, . smaller than
일 실시형태에 따른 스트랜드 다이는, 스트랜드의 원료가 흐르는 유로를 가지는 일방향으로 연장된 통형상의 실린더의 일단측에 배치되고, 상기 일방향으로 연장된 회전축을 중심으로 회전하는 스크류에 의해, 상기 실린더로부터 압출된 상기 원료가 유입되는 유입구, 상기 원료를 스트랜드로서 토출하는 토출구, 및 상기 유입구에서 상기 토출구까지 상기 원료가 흐르는 유로를 갖는 스트랜드 다이이며, 상기 일방향에 직교하는 상기 유로의 단면적을 유로 단면적으로 하면, 상기 스트랜드 다이의 상기 유로에 있어서의 상기 스크류의 선단보다도 상기 토출구측의 상기 유로 단면적은, 상기 유입구에 있어서의 상기 유로 단면적보다도 작다.Strand die according to one embodiment is disposed on one end side of a cylindrical cylinder extending in one direction having a flow path through which the raw material of the strand flows, by a screw rotating around a rotating shaft extending in the one direction, from the cylinder A strand die having an inlet through which the extruded raw material flows, a discharge port through which the raw material is discharged as a strand, and a flow path through which the raw material flows from the inlet to the discharge port, and when the cross-sectional area of the flow path orthogonal to the one direction is the flow channel cross-sectional area , The cross-sectional area of the passage on the discharge port side is smaller than the cross-sectional area of the passage at the inlet port than the tip of the screw in the passage of the strand die.
상기 일 실시형태에 의하면, 스트랜드의 품질을 향상시킬 수 있는 압출 장치 및 스트랜드 다이를 제공할 수 있다. 본 개시의 상기 목적, 특징 및 이점, 그리고 다른 목적, 특징 및 이점은, 이하에서 주어지는 상세한 설명 및 도면에서 보다 완전히 이해될 것이다. 이하에서 주어지는 상세한 설명 및 도면은, 예시를 위해 제공되며, 본 개시를 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다.According to the above one embodiment, it is possible to provide an extrusion device and a strand die capable of improving the quality of a strand. The above and other objects, features and advantages of the present disclosure will be more fully understood from the detailed description and drawings given below. The detailed description and drawings given below are provided for purposes of illustration and should not be considered as limiting the present disclosure.
도 1은, 실시형태 1에 관한 압출 장치의 구성을 예시한 측면도이고,
도 2는, 실시형태 1에 관한 2축 압출 장치의 실린더를 예시한 단면도이고,
도 3은, 실시형태 1에 관한 실린더의 유로 단면적을 예시한 도면이고,
도 4는, 실시형태 1에 관한 스트랜드 다이를 예시한 사시도이고,
도 5는, 실시형태 1에 관한 스트랜드 다이를 예시한 일부 단면 사시도이고,
도 6은, 실시형태 1에 관한 스트랜드 다이를 예시한 단면도로, 도 4의 VI-VI의 단면을 나타내고,
도 7은, 실시형태 1에 관한 스트랜드 다이를 예시한 단면도로, 도 4의 VII-VII의 단면을 나타내고,
도 8은, 비교 예에 관한 스트랜드 다이를 예시한 일부 단면 사시도이고,
도 9는, 비교 예에 관한 스트랜드 다이를 예시한 단면도이고,
도 10은, 비교 예에 관한 스트랜드 다이를 예시하는 단면도이고,
도 11은, 비교 예에 관한 스트랜드 다이의 유로에 있어서의 전단 속도를 예시한 도면이고,
도 12는, 실시형태 1에 관한 스트랜드 다이의 유로에 있어서의 전단 속도를 예시한 도면이다.1 is a side view illustrating the configuration of an extrusion device according to
2 is a cross-sectional view illustrating a cylinder of the twin-screw extrusion device according to
3 is a diagram illustrating a passage cross-sectional area of a cylinder according to
4 is a perspective view illustrating a strand die according to
5 is a partial cross-sectional perspective view illustrating a strand die according to
Fig. 6 is a cross-sectional view illustrating a strand die according to
Fig. 7 is a cross-sectional view illustrating a strand die according to
8 is a partial cross-sectional perspective view illustrating a strand die according to a comparative example;
9 is a cross-sectional view illustrating a strand die according to a comparative example;
10 is a cross-sectional view illustrating a strand die according to a comparative example;
11 is a diagram illustrating the shear rate in the flow path of the strand die according to the comparative example,
12 is a diagram illustrating the shear rate in the passage of the strand die according to the first embodiment.
설명의 명확화를 위해, 이하의 기재 및 도면은, 적절히 생략 및 간략화되어 있다. 또한, 각 도면에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 필요에 따라서 중복 설명은 생략한다.For clarity of explanation, the following descriptions and drawings are appropriately omitted and simplified. In addition, in each figure, the same code|symbol is attached|subjected to the same element, and overlapping description is abbreviate|omitted as needed.
(실시형태 1)(Embodiment 1)
실시형태 1에 관한 압출 장치를 설명한다. 도 1은, 실시형태 1에 관한 압출 장치의 구성을 예시한 측면도이다. 도 1의 일부는, 단면이 나타내어져 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 압출 장치(1)는, 구동부(10), 감속기(11), 피더(12), 액첨(液添) 펌프(13), 진공 펌프(14), 히터(15), 실린더(20), 벤트 홀(23), 스크류(30), 스트랜드 다이(40)를 구비한다. 또한, 압출 장치(1)는, 실린더(20) 및 스트랜드 다이(40)의 온도 및 압력을 측정하는 온도계 및 압력계를 소정의 위치에 구비한다. 압출 장치(1)는, 스트랜드 버스(50), 스트랜드 커터(51)를 더 구비할 수 있다. 압출 장치(1)는, 수지 등이 용융된 원료(60)를 스트랜드 다이(40)로부터 압출해서 스트랜드(61)를 형성한다. 형성된 스트랜드(61)는, 스트랜드 버스(50)로 냉각시킨다. 그 후, 스트랜드(61)는, 스트랜드 커터(51)에 의해 커팅되어 펠릿(62)이 된다.An extrusion device according to
이때, 압출 장치(1)의 설명의 편의를 위해, XYZ 직교 좌표축계를 도입한다. 예를 들면, 실린더(20)가 연장되는 일방향을 X축 방향으로 하고, X축 방향에 직교하는 2방향을, Y축 방향 및 Z축 방향으로 한다. 예를 들면, Z축 방향은 연직 방향이고, XY 평면은 수평면이다. 또한, +Z축 방향은 상방이다. 실린더(20)의 +X축 방향 측의 단부를 일단(一端)이라 부르고, 실린더(20)의 -X축 방향측의 단부를 타단(他端)이라고 부른다. 압출 장치(1)에 있어서 용융한 원료(60)가 압출되는 방향을 +X축 방향으로 한다. 이하에서, 각 구성을 설명한다.At this time, for convenience of description of the
<구동부, 감속기><Drive unit, reducer>
구동부(10)는, 실린더(20)의 타단측, 즉 실린더(20)의 -X축 방향측에 배치되어 있다. 구동부(10)는, 스크류(30)를 회전시킨다. 압출 장치(1)가 2축 압출 장치 인 경우에는, 구동부(10)는, 스크류(31 및 32)를 회전시킨다. 또, 압출 장치(1)는, 2축 압출 장치에 한정하지 않고, 다축 압출 장치여도 되고, 1축 압출 장치여도 된다. 또한, 스크류(31 및 32)를 총칭해서 스크류(30)라고 부른다.The
구동부(10)는, 예를 들면, 모터이다. 감속기(11)는, 구동부(10)와 스크류(30) 사이에 배치되어 있다. 감속기(11)는, 구동부(10)의 회전을 조정해서 스크류(30)에 전달시킨다. 따라서, 스크류(30)는, 감속기(11)에 의해 조정된 구동부(10)의 동력원에 의해 회전한다.The
<피더><Feeder>
피더(12)는, 실린더(20)의 -X축 방향측의 상방에 배치되어 있다. 피더(12)는, 예를 들면, 펠릿(62)의 원료(60)를 실린더(20)의 내부에 투입한다. 펠릿(62)의 원료(60)는, 예를 들면 수지 등이다. 또한, 원료(60)는, 수지 단체에 한정되지 않고, 유리 섬유 등의 섬유를 포함한 수지여도 되고, 색소를 포함한 수지여도 된다. 실린더(20)의 내부의 원료(60)가 흐르는 통로를 유로(26)라고 부른다. 피더(12)에서 유로(26)에 공급된 원료(60)는, 회전하는 스크류(30)의 근원부에서 반대측의 선단을 향하는 방향, 즉, +X축 방향으로 압출된다. 원료(60)는, 실린더(20)의 내부에 있어서, 실린더(20)에 설치된 히터(15)에서의 열과 스크류(30)의 회전에 수반하는 작용에 의해 용융하고, 용융한 원료(60)로 변화한다. 용융된 원료(60)는, 실린더(20)의 +X축 방향측의 개구부를 지나서 스트랜드 다이(40)로 보내진다.The
<액첨 펌프, 진공 펌프, 히터><Aqueduct pump, vacuum pump, heater>
액첨 펌프(13)는, 원료(60)에 첨가물을 첨가한다. 진공 펌프(14)는, 실린더(20) 내부의 유로를 소정의 압력으로 조정한다. 히터(15)는, 원료(60)를 용융시키도록 가열한다.The
<실린더><Cylinder>
실린더(20)는, X축 방향으로 연장된 통형상의 부재이다. 실린더(20)는, 내부에 스트랜드의 원료(60)가 흐르는 유로(26)를 가지고 있다. 실린더(20)의 유로(26)에는, 스크류(30)가 수용되어 있다. 압출 장치(1)가 2축 압출 장치의 경우에는, 실린더(20)는, 2개의 실린더(21) 및 실린더(22)를 포함한다. 2개의 실린더(21) 및 실린더(22)는, 측면이 부분적으로 이어진 형상이다.The
도 2는, 실시형태 1에 관한 2축 압출 장치의 실린더(20)를 예시한 단면도이다. 도 2에는, X축 방향에서 본 스크류(31) 및 스크류(32)와, 실린더(20)에서 분리된 하나의 스크류(30)를 나타내고 있다. 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 압출 장치(1)가 2축 압출 장치인 경우에는, 실린더(20)는, X축 방향으로 연장된 2개의 실린더(21) 및 실린더(22)를 포함한다. 실린더(21) 및 실린더(22)는, Y축 방향으로 나란히 배치되고, 대향한 측면을 부분적으로 제거하여 합체시킨다. 실린더(20)의 X축 방향에 직교하는 단면은, 안경 모양이며, 구체적으로는 옆으로 넘어뜨린 「8」자 형상이다. 그러나, 실린더(21) 및 실린더(22)가 대향한 측면은 제거되어 있다. 따라서, 실린더 (21)의 유로(26)와 실린더(22)의 유로 (26)는 일체화되어 있다.Fig. 2 is a cross-sectional view illustrating the
실린더(21) 및 실린더(22)의 내경을 D로 한다. 또한, 실린더(21) 및 실린더(22)의 중심축을 C1 및 C2로 한다. 중심축 C1과 중심축 C2의 거리를 W로 한다. 실린더(21) 및 실린더(22)는, 대향한 측면을 부분적으로 제거해서 합체시키고 있기 때문에, 거리W < 내경D로 되어 있다. 실린더(21)의 측면과 실린더(22)의 측면은, +Z축 방향측의 교선 L1(단면도에서는, 교점 P1) 및 -Z축 방향측의 교선 L2(단면도에서는, 교점 P2)로 접속한다. 교선 L1과 교선 L2 사이의 높이를 H로 한다. 높이 H는, 중심축 C1과 중심축 C2 사이의 중점(中點)에서의 실린더의 높이이다.Let D be the inner diameter of the
<스크류><Screw>
스크류(30)는, X축 방향으로 연장된 회전축을 중심으로 회전한다. 이것에 의해, 스크류(30)는, 용융한 원료(60)를 +X축 방향측으로 밀어낸다. 스크류(30)는, 실린더(20)의 내부에 형성된 유로(26)에 배치되어 있다. 압출 장치(1)가 2축 압출 장치의 경우에는, 2개의 스크류(31) 및 스크류(32)가 배치되어 있다. 스크류(31)는, 실린더(21)의 유로(26)에 배치되어 있다. 스크류(32)는, 실린더(22)의 유로(26)에 배치되어 있다. 스크류(32)는, 스크류(31)에 대해 Y축 방향으로 인접한 위치에서, X축 방향으로 연장된 회전축을 중심으로 회전한다. 예를 들면, 스크류(32)는, 스크류(31)의 +Y축 방향측에 배치되어 있다.The
스크류(31)의 회전축은, 실린더(21)의 중심축 C1에 위치한다. 스크류(32)의 회전축은 실린더(22)의 중심축 C2에 위치한다. 스크류(31) 및 스크류(32)를 X축 방향에서 보면, 길이 및 폭을 갖는 가늘고 긴 형상이다. 스크류(30)의 길이는, 각 실린더(21 및 22)의 내경과 같은 D이다. 스크류(30)의 폭을 d로 한다. 스크류(30)의 길이 방향이 Z축 방향을 향하고 있는 경우를 세로방향(縱方向)의 위치라고 부른다. 스크류(30)의 폭 방향이 Z축 방향을 향하고 있는 경우를 가로방향(橫方向)의 위치라고 부른다. 그러면, 도 2의 스크류(31)는, 가로방향의 위치이고, 스크류(32)는 세로방향의 위치이다. 스크류(30)의 길이가 각 실린더(21 및 22)의 길이 D와 같기 때문에, 스크류(31)가 가로방향의 위치의 경우에, 스크류(32)는, 세로방향의 위치를 취한다. 즉, 스크류(31)의 회전의 위상과 스크류(32)의 회전의 위상은, 90°어긋나 있다. 또한, 폭 d, 스크류(31) 및 스크류(32)의 형상을, 90°어긋난 위상으로 각 실린더(21 및 22)의 유로(26)에서 회전할 수 있도록 한다. 구체적으로는, 예를 들면, α를 D/d로 정의하고, 스크류(30)의 홈 깊이 비(比)로 한다. 이 경우에, 거리 W 및 높이 H는, 이하의 (1)식 및 (2)식을 충족하도록 한다.The axis of rotation of the
[수학 식 1][Equation 1]
[수학 식 2][Equation 2]
도 3은, 실시형태 1에 관한 실린더(20)의 유로 단면적을 예시한 도면이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, X축 방향에 직교하는 유로(26)의 단면적을 유로 단면적 S로 하면, 유로 단면적 S는, 이하의 (3)식으로 구해진다.FIG. 3 is a diagram illustrating a passage cross-sectional area of the
[수학 식 3][Equation 3]
여기서, 면적 S1은, 중심축 C1을 중심으로 하여, 교점 P1에서 교점 P2까지의 부채꼴(扇形)의 면적 및 중심축 C2을 중심으로 하고, 교점 P1에서 교점 P2까지의 부채꼴의 면적의 합계이다. 면적 S2는, 중심축 C1, 교점 P1, 중심축 C2 및 교점 P2로 둘러싸인 직사각형의 면적이다. 그러면, 면적 S1 및 면적 S2는, 각각 이하의 (4)식 및 (5)식이다.Here, the area S1 is the sum of the area of the sector from the intersection P1 to the intersection P2 with the central axis C1 as the center and the area of the sector from the intersection P1 to the intersection P2 with the central axis C2 as the center. The area S2 is a rectangular area surrounded by the central axis C1, the intersection point P1, the central axis C2, and the intersection point P2. Then, area S1 and area S2 are the following expressions (4) and (5), respectively.
[수학 식 4][Equation 4]
[수학 식 5][Equation 5]
<벤트 홀, 압력·온도계><Vent hole, pressure/thermometer>
벤트 홀(23)은, 스크류(30)의 회전에 의해 혼련되는 원료(60)에서 생긴 휘발성 물질 및 수분 등을 실린더(20)의 외부로 배출한다.The
압력·온도계는, 실린더(20), 스트랜드 다이(40) 등의 소정의 위치에 장착되어 있다. 압력·온도계는, 원료(60), 용융한 원료(60), 스트랜드(61) 등의 압력 및 온도를 측정한다. 압력·온도계는, 원료(60)의 혼련에 의해 발생하는 가스 등의 압력 및 온도를 측정해도 좋다. The pressure/thermometer is attached to a predetermined position such as the
<스트랜드 다이><Strand die>
도 1에 나타내는 바와 같이, 스트랜드 다이(40)는, 실린더(20)의 일단측, 즉 실린더(20)의 +X축 방향측에 배치되어 있다. 스트랜드 다이(40)는, 예를 들면 직육면체 형상이다. 스트랜드 다이(40)는, +X축 방향측의 전면(前面)(47) 및 -X축 방향측의 후면(後面)(48)을 갖는다. 후면(48)은, 실린더(20)의 일단에 접속되어 있다. 후면(48)에는 유입구(44)가 형성되어 있다. 전면(47)에는, 토출구(45)가 형성되어 있다. 따라서, 스트랜드 다이(40)는, 실린더(20)로부터 압출된 용융한 원료(60)가 유입하는 유입구(44), 용융한 원료(60)를 스트랜드(61)로서 토출하는 토출구(45), 및, 유입구(44)에서 토출구(45)까지 용융한 원료(60)가 흐르는 유로(46)를 갖는다.As shown in FIG. 1, the strand die 40 is arrange|positioned at one end side of the
이때, X축 방향에 직교하는 유로(46)의 단면적을 유로 단면적 S0라고 한다. 그러면, 스트랜드 다이(40)의 유로(46)에 있어서의 스크류(30)의 선단보다도 토출구(45) 측의 유로 단면적 S0은, 실린더(20)의 유로(26)에 있어서의 유로 단면적 S보다도 작다. 즉, 하기 (6)식을 충족한다.At this time, the cross-sectional area of the
[수학 식 6][Equation 6]
도 4는, 실시형태 1에 따른 스트랜드 다이(40)를 예시한 사시도이다. 도 5는, 실시형태 1에 따른 스트랜드 다이(40)를 예시하는 일부 단면 사시도이다. 도 6은, 실시형태 1에 따른 스트랜드 다이(40)를 예시하는 단면도이며, 도 4의 VI-VI의 단면을 나타낸다. 도 7은, 실시형태 1에 따른 스트랜드 다이(40)를 예시한 단면도이며, 도 4의 VII-VII의 단면을 나타낸다. 도 4~도 7에 나타내는 바와 같이, 스트랜드 다이(40)는, 다이 홀더(41), 다이 헤드(42) 및 다이(43)를 포함한다. 또한, 다이 홀더(41)와 다이 헤드(42) 사이에, 브레이커 플레이트 또는 스트레이트 링이 배치되어도 좋다. 4 is a perspective view illustrating the strand die 40 according to the first embodiment. 5 is a partially sectional perspective view illustrating the strand die 40 according to the first embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the strand die 40 according to
전술한 바와 같이, 스트랜드 다이(40)의 유로(46)의 유로 단면적 S0을 총칭해서 유로 단면적 S0라고 부른다. 다이 홀더(41), 다이 헤드(42) 및 다이(43)에서의 유로 단면적을, 각각 유로 단면적 S41, 유로 단면적 S42 및 유로 단면적 S43라고 부른다.As described above, the channel cross-sectional area S0 of the
다이 홀더(41)는, 용융한 원료(60)가 유입되는 유입구(44)를 갖는다. 또한, 다이 홀더(41)는, 유로(46)의 일부를 갖는다. 다이 홀더(41)의 유입구(44)는, 실린더(20)의 일단에 접속한다. 따라서, 유입구(44)에는, 실린더(20)에서 압출된 용융한 원료(60)가 유입한다. 유입구(44)에서 유입된 원료(60)는, 유로(46)를 이동한다.The
다이 홀더(41)의 유로(46)에는, 스크류(30)의 선단부분이 배치되어도 좋다. 예를 들면, 스크류(30)의 선단은, 다이 홀더(41)의 유로(46)의 X축 방향에 있어서의 중점보다도 실린더(20) 측에 위치할 수 있다. 이 경우에는, 유입구(44)의 유로 단면적 S41은, 실린더(20)의 유로 단면적 S와 같아도 좋다. 또한, 유입구(44)의 유로 단면적 S41의 형상은, 실린더(20)의 유로 단면적 S의 형상과 마찬가지로, 8자 형상이어도 좋다. 스크류(30)의 선단이, 다이 홀더(41)의 유로(46)에 위치함으로써, 용융한 원료(60)의 유속의 저하를 억제할 수 있다. 그리고 또한, 스크류(30)의 선단이 다이 홀더(41)의 유로(46)의 중점보다도 실린더(20) 측에 위치함으로써, 원료(60)의 유속의 저하를 억제하면서 동시에, 다이 홀더(41)로부터 토출구(45)까지 유로 단면적 S0이 감소하는 변화를 완만하게 할 수 있다.The distal end of the
다이 홀더(41)의 유로에 있어서의 스크류(30)의 선단보다도 토출구(45) 측의 유로 단면적 S41은, 토출구(25)쪽(+X축 방향측일수록)일수록 작은 것이 바람직하다. 즉, 유로 단면적 S41은, 토출구(45)측을 향해 서서히 작아지는 것이 바람직하다. 이에 따라, 유로(46)의 벽면에 있어서의 전단 속도의 저하를 억제할 수 있다. 또, 다이 홀더(41)에 있어서, 유로 단면적 S41은, +X축 방향측일수록 작은 부분이 있어도 좋고, 변화하지 않는 부분이 있어도 좋다. 즉, 다이 홀더(41)의 유로(46)에 있어서의 X축 상의 위치 X1의 유로 단면적 A1과, 위치 X1보다도 +X축 방향쪽의 위치 X2의 유로 단면적 A2는, A1<A2의 부분이 있어도 좋고, A1=A2의 부분이 있어도 좋다. 그러나, A1> A2가 되는 부분은 없다.It is preferable that the passage cross-sectional area S41 on the
다이 홀더(41)에 있어서, 유로(46)의 단면의 형상은, 토출구(45) 측을 향해서 8자 형상에서 타원 형상으로 서서히 변화해도 좋다. In the
다이 헤드(42)는, 다이 홀더(41)보다도 토출구(35) 측에 배치되어 있다. 다이 헤드(42)는 유로(46)의 일부를 갖는다. 용융된 원료(60)는, 유로(46)를 +X축 방향으로 이동한다. 다이 헤드(42)의 유로(46)에 있어서의 수평 방향의 폭은, 토출구(45)쪽(+X축 방향측)일수록 크다. 즉, 다이 헤드(42)의 유로(46)에 있어서의 수평 방향의 폭은, +X축 방향측을 향해 서서히 넓어진다. 또, 다이 홀더(41)와 다이 헤드(42)의 접속점에 있어서, 다이 헤드(42)의 유로(46)에 있어서의 수평 방향의 폭은, 다이 홀더(41)의 유로(46)에 있어서의 수평 방향의 폭과 같다.The
한편, 다이 헤드(42)의 유로(46)에 있어서의 연직 방향의 폭은, 토출구(45)쪽(+X축 방향측)일수록 작다. 즉, 다이 헤드(42)의 유로(46)에 있어서의 연직 방향의 폭은, +X축 방향측을 향해 가늘어진다. 또, 다이 홀더(41)와 다이 헤드(42)의 접속점에 있어서, 다이 헤드(42)의 유로(46)에 있어서의 연직 방향의 폭은, 다이 홀더(41)의 유로(46)에 있어서의 연직 방향의 폭과 같다.On the other hand, the width in the vertical direction of the
다이 헤드(42)의 유로 단면적 S42은, X축 방향에 있어서 일정한 것이 바람직하다. 다이 헤드(42)의 유로(46)는, 수평 방향에 있어서 넓어지고, 수직 방향에 있어서 가늘어지지만, 유로 단면적 S42가 일정하면, 유로(46)의 벽면에 있어서 전단 속도의 저하를 억제할 수 있다. 다이 헤드(42)의 유로 단면적 S42는, 다이 홀더(41)의 유로 단면적 S41 이하이다. 구체적으로는, 다이 홀더(41)와 다이 헤드(42)의 접속점에 있어서, 다이 헤드(42)의 유로 단면적 S42은, 다이 홀더(41)의 유로 단면적과 같다. 접속점보다도 +X축 방향측에 있어서, 다이 헤드(42)의 유로 단면적 S42은, 다이 홀더(41)의 유로 단면적보다도 작아도 된다. It is preferable that the channel cross-sectional area S42 of the
다이(43)는, 다이 헤드(42)보다도 토출구(45) 측에 배치되어 있다. 다이(43)는, 용융된 원료(60)를 스트랜드(61)로서 토출하는 토출구(45)를 갖는다. 다이(43)는 유로(46)의 일부를 갖는다. 토출구(45)는, 전면(47)에 있어서, 수평 방향으로 복수 늘어서 있다. 다이(43)의 유로 단면적 S43은, 다이 헤드(42)의 유로 단면적 S42 이하이다. 구체적으로는, 다이 헤드(42)와 다이(43)의 접속점에 있어서, 다이(43)의 유로 단면적 S43은, 다이 헤드(42)의 유로 단면적과 같다. 그러나, 접속점보다도 +X축 방향측에 있어서, 다이(43)의 유로 단면적 S43은, 다이 헤드(42)의 유로 단면적 S42보다도 작아도 좋다. The
<비교 예><Comparison example>
이어서, 본 실시형태의 효과를 설명하기 전에, 비교 예를 설명한다. 그 후, 비교 예와 대비시켜서 본 실시형태의 효과를 설명한다. 도 8은, 비교 예에 따른 스트랜드 다이(140)를 예시한 일부 단면 사시도이다. 도 9는, 비교 예에 따른 스트랜드 다이(140)를 예시한 단면도이다. 도 10은, 비교 예에 따른 스트랜드 다이(140)를 예시한 단면도이다. 도 8~도 10에 나타내는 바와 같이, 스트랜드 다이(140)는, 다이 홀더(141), 다이 헤드(142) 및 다이(143)를 포함한다. 다이 홀더(141)와 다이 헤드(142) 사이에 브레이커 플레이트(149)가 배치되어도 좋다. Next, before explaining the effects of the present embodiment, a comparative example will be described. After that, the effect of the present embodiment will be described by contrasting with a comparative example. 8 is a partial cross-sectional perspective view illustrating a strand die 140 according to a comparative example. 9 is a cross-sectional view illustrating a strand die 140 according to a comparative example. 10 is a cross-sectional view illustrating a strand die 140 according to a comparative example. As shown in FIGS. 8-10, the strand die 140 includes the
비교 예의 스트랜드 다이(140)에 있어서의 유입구(144), 토출구(145), 유로(146), 전면(147) 및 후면(148)은, 실시형태 1의 스트랜드 다이(40)에 있어서의 유입구(44), 토출구(45), 유로(46), 전면(47) 및 후면(48)에 대응한다.The
비교 예에 있어서는, 스트랜드 다이(140)의 유로(146)에 있어서의 스크류(30)의 선단보다도 토출구(145) 측의 유로 단면적 S140은, 실린더(20)의 유로에 있어서의 유로 단면적 S보다도 큰 부분이 있다. 예를 들면, 다이 홀더(141)의 유로(146)에서의 일부의 유로 단면적 S141은, 실린더(20)의 유로 단면적 S보다도 크다. 또한, 다이 헤드(142)의 유로(146)에 있어서의 일부의 유로 단면적 S142은, 실린더(20)의 유로 단면적 S보다도 크다.In the comparative example, the passage cross-sectional area S140 on the
구체적으로는, 예를 들면, 용융한 원료(60)에 혼입된 이물을 여과하기 위해, 다이 홀더(141)와 다이 헤드(142) 사이에 브레이커 플레이트(149)가 배치되어 있다. 브레이커 플레이트(149)는, 눈이 미세한 메쉬를 포함하고 있다. 비교 예에서는, 브레이커 플레이트(149)에 의한 여과 면적을 확보하기 위해서, 브레이커 플레이트(149), 브레이커 플레이트(149)의 전후에 있어서의 유로 단면적 S141 및 S142를 크게 하고 있다. 따라서, 스트랜드 다이(140)의 유로 단면적 S140은, 실린더(20)의 유로 단면적 S보다도 큰 부분을 갖는다.Specifically, for example, a
스트랜드 다이(140)의 유로 단면적 S140이 실린더(20)의 유로 단면적 S보다도 큰 경우에는, 스트랜드 다이(140)의 유로(146)에 있어서의 유속(전단속도)이 저하한다. 이에 따라, 원료(60)의 유동성이 극단적으로 저하하여, 유로(146)의 벽면에 체류하게 된다. 그러면, 원료(60)의 열 열화를 초래해서, 스트랜드(61)의 품질 저하가 생긴다.When the channel cross-sectional area S140 of the strand die 140 is larger than the channel cross-sectional area S of the
이어서, 본 실시형태의 효과를 설명한다. 일반적으로, 실린더(20)와 스크류(30)로 구성되는 압출 장치(1) 내에서는, 스크류(30)가 회전함으로써, 수지 등이 용융한 원료(60)를 축 방향으로 반송시킨다. 실린더(20) 내에서는, 스크류(30)의 회전에서 생기는 높은 전단 속도에 의해, 원료(60)가 체류되는 일이 거의 없어서 수지의 열 열화는 비교적 발생하기 어렵다.Next, effects of this embodiment will be described. In general, in the
한편, 스트랜드 다이(40)는, 실린더(20) 및 스크류(30)의 선단에 장착된다. 따라서, 스트랜드 다이(40)에 있어서의 스크류(30)의 선단보다 앞선 부분은, 스크류(30)의 회전에 의한 높은 전단 속도의 작용은 생기지 않는다. 따라서, 스트랜드 다이(40)에는 순수하게 축 방향으로 유동하는 압력류만이 발생한다. 그 때문에, 비교 예와 같이, 스트랜드 다이(140)의 유로 단면적 S140이 넓어질수록, 전단 속도는 저하한다. 낮은 유동성을 나타내는 수지 유체는, 유로(146)의 벽면에 체류되기 쉬우며, 스트랜드 다이(140)에 장착되어 있는 히터에 의한 열에너지를 흡수하여, 열 열화(분자량 저하, 변색 등에 의한 품질 저하)를 일으킨다.On the other hand, the strand die 40 is attached to the tip of the
이에 대해, 본 실시형태에서는, 스트랜드 다이(40)의 유로(46)에 있어서의 스크류(30)의 선단보다도 토출구(45) 측의 유로 단면적 S0은, 실린더(20)의 유로(26)에 있어서의 유로 단면적 S보다도 작다. 즉, 스크류(30)의 선단보다도 토출구(45) 측의 유로 단면적 S0은, 어느 위치에 있어서도, 유로 단면적 S보다도 작다. 따라서, 유로(46)에 있어서의 원료(60)의 유속(전단 속도)이 저하하지 않는다. 이와 같이 해서, 본 실시형태에서는, 스트랜드 다이(40)의 유로(46)에 있어서의 전단 속도를 높일 수 있다. 따라서, 원료(60)가 유로(46)의 벽면에 정체되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 원료(60)의 열 열화를 억제하고, 스트랜드(61)의 품질을 향상시킬 수 있다. 또, 이 경우에는, 브레이커 플레이트의 여과 면적이 좁아져서 압력 손실이 커지는 경우가 있다. 그러나, 원료(60)의 이물 혼입 관리 등을 충분히 함으로써, 스트레이트 링을 채용하고, 메쉬를 포함한 브레이커 플레이트를 사용하지 않는 것도 선택지로서 가진다.On the other hand, in the present embodiment, the channel cross-sectional area S0 on the side of the
표 1은, 비교 예 및 실시형태 1에 따른 스트랜드 다이(140 및 40)를 이용하여 스트랜드(61)를 형성한 경우의 수지의 황변(Yellow Index, YI)을 예시한 표이다. 예를 들면, 실린더(20)의 지름 D=69[mm]의 2축 압출 장치의 일단에, 비교 예 및 실시형태 1에 나타낸 스트랜드 다이(140 및 40)를 장착하고, 원료(60)로서 폴리아미드(6)를 300[kg/h]로 압출한 테스트를 실시하였다. 토출된 스트랜드(61)의 온도는, 약 280[℃], 스트랜드 다이(140 및 40)의 히터(15)에 의한 온도 설정을 280[℃]로 하였다. 또한, 수지의 산화 열화를 촉진시키기 위해, 2축 압출 장치로 수지의 원료(60)를 공급하면서 동시에 산소를 불어 넣고, 2축 압출 장치 내의 산소 농도를 높이는 조건으로 하였다.Table 1 is a table exemplifying the yellowing (Yellow Index, YI) of the resin at the time of forming the
표 1에 나타내는 바와 같이, 비교 예의 스트랜드 다이(140)를 사용하여, 스트랜드(61)를 형성한 경우에 있어서, 운전 시간이 60, 120, 180, 240 및 300[min]일 때에는, YI는, 각각, 2.6, 3.3, 6.1, 8.5 및 12.6이다. 비교 예의 스트랜드 다이(140)에서는, 압출을 개시한 당초에는, 투명하고 이물질의 혼입도 보이지 않는 수지가 토출된다. 그러나, 시간이 지남에 따라 황변이 확인된다. YI를 분석한 결과, 3시간을 경과한 후에 수치가 상승하고, 그 후, 서서히 증가한다. 이와 같이, 비교 예의 경우에는, 운전 시간이 길어질수록 YI가 커진다. 실험 종료 후에 스트랜드 다이(140)를 분해한 결과, 유로(146)의 넓은 벽면에서 황갈색으로 변색된 수지의 퇴적이 확인되었다.As shown in Table 1, when the
한편, 실시형태 1의 스트랜드 다이(40)를 사용하여, 스트랜드(61)를 형성한 경우에 있어서, 운전 시간이 60, 120, 180, 240 및 300 [min] 일 때에는, YI는 각각 2.2, 3.4, 3.2, 4.0 및 3.9이다. 실시형태 1의 스트랜드 다이(40)에서는 실험 개시부터 종료까지의 5시간에 황변한 수지의 토출은 인정되지 않는다. 이와 같이, 실시형태 1의 경우에는, 운전 시간이 길어져도, YI는 거의 변화하지 않는다. 실험 종료 후에 스트랜드 다이(40)를 분해해서 유로(46)의 확인을 행한 바, 황변한 수지의 퇴적은 확인되지 않고, 스트랜드 다이(40) 내에서도 원활한 수지 유동이 이루어진 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, in the case where the
이어서, 비교 예 및 실시형태 1에 관한 스트랜드 다이(140 및 40)를 이용한 유동 해석의 결과에 대해 설명한다. 도 11은, 비교 예에 따른 스트랜드 다이(140)의 유로(146)에서의 전단 속도를 예시한 도면이다. 도 12는, 실시형태 1에 관한 스트랜드 다이(40)의 유로(46)에 있어서의 전단 속도를 예시한 도면이다. 도 11 및 도 12에 있어서, 검어질수록, 전단 속도가 작은 것을 나타낸다.Next, the results of flow analysis using the strand dies 140 and 40 according to Comparative Example and
도 11에 나타내는 바와 같이, 비교 예의 스트랜드 다이(140)를 이용하여, 300[kg/h]의 압출 조건으로, 유로(146) 내의 3차원 유동 해석을 행한 결과에서는, 브레이커 플레이트(149)에서의 여과 면적을 얻기 위해 유로가 넓어져 있기 때문에, 유로(146)의 벽면의 전단 속도가 1[1/sec] 이하가 되는 부분이 보여진다. 이것은, 브레이커 플레이트(149)를 스트레이트 링으로 변경한 해석을 행해도 같은 벽면 전단 속도를 나타내고 있고, 결과적으로 확대된 유로(46)의 부위에서 수지가 체류되기 쉽다는 것을 시사하고 있다.As shown in FIG. 11, in the result of performing a three-dimensional flow analysis in the
한편, 도 12에 나타내는 바와 같이, 실시형태 1의 스트랜드 다이를 이용하여, 비교 예와 같은 압출 조건에서, 유로(46) 내의 3차원 유동 해석을 행한 결과에서는, 유로(46)의 벽면의 전단 속도가 전체 영역에서 5[1/sec] 이상을 확보한다. 그 때문에, 벽면에서의 원료(60)의 체류를 억제할 수 있고, 과대한 열량의 부여에 의한 수지 열화를 억제할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 12, in the result of performing a three-dimensional flow analysis in the
본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경 가능하다는 것은 말할 필요도 없다. 이러한 변경은, 본 개시의 기술적 사상의 범위에서의 일탈로 간주되어서는 안 되며, 당업자에게 있어서 자명할 모든 수정은, 이하의 청구항의 범위 내에 포함되는 것을 의도한다. It goes without saying that this invention is not limited to the said embodiment, and various changes are possible in the range which does not deviate from the summary. Such changes should not be regarded as a departure from the scope of the technical idea of the present disclosure, and all modifications that would be apparent to those skilled in the art are intended to be included within the scope of the following claims.
Claims (10)
상기 실린더의 일단측에 배치되고, 상기 실린더로부터 압출(壓出)된 상기 원료가 유입되는 유입구, 상기 원료를 스트랜드로서 토출하는 토출구, 및 상기 유입구에서 상기 토출구까지 상기 원료가 흐르는 유로를 갖는 스트랜드 다이와,
상기 일방향으로 연장된 회전축을 중심으로 회전함에 따라, 상기 원료를 토출구측으로 압출하는 스크류를, 구비하고,
상기 일방향에 직교하는 상기 유로의 단면적을 유로 단면적으로 하면,
상기 스트랜드 다이의 상기 유로에 있어서의 상기 스크류의 선단보다도 상기 토출구측의 상기 유로 단면적은, 상기 실린더의 상기 유로에 있어서의 상기 유로 단면적보다도 작은, 압출 장치.
A cylindrical cylinder extending in one direction having a flow path through which the raw material of the strand flows;
A strand die disposed on one end side of the cylinder and having an inlet through which the raw material extruded from the cylinder flows in, a discharge hole through which the raw material is discharged as a strand, and a flow path through which the raw material flows from the inlet to the discharge port. ,
A screw for extruding the raw material toward the discharge port as it rotates around the rotating shaft extending in the one direction,
If the cross-sectional area of the flow path orthogonal to the one direction is the flow path cross-sectional area,
The extrusion apparatus, wherein a cross-sectional area of the passage on the discharge port side is smaller than the cross-sectional area of the passage in the passage of the cylinder than the tip of the screw in the passage of the strand die.
상기 스트랜드 다이는,
상기 유입구를 갖는 다이 홀더와,
상기 다이 홀더보다도 상기 토출구측에 배치된 다이 헤드와,
상기 다이 헤드보다도 상기 토출구측에 배치되고, 상기 토출구를 갖는 다이를 포함하고,
상기 다이의 상기 유로 단면적은, 상기 다이 헤드의 상기 유로 단면적 이하이며,
상기 다이 헤드의 상기 유로 단면적은, 상기 다이 홀더의 상기 유로 단면적 이하인, 압출 장치.
According to claim 1,
The strand die,
a die holder having the inlet;
a die head disposed on the discharge port side of the die holder;
a die arranged closer to the discharge port than the die head and having the discharge port;
The passage cross-sectional area of the die is less than or equal to the passage cross-sectional area of the die head,
The cross-sectional area of the passage of the die head is less than or equal to the cross-sectional area of the passage of the die holder.
상기 토출구는, 상기 일방향에 직교하는 수평 방향으로 복수 나열되고,
상기 다이 헤드의 상기 유로에 있어서의 상기 수평 방향의 폭은, 상기 토출구쪽일수록 크고,
상기 다이 헤드의 상기 유로에 있어서의 연직 방향의 폭은, 상기 토출구쪽일수록 작으며,
상기 다이 헤드의 상기 유로 단면적은, 상기 일방향에 있어서 일정한, 압출 장치.
According to claim 2,
The discharge ports are arranged in plurality in a horizontal direction orthogonal to the one direction,
The horizontal width of the flow path of the die head is larger toward the discharge port;
A width in the vertical direction of the flow path of the die head is smaller toward the discharge port;
The cross-sectional area of the passage of the die head is constant in the one direction.
상기 다이 홀더의 상기 유로에 있어서의 상기 스크류의 선단보다도 상기 토출구측의 상기 유로 단면적은, 상기 토출구쪽일수록 작은, 압출 장치.
According to claim 2 or 3,
The extrusion apparatus, wherein a cross-sectional area of the passage on the discharge port side is smaller than the tip of the screw in the flow passage of the die holder on the discharge port side.
상기 스크류의 선단은, 상기 다이 홀더의 상기 유로의 상기 일방향에 있어서의 중점보다도 상기 실린더 측에 위치하는, 압출 장치.
According to claim 2 or 3,
The extrusion apparatus, wherein the tip of the screw is located closer to the cylinder than the midpoint of the flow path of the die holder in the one direction.
상기 일방향에 직교하는 상기 유로의 단면적을 유로 단면적으로 하면,
상기 스트랜드 다이의 상기 유로에 있어서의 상기 스크류의 선단보다도 상기 토출구측의 상기 유로 단면적은, 상기 유입구에 있어서의 상기 유로 단면적보다도 작은, 스트랜드 다이.
An inlet through which the raw material extruded from the cylinder is disposed on one end side of a tubular cylinder extending in one direction having a passage through which the raw material of the strand flows, and rotated around a rotating shaft extending in the one direction, A strand die having a discharge port for discharging the raw material as a strand, and a flow path through which the raw material flows from the inlet to the discharge port,
If the cross-sectional area of the flow path orthogonal to the one direction is the flow path cross-sectional area,
The cross-sectional area of the passage on the discharge port side is smaller than the tip of the screw in the passage of the strand die is smaller than the cross-sectional area of the passage in the inlet.
상기 유입구를 갖는 다이 홀더와,
상기 다이 홀더보다도 상기 토출구측에 배치된 다이 헤드와,
상기 다이 헤드보다도 상기 토출구측에 배치되고, 상기 토출구를 갖는 다이를 포함하고,
상기 다이의 상기 유로 단면적은, 상기 다이 헤드의 상기 유로 단면적 이하이며,
상기 다이 헤드의 상기 유로 단면적은, 상기 다이 홀더의 상기 유로 단면적 이하인, 스트랜드 다이.
According to claim 6,
a die holder having the inlet;
a die head disposed on the discharge port side of the die holder;
a die arranged closer to the discharge port than the die head and having the discharge port;
The passage cross-sectional area of the die is less than or equal to the passage cross-sectional area of the die head,
The cross-sectional area of the passage of the die head is less than or equal to the cross-sectional area of the passage of the die holder.
상기 토출구는, 상기 일방향에 직교하는 수평 방향으로 복수 나열되고,
상기 다이 헤드의 상기 유로에 있어서의 상기 수평 방향의 폭은, 상기 토출구쪽일수록 크고,
상기 다이 헤드의 상기 유로에 있어서의 연직 방향의 폭은, 상기 토출구쪽일수록 작으며,
상기 다이 헤드의 상기 유로 단면적은, 상기 일방향에 있어서 일정한, 스트랜드 다이.
According to claim 7,
The discharge ports are arranged in plurality in a horizontal direction orthogonal to the one direction,
The horizontal width of the flow path of the die head is larger toward the discharge port;
A width in the vertical direction of the flow path of the die head is smaller toward the discharge port;
The cross-sectional area of the passage of the die head is constant in the one direction.
상기 다이 홀더의 상기 유로에 있어서의 상기 스크류의 선단보다도 상기 토출구측의 상기 유로 단면적은, 상기 토출구쪽일수록 작은, 스트랜드 다이.
According to claim 7 or 8,
Strand die, wherein a cross-sectional area of the passage on the discharge port side is smaller than the tip of the screw in the flow passage of the die holder toward the discharge port.
상기 스크류의 선단은, 상기 다이 홀더의 상기 유로의 상기 일방향에 있어서의 중점보다도 상기 실린더 측에 위치하는, 스트랜드 다이.According to claim 7 or 8,
The strand die, wherein the tip of the screw is located closer to the cylinder than the midpoint of the flow path of the die holder in the one direction.
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