KR830001127B1 - 고무류 열가교성 합성수지의 압출 성형 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고무류 열가교성 합성수지의 압출 성형 장치

제1도는 본 발명장치의 중요부분의 측단면도.

제2도는 제1도의 A-A선 단면도.

제3도는 본 발명장치의 변형된 것의 제2도와 같은 단면도.

제4도는 본 발명장치의 다른 예의 단면도.

제5도는 본 발명장치의 또 다른 실시예의 일부 단측면도.

제6도는 제5도의 B-B선 단면도.

본 발명은 가류(加硫) 또는 분자율 가교(架橋)에 의한 화학변화를 수반하는 고무류, 합성수지등을 주로 성형함에 있어서 가소화(可塑化)된 가류 또는 가교 가능한 고무 또는 합성수지로 된 원료를 성형다이의 직전에서 단시간에 고온도로 가열하고, 이 원료가 다이내를 진행중 혹은 다이를 나와서 잠시동안 대체로 상기의 고온도를 유지하도록 하여 원료를 가류 또는 가교시켜 성형하는 압출 성형방법과 장치에 관한 것이다.

또한 이하 특기하지 않는 한 고무의 경우를 예로하여 설명한다.

종래에 있어 고무류 또는 열가소성 합성수지의 압출 성형은 가소화 된 원료를 스크류 혹은 기타형식의 압출기에 의해서 압송하고 압출기의 선단에 장차한 다이헤드에서 소요의 형상으로 성형하여 압출한 것을 다른 장소에서 다시 연속 가류하고 기타의 장치로서 가열, 가류하여 제품화하는 방법이 행하여지고 있다.

이 성형후의 가류에는 훗트 체임버(hot chamber)식 드럼식, 장관(長管)식, 액체 매체 가류(液體媒體加硫), 고주파가류 및 기타의 방법이 있으나 어느 것도 비교적 대형의 설비가 되며 높은 고에너지를 소비하고 가격도 또한 고가이다.

또 설비면적도 큰 것이 많을 뿐 아니라 각기 가공상의 난점도 적지않다.

원래 고무류의 가류현상은 온도와 시간을 요인변수(要因變數)(parameter)로 하는 열이력(熱履歷)에 의해서 진행한다.

성형가류시에 있어서 고무류의 가류속도는 온도에 대하여 민감하며 예를 들어 10℃의 온도상승에 의해서 그 가류시간은 온도상승 이전의 가류시간의 대략 1/2로 단축된다.

그리고 일단 가류(스코치)(scorching)된 고무는 그때까지의 가소성 및 유동성을 불가역적(不可逆的)으로 상실하여 유동불능의 상태가 된다.

또 고무는 열의 불량도체로서 오히려 단열재에 가깝고, 이하 기술하는 수치는 배합되여진 고무 원료의 성분함유율에 의해 일정치는 않으나 예를 들면, 그 열전도도(熱博導度)는 철의 1/500, 물의 1/5, 공기의 6배라고 말하여지고 있다.

또한 고무의 비열(比熱)은 철의 4배이상 이다.

상기와 같은 성질을 가진 고무류에 대하여 종래의 압출 성형기에 의한 가열(냉각을 포함함) 방법을 보면은 원료를 기계장치 내에서 압축혼연(壓縮混練), 가열연화(加熱軟化), 송진유동(送進流動)등의 각과정을 거쳐 다이에 압입하기까지의 사이, 상기 각부의 연속된 구조체(構造體)를 기재하여 가열하는 방법이 일반적인 것이다. 즉, 상기 구조체(주로 두꺼운 강재)의 벽의 외면으로부터 히이터를 압착하여 가열하거나 구조체의 벽중에 열매체의 유로(流路)를 설치하고 이것에 적온(適溫)의 열매체를 통하여 가열(혹은 냉각) 하거나 다시 원료자체의 마찰에 따르는 발열도 더하여 이것들에 의해서 다이의 직전(直前)의 원료온도를 소정의 온도로 예컨테 80℃∼130℃의 범위내의 임의의 일정온도를 지지하도록 하고있다.

그런데, 상기 고무류의 성질에서 원료고무를 다이 내에서 성형하는 사이에 가류함에는 압출장치에서 압출하는 원료의 고무의 온도를 예를 들어 80℃의 고무온도를 더욱 높혀 10초 전후에서 가류할 수 있는 고온도, 예하면 180℃로 승온하여 다이에 송입하면은 좋다는 것을 알수 있다. 그러나, 상기 종래의 가열방법은 상술한 바와 같이 주로 강재의 두꺼운 구조체를 매체로하는 열이동이기 때문에 발명체와 피가열체(원료)와의 가열 응답(應答)은 시간을 요하며 도저히 상기와 같은 대폭승온을 다이의 직전에서 급속하게 그리고도 스코치를 회피하면서 행하는 것은 어렵다.

또한 압출성형은 일반으로, 성형품이 일정한 속도로 연속적으로 압출되는 것이기 때문에 발열체와 피가열체와의 사이에 열평형(熱平衛)이 성립되며 발열체에 의한 일정의 가열량에 대하여 가열부의 일점(一點)을 통과하는 원료 온도가 항상(시간적으로) 불변하게 유지되는 열의 정상(定常) 상태에 놓이는 것이 가장 바람직한 것이다.

다시 상기 가열량을 변경한 경우에도 새로운 열평형이 성립하기까지에 요하는 시간은 될수 있는 한 단시간이 아니면 안된다. 그러나, 종래의 가열방법으로는 상기와 같이 가열부의 열용량이 크며 따라서 가열 응답이 늦음이 커져 열평형이 성립하기까지는 장시간을 요하며 그동안 머저통과 하여 가열된 원료와 후에 가열된 원료와는 가열되는 방법이 달라 원료온도가 고르지 못한 결과가 발생하는 결점이 있다.

더욱이, 또 상기 정상상태에 있어서 가열량을 조정함에 있어 입력(入力)의 지나침을 전혀 없게 함은 생각할 수가 없다.

일단, 가열 입력이 지나치면 다이를 통과하여 다이 출구로부터 압출되는 원료가 스코치를 이르키며 스코치로 된 원료는 그 송진(送進)을 저해하는 유로상의 장해물, 예를들면 맨드렐(mandrel), 스파이더(spider) 혹은 원료의 속도(압력) 분포의 필요로 행하여 지는 유로단면의 변형된 협착(狹搾)부분을 통과하지 못해 압출성형은 불능이 되기 때문에 장치자체를 멈추고 분해 청소를 하지 않으면 안되게 된다.

본 발명의 목적은 원료 고무를 다이에 보내기 직전에 대폭승온 하여 성형된 원료가 다이 내부를 진행중에 가류되도록 하든가 또는 성형품이 다이 출구를 나와서 잠시동안 대략 상기 다이내의 고온도를 유지하도록하여 가류하고 이렇게 하여 성형 및 가류를 일체적으로 행하도록 함에 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해서 다음과 같이 하였다.

즉, 압출장치로부터 압출한 원료를 성형하여 다이 선단의 출구로부터 압출하기까지의 유로를 원료의 유동방향에 대하는 유로의 직각단면 윤곽(直角斷面輸廓)의 변화가 있는 부분과 상기 윤곽에 거의 변화가 없는 부분(다이랜다)(die land)으로 나누고 양자사이에 금속의 전기저항재(電氣抵抗村)가 되는 비교적가 느다란 다수의 저항발열관 또는 좁은 슬릿(slit)상의 협착된 통로로 이루어진 가열 통로를 설치하고 상기 저항 발열관의 대략 양단에서 관(管)에 통전(通電) 하거나 또는 상기 좁은 슬릿상의 통로 내에 비치한 저항 발열체에 통전하여 쥴열을 발생시켜 상기 관내 또는 슬릿상의 통로내를 통과하는 원료와 상기 쥴열을 발생하는 발열체를 서로 접촉시키거나 혹은 피막(皮膜)상태의 엷은 층을 개재하여 접촉시켜서 가열하고 대략 상시 정상상태로서 상기 원료를 단시간에 가류할 수 있는 고온도까지 가열하여 이것을 상기 다이랜드의 유로 차단면에 개구(開口)하도록 배치한 상기 관의 출구 또는 상기 슬릿상의 통로 출구로부터 대략 동일 온도로 가열되여 있는 다이랜드 내에 압출하고 원료가 다이랜드 내에서 성형되여 그것이 압출되는 사이에 가류하든가 내지는 성형품이 다이랜드 출구를 나와서 잠시간 대략 상기 다이 내의 고온도를 유지하도록 하여 가류하는 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대하여 자세히 설명하면,

제1도는 본 발명이 의해서 단면이 원형인 호오스를 성형하는 압출장치의 일예의 중요부분을 표시하는 단면도이며 도면에 있어서(1)은 원통상의 가소화 실린더이며, 그 내부에 원료혼연 이송용의 회전 스크류축(2)이 설치되여 있다.

(3)은 가소화 실린더 내의 원료 유로, (4)는 브레이커프레이트(braker plate), (5)는 어댑터(adapter), (6)은 어댑터 내의 원료 유로, (7)은 전부 맨드렐, (8)은 필요한 변형을 행한 원료 유로, (8')는 가열 통로입구, (8")는 가열 통로출구, (9)는 스파이더, (10)은 전부 다이헤드, (11)과 (11')은 히이터, (12)는 저항 발열관, (12')는 가열 통로, (13),(14)는 가열부 기판(基板), (15)(15')는 접속단자, (16)은 랜드구조체, (17)은 맨드렐, (18)은 다이랜드, (19)는 통기공, (20)(20')는 전열 히이터이다.

브레이커 프레이트(4)를 통과한 유동상의 원료는 어댑터 내의 원료 유로(6)에서 맨드렐(7) 및 스파이더(9)에 의해 필요로 하는 속도분포를 부여하기 위하여 변형을 실시한 유로(8)를 통과하여 가열통로 입구(8')에 이른다. 이 사이에 원료는 히이터(11)(11')에 의해서 스코치의 우려가 없는 안전한 온도 범위 예를 들면, 80∼130℃내의 일정온도로 유지된다.

저항 발열관(12)은 닛켈-크롬 합금, 닛켈크롬-철 합금, 철-탄소 합금, 스테인리스강 또는 그외의 금속으로 된 전기 저항재가 되는 비교적 가느다란 관을 여러개 늘어놓아 사용하며, 이 다수의 관의 한편 입구 즉 가열통로 입구(8')를 각각 유로(8)의 단면형상(斷面形狀)에 대응하여 배열하고 가열부 기판(13)과 고정하여 유로(8)로부터 송부되는 원료를 가열통로(12')에 도입한다.

한편 가열통로 출구(8')는 상기와 같이 각각 다이랜드(18)의 입구 단면형상에 대응하여 배열하고 가열부기판(14)과 고정하여 관내를 통과하는 원료를 다이랜드 유로에 압출되도록 되여있다. 또 접속단자(15)(15')에는 외부로부터 전력가변(電力可變)의 전원을 접속하고 원료 통과중의 저항 발열관(12)에 쥴열을 발생시켜서 이에 의하여 발열관(12)의 관내 즉, 가열통로(12')를 통과하는 원료로 가열통로(12')를 통과하는 사이에 예를들면 80℃에서 180℃까지 정상상태로서 가열 승온시킨다.

상기 180℃의 온도는 원료를 예를 들면 10초 전후에서 가류할 수 있는 고온도이며 다이랜드(18)내에 압출되여진 고온도의 원료는 다이랜드 내에서 성형 압출되는 동안에 거의 가류에 도달한다.

다이랜(18)는 랜드 구조체(16)와 맨드렐(17)로 이루어지며 원료 유동방향에 대하여 그 직각 단면형상에 거의 변화가 없는 유로이다. 또한 상기 다이랜드를 통과 해버린 고무가 아직 가류 부족의 경우에는 다이랜드 출구에서 소요되는 거리에 이르는 사이에 가열하여 대략 상기 고온도를 유지할 수 있도록 하여 가류를 완료시킨다.

통기공(19)에는 적온의 가열공기를 불어넣어서 맨드렐(17)을 가열하여도 좋고 또 상기 가류부족의 고무를 가류할 때 맨드렐(17)의 끝에서 가열공기를 불어낼 수 있도록 하여 관상(管狀)의 성형품을 그 관내에서 가열할 수 있다.

저항 발열관(12)은 예를 들면, 내경 1.0∼1.5mm 두께 0.15∼0.2mm 정도의 스테인리스 스틸로 이루어지며 그것을 50∼500본을 사용하여 가열통로를 형성한다.

발열관(12)은 원형관에 한정되는 것은 아니며 다른 모양의 관을 사용할 수도 있음은 당연한 것이며 다시 구경이 큰 관속에 보다 적은 구경의 관을 삽입하고 상기 각기의 관의 틈사이 및 또는 상기 관내를 유로로하여 원료를 통과시켜서 상기와 같이 가열 승온할 수도 있다.

저항 발열관(12)에 대하여 인가(印加)하는 전력은 통상 3∼8V, 300∼3000A 정도의 저압의 대전류이다.

이 전력은 저항 발열관(12)에 대하여 일견 과대한 것이나, 발열관 내를 정량적으로 원료는 강제 대류하여 발생한 쥴열을 탈거(奪去)하기 때문에 가열량과 제열량과는 대체로 항상 일치하고 가령, 가열 입력을 조정함에 있어서도 발열체의 열용량이 대단히 적기 때문에 가열 입력의 변화에 즉시 대응하여 열평형을 성립하고 이리하여 열의 정상상태를 유지하면서 압출 성형을 행할 수가 있다.

제2도는 제1도의 A-A선에 있어서의 단면을 화살표 방향으로 본 확대도이며, 랜드 구조체(16)와 맨드렐(17)의 사이의 환상의 다이랜드(18)내에 대체로 균등한 비율로 배치한 저항 발열관(12)의 출구를 표시한 것이다. 발열관(12)의 관내 즉, 가열 통로(12')를 통과하여 상기와 같이 승온한 고온도의 원료 고무는 가령 스코치하는 일이 있더라도 다이랜드 내에 압출되여 그대로 다이랜드 내를 통과하여 다시 외부에 압출할 수가 있다. 따라서 그대로 성형압출을 속행하는 사이에 발열관에 인가하고 있는 가열입력을 조정하여 적정한 입력으로 변경하여 적정한 가류성형품을 얻을 수가 있다.

제3도는 제1도요 같이 스트레이트 다이(straight die)에 있어서의 절단면이 대체로 정삼각형의 성형품을 얻기 위한 다이랜드의 제2도와 같은 단면도이다. 이 다이랜드(18)는 정삼각형의 단면을 이루고 있으며 가열통로(12')의 출구는 상기 삼각형의 면적중에 임의의 밀도로 배치되여 있다.

더욱이, 도면에서 명확한 것처럼 상기 삼각형의 정점에 가까운 가열통로는 구경이 큰 저항 발열관(12a)이 사용되고 있다.

이와 같이 임의의 밀도 및 또는 구경에 차이가 있는 관을 사용하는 이유는 유로내에 있어서의 원료의 속도(압력) 분포에 바라는 변화를 부여하기 위해서이다.

제4도는 상기와 다른 크로오스헤드 다이(crosshead die)에 있어서의 일 실시예를 표시한 것으로 도에 있어서 필요한 변형을 시행한 원료 유로(8)를 거쳐서 가열통로 입구(8')에 달한 원료는 저항 발열관(12)의 관내에 압입되여져 상기와 같은 고온으로 가열되여진 후, 다이랜드(16)에 이르며 케이블(21)을 코오팅하고 압출된다. 21'는 케이블(21)을 안내하는 가이드 금구(金具)(22)는 케이블을 코오팅한 고무를 표시한다.

기타는 제1도에 관하여 설명한 것과 같은 것이기 때문에 대응부분에 동일부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.

제5도는 본 발명의 상기예와 다른 평판 압출용 다이(평판용 시이팅 다이(sheeting die))를 표시하는 일부 절단 단면도이며, 도면에 있어서(30)(30')는 가열용 통로 구조체이고 양자는 그 접합면으로 밀착시키나 필요에 따라 간단하게 이간(離間)할 수도 있다.

그리고 구제체(30)(30')의 접합면의 일변(一邊)에서 그 대변(對邊)에 연통하는 홈(溝)을 각각 첨설(穿設)하고 그 홈 내면에 내열전기 절연층(23)(23')을 부착하고 그 위에 그 상면에 엷은 판상의 전기 발열체(24)(24')를 배치한다.

그리고 저항 발열체(24)(24')의 대충 양단과 접속하여 구조체(30)(30')를 관통하는 도전(導電)나사(26)(26')(27)(27')로서 저항 발열체(24)(24')를 구조체와 전기적으로 절연하여서 그것에 고정한다.

그리고 도전나사(26)(26')(27)(27')을 통하여 상기 구조체의 외부에 설치한 가변전원(도시 않음)으로부터 발열체(24)(24')에 적당한 전력을 인가한다.

저항 발열체(24)(24')의 대향하는 간격이 원료의 통과하는 유로(25)가 된다. 또한 상기의 유로간격은 통상 예를 들면, 1mm전후로 좁게하며 저항 발열체(24)(24')에 직접 접촉하면서 통과하는 원료를 효율좋게 가열한다. 일반적으로 유로(25)의 상기 간격이 좁을수록 또 유로의 거리가 길수록 상기 가열효과는 양호하나 유로(25)를 통과하는 원료의 압력강하는 그 허용범위를 넘어서는 안된다. 또한 가열용 통로 구조체(30)(30')에 대하여 복수로된 매체통로(28)(29)(28')(29') 설치하고 상기 매체통로의 한쪽(28)(28')에 통하는 매체온도를 압출장치측으로부터 압출하는 원료온도(예를들면 80℃)와 대체로 같게 또 매체통로의 다른 한쪽(29)(29')에 통하는 매체 온도를 다이랜드(16)의 온도(예를들면 180℃)와 대체로 같게하고 구조체(30)(30')에 대하여 대체로 원료의 통과하는 방향에 따라서 대략 상기 온도차와 같은 정도의 온도구배(溫度勾配)를 부여한다.

이와 같이 함으로서 상술의 저항 발열관(12)의 예와 같이 가열유로(25)를 통과하는 원료 고무에 대하여 가열 입력의 변화에 대응하여 재빨리 열평형을 성립시킬 수가 있다.

다음에 가열용 통로(25)내에 형성하는 내열전기 절연층(23)(23')에 대하여 설명한다.

이들 층(23)(23')은 예를 들면, 폴리아미드이미드 니스, 변성폴리에스테르 니스, 실리콘 니스, 등의 내열 전기절연성 니스 기타의 내열 전기절연 재료를 유연(流延) 또는 도포(塗布)하여서 얻어지는 내열 전기 절연성 도막층(塗膜層)이며 또는 셀리믹크코오팅 내지는 법랑, 글래스라이닝 등에 의해서 되는 내열 전기 절연층이라도 좋다. 또 실리콘 파운드에서 별도로 성형한 것을 닿게해서 내열 전니절연층(23)(23')에 대체할 수도 있다.

다음에 전기저항 발열체(42)(24')에 대해서 기술코저 한다.

이들은 예를들면, 닛켈-클롬 합금, 철-클롬一알미늄 합금, 기타 시판하고 있는 전열저항 재료를 주로 얇은 판상으로 하여 사용한다. 또 상기 이외에 예를들면 철(강), 스테인리스 스틸등과 같은 통상 전열저항재로서 상용치 않는 일반적인 금속재료도 같은 모양으로 사용할 수 있다.

상기 재료는 얇은 판상외에 선상(철사)으로 하여 가열 통로(25)에 배치하고 저항 발열체로서 원료를 발열체(24)(24')의 표면에 직접 접촉토록하여 통과하록 해서 사용한다.

이와는 별개로 저항 발열체(24)(24')의 표면에 예를들면, 불소수지, 실리콘수지, 폴리아미드 혹은 셀러믹크등을 코오팅하는 등하여 박층(薄層)을 형성하고 이 박승을 거쳐서 통과하는 원료를 가열하도록 하여도 좋다. 상기 박층은 전기 절연성을 부여하며 겸하여 원료의 유동시의 저항을 감살하고 나아가 원료의 잔류물 제거에 있어서 이형성(離型性)(비점착성)을 좋게하는 등의 효과를 가진다.

기타는 제1도에 관하여 설명한 것과 같으므로 대응부분에 동일부호를 붙히고 상세한 설명은 생략한다.

제6도는 제5도의 B-B선에 있어서의 화살표 방향의 확대 단면도이며, (18)은 다이랜드의 단면을 표시하고 있으며 가열통로 출구(25)는 다이랜드(18)의 단면 형상과 대체로 같은 형태로서 상기 다이랜드의 유로내에 개구하고 있다.

본 발명장치에 있어서 저항 발열관(12)의 관내를 통과하는 원료 고무는 관내벽에 부착함이 없이 전량이 유동하고 이에 의해서 관내에서 스코치를 이르킴이 없이 항상 일정(가변)한 유속으로서 원료고무를 상기 원하는 온도로 승온하여 다이로 송진할 수가 있다.

저항 발관(12)은 가열 전력의 조정미스등에 의해 관내에서 가류한 고무도 압출압에 의해서 관내로부터 압출하고 다시 다이랜드 내에서 외부로 압출하여 배제할 수가 있으므로 해서 압출장치를 정치함이 없이 상기 가열입력의 미스를 수정하여 양호한 압출 성형에 돌아올 수 있게함이 가능하다.

또 저항 발열관(12)의 입구(8')는 특히 변형을 행한 유로(8)의 출구와 연통하도록 배치하는 것에 한하여 것은 아니며 각별히 변형을 행하지 않는 원료 유로 예를 들면 통상의 어댑터와 직접 연통시키는 것도 당연히 가능하다. 다시 저항 발열관(12)은 구경의 일정한 관 또는 구경이 다른 관을 통상 다수(예외적으로는 단수 혹은 소수의 경우도 있음) 사용하며 이를 다수의 관의 출구를 다이랜드의 원료유동방향에 대하여 직각 단면상에 임의로 배치한 것이기 때문에 상술한 스트레이트 다이, 크로오스헤드다이, 평판 압출용 다이에 한하지 않고 이형물(異形鉤) 압출용 다이(profile die), T다이 등에 의한 압출 성형에도 같은 식으로 하여 사용할 수가 있다.

본 발명에 의한 압출성형은 고무에 한정되는 것은 아니며 성형함에 있어 열가교반응을 수반하는 합성수지 예를들면, 가교제(架橋劑)를 배합한 열가소성수지 또는 고체 및 액상의 열경화성수지 등의 압출 성형에도 이용할 수도 있다.

또 고무류와 합성수지의 발포제를 연속 성형할 수도 있다.

본 발명은 압출 성형에 있어서의 소비 에너지가 종래의 방법에 비교하여 대단히 적게 듬으로해서 퍽 경제적이며 또한 장치도 저렴한 값으로 되기 때문에 공업적으로 극히 유리하다.

Claims (1)

1. 가황하거나 가교결합 또는 발포반응을 수반하는 고무류 또는 합성수지로된 성형용 원료를 상기한 반응을 수반하지 않는 온도에서 가소화하여 압출하기 위한 압출기와 이 압출기의 선단에 설치된 협소한 원료가열용 통로를 구성하는 저항 발열체로 이루어지는 가열실과 그 가열실의 선단에 장치한 상기한 반응온도로 유지할 수 있는 단면 형상의 변화가 없는 성형용 다이를 조합한 것을 특징으로 하는 고무류 열가 교성수지의 압출성형 장치.

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