KR830001152B1

KR830001152B1 - 유압 압출프레스

Info

Publication number: KR830001152B1
Application number: KR1019830000247A
Authority: KR
Inventors: 알. 아우스텐 알프레드; 브이. 험프리스 다랄
Original assignee: 베드레헴 스틸 코퍼레이션; 디. 제이. 브리크웨드
Priority date: 1979-09-08
Filing date: 1983-01-22
Publication date: 1983-06-16
Also published as: KR830001043A; KR830001163B1; KR830001151B1; KR830001150B1

Abstract

내용 없음.

Description

유압 압출프레스

제1도는 압출재료 및 압출도관을 구조적으로 도시하여, 도관으로부터 판제품을 형성하는 것과 열가소성중합체재료를 도관으로 압출하는 것을 도시한 구성도.

제1b도는 제1도에 도시된 열가소성 중합체 재료의 일단편의 확대사시도.

제2a도는 제1도에 도시된 압출도관의 일단편의 확대사시도.

제2도는 본 발명에 의한 유압 압출의 초기의 가열된 비방향성 준결정성 열 가소성 중합체재료를 도시한 수직압출 장치의 종단면도.

제3도는 압출재료가 압출된 후의 제2도 장치의 종단면도.

제4도는 본 발명의 장치에 사용되는 홈을 형성한 와셔의 평면도.

제5도는 본 발명의 장치에 사용되는 홈을 형성한 와셔의 평면도.

제6도는 제2실시예에 의한 준결정성 열가소성 중합체재료를 준연속 공정에 의한 유압 압출장치의 개략적인 횡단면도.

제7도는 열가소성 중합체 재료가 압출된 후의 제6도 장치의 횡단면도.

제8도는 제6도의 도시된 장치에 사용되는 가열탱크의 부분적인 횡단면도.

제9도는 본 발명의 판으로 만든 냉각음식용기의 사시도.

제10도는 본 발명의 판으로 만든 직선형 냉장고 문의 사시도.

본 발명은 특성을 개량시킨 배향된 결정의 열가소성 중합체로 구성되는 후벽(厚壁)의 이음매 없는 강성도관, 그의 판재 및 그들 도관 또는 판재로부터 제조되는 제품 제조에 사용되는 유압 압출장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 도관은 원주방향으로 발산되는 벽들과 축방향으로 수렴되는 벽들을 갖고있는 환상의 오리피스를 포함하는 장치내에서 중합체의 고상 유압 압출에 의하여 제조되기 때문에 중합체는 원주방향 및 축 방향으로 거의 동시에 연신되게 된다.

반결정형의 열가소성 중합체들의 물리적 특성 및 기계적 특성은 그들 중합체들의 구조를 배향시킴으로써 개량시킬 수가 있다는 것은 공지의 사실이다. 배향된 구조를 갖는 열가소성 중합체의 제품을 제조하는 데에는 중합체 가공방법들, 이를테면 연신, 취입, 성형, 사출성형 방법등이 모두 이용되어 있다.

최근, 열가소성 중합체를 고체 상태로 변형시키는 방법에 관한 광범위한 연구가 진행되어 왔다. 이들 방법에 있어서는 중합체를 기계적으로 변형시키면 목적으로 하는 단일 축 또는 2중 축의 분자 배향이 얻어진다. 중합체는 유리 전이온도 내지 중합체의 결정 용융온도 직전의 온도 범위내에서 연신, 압출 또는 가공시킬 수가 있다. 입체규칙성 폴리프로필렌의 경우는 0℃(32℉)와 같은 저온에서 가공 처리할 수가 있다. 통상 주로 단일 방향의 배향을 갖는 스트립, 튜브, 로드 및 일정한 형상의 제품등은 전술한 가공 방법들에의해 제조되어 왔다. 중합체를 가공 처리하기 위하여 사용되는 압출 방법 및 장치는 금속 공업에서 사용되고 있는 방법 및 장치와 유사하다. 축방향으로는 신도가 높고 원주 방향으로는 신도가 낮은 짧은 관형제품(예 : 산탄 총탄피)은 고상 압출법에 의해 제조되어 왔다.

중합체 가공의 하나의 방법이 로버트 에이. 코빙톤씨 2세(Robert A. Covington, Jr)등의 발명의 명칭 "Method of Making Tubing for Carfridge Casings and the Like"의 미합중국 특허 제3,205,290호에 기재되어 있는데, 이 방법에 의하면, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 용융 중합체를 후벽 관형의 예비성향물 또는 빌릿으로 성형시킨 후, 이 빌릿을 2단계 공정으로 한쪽이 밀폐된 짧은 후벽의 관형 제품으로 가공 처리한다. 먼저 이 빌릿을 고형 맨드릴상에 가압하여 원주방향으로 평균 약 40내지 50%팽창시킨다. 원주방향의 연신은 빌릿의 중간 원주의 팽창 때문이다. 다음에 고형 맨드릴상에서의 팽창된 빌릿을 드로잉다이를 통해 가압시키면 팽창된 빌릿은 축방향으로 연신됨과 동시에 원주방향의 신율은 일정하게 유지된다. 축방향의 신율은 350%정도까지 가능함으로 주로 축방향의 배향이 생성된다.

상기 코빙톤씨등의 방법에서는 원주방향의 팽창이 100%이상을 초과하지 못한다. 만일 원주방향의 팽창을 그 이상으로 시도할 경우에는 빌릿은 맨드릴상으로 가압시에 굽어지거나 붕괴된다. 상기 코빙톤씨등의 방법에 의해 100%이상의 원주방향의 변형이 일어났을 경우의 그 변형은 성질상 장력으로 간주될 수 있는데, 그 이유는 빌릿이 맨드릴상으로 연신되기 때문이다. 빌릿이 맨드릴상으로 연신되면 중합체구조가 비군일하게 변형된다.

로버트 에이. 코빙톤(Robert A. Covington)씨등의 발명의 명칭 "Method and Apperatus for producing Plastic Tubular Memgers"의 미합중국 특허 제3,198,866호에는 관형부재의 연속 제조방법에 대하여 기재되어 있는데, 이 방법에 의하면 결정화도가 60내지 85%인 열가소성 중합체폴리에틸렌의 구멍뚫린 후벽 슬럭이 램 압력에 의하여 맨드릴상에 가압된다. 이 특허에는 중합체의 분자구조가 종방향 및 횡방향으로 모두 배향된다고 기재되어 있다. 그러나 코빙톤씨등의 특허에 기재되어 있는 장치는 슬럭의 외경이 증가되는 것을 방해하도록 설계되어 있다. 즉 중합체가 슬럭의 외경보다 외경이 보다 큰 도관으로 원주방향으로 팽창되지 않는다. 슬럭의 길이는 증가되고 벽 두께는 감소되나 외경이 증가되지 않기 때문에 중합체는 종방향으로 크게 배향되나 원주 방향으로는 크게 배향되지 않는다. 따라서 중간 원주의 연신은 거의 일어나지 않으며, 연신이 일어난다 하더라도 원주방향에 있어서의 보통 특성에는 개량이 거의 없는 것이다.

도날드 어쿠하아트 핀드레이(Donald Urquhart Findlay)씨등의 발명의 명칭 "Method for producing Oriented Plastic Shotshells"의 미합중국 특허 제3,929,960호에는 배향성 탄피를 제조하는데 이용되는 별법이 기재되어 있다. 이 방법은 약 1400내지 2100 kgf/㎠(20,000내지 30,000파운드 in₂)의 축방향 인장강도와 약 387내지 600 kgf/㎠(5,500내지 8500파운드 in²)의 원주방향 인장 강도를 갖는 배향된 폴리올레핀계탄피의 제조방법에 관한 것이다. 길이가 2.54cm(1in)이고 벽 두께가 1.06cm(0.42in)인 폴리올레핀계블랭크(blank)를 27℃내지 115℃(80℉내지 240℉)의 온도로 가열하고 고형의 이동 맨드릴상에 놓는다. 다음에 블랭크를 다이 캐비티내로 이동시키면 램이 역압출시 맨드릴상의 블랭크를 가압하여 플랭크 외경의 팽창은 거의 일어나는 일이 없이 블랭크 벽이 감소되게 된다.

핀드레이 씨등의 방법에서는 중합체를 원주방향으로만 팽창시키기 때문에 중합체 구조는 원주방향으로만 변형된다. 축방향의 신율이 높기 때문에 분자구조는 축방향으로 크게 배향된다. 구과상 결정형 응집체들로 이루어진 구조는 축방향으로는 크게 연신되나, 원주방향으로는 거의 연신되지 않는다. 따라서 이 구조는 혈소판 또는 웨이퍼(wafer)상의 방사상으로 압축된 구과상 결정형 응집체로 이루어지지 않으며, 또한 원주방향의 성질로 거의 개량되지 않는다.

핀드레이 씨등의 간접 압출방법은 블랭크 외경의 팽창을 후술하는 본 발명의 방법에서 달성되는 최소 원주방향의 팽창율보다 낮은 25%이하로 한정한다. 로버트쇼오(Robert Shaw)씨의 발명의 명칭 "Cold Extr-usion process"의 미합중국 특허 제3,714,320호에는 중합체, 특히 입체규칙성 프로필랜을 결정 용융온도 미만의 온도에서 로울링, 단조, 스웨이징 및 피이닝 등의 각종의 방법들에 의한 제조방법이 기재되어 있다. 쇼오씨의 전술한 특허에서는 중합체의 냉간 압출법은 크게 변형시키는 동안 과량의 열이 발생되어 중합체의 온도가 중합체의 용융온도로 상승되기 때문에 그 사용이 제한된다고 기술하고 있다. 쇼오셔는 중합체는 0℃(32℉)와 같이 낮은 온도로 냉각시킴으로써 중합체압출의 문제점을 해소하고자 하였다. 또 필요에 따라서는 압출 장치는 저온으로 냉각시킬 수도 있다. 전방 압출에 의하여 로드상 모양에서 일반적으로 감소된 단면적을 갖는 여러가지 단면적 모양의 로드상 압출물로 전환된다. 쇼오씨는 압출시킴으로써 원주방향으로 연신된 파이프 및 도관을 제조할 계획을 하지 않았음이 자명한데, 그 이유는 쇼오씨는 튜브 또는 파이프는 맨드릴을 튜브내부에 넣고 외부 표면에 로울링 또는 햄머로서 힘을 가하는 소위 맨즈맨법(Mannesmann method)과 유사한 공지의 방법으로 형성시킬 수가 있다고 기술하였기 때문이다. 역압출을 이용하면 컵모양의 제품을 제조할 수가 있다.

쇼오씨의 방법은 열가소성 중합체를 4.64kgf/㎠(66파운드/in₂)의 열전향 온도내지 결정 용융 온도로 다이모양데로 가열 압출시켜 중합체를 원주방향 및 축방향으로 거의 동시에 연신시키는 압출 방법과는 정반대이다.

쇼오씨 방법의 한정된 적용에 있어서 중합체는 저온으로 냉각시켜야 하며, 냉각시킨 중합체를 배향성이 높은 중합체로 이루어진 튜브로 압출시키기 위해서는 중합체의 고온 압출에 필요한 압력보다 10배가 높은 압력이 필요하다고 기술하고 있다. 과도하게 높은 압력을 비교적 강한 물질에 인가하며는 스틱-슬립(Stick-Slip)현상이 일어나고, 높은 변형률이 생기며, 고 에너지 압출이 행해지고, 중합체의 용융이 일어나는 고온이 주기적으로 발생된다. 중합체의 용융시 중합체의 결정화도와 배향성은 악영향을 받기 때문에 그 제품은 손상을 받아 사용이 불가능해진다. 따라서 쇼오씨법에 의해 가공처리된 중합체는 원주방향과 축방향으로 모두 배향되고 개선된 원주방향을 가진 혈소판 또는 웨이퍼상의 방사상으로 압축된 구과상 결정형 응집물로 이루어진 구조를 가질 수 없다.

튜브 또는 맨드릴의 표면에 햄머링 또는 로울링 압력을 국소적으로 인가하여 연신된 튜브를 제조하는 맨즈맨법을 사용하면 균일하게 변형된 구과상 결정형 응집체가 생성되지 않는다. 그 이유는 크게 국소화된 전단 응력 구배가 구과상의 비균일성 변형이 생성되는 중합체내에 유발되기 때문이다. 비균일성 변형은 구과상 결정형 응집체에 손상을 일으키며, 미세공극의 형성 및 존재하는 미세 공극의 확대에도 손상을 일으킨다. 이와같이 처리한 중합체의 밀도는 빌릿의 본래의 밀도보다 작다. 이 비균일성 변형은 중합체의 특성에 관련된 저온 인장 충격강도 및 밀도에 악영향을 미칠 수도 있다.

고압호스, 튜브 및 파이프와 같은 길고 두터운 벽을 가진 고강도 튜브형 중합체 제품은 가소화 압출방법에 의해 섬유보강 플라스틱 및 중간압력 튜브를 가소화 압출에 의해 제조하여 왔다.

직경이 152.4cm(60in)이고, 벽 두께가 5.08cm(2in)인 중압 열가소성 파이프의 제조방법이 가이 이 캐로우(Guy E. Carrow)씨의 발명의 명칭 "Flexible Cylindet for Cooling and Extruded Pipe"의 미합중국 특허 제3,907,961호에 기재되어 있다. 이 파이프는 스크류 압출 또는 충격 압출에 의해 제조할 수 있다. 어느 경우에 있어서도 열가소성 중합체를 용융상태로 가열시키고 가요성 맨드릴상에 원추형 통로데로 압출시킨다. 파이프의 표면을 냉각시켜 고화 상태가 되도록 냉각 매질을 공급한다. 중합체를 용융 상태로 압출시켜 생성되는 파이프는 비배향 구조를 갖는다. 고압파이프의 제조방법이 로이드 에이. 괴틀러(Lloyd A. Goettler)씨등의 미합중국 특허 제4,056,591호에 기술되어 있는데, 이 방법은 용융 또는 가소화 압출에 의해 제조되는 섬유보강 제품내의 불연속 섬유의 배향을 조절하는 방법에 관한 것이다. 섬유충진 매트릭스는 일반적으로 일정한 채널을 갖는 발산된 다이를 통해 압출시킨다. 다이 출구의 면적이 다이 입구의 면적보다 크도록 다이의 벽을 약간 얇게 할 수 있다. 후우프 방향으로 섬유가 배향되는 양은 채널의 입구로부터 출구까지 채널의 면적 확대와 직접 관계가 있다. 생성된 제품은 원주방향으로 배향시켜 원주방향성을 개선시킨 섬유를 함유하는 보강 호스이다. 섬유는 배향시킬 수 있으나 용융상태에서 중합체가 가공되기 때문에 중합체는 배향되지 않는다.

섬유보강 중합체는 용융 상태에서 가공되기 때문에 중합체에 첨가된 섬유를 원주방향으로 배향시킬 수도 있으나 중합체의 구조는 원주방향 및 축 방향으로 모두 고도로 배향된 혈소판 또는 웨이퍼상의 방사상으로 압축된 구과상 결정형 응집체로 구성되지는 않는다. 소프트 음료 산업에서 사용되고 있는 병과 같은 양 축방향으로 배향시킨 용기는 용융압출-신장 또는 사출성형-취입 팽창법에 의하여 제조된다.

폴리프로필렌으로 부터 제조되고 투명성 및 강도가 양호한 양축으로 배향된 유공 제품은 후미오 이리꼬(Fumio Iriko)씨등의 발명의 명칭 "Method for Molding Synthetic Resin Hollow Articles"의 미합중국 특허 제3,923,943호에 기재된 방법에 의하여 제조된다. 이 방법의 초기 단계에서 사출 성형에 의해 파리손(parison)이 제조된다. 파리손은 압축력에 의해 팽창되는 것과는 대조적으로 신장에 의해 팽창되기 때문에 구조는 비균일적으로 변형되고 미소공극의 형성이 용이하게 되므로 중합체의 밀도는 전형적으로 약 0.5% 감소된다.

프레드 이. 윌리(Fred E. Wiley)씨등의 발명의 명칭 "Method of Molding Biexially Oriented Hollow Artides"의 미합중국 특허 제3,896,200호에는 양축으로 배향된 용기의 제2의 제조방법이 기재되어 있다. 파리손을 일정한 장력으로 유지시킨 다음 파리손을 캐비티내에 방사상으로 팽창시키기전이나 또는 그 동안에 축방향으로 신장시킨다.

투명성을 갖는 용기를 제조하는 또 다른 별법이 래리 피. 모짜(Larry P. Mozer)씨의 발명의 명칭 "Con-trolled Air in Polyestercube Extrusion for Clear Sealoble Parison"의 미합중국 특허 제4,002,709호에 기재되어 있다. 이 방법에 의하면 폴리에스테르(예 : 폴리에틸렌 테레프탈레이트)를 투명한 두꺼운 벽의 튜브내에 용융 압출시킨 다음 가열을 행하고 용기내에 취입시킨다. 폴리에스테르는 튜브의 투명성으로 입증되는 바와 같이 무정형이다. 전술한 방법들에 있어서의 용기들은 중합체를 250%이상 신장시킴으로써 제조된다. 이와 같은 큰 신장변형에 의하여 구조가 비균일적으로 변형되어 구과상의 결정형 응집체에 손상이 일어나기 때문에 미소공극들이 형성되게 되고, 중합체내에 이미 존재하는 미소공극들이 팽창되게 되는 것이다. 중합체의 밀도는 감소되고, 스트레스 화이트닝(stress whictening)과 같은 미소공극 민감성 및 저온형성은 해소되지 않는다.

압축됨으로써 비균일성 변형문제와 관련된 결점들이 해소되고 이들 결점이 실제적으로 제거된 배향된 구과상의 결정형 응집체구조가 제조되는 변형방법을 제공하는 것이 바람직하다.

전술한 종래의 방법들에 의하여 제조되는 열가소성 중합체들로 실질적으로 이루어지는 관형 제품들은 압축-형 변형에 있어서 중합체를 100%이상 원주방향으로 팽창시킬 수가 없다. 호스 또는 연신된 관형 제품들을 제조하는 종래의 방법들은 용융 또는 가소화 압출 방법들에 관한 것이기 배향되지 않은 제품들이 생성된다. 큰 직경의 용기를 제조하는 종래의 방법들은 신장 또는 장력 방법들에 관한 것이기 때문에 이들 방법들에 있어서는 중합체가 원주 방향으로 100%이상 팽창된다. 신장이나 장력이 중합체 구조내에서 구과상 결정형 응집체의 비균일성 변형을 일으킴으로써 구형 물질은 파괴되고 경사되며, 미소공극 마이크로피브릴 및 최종적으로 피브릴이 형성되고, 중합체내에 이미 존재하는 미소공극과 같은 결점들은 확대한다. 생성되는 제품들은 원주방향으로 고도로 배향되지만 구조내에 형성되는 결점을 지니게 된다. 전술한 종래의 방법들에 의해서는 원주방향으로 100%이상 그리고 축방향으로 50%이상이 팽창되고, 원주방향 및 축방향으로 모두 배향된 분산 상태의 혈소판 또는 웨이퍼상의 방사상으로 압축된 구과상 결정형 구조를 가지며, 미소공극과 같은 결점이 유도되는 공정이 없으며 종전 방법들에 의하여 도관으로 동일한 중합체와 동일 또는 그 이상의 밀도를 가지며, 또 개선된 원주방향의 인장충격 강도를 가지며, 또 차후의 신장시에 미소 구조적 손상을 덜 받는 결정성의 열가소성 중합체로 이루어지는 도관은 제조되지 않는다.

또 상기 인용한 종전 방법들에 의해서는 도관으로부터 판재가 도관의 독특한 형태 및 특성을 보유하는 판재를 제조할 수 없으며, 또 도관이나 판재의 미세구조 및 특성이 그의 적어도 일부에 보유되는 제품을 도관이나 판재로부터 제조할 수가 없다.

또 상기 인용한 종전 방법들에 의해서는 충전제가 함유되고 독특하게 배향된 미세구조로 이루어진 매트릭스 및 하기에 기술하는 특성을 지닌, 실질적으로 배향되지 않은 반-결정의 열가소성 중합체로부터 도관 판재 또는 제품을 제조할 수가 없다.

본 발명의 제1의 목적은 중합체의 비균일성 변형에 의하여 야기되는 결점이 거의없고, 원주방향 및 축방향으로 모두 배향되며, 주위온도 내지 저온에 걸쳐서 특히 개선된 원주방향의 인장충격강도를 가지며, 중합체로부터 제조한 제품이 중합체 본래의 밀도를 보유하는 결정형 열가소성 중합체로 실질적으로 이루어진 도관을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2의 목적은 거의 배향되지 않은 반 결정형의 열가소성 중합체로부터 상기도관을 제조하는 공업적으로 적합한 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제3의 목적은 고상 가열 편평화 기법에 의해 도관으로부터 제조한 판재가 도관의 동일한 형태와 특성을 실질적으로 보유하며, 실질적으로 균일한 두께 및 우수한 성형성을 갖임을 특징으로 하는 판재의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제4의 목적은 공지의 고상가공 기법에 의하여 도관 또는 판재로부터 제조한 제품이 도관 또는 판재 그의 적어도 일부에 도관 또는 판재의 독특한 형태 및 특성을 갖는 제품의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 설명 및 도면으로부터 자명하게 이해할 수가 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 벽 두께가 약 0.5내지 약 6.25%이고, 배향되지 않은 중합체의 밀도와 적어도 동일한 밀도를 가지며, 제한되지 않은 상태에서 중합체의 결정 용융온도 직전의 시간까지 가열시에 배향되지 않은 상태로 되돌아가는 특성을 지닌 배향된 결정형의 열가소성 중합체를 실질적으로 구성되는 후벽의 이음매없는 강성 도관이 제공된다. 중합체는 가공처리시 초래되는 결점이 거의 없으며 도관 벽면으로 배향된 분산 상태의 혈소판 또는 웨이퍼상의 방사상으로 압축된 구과상 결정형 응집체구조를 갖는다. 도관의 원주 방향 최종 인장강도는 거의 배향되지 않은 상태의 중합체 인장강도의

이상이며, 원주방향 인장충격강도24℃(75℉)에서 거의 배향되지 않은 상태의 중합체 인장충격 강도의 5배이상이다. 중합체는 -45℃(-50℉)에서 상기 원주방향 인장 충격 강도의 20%이상을 보유한다. 인장충격강도(TIS)대 최종 인장강도(UTS)의 비율(ASTM 0.822 S-형 방법으로 측정함)은 2중층 방향으로 배향된 동일한 중합체 조성물을 통상의 고상변형공정, 이를테면(예 : 취입성형 또는 열성형 또는 폭출(幅出)법에 의해 처리한후 동일한 최종 인장강도에 대해 측정된 비율보다 적어도 50% 크다. 도관은 배향되지 않은 열가소성 중합체로 이루어진 도관보다 차후의 고상 변형 공정시의 미세구조직 손상을 덜 받게된다.

본 발명의 제2의 실시태양에서는, 원주방향 및 축방향 배향성이 거의 동일한 본 발명에 따른 도관을 세절(細切)하고 압력하에 가열 편평화시켜 결정 용융 온도이하의 온도에서 성형 가능한 판재를 형성시킨다. 즉 고체 상태에서 가열 스탬핑(hot stamping), 열성형, 압착공정 등으로 처리하여 행남(luggage) 자동차 후드(hood), 트렁크 덮개, 패널전면(front pannol)등으로 만들 수 있다. 이런 판재는 도관과 동일한 형태와 성질을 보유하며 통상의 드로잉 및 단신 공정에 의해 제조된 배향판재 보다 투과성이 낮다.

제3의 실시태양에서는, 본 발명에 따른 도관을 충전된 반-결정형 열가소성 단일 중합체(예 : 이소택틱폴리프로필렌)로부터 제조한다. 제조된 도관을 세절하고 가열 편평화시켜 배향 미세구조로 이루어진 매트릭스를 함유한 충전된 중합체 판재를 얻는다.

제4의 실시태양에서는, 충전된 배향 판재를 고체상태 공정으로 처리하여 냉장고 부품, 이를테면(예 : 도어라이너, 냉각용 트레이, 채소 및 과일 저장용 트레이, 가스킷 : 자동차부품, 이를테면 후드, 트렁크 덮개 디이프 콘테이너(deep container), 이를테면 물쓰레기통, 물통, 저장드럼통 행낭 등과같은 제품으로 만들 수 있다.

본 발명에 따른 도관은 거의 배향되지 않은 반-결정형 열가소성 중합체를 고체상태 유압 압출시켜 제조한다. 중합체를 약 4.64kgf/㎠(66²파운드/인치²)열전향 온도내지 결정 용융온도 이하인 8℃ (14℉)로 가열하는 것이 바람직하다. 수렴벽, 수렴 단면영역 및 정반대 방향의 발산 영역을 함유하는 환형 오리피스를 통해 중합체를 압출시키기 위하여 유압 유체에 충분한 압력을 가한다. 중합체를 원주방향 및 축방향으로 거의 동시에 연신시킨다. 압출시키는데 필요한 압력은 유체의 박막을 예비성형물과 함께 압출되게하고, 압출시 중합체의 윤활제로 작용될 수 있는 밀봉 부재에 의해 유체에 유지시킨다. 압출물을 윤활시키고 이를 맨드릴 표면에 통과시킴으로써 제2유체에 의해 냉각시킨다. 냉각시키면 중합체가 고정되고 중합체의 고유성이 감소되어 스프링백 현상이 일어나서 그의 형태가 회복된다.

폴리머를 유압 압출 프레스로 압출시킨다. 프레스는 콘테이너 부픔 및 압출물 수집 부품이 장치된 유압 압출 장치 부재로 이루어져 있다. 다이와 콘테이너 부품내 위치한 맨드릴-헤드(mandrel-head)는 환형 오리피스를 형성하며 이 오리피스를 통해 중합체가 압출된다. 맨드릴-헤드는 압출물 수집 부품내의 맨드릴과 조정되어 있으며 일직선으로 정렬되어 있다. 열가소성 중합체를 압출시키기에 충분한 가압력은 가압 부재에 의하여 중합체 예비성형물에 가해진다. 콘테이너 부품내의 밀봉 부재는 유압유체가 누출되는 것을 방지해 줌으로써 압출 압력을 유체내에 유지시켜 줌과 동시에 유체의 박막이 예비성형물과 함께 압출될 수 있게하여 압출시의 평활성을 제공해 준다. 환상 오리피스는 축방향으로 정렬된, 입구 또는 밀봉대, 수렴벽, 수렴 단면영역 및 정반대 방향의 발산 영역을 함유한 확대 및 연신대역 및 출구 또는 사이징(sizing)대역으로 구성된다. 사이징 대역은 수렴단면 영역이 보다 작으며 밀봉역보다 외경 및 내경이 보다 크다.

중합체가 축방향으로 일직선으로 배열되고 용기 수입부품과 근접되어 있는 압출물 수집 부품으로 압출된다. 압출물함유 부품내의 맨드릴은 맨드릴-헤드의 저부와 근접되어 있으며 일직선으로 배열되어 있다. 클램프힘을 맨드릴에 가하면 장치에 강성이 부여되고 압출시키는 동안 맨드릴-헤드가 원주방향 및 축방향으로 이동되는 것이 방지된다. 또한 윤활 및/또는 냉각유체를 압출물 함유부품에 도입 또는 배출시키는데 사용되는 부재도 제공한다.

본 발명은 60중량%이하의 첨가제를 함유할 수 있는 거의 배향되지 않은 반-결정형 열가소성 중합체를 고체상태 변형공정으로 처리하여 제조된 배향된 결정형 열가소성 중합체 제품에 관한 것이다. 최종 제품은 도관, 판재 또는 도관 또는 판재를 고체상태 변형공정으로 처리하여 제조한 제품일 수 있다. 최종 제품중 적어도 일부는 제품의 평면에 대해 횡방향으로 압축되고 제품의 평면에서 이중축으로 배향된 구과상 결정형 응집체로 이루어진 미세구조를 갖는 것이 특징이다. 제품은 가공처리시 생기는 미세공극이나 미소피브릴이 거의 함유되어 있지않다. 또한 제품은 적어도 일부분에서 주위온도 및 저온에서 인장 충격강도와 최종 인장강도의 개선된 조합성을 갖는 것이 특징이며 최종 인장강도에 대한 인장 충격 강도의 비율

은, 이중축으로 배향된 동일한 중합체 조성물을 통상의 고체상태 변형공정(예 : 취입성형)으로 처리한후 동일한 최종 인장강도에 대해 측정된 비율보다 적어도 50%크다. 제품의 적어도 일부분에서의 인장충격 강도는 제품이 제조되는 원래의 배향되지 않은 중합체의 인장충격 강도보다 적어도 5배 크며 최종 인장강도는 적어도

배 크다. 제품은 배향되지 않은 중합체와 적어도 동일한 밀도를 보유하며, 통상의 고체상태 변형 공정에 의해 제조된 제품, 예를들어 동일한 중합체 조성물로 부터 취입성형에 의해 제조된 제품보다 투과성이 낮다.

제품은, 먼저 고체상태의 거의 배향되지 않은 반-결정형 열가소성 중합체 예비성형물을 4.64kgf/㎠ 열전향 온도(즉, 최대 사용온도)내지 열가소성 중합체의 결정 용융 온도 미만의 8℃에서 압출대역을 통하여 유압 유체로 압출시킴과 동시에 예비성형물을 원주방향으로 100%이상 축방향으로 50%이상 거의 동시에 팽창시킴으로써 제조한다. 생성된 제품 또는 중간체인 관형는 도관형 제품은 외부 직경의 약 0.5 내지 6.5%인 거의 균일한 벽두께를 가지며 외부직경이 2.54cm 내지 152.0cm인 도관에서 실제 두께가 0.079cm이상이며, 밀도가 배향되지 않은 중합체의 밀도와 적어도 동일하고 가공처리시 생기는 어떤 미세공극이나 미세섬유가 거의 함유되어 있지않은 미세구조가 특징인 배향된 결정형 열가소성 중합체 하나 이상으로 이루어지며, 도관의 평면으로 배향된, 방사상으로 압축된 불연속적 혈소판상 구과상 결정형 응집체로 구성되며, 여기서 도관은 -45℃에서의 인장충격 강도가 24℃의 인장충격 강도의 20%이상이고, 24℃에서의 인장충격 강도는 배향되지 않은 상태의 동일한 중합체로 구성된 상응하는 도관의 5배이상이며 원주방향 최종 인장강도는

배 이상이다.

배향된 반-결정형 열가소성 도관은 약 60중량%이하의 충전제를 함유할 수 있다. 다량의 충전제가 함유된 열가소성 물질을 배향시키는 것은 과거에는 불가능하지는 아니하였으나 매우 어려웠다. 그러나, 열가소성 중합체가 충전제를 함유할 경우 본 발명의 방법에 따라 압출시킬 때, 열가소성 중합체는 상술한 바와같이 바람직하게 배향될 수 있으며 미세공극 및 미세섬유가 거의 함유되지 않고 열가소성 중합체내에 도관의 평면으로 배향된 불연속적 혈소판상의 구과상 결정형 응집체를 함유하는, 종래의 제품과는 다른 구조를 갖게된다는 것을 알았다.

본 발명에 따른 관형 또는 도관제품을 제조한 후 제품을 도관 또는 구조부재 등으로 사용할 수 있으나, 흔히는 쪼개어 고체상태로 가열 편평화시켜 판재 제품으로 만든다. 편평화시키는데 사용된 열의 양은 배향된 열가소성 중합체의 성질 또는 미세구조에 영향을 미치기에는 불충분하므로 판재는 도관의 성질과 동일하다.

이어서 판재 제품은 구조 및 목적이 동일하거나 다른 제품으로 만들수 있으나 대부분의 경우 최종제품(예 : 고체상태로 성형된 제품)을 만들기 위한 블랭크(blonk)로 사용된다. 대부분의 고체상태 성형 제품은 열가소성 중합체가 고체상태로 변형되기에충분한 열 및 압력하에 다이내에서 성형된 소위단신 성형 제품이다. 최종 고체상태 단신 성형 제품의 성질은 주로 변형도에 따라 달라진다. 그러나, 본 발명의 배향된 판재 블랭크로부터 제조된 고체상태 단신 성형제품의 성질은 배향되지 않은 열가소성 중합체로 부터 제조된 유사제품의 성질보다 우수하다. 배향된 열가소성 중합체의 우수성은 열가소성 중합체가 다소 국부감소(mecking down)되는 것을 방지하므로 생성된 제품보다 훨씬더 균일하게 딱딱하며 강하다. 단신 성형제품의 실제성은 장소에 따라 생성물의 주어진 부위에 적용된 변형력에 따라 달라질 수 있다. 제품상의 어떤 플랜지도 최초의 배향된 블랭크와 동일한 특성을 갖는다. 이는 어떤 제품에 있어서 매우중요한데 왜냐하면 플랜지는 중요한 구조적 강도 및 견고성을 제공하기 때문이다. 냉장고 냉동실, 도어라이너, 냉동실 식품 콘테이너, 팬 또는 토우트 박스(tote box)의 가장자리 주변에 있는 립(lip) 또는 플랜지는 이런형태 제품의 대표적인 것이다. 유사하게 50%이하로 팽창된 제품중 어떤 부위도 최초의 배향된 블랭크 물질과 거의 동일한 특성을 갖는다. 따라서 약간 드로잉되거나 성형된 제품의 성질이 매우 우수하다. 약 50%팽창을 초과하면 열가소성 중합체의 특성은 구과상 결정형 응집체의 점진적 분해로 인해 점차적으로 변화되며 변형이 계속됨에 따라 평면상 배향이 증가된다. 초기에 변형이 증가되면 최종 인장강도가 증가되고 적어도 동일한 인장 충격성이 보유되나 높은 신도는 감소되기 시작한다. 따라서, 본 발명의 배향된 블랭크로부터 제조된 생성물은 항상 동일한 조성의 충전 또는 비충전된, 배향되지 않은 열가소성 중합체로 부터 제조된 제품보다 매우 우수한 특성을 갖는 매우 중요한 부분을 함유한다.

본 발명을 상세히 설명하면, 본 발명 제품은 주로 배향된 결정형 열가소성 중합체로 이루어진, 후벽의 이음매가 없는 도관(도관은 길이가 불확정한 원통형 부재이며 튜브, 파이프등이 포함된다)그 외부 직경이 약 2.54cm(1인치) 내지 152cm(60인치), 바람직하게는 약 5cm(2인치) 내지 63.5cm(24인치), 가장 바람직 하게는 약 20cm(8인치) 내지 41cm(16인치)이다. 벽의 두께는 처음부터 끝까지 방사상 및 원주방향으로 거의 균일하며 ±10%,

바람직하게는 ±5%, 바람직하게는 ±2.5%이하로 변할수 있다. 벽의 두께는 외부직겨의 약0.5내지 약6.25%, 바람직하게는 약 1.0내지 3.0%, 가장 바람직하게는 약 1.0내지 2.0%이다. 그러나 외부직경이 2.54내지 7.62cm(1내지 3인치)인 도관에서 벽두께는 적어도 0.074cm(1인치의

)이다. 도관은 약 7.6cm(3인치) 정도로 짧을 수 있으며 상업적 요구 및 기계 제한에 따라 길어질 수도 있으며, 바람직한 것은 약 30cm(12인치) 내지 244cm(96인치)이다. 도관은 치수 안정성이 있으며, 동일한 조성의 거의 배향되지 않은 반-결정형 열가소성 중합체로부터 통상의 방법에 의해 제조된 유사한 도관의 원주방향 최종 인강 강도의 약

배 이상 큰 최종 인장 강도를 가지며 상기 도관의 24℃(75℃)에서의 원주방향 인장출력 강도의 5배 이상 큰 인장 충격강도를 나타낸다. 도관은 -45℃(-50℉)에서 실온 하 인장 충격강도의 20%이상을 보유한다. 도관의 구조는 불연속적 혈소판 또는 웨이퍼상의 구과상 결정형 응집체로 구성되며 일반적으로 다각모양(polygonal shape)를 갖는다. 응집체는 방사상으로 압축되고 원주방향 및 축방향으로 연신되며 도관벽 평면으로 배향된다. 구조물은 구과상 결정형 응집체들 사이의 경계면과 구과상 결정형 응집체내에 압축에 의해 생기는 미세공극 및 미세섬유가 거의 함유되지 않는다.

본 발명에 사용될 수 있는 출발물질인 염가소성 중합체는 거의 결정도가 45%이상이고 비교적 예리한 결정윰점(시차열 분석법으로 측정)을 가지며 구과상 결정형 응집체형태로 고체화되는 장쇄 분자함유 구조를 갖는 거의 배향되지 않은 반-결정형 또는 결정형 호모중합체 또는 공중합체이다. 중합체는 열 또는 압력을 가하여 연화 및 성형시킬 수 있으며, 최종 인장강도 및 인장 충격강도와 같은 특성의 주재선점에서 기술한 바와같은 유리 전이온도 내지 결정용융 온도에서 드로잉 및 단신하여 분자적으로 배향시킬 수 있다. 중합체는 10⁴내지 10⁶의 분자량을 가지며, 이런 열가소성 중합체에는 배향가능한 폴리올레핀, 예를들어 이소택틱 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리아미드(예 : 나일론 6, 6), 폴리아세탈(폴리옥시메틸렌), 폴리에스테르(예 : 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 폴리카보네이트가 있다.

본 발명 방법에 의해 가공처리된 대표적인 중합체(이소택틱 폴리프로필렌)의 구조와 출발물질인 중합체 예비성형물의 구조가 제1도에 도술되어 있다. 제1a도에서의 시험쿠폰 A와 제1b도에서의 시험쿠폰 A'는 예비성형을 X와 도관 Y로 부터 각각 절취한 것이다. 외부표면 B및 B', 횡단표면 C 및 C'와 D 및 D'를 닦아 윤을 내고 부식시킨후 광학 현미경으로 100배 확대하여 관찰한다 : 표면을 0.6마이크론 다이아몬드 분진함유 제1페이스트와 0.3마이크론 산화알루미늄 입자함유 제2수성페이스트를 사용하여 두단계로 닦는다 표면을 조심스럽게 닦아 페이스트 잔류물을 제거하고 등량부의 벤진, 크실렌 및 클로로포름이 함유된, 약 80℃(175℉)로 가열시킨 용액으로 부식시킨다. 쿠폰 A의 표면은 3내지 5분간 부식시키고 쿠폰 A'의 표면은 5내지 6분간 부식시킨다. 관찰결과, 쿠폰 A의 표면 B, C 및 D는 거의 배향되지 않은 구과상 결정형 응집체로 구성됐음을 알 수 있다. 일반적으로 결정형 응집체는 핵으로부터 방사상으로 성장하여 이는 구과(spherulite)로 칭한다. 구과상 결정형 응집체는 윤을낸 표면상에 다각 모양을 나타낸다. 중합체의 구조는 본래 주로 결정형이지만 이들이 성장하는 동안 구과들사이에 또는 구과내에 소면적의 비결정형 또는 무정형구조물이 삽입된다.

표면 B'는 일반적으로 다각 모양의 불연속적 혈소판상인 구과상 결정형 응집체로 이루어진다. 표면 C' 및 D'는 방사상으로 압축되어 축방향 및 원주방향으로 연신되고 도관벽의 평면으로 배향된, 즉 원주방향 및 축방향으로 배향된 비교적 박막층을 이루는 응집체로 구성된다. 미세공극이나 존재하는 미세공극이 팽창한 것도 도관 내에서 발견되지 않았다.

도관 Y물질의 쿠폰의, 도관의 평면에 대해 수직인 두 가지의 횡단표면을 예리한 칼로 긋고 물질을 원주방향과 축방향으로 인열시킨다. 인열된 표면을 현미경으로 100배 확대하여 관찰한 결과 중첩된 패턴으로 배열되고 방사상으로 압축된 혈소판 또는 웨이퍼상의 구과상 결정형 응집체로 나타났다.

판재제품 E는 제1도에 나타낸 바와 같이 도관 Y를 라인 a-a를 따라 세절한다. 베어낸 도관을 129℃(265℉)에서 5분간 가압하에 가열 편평화시킨다. 시험쿠폰 F를 판재로부터 절취하여 윤을 내고 부식시킨 후 상술한 바와 같이 관찰한다. 관찰한 결과 시험 쿠폰의 미세구조는 도관의 미세구조와 동일하게 나타났다.

냉동실 식품 콘테이너의 무거운 벽 플랜지 부분으로부터 절취한 쿠폰K(제9도)와 냉장고 냉동실 도어 라이너로부터 떼어낸 쿠폰 H(제10도)는, 각각 제1b도의 쿠폰 B에서 나타난 바와 같이, 유압에 의해 압출된 도관 및 이로부터 제조된 판재와 유사한, 방사상으로 압축된 불연속적 혈소판상의 구과상 결정형 응집체로 이루어진 미세구조를 갖는다.

본 발명 방법에 의해 형성된 구조와 대조하기 위해, 동일한 수지 뱃취의 폴리프로필렌을 통상의 공정으로 압출 성형시켜 판재로 만들고 이를 149℃(300℉) 및 2.8kgf/㎠(40파운드[인치²) 공기 압력하에 열성형시켜 이중축으로 단신된 판재의 대조용 샘플을 얻는다. 상술한 방법으로 현미경 관찰한 결과 70% 2중축 연신에서 주로 구과상 손상이 나타났으며, 통상의 압축성형 기술에 의해 100% 2중축 연신시킨 결과 본래의 불연속적 구조 패턴이 거의 파괴되었다. 판재로부터 떼어낸 시험 쿠폰의 횡단 표면상에 노치(motch)시키고 인열시킨다. 인열된 표면을 현미경으로 100배 확대하여 관찰한 결과 중첩된 구과상 결정형 응집체구조가 없는 것으로 나타났다.

쿠폰 G를 도관으로부터 절취하여 오일욕에 넣고 압력을 가하지 않은 채 165℃(330℉)로 가열한 후 이 온도에서 15분간 방치한다. 이 시험편 도관은 제조에 사용된 예비성형물로 부터의 절취시에 가지고 있던 모양, 크기 및 구조의 약 85% 정도가 복귀되었다. 구과상 결정형 응집체구조가 거의 완전하게 복귀된다는 것은 중합체를 연신시키기 위해 사용된 압축력에 의해 구과상 결정형 응집체 구조물로부터 초래되는 변형이 균일하게 분포된다는 것을 의미한다. 결과적으로, 중합체는 그의 메모리(memory)와 밀도를 보유하며, 미세공극의 형성과 미세공극의 확대가 일어나지 않는다. 따라서, 응집체가 방사상으로 압축되고 원주 방향 및 축방향으로 연신된 균일한 구과상 결정형 응집체 구조는 원주방향 인장 충격강도, 통상의 저온 인장 충격강도 ASTM D 1822 S-형입으로 측정된 인장강도(UTS)에 대한 인장충격강도(TIS) 비율(이는 이중축 방향으로 배향된 동일한 중합체 조성물을 통상의 고체상태 변형공정(예 : 취입성형, 텐터링등)으로 처리한후 동일한 최종 인장강도에 대해 측정된 비율보다 적어도 50%크다) 및 도관내 중합체의 밀도 및 감소된 투과성의 보유력(retention)에 책임이 있다고 가정할 수 있다.

본 발명의 도관은 고상 유압 압출 방법으로 제조하는데, 이 방법에서는 먼저 중합체를 4.64kgf/㎠(66파운드/인치²) 열전향온도(ASTM D-648 방법으로 측정)내지 결정 용융온도 미만의 약 8℃(14℉)로 가열시키고 환형 오리피스를 통하여20초^-1를 초과하지 않는, 바람직하게는 10초^-1이하의 변형속도에서 액압 유체압력으로 압출시킨다. 중합체는 축방향으로의 연신과 원주 방향으로의 팽창이 거의 동시에 이루어진다. 원주 방향으로의 팽창 또는 연신율은 100% 이상, 바람직하게는 200%이상이다. 축방향으로의 연신율은 100%이하 일수 있으나 50% 이하가 바람직하며 원주방향으로의 연신율과 동일한 것이 가장 바람직하다.

중합체를 압출시키기 위해 가열할 때 필요한 온도는 결정 용융온도가 압출시키는 동안 초과되지 않도록하는 온도이어야 하며, 스틱-슬립(stick-slip)압출물 형성과 부수의 중합문제를 야기시키는 과다한 압출압력은 사용하지 않아야 한다. 일반적으로 중합체는 4.64kgf/㎠(66파운트/인치²) 열전향온도내지 결정 용융온도 미만의 약 8℃(14℉)로 가열한다. 그러나, 약 50℃(90℉)내지 결정용융온도 이하인 18℃(32℉)가 바람직하며 30℃(54℉)내지 결정용온도 이하인 18℃(32°)가 가장 바람직하다. 온도는 중합체 압축 속도 및 감소 및 감소율에 따라 다르다. 본 발명 방법에서 중합체를 압출시킬 때 사용되는 광범위한 온도범위, 바람직한 온도범위 및 가장 바람직한 온도범위를 다음 표 1에 기술하였다.

[표 1]

압출온도

열가소성 중합체 예비성형물은 유압 압출 프레스 상에서 제조한다. 프레스는 회분식, 반-연속식 또는 연속식 프레스를 사용할 수 있다. 전술한 프레스는 모두 지지 구조물 및 공구(tooling)로 이루어져 있다. 공구는 압출 압력을 제공하는 가압장치, 공구를 고정시키는 클램프 장치, 중합체예비 성형물을 압출시키기 위해 담아놓는 컨테이너 부품(이 부품에는 다이, 맨드릴-헤드 및 압출압력을 보유하는 밀봉 장치가 포함된다). 및 압출부 압출물을 수집, 윤활 및 냉각시키는 수집부품(이 부품에는 맨드릴과 압출물을 윤활 및 냉각시키는 장치가 포함된다)으로 이루어진다.

다이 및 맨드릴-헤드는 공간적 및 동일축 방향으로 콘테이너 부품내에 일렬로 정렬되어 있다. 다이의 표면과 맨드릴-헤드의 표면은 수렴 원추형입구, 원통형 입구 또는 밀봉대역 : 수렴벽, 수렴단면 영역 및 발산 대역으로 이루어진 확장대 ; 및 원통형 출구 또는 사이징 대역으로 구성된 환형 오리피스의 벽들을 형성한다. 밀봉대의 외부직경은 예비 성형물의 외부직경보다 작다. 예비 성형물을 압축시킬때 이벽의 단면적은 초기에 약 5%정도 축소되며 축방향 연신이 시작된다. 예비성형물은 확장대로 들어가 원추방향으로 연신된다. 즉 예비성형물의 외부 및 내부직경이 증가된다. 동시에 오리피스의 수렴벽, 및 수렴 단면 영역으로 인해 예비성형물의 벽이 확장대 출구를 통과해 사이징 대역으로 이동될때까지 단면영역내에서 계속 축소된다 사이징대역내의 압출된 예비성형물 또는 압출물을 냉각시켜 중합체의 복귀 및 수축을 막는다. 압출물이 수집부품으로 이동될때 윤활시키고 냉각시킨다. 윤활 및 냉각시키면 평활하고 거의 주름이 없는 벽 표면을 갖는 도관이 제조된다. 벽은 중심이 동일하며 두께가 거의 균일하다.

열가소성 중합체를 고체상태로 유압 압출시켜 연신 및 팽창된, 중심이 동일하여 벽두께가 거의 균일한 도관을 제조함에 있어서는, 콘테이너 부품내에서 충분하고 일정한 압출 압력을 유지시켜야하며 공구의 측면 및 축방향으로의 이동을 방지시켜 주어야 한다. 일정한 압출 압력을 유지 시키기 위해서는, 액압 유체가 콘테이너 부품내에서 효과적으로 밀폐되도록 하여야 하고 동시에 예비성형물 표면을 따라 압출되는 액압유체의 막이 압출시 필요한 윤활성을 제공할 수 있도록 하여야 한다. 효과적인 밀폐는 환형 오리피스내 밀봉대의 단면적보다 약 5% 큰 벽의 단면적 및 밀봉대역의 원추형 입구를 갖고있는 예비 성형물을 제공함으로써 달성할 수 있다. 압출이 시작될때 예비성형물의 외부표면이 원추형 입구로 유입될때 환형 오리피스의 외부 벽표면과 접촉하여 밀도대로 이동된다. 예비성형물의 외부표면이 환형 오리피스 의외부벽 표면과 계속 접촉됨으로써 효과적으로 밀폐되는 것이다. 그 결과 콘테이너 부품으로부터, 액압 유체가 누출되는 것이 방지됨과 동시에 예비성형물 표면상에 압출되는 유체의 막이 예비성형물의 표면과 오리피스벽 사이에 윤활성을 제공할 수 있게되는 것이다.

압축물을 수집부품내에서 제2유체(예 : 공기)로 윤활 및 냉각시킨다. 유체를 압출물의 내부 표면에 사용하면 압출물과 수집 부품내의 공구 사이에서 쿠션(cushion) 역활을 하여 마찰로 인한 압출물표면의 손상을 방지해준다. 또한 유체는 벽이 얇은 압출물이 주름지는 것을 방지하며 마찰 방해물제거로 인해 벽이 무거운 압출물두께가 과도하게 두꺼워지는 것을 방지한다. 필요한 경우, 추가의 유체를 냉각시키기 위해 압출물의 외부표면에 사용할 수 있다.

예비성형물의 한쪽면을 계속 유출시키고 예비성형물의 근접구획을 유출시키지지 않을때 고르지 못한 압출이 초래되고 압출물내에 결점이 생김으로 야기되는 액압 유체의 블로우-아웃(blow-out)은 예비성형물의 압출말기 가까이에서 행할수 있다. 블로우-아웃은 예비성형물의 압출을 제1의 예비성형물의 후부가 밀봉대에 들어가기전에 종결짓고, 제2의 예비성형물을 제1의 예비성형물의 후부와 인접되는 그의 전방부위 말단이 프레스내에 삽입되게 한다음 압출을 계속 행함으로써 방지할 수가 있다. 압출물은 새로운 빌릿을 삽입시킴으로써 동시에 회수할 수 있다.

환원하면, 중합체의 회복을 억제하는 데 충분한 압력하에서 어니일링을 연속한정할 수 있으며, 예비 성형물을 온도범위의 상한 부위의 온도까지 가열하여 예비성형물을 저 압출속도로 압출하고 또 긴 사이징 대역을 사용함으로써 트레스내에서의 압출물을 가열 안정화시킬 수가 있다.

높은 유압 압축 응력상태는 보다 긴 사이징 대역을 사용함으로써 마찰에 의한 보다높은 압력 강하와 함께 변형대내에서 증가시킬 수 있다.

상기 기술을 조합하여 사용함으로써, 베어낸 예비 성형물을 압출시켜 열가소성 중합체 판재 형태로 가열 평편화시키기에 적합한 절취된 도관을 제조할 수 있다. 또한 압출된 도관을 베어내어 가열 평편화시킴으로써 두꺼운 열가소성 중합체 판재를 제조하는 것도 본 발명이 범위에 포함된다. 가열나이프 또는 절취기 같은 당분야에 공지된 장치를 사용하여 도관을 절취할 수 있다. 절취한 도관을 평압 인쇄기와 같은 압축 장치로 클램핑하여 가열 평편화 시킬 수 있는 데 이때 결정 용융온도이하인 16℃(30℉)내지 44℃(80℉)로 가열한다. 가열시 적합한 압력을 중합체에 가한다. 중합체를 1내지 20분간 상기온도 및 압력하에 방치하는데 방치시간은 초기온도 및 중합체두께에 따라 다르다. 예를들면, 온도 129℃(265℉) 및 압력 14.06kg/㎠(200파운드/in²)의 평압 인쇄기 사이에 삽입시킨 24℃(75℉)의 0.16cm(1/1 6in)두께의 폴리프로필렌 판재를 143℃(290℉)로 가열하고 5분간 방치시킨다. 판재는 프레스내에서 냉각시키거나 또는 회수하여 금속판 사이에서 냉각시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 제조된 판재는 거의 동일한 도관의 형태 및 성질을 유지한다. 동일하다. 또한 판재도 연신성을 나타낸다.

중합체판재는 공지의 기술, 이를테면 스탬핑 또는 필요에 따라서는 보조플러그와 함께 사용하는 가압가스법에 의하여 고상 열성형이 가능하다. 중합체를 가열하는 온도는 11℃(20℉)내지 44℃(80℉) 바람직하게는 중합체의 결정 용융온도 미만인 16℃(30℉)내지 22℃(40℉)이어야 한다.

고상 열처리로 제조된 제품은 여러가지의 제품, 이를테면 냉장고 도어 라이너, 냉장고 식품용기, 스탬프형 자동차후드, 행상등으로 유용하게 사용되며, 전술한 방법으로 제조되는 제품은 모두 변형을 최저로, 이를테면 50% 미만으로 받기 때문에 판재로부터 제조되는 제품은 판재와 거의 동일한 형태 및 특성을 그대로 유지하게 된다. 그러나 최대의 변형을 받을 제품 부위는 본래의 형태와 동일한 형태를 그대로 유지할 수 없음은 물론이다.

본 발명자들은 첨가제 입자를 함유하는 배향되지 않은 반 결정 열가소성 단일 중합체를 전술한 방법들에 의해 도관 및 판재로 가공한 다음 제품으로 제조할 수 있다는 사실을 발견하였다. 상기와 같이 제조되는 제품은 배향된 결정구조를 갖는 매트릭스로 이루어지기 때문에 그자체 신규의 제품인 것이다. 지금까지는 전술한 배향의 구조는 고 연신율 단신배향 고상법, 이를테면 텐터링, 취입성형 및 기타 공지의 단신방법에 의해서는 불가능하였던 것이다. 이를 방법에 의해서도 구조상 배향은 가능하지만 매트릭스내의 첨가제 입자들의 인접 부위에 공극이 형성되거나 또는 존재하는 미소공극들이 확대되기 때문에 최종 제품의 특성에 악효과가 미치게 된다.

종전의 고상 방법들에 의해 제조되는, 양축 배향된 첨가제함유 결정형 열가소성 중합체 제품은 동일한 조성을 갖는 배향되지 않은 중합체에 비하여 5배의 인장충격 강도와

배의 최종 인장강도를 갖지 못한다. 또 이들 제품은 종래의 고상 변형법, 이를테면 취입성형, 텐터링에 의해 동일한 충격인장 강도치로 양축 배향시킨, 동일한 조성을 갖는 반결정형 열가소성 중합체에 비하여 50%이상의 최종강도에 대한 인장충격 강도의 비율

을 갖지 못하며, 첨가제 입자들 주위의 공극들이 제품의 외관, 강도 및 밀도에 악효과를 미치게 된다.

열가소성 중합체의 유압압출용에 적합한 액압유체는 압축온도에서의 내분해성 및 소정의 고온성을 가지며, 열가소성 중합체에 대하여 불용성 및 미반응성인 유체로서, 이들을 예시하면 아주까리기름, 실리콘오일, 합성오일 및 각종의 광물성 오일과 식물성 오일을 들 수가 있으며, 실리콘 오일이 바람직하다.

본 발명의 방법에 의해 가공하는 열가소성 중합체에는 또한 첨가제. 이를테면 방염제, 액상 또는 고상착색제, 충전제(예 : 환석, 운모등) 및 탄성 미립자들을 함유시켜도 좋다.

첨가제 함유 열가소성 중합체는 중합체에 불활성인, 직경에 대한 길이의 비율이 5미만인 불연속적 입자 또는 단섬유 형태의 첨가제를 약 60중량%이하로 함유하는 중합체를 의미하며, 이 첨가제에 의해서 중합체의 특성이 변화되거나 또는 원료 및 중합체의 가공비용이 감소된다. 불활성 첨가제로서는 무기 첨가제(예 : 활석, 탄산칼슘, 점토. 실리카등)를 사용할 수 있으며, 착색제 및 방염제와 같은 물질도 포함된다.

거의 배향되지 않은 반 결정형 열가소성 중합체예비 성형물은 중합체 용융물로 부터 성형된 고상 또는 중공(中空)의 빌릿 또는 플러그를 의미하며, 압출, 압축 성형 또는 사출 성형에 의해 목적하는 형상으로 제조된다. 중합체 예비성형물의 배향은 가공시에 소량으로 일어날 수 있으나 그 배향 정도는 중합체 특성의 개선에는 불충분하다. 전술한 바와같이 중합체에는 첨가제를 함유시킬 수 있다.

본 발명의 범주에는 종래의 가소화법에 의해 제조되는 다층 및 단일층의 예비성형물로부터 단일층 및 다층 도관을 제조하는 것을 포함한다.

본 발명의 배향된 열가소성 중합체 도관은 제2도 및 제3도와 같은 장치를 사용하는 회분식 압출방법에 의해 제조한다 제2도는 초기의 압출 공정을 도시한 수직 유압식 압출 프레스(10)의 횡단면도이다. 제3도는 말기의 압출공정을 도시한 압출프레스(10)의 횡단면도이다.

유압식 압출프레스(10)는 나사로 설치된 개구단(12, 13)을 갖고있는 원통형 외부케이싱(11)과, 제1유압장치(14) 및 제2유압장치(15) 빌레트 콘테이너 조립체(16)와, 외부 케이싱(11)과 동축으로 일정간격 떨어져 설치된 압출물 수용 조립체(17)로 구성된다.

유압장치(14, 15)는 서로 동일하므로 하나의 유압장치(14)만을 도시하고 있다. 유압장치(14)는 (축방향의 구멍(20)을 갖는 환상의 실(19)을 형성하는 실린더(19)로 구성된다. 중공 원통형 피스톤(21)은 실(19)내에 위치하여 빌레트 콘테이너 조립체(16)안의 원통형 플러그(30)에 힘이 전달되도록 한다. 압력은 도관조립체(22)를 통해(도시되지 않은)동력원으로부터 피스톤(21)에 가해진다.

조립체(16)는 외부 케이싱(11)안에 동축의 원통형쉘(shell, 23)을 갖고있다. 쉘(23)은 원통형 외부표면(24)과 대체적으로 원통형인 내부표면(25)을 갖고있다. 배출구(23a)는 신장시 동공(26)으로부터 압력이 배출되도록 쉘(23)에 형성되어 있다. 내부표면(25)은 제1원통부(27)와 중간원통부(28) 및 제3부분(29)으로 분할하는 축방향의 동공 또는 구멍(26)을 형성한다. 제1원통부(27)는 중간원통부(28)보다 큰 단면적을 갖는다. 대체적으로 원통형인 플러그(30)는 도시된 형상과 같이 각각 평행한 상하부 표면(31, 33)과, 하부표면(33)으로부터 하방으로 연장된 돌출부(32)를 갖고 있다. 한부표면(33)은피스톤로드(21)와 연속되도록 안치된다. 돌출부(32)는 피스톤로드(21)상에 플러그(30)가 중앙에 위치하도록 한다. 벽(30a)의 홈(30b)안의 0링(30c)은 이것이 조립된 연후에 적절한 가열 및 프레스(10)안으로 삽입되는 동안에 조립체(16)를 지지하기 위한 마찰 장치로써 마련된다. 상부표면(31)은 도시된 것과 같은 U형 단면을 갖는 원통형 돌출부(34)를 형성하고 있다.

외부표면(38)과 축방향의 동공(39a)을 형성한 내부표면(39)을 갖고있는 금속벽(37)으로 구성된 중공 원통형 피스톤(36)은 도시된 것과 같이 플러그(30)에 의해 지지된다. 원형의 탄성시일와셔(40)는 일반적으로 평행한 상하부표면(43, 44)을 갖고있는 원통형 피스톤헤드(42)를 위한 자리(seat)를 마련한다. 또한 공동(39a)안으로의 유압유체(51)를 밀봉하게 된다. 상부표면(43)으로부터 하방으로 연장된 고형 돌출부(45)는 피스톤 헤드(42)를 중심에 위치시킨다. 시일 0링(46)과 지지링(47)은 단면적이 삼각형으로 중공 피스톤(36)의 견부(48)상에 위치하여 유체(51)의 누출을 방지한다. 피스톤(36)은 플러그(30)의 상부표면(31)상에 지지된다. 유압유체(51)는 피스톤(36)과 중간 원통부(28)의 동공(39a)에 채워지고 조립체(16)안의 원통형 열가소성 플라스틱 중합체 빌릿(53)을 가압하기 위해 마련되어진다.

압출하는 동안에는 유압유체(51) 매우 얇은 막이 빌릿(53)의 표면상에 형성되어 압출시의 윤활작용을 한다. 제3부분(29)은 장치(10)의 금형으로써, 수축 원추형 입구(54a)와 원통형 축방향의 랜드표면(54)과 확대 원추형벽면(55) 및 랜드표면(54)에 거의 평행한 원통형 축방향의 랜드표면(56)으로 구성된다. 랜드표면(56)은 압출재료를 경화시킬 수 있도록 충분한 길이를 갖는다. 랜드표면(54)의 직경은 랜드표면(56)의 직경보다 작다. 맨드릴헤드(57)는 홈이파인 기저표면(58)과 원통형 하단부(59) 및 가늘고 긴 원통형 코부(nose portion, 61)쪽으로 테이퍼진원추형 상부(60)를 갖고 있는데 이는 다이(29)에 의해 형성된 환상안에 축방향으로 위치한다. 코부(61)는 빌릿(53)의 구멍(53a)안으로 삽입되어질때 맨드릴 헤드(57)가 제위치에 충분히 단단히 유지되고, 적절한 가열과 프레스(10)안으로의 삽입 동안에 맨드릴 헤드(57)의 위치가 유지되도록 억지끼워 맞춤이 이루어질 수 있는 크기로 형성된다. 빌릿(53)의 외부표면(53b)은 레드표면(54)과 접촉하여 적절한 가열 및 장치(10)가 작동하는 동안에 유압유체(51)의 누출을 방지하기 위한 시일을 형성한다. 다이(29)의 표면과 맨드릴 헤드(57)의 표면은 필요한 일정거리만큼 떨어져서 축소 원추형 입구(54a)를 갖는 환상 오리피스 또는 압출영역(57a)과 3개의 영역을 형성하는데 3개의 영역은 환상 원통형 랜드표면(54)과 원통형 코부(61)의 표면에 의해 형성되는 시일링영역(57b)과 확장되는 벽면(55)과 원통부(60)의 표면에 의해 형성되는 축소 단면적을 갖는 원추형 확대영역(57c) 및 랜드표면(56)과 원통형 하단부(59)의 표면에 의해 형성된 원통형으로 조형하는 조형영역(57d)으로 구성된다. 시일링 영역(57b)과 팽창영역(57c) 및 조형영역(57d)사이의 각 전이영역(t)은 두 영역 사이에 완만한 전이면을 마련하기 위해 일정 반경을 갖는 곡면을 마련하고 있다. 확대 원추형 벽면(55)의 프레스(10)의 축에대한 각(α)은 150내지 45°이고, 원추형 상부(60) 표면의 프레스(10)의 축에 대한 각(β)은 20° 내지 50°이다. 각(α) 및 각(β)는 확대 원추형 벽면(55)과 원추형 상부(60)의 표면이 각각 연장된다면 그 표면에 의해 형성된 환상 오리피스가 축소 단면적을 가지면서 직경으로는 점점 커지도록 선택되어진다. 앞에서 언급한 형상의 환상 오리피스를 통해서 열가소성 플라스틱 중합체 빌릿을 압출함으로써, 빌릿은 원추방향으로 팽창하고 축방향으로 길어진다. 각(α)는 약30°로 각(β)는 약 40°로 하는 것이 바람직하다. 빌릿은(53)은 랜드표면(54)의 직경보다 약간 큰 직경을 갖는다. 압출될때 빌릿(53)의 외부표면은 랜드표면(54)과 접촉하여 압축압력을 유지하기 위해 조립체(16)안의 유압유체(51)를 밀봉하기 위한 시일을 형성하고 또한 빌릿(53)의 표면상에 압출될 유체(51)의 얇은막을 형성하여서 압축시에 윤활작용을 하도록 되어있다. 빌릿(53)이 영역(57c)으로 들어갈때 원주방향으로 팽창되고 동시에 축방향으로 신장되어 조형영역(57d)으로 유동되어진다. 열가소성 플라스틱 중합체의 축방향의 연신율을 변화시킬 수 있을 뿐만 아니라 맨드릴헤드의 원추표면과 벽면(55)사이의 거리를 변화 시킴으로써 원주방향의 팽창 지수를 유지시킬 수 있다.

압출물 수용 조립체(17)는 케이싱(11)으로부터 떨어져서 동축으로 놓인 외부쉘(63)과, 쉘(63)과 동축의 원통형 중공 맨드릴(62)을 포함한다. 맨드릴(62)은 상하부 개구단(64, 65)과 원통형 구멍(67)을 형성하는 내부표면(66) 및 외부표면(68)을 갖고있다. 견부(69)와 내부표면(66)으로부터 외부표면(68)까지 연장된 다수의 방사상의 오리피스(70)를 하부개구단(64)에 형성한다. 상부개구단(65)은 구멍(67)보다 큰 단면적을 가지며 나사산(71)을 형성하고 있다. 외부쉘(63)은 하부 개구단(72)과 상부 개구단(73)과 외부표면(76) 그리고 보통원통형의 구멍(75)을 형성하는 원통형 내부표면(74)을 갖는다. 내부표면(74)은 상부(74a)와 하부(74b)를 갖고 있다. 견부(78)는 하부개구단(72)에 형성되어 있다. 다수의 방사상의 오리피스(79)는 내부표면의 하부(74b)로부터 외부표면(76)까지 연장되어 있다. 내부표면의 상부(74a)는 외부표면(68)에 연속되어 있다. 하부(74ab)와 외부표면(68)은 중합체가 압출되도록 실(82)를 마련되도록 일정하게 떨어져 있다.

맨드릴(62)은 제5도에서와 같이 홈이 형성된 와셔(83)에 의해 맨드릴 헤드(57)로부터 분리되어 있다. 다수의 방사상의 홈(84)은 오리피스(70)와 연통되어서 구멍(67)과 실(82)사이의 가로막히지 않는 통로를 마련한다.

원통형 베어링 판(85)은 외부쉘(63)의 직경과 같은 직경을 갖고 축방향의 개구부는 맨드릴의 상부 개구단(65)와 같은 직경을 갖고 있어 상부(74a)와 상부 개구단(73)에 각각 접촉 인접하여 있다. 홈이 형성된 와셔(86)는 제4도에 도시된 것과 같이 유압실린더(15)안에 베어링판(85)과 피스톤(21')사이에 끼워져 있다. 중공플러그(87)와 관조립체(88)는 도시된 것과같이 맨드릴(62)에 부착되어서 윤활 및 냉각 유체가 조립체(17)안으로 들어갈 수 있다. 플러그(87)는 피스톤(21')으로 부터 일정거리 떨어져서 윤활 및 냉각유체의 통로를 마련한다.

압출하기 위해서 이소택틱 폴리프로필렌과 같은 준결정상의 열가소성 플라스틱 빌릿(53)을 쉘(23)안으로 삽입하여 빌릿(53)의 외부표면(53b)이 랜드표면(54b)에 접촉시킨다. 맨드릴 헤드(57)의 코부(61)를 억지끼워 맞춤이 이루어지도록 빌릿(53)의 구멍(53a)으로 삽입시킨다.

피스톤(36)과 시일 0링(46)과 지지링(47)을 중간원통부(28)안으로 삽입한다. 아주까리 기름과 같은 유압유체(51)를 보조 조립 체안으로 집어넣는다. 보조 조립체는 가열기(oven)안에 놓아서 4.64kgf/㎠(66lb/in²)열전향온도 내지 중합체의 결정 용융온도 미만의 8℃(14℉)온도로 가열한다. 폴리프로필렌의 경우에는 129℃(265℉)이다. 필요한 온도가 되었을때 피스톤 헤드(42)와 와셔(40)를 피스톤의 바닥부안으로 삽입한다. 또한 필요한 온도로 가열된 플러그(30) 및 0링(30b)과 원통형 돌출부(34)를 피스톤(36)안으로 삽입하여 조립체(16)를 형성한다. 가열된 조립체(16)는 케이싱(11)안으로 떨어지고 조립체(16)와 인접되도록 배치된다. 맨드릴(62)과 맨드릴(57)헤드(15)는 도시된 것처럼 배치된다. 유압실린더(13)는 상부 개구단(13)안에 나사로 제위치에 놓여진다. 관조립체(88)는 제위치에 놓여져서 조립체(17)안으로 유입되는 가압공기와 같은 유체에 연결되어 있다. 약 633kgf/㎠(9000 lb/in²)의 유압을 가압장치(15)에 의해 사용되는데 가압 장치는 프레스를 26.6×10⁴N(30ton)의 힘으로 잡아서 압출시 프레스안의 맨드릴 헤드(57)와 다른 공구등의 측면 및 축방향의 이동을 방지한다. 이와 유사하게 유압은 실린더(14)인 피스톤에도 힘을가해 압력을 플러그(30) 및 중공피스톤(37)에 순서대로 가해 유체(51)를 가압한다. 처음에는 유체(51)와 빌릿(53)은 실린더(14)에 의해 발생되는 힘에 의해 압축된다. 빌릿(53)과 유체(51)가 약 520kgf/㎠ (7,400lb/in²gage) 또는 그 이상의 압력으로 압축되면 압출이 시작된다. 압력은 압출하는 동안에 거의 일정하게 유지된다. 위에서 언급한 것과같이 압출하는 동안에는 유압유체(51)의 일부는 빌릿(53)의 표면과 맨드릴 헤드(57)의 표면 및 금형(29)사이에 얇은 막을 형성한다. 상기 각 막은 압출이 이루어질 때 빌릿의 윤활작용을 마련한다. 윤활 및 냉각유체 양호하게는 필요한 압력의 공기는 2.81 내지 6.33kgf/㎠(40 내지 90lb/in²gage)의 압력을 갖고 구멍(67)과 방사상의 오리피스(70)를 통해 실(82)안으로 공급된다. 공기는 압출물을 윤활시키도록 압출물과 맨드릴 표면 사이에 유동하는 막 또는 쿠션(cushion)을 형성한다. 유체는 압출물을 냉각하기 위해 외부표면(68)을 따라 그리고 압출재료 주위로 또한 원통형 내부표면(74) 주위로 해서 방사상 오리피스(79)로 유동된다. 그러면 유체는 와셔(86)안의 홈(86a)을 통해 외부표면(76)을 따라 유동되고 플러그(87)와 가압장치(15)사이의 공간을 통과하여 가압장치(15)의 상부를 통해 장치의 외부로 배출된다. 윤활 및 냉각유체를 사용함으로써 표면에 거의 주름이 없고 벽 두께가 일정한 두꺼운 제품을 얻을 수 있다. 약 1분정도의 일정시간후에 빌릿(53)을 밀어내고 유압실린더(14, 15)안의 유체압력을 제거한다. 유압실린더(15)를 프레스(10)로부터 제거한다. 조립체(17)와 압출물을 프레스(10)로 부터 제거한다. 빌릿의 일부는 압출되지 않은채로 맨드릴헤드(57)상에 남게된다. 압출물을 슬리터 나이프(slitter knife)와 같은 공지된 절단 공구로써 절단함으로써 압출되지 않는 부분으로 부터 분리시킨다.

회분식 공정을 도시한 것과 같이, 또한 제6도,제7도,제8도도의 예와같은 장치를 사용하는 준연속공정에 의한 본 발명의 관형 제품을 생산하는 것이 가능하다.

제6도는 중합체 빌릿이 압출되고 있는 압축기의 단면도이다. 제7도는 제6도와 같은 장치로서 중합체 빌릿이 압출되어 장치로부터 제거되는 것을 도시하고 있다. 제8도는 여러개의 빌릿을 장치안에 충전하기 전에 가열하는 유체탱크의 단면도이다.

압출장치는(도시되지 않은) 외부지지 구조물을 포함하는데 이는 개방된 상부를 갖고, 2개의 측벽(96, 97) 그리고 2개의(도시되지 않은) 끝단벽 그리고 바닥(100)에 의해 형성된 탱크(95)로써 일반적으로 사각형이다. 액압윤활유체(51')는 빌릿(53)을 가열하도록 사용되며 탱크(95)를 채우게 된다. 유체(51')는(도시되지 않은) 가열코일과 같은 종래의 내부 또는 외부장치에 의하여 4.64kgf/㎠(66lb/in²)열전향온도 내지 중합체의 결정용융온도 미만의 8℃(14℉)의 온도로 가열된다. 피스톤(102)은 벽(96)안의 개구부(101)를 통해서 완전히 이동할 수 있다. 시일(103)은 고온 유체의 누출을 방지한다. 피스톤(102)의(도시되지 않은) 한쪽단이 유압장치에 부착하고 이로써 작동되어 진다. 스프링 장진 동공(104, 105)은 다이조립체(108)안의 축방향의 동공(107)의 후방 또는 압력실(106)안으로 빌릿(53')을 안내한다. 다이조립체(108)의 전방부는 제1축 방향의 랜드부(54')와 제2축방향의 랜드부(56')와 제1 및 제2랜드부(54', 56')를 연결하는 확대부(55')로 구성된 다이(29')이다.

압출 장치는(도시되지 않은)외부지지 구조물을 포함하는데 이는 개방된 상부를 갖고, 2개의 측벽(96, 97) 그리고 2개의(도시되지 않은) 끝단벽 그리고 바닥(100)에 의해 형성된 탱크(95)로써 일반적으로 사각형이다. 액압윤활유체(51')는 빌릿(53)을 가열하도록 사용되며 탱크(95)를 채우게 된다. 유체(51')는(도시되지 않은)가열코일과 같은 종래의 내부 또는 외부장치에 의하여 4.64kgf/㎠(66lb/in²)열전향온도 내지 중합체의 결정 용융온도 미만의 8℃(14℉)의 온도로 가열된다. 피스톤(102)은 벽(96)안의 개구부(101)를 통해서 완전히 이동할 수 있다. 시일(103)은 고온 유체의 누출을 방지한다. 피스톤(102)의(도시되지 않은) 한쪽단이 유압장치에 부착하고 조로써 작동되어진다. 스프링 장진동공(104, 105)은 다이안립체(108)안의 축방향의 동공(107)의 후방 또는 압력실(106)안으로 빌릿(53')을 안내한다. 다이 조립체(108)의 전방부시 제1축 방향의 랜드부(54')와 제2축 방향의 랜드부(56')와 제1 및 제2랜드부(54', 56')를 연결하는 확대부(55')로 다이(29')이다. 다이조립체(108)는 벽(97)안의 개구부(109)안에 설치한다. 맨드릴(62')에 의해 지지된 맨드릴 헤드(57')는 동공(107)안에 축방향으로 놓여져 있다. 맨드릴 헤드(57')는 홈이 형성된 기저표면(58')과 일반적으로 원통형인 하단부(59')와 일반적으로 확대되는 원추형 상부(60')와 긴코부(nose, 61')를 갖고 있다. 다이(29')와 결합되어 있는 하단부(59')와 확대상부(60')및 코부(61')는 벽의 두께는 축소되나 벽 자체는 직경(방향으로 확대되는 오리피스(57a')를 형성한다. 부분적으로 압출된 빌릿(53")은 제품을 꺼내고 가열된 빌릿53')이 압출될 위치에 놓여질 동안에 맨드릴 헤드(57')를 제위치에 지지한다. 맨드릴(62')의 전면상의 돌출부는 암수결합이 형성되도록 오목부(recess, 58a)안으로 끼워져서 맨드릴 헤드(57')의 어떠한 이동이 실질적으로 이루어지지 않는다. 맨드릴(62')의(도시되지 않은) 다른쪽단은(도시되지 않은) 유압실린더에 부착된다. 맨드릴(62')은 스트리퍼판(stripper plate 111)안의 개구부(110)를 통해 자유롭게 이동된다. 압출물(53'')은 맨드릴(62')이 구멍을 통해 제거되고 장치로부터 제거될때 맨드릴(62')로부터 제거된다. 빌릿(53')은(도시되지 않은) 조작장치(manipulator)의 핑거(finger, 112)안에 놓여있다. 제8도는 탱크(95)의 단면도이다. 도시된 것과같은 경사로(sloping ramp, 114)는 고온유체(51')안으로 빌릿(53')을 공급하도록 되어있다. 아암(115)과 조작장치의 핑거(finger, 112)는 종래 기술의 어떤 형태이어도 상관없다.

제6도는 압력실(106)안의 빌릿(53')을 도시하고 있다. 압력은 피스톤(102)에 의해 액압유체(51')를 통해 빌릿(53')에 가해진다. 첫째, 빌릿(53')을 빌릿(53')과 이 맨드릴(62')상의 오리피스(57a')를 통해 압출을 시작할때까지의 압력으로 가압한다. 빌릿(53',53")을 원주 및 축방향으로 거의 동시에 연신한다. 위에서 언급한 바와같이, 원주방향의 팽창은 적어도 100%, 양호하게는 200%이다. 축방향의 연신은 원주방향의 팽창보다 적으나 축방향의 팽창의 적어도 50% 양호하게는 100%이다.

중공 빌릿과 긴 코부를 갖는 맨드릴 헤드는 도시되어 있지만, 고형 빌릿과 뾰족한 바늘과 같은 코부를 갖는 맨드릴 헤드의 사용, 및 여러가지 형태와 크기의 맨드릴 헤드도 본 발명의 범위내에 포함된다. 모든 경우에 있어서의 빌릿은 고체상태로 압출되어야만 하며, 원주방향 및 축방향으로 모두 거의 동시에 연신시켜 원주방향의 팽창율이 100%, 바람직하게는 200%가 되어야만 된다.

전술한 바와 같이 열가소성 중합체 빌릿의 원주방향 및 축방향의 연신은 환형 오리피스의 수렴 단면영역과 발산단면 영역에 의해 조절되며, 빌릿은 이 환형 오리피스를 통하여 압출된다. 모든 압출에 있어서, 도관에로의 빌릿 내경 및 외경의 증가는 중합체 중간 원주가 적어도 100%, 바람직하게는 200% 팽창시킴에 충분하여야 한다.

전술한 바와 같이, 빌릿, 액압유체 및 맨드릴 헤드가 조립된 프레스의 일부는 약 4.64kgf/㎠(66파운드in²)열전향온도 내지 중합체의 결정 용융온도 미만의 8℃의 온도로 가열된다. 중합체의 결정 용융온도는 중합체가 용융되어 결정형이 아닌 온도이다. 결정 용융 온도는 각각의 중합체에 따라 다르기 때문에 압출에 앞서 각각의 열가소성 중합체의 가열 온도도 또한 달라진다. 열가소성 중합체는 열가소성 중합체의 표면인 열, 칫수조절 손실 및 용융이 방지되며, 압출이 양호하게 행해지는 압력 및 변형 속도로 압출시킨다. 압출시킨다. 압출에 있어서의 온도, 압력, 변형율 및 신도는 상호관계가 있기 때문에 3개의 변수들이 정해지면 남어지 4번째의 변수도 정해진다. 최대의 압출속도는 압출할 열가소성 중합체. 압출이 행해지는 온도 및 열가소성 중합체의 신도와 함수 관계가 있다. 압출속도는 원주방향 신도와 축방향 신도와의 적(積)을 열가소성 중합체가 팽창대억을 통과하는데 소요되는 시간으로 나눈값으로 정의된다. 일예를들면, 외경이2.54cm(1in), 길이가 12.7cm(5in) 및 벽두께가 0.68cm(0.266in)인 이소택티폴리프로필렌 중공 빌릿을 외경이 5.08cm(2in), 길이가 17.78cm(7in)및 벽두께가 0.14cm(0.055in)인 도관으로 113℃(235℉)에서 원주방향 팽창계수 2.6 및 축방향 신도계수 1.9하에서 연속압출시 관찰되는 최고의 변형 속도는 8초^-1이었다. 이소택틱 폴리프로필렌 예비성형물 또는 빌릿을 변형속도 6.7^-1에서 압출을 행하여 직경이 40.64cm(16in)인 도관을 매시간 약 10,884kg(24,000파운드)의 양으로 제조할 수가 있다. 열가소성 중합체는 맨드릴헤드의 외부표면과 다이의 표면에 의해 형성되는 환형 오리피스를 통하여 일반적으로 원주형상의 맨드릴 헤드를 거쳐 압출된다. 맨드릴 헤드와 다이는 일반적으로 발산단면영역을 가지며, 이에 반해 이들 발산표면에 의해 형성되는 환형 오리피스는 수렴 단면영역을 갖는다. 따라서 중합체는 원주방향으로 팽창됨과 동시에 축방향으로 연신되어 생성되는 도관은 출발 빌릿에 비하여 보다 큰 외경, 보다 큰 길이 및 단면적이 보다 작은 벽두께를 갖게된다. 오리피스 표면의 수렴, 즉 수렴단면 영역이 축방향 변형 또는 신도를 조절함에 반하여 환형 오리피스 발산 단면영역은 원주 방향 팽창 또는 신도를 조절한다. 이와 같은 신도는 각각 독립적으로 변화시킬 수가 있기 때문에 목적으로 하는 원주방향성 및 축방향성을 언을 수가 있는 것이다. 관계를 빌릿과 제품의 형상에 대하여 설명하며는 다음과 같다. 도관 또는 압출물로의 빌릿벽에 있어서의 단면적의 감소로 축방향의 변형의 조절되며, 또 제품의 중간 원주로의 빌릿의 중간 원주에 있어서의 증가에 의해서는 원주방향의 변형이 정해진다. "중간원주"라는 용어는 빌릿이나 도관의 단면적을 절반으로 나눈 원주를 의미한다. "중간직경"이라는 용어는 중간원주의 직경을 의미하며, 신도 계수는 압출된 칫수를 본래의 연신되지 않은 칫수로 나눈값으로 정해진다.

인장충격 강도는 ASTM D1822에 의해 측정하며, 최종 인장강도는 특기하지 않는한 ASTM D638에 의해 측정한다.

폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 나이론 6,6로 부터 본 발명의 방법에 의해 제조한 도관과 종래의 가소화 압출법으로 제조한 도관에 있어서의 최종 인장강도와 인장충격 강도를 각각 비교실험하고 그 결과를 제Ⅱ표(미터단위)와 제ⅡA표(영국식단위)에 기재한다.

[표 Ⅱ]

종전의 가소화 압출법과 고상 유압 형출법으로 각각 제조한 열가소성 도관의 특성 대조

*-원주방향 신장율

*--축방향신장율

***-대기중 상대습도와의 평형치

[표 ⅡA]

종전의 가소화 압출법과 고상유압 압출법으로 각각 제조한 열가소성 도관의 특성 대조

*-원주방향신장율

**-축방향신장율

***-대기중 상대습도와의 평형치

본 발명의 방법에 의하여 제조되는 특성이 개량된 중합체 조성물을 하기에 예시하겠으며, 중합체들은 제2도 및 제3도에 도시한 장치를 사용하여 압축 압출을 행하고, 각 α 및 β는 각각 30°와 40°로 일정하게 유지시킨다.

[실시예 1]

용융 압출법에 의하여 외경이 2.54cm(1in)인 Navamont Corporation Moplen DOO4W 단일 중합체의 이소택틱 폴리프로필렌 로드를 제조한다. 중합체는 밀도 0.909, 결정화도 68.3% 결정용융온도168℃(335℉) 용융 유동지수 0.4도/분, 최종 인장강도 387kgf/㎠(5,100lb/in²)및 인장충격강도 24℃에서의 3.55주울/㎠(75℉에서의 19 Ft-lb/in²)를 갖는다. 로드를길이가 12.7cm(5in)인 빌릿으로 전단하고, 드릴을 사용하여 구경이 1.2cm(0.468in)인 축방향 구멍을 뚫는다. 빌릿을 빌릿 컨테이너 조립체안에 넣고, 아주까리기름 69ml(2.33유체온스)를 조립체내에 체운다. 맨드릴 헤드의 직경 1.27cm(0.5in)의 팁을 빌릿의 구멍내에 끼운다. 수렴벽들과 수렴단면 영역을 가지며, 발산직경의 입구에 있어서의 내경이 1.27cm(0.5in), 외경이 2.51cm(0.99in)이고, 출구에 있어서의 내경이 5.08cm(2.0in)이며, 외경이 5.32cm(2.096in)인 오리피스가 맨드릴 헤드의 표면과 다이의 표면에 의해 각각 정해진다.

빌릿 컨테이너 조립체를 오븐내에 넣고 약 160분간 유지시켜 조립체내의 모든 부품과 물질들이 129℃(265℉)의 온도로 가열되도록 한다. 조립체를 오븐으로 부터 꺼내고, 전술한 회분식 압출장치내에 넣은 다음 조립된 압출을 행한다. 아주까리 기름에 의해 빌릿에 가해지는 압력을 0kgf/㎠으로부터 600kgf/㎠(7900lb/in²)로 증가시키면, 이 압력에서 빌릿이 오리피스를 통하여 압출물 수집 부분품내로 압출된다. 본 실시예에서는 압출물실로 도입되는 유체에 의하여 압출물이 윤활되거나 또는 냉각되지 않는다. 중합체는 약간 회복되어 벽이 두꺼워지고, 생성물의 길이가 감소되나, 표면의 구김살 현상은 관찰되지 아니하며, 벽은 생성물 길이(또는 원주방향)의 플러스 또는 마이너스 10% 미만인 균일한 두께를 갖게된다. 도관은 길이 13.9cm(5.5in), 외경 4.94cm(1.945in), 내경 4.76cm(1.875in) 및 벽두께 0.089cm(0.075in)을 갖이며, 길이가 약 5.08cm(2.0in)인 중합체는 빌릿 컨테이너 부분품내에 남게된다. 벽두께는 외경이 약 1.8%이고, 원주방향 신장율은 2.6(또는 160%)이며, 축방향 신장율은 2.6(또는 160%)이다.

원주방향과 축방향의 인장강도 및 인장충격강도 시편을 도관으로부터 절취하여 시험을 행한결과는 하기와 같다.

배향된 원주방향 최종 인장강도(766kg/㎠)- 배향되지 않은 원주방향 최종 인장강도(387kg/㎠)의 1.9배이고 배향된 원주방향 인장충격강도(24℃ 에서의 38주울/㎠)는 종전의 가소화법에 의하여 제조한 배향되지 않은 도관의 원주방향 인장충격 강도(24℃ 에서의 4.6주울[㎠)의 8.2배이다.

도관시편을 닦고 부식시킨 다음 본 명세서 상에 기재한 전술한 공지의 기술에 의해 관찰을 행한다. 도관의 방사 표면의 관찰시 미소구조는 혈소판 또는 웨이퍼상의 구관상 결정형 응집물로 구성되고, 횡단 표면의 관찰시에 미소 구조는 도관이 평면으로 배향되고 원주방향 및 축방향으로 신장된 상당히 얇은 박층이 나타난다.

[실시예 2]

길이가 1.7cm(5in)이고 외경이 2.54cm(1in)인 제네랄 일렉트릭의 폴리부틸렌 데레프탈레이트 수지, valox 310로드를 얻는다. 이 중합체의 발표되어 있는 최종인장강도는 노치 아이조드 충격 시편상의 24℃에서의 항복충격강도 0.403 주울/cm(75℃에서의 0.9ft-lb) 하에 563kg/㎠(8000lb/in²)이다.

로드를 길이가 12.7cm(5in)인 빌릿으로 절단하고, 드릴을 사용하여 구경이 1.27cm(0.5in)인 축방향 구멍을 뚫는다. 빌릿을 빌릿 컨테이너 조립체안에 넣고, 아주까리 기름 69ml(2.33유체온스)를 조립체내에 채운다. 맨드릴 헤드를 빌릿의 구경내에 억지끼워 맞춘다. 입구의 내경이 1.27cm(0.5in)이고 외경이 2.51cm(0.99in)이며, 출구의 내경이 5.08cm(2.0in)이고 외경이 5.32cm(2.096in)인 환형 오리피스가 맨드릴 헤드의 표면과 다이의 표면에 의해 각각 정해진다. 맨드릴의 직경은 5.08cm(2in)이다.

빌릿 컨테이너 조립체를 오븐내에 넣고, 약 200분간 유지시켜 조립체내의 모드 부품과 물질들이 192℃(375℉)의 온도로 가열된도록 한다. 조립체를 오븐으로부터 파내고, 전술한 회분식 압출장치내에 넣은다음 완전조립하여 압출을 행한다. 아주까리 기름에 의해 빌릿에 가해지는 압력을 0kgf/㎠으로부터 281kgf/㎠(4000lb/in²)로 증가시키면 이 압력에서 빌릿이 오리피스를 통하여 압출물 수집실로 압출되기 시작한다. 본 실시예에서는 압출물실로 3.5kgf/㎠(5.lb/in²)으로 도입되는 공기에 의하여 압출물이 윤활되거나 냉각되지 않는다. 압출물의 육안 관찰시 벽표면상의 구김살 현상은 관찰되지 아니하며, 벽 두께는 제품길이(또는 원주방향)의 플러스 또는 마이너스 3.5% 미만으로 거의 균일하다. 도관은 길이 13.97cm(5.5in), 외경 5.26cm(2.07in) 내경 4.1cm(1.98in) 및 벽두께 0.12cm(0.046in)을 갖이며, 원주방향 신장율은 2.55(또는 155%)이고, 축방향 신장율은 2.00(또는 100%)이다. 원주방향관 축방향의 인장강도 및 인장충격 강도 시편을 도관으로 부터 절취하여 시험을 행한 결과는 하기와 같다.

배향된 원주방향 최종 인장강도(1090kg/㎠)는 발표되어 있는, 배향되지 않은 최종 인장강도(563kgf/㎠)의 1.9배이고, 배향된 원주방향 인장충격 강도(24℃에서의 94주울/㎠)는 추정되는 배향되지 않은 인장충격강도(24℃에서의 9.0주울/㎠)의 10배이다.

[실시예 3]

외경이 2.54cm(1in)인 로드상의 폴리아미드, Polypenco Nylon 101(나이론 6, 6)가 Polymer Corporation에서 시판되고 있다. 이 중합체의 최종 인장강도는 24℃에서 633내지 844kgf/㎠(75℉에서 9,000내지 12,000lb/㎠), 탄성계수는 28,000kgf/㎠(400,000lb/in²), 인장충격 강도는 18.9내지 35.7주울/㎠(90내지 170ft-lb/in²)아미조드 충격강도는 23℃에서 0.258내지 0.515주울/cm(75℃에서 0.5내지 1.0ft-lb/in)이다.

로드를 길이가 12.7cm(5in)인 빌릿으로 절단하고, 드릴을 사용하여 구경이 1.27cm(0.5in)인 축방향 구멍을 뚫는다. 빌릿을 빌릿 호울더 조립체내에 넣고, 아주까리 기름 69ml(2.33유체온스)를 조립체내에 체운다. 맨드릴 헤드를 빌릿의 구경내에 끼운다. 입구의 내경이 1.27cm(0.5in)이고, 외경이 2.51cm(0.99in)이며, 출구의 내경이(5.08cm(2.0in)이고, 외경이 5.32cm(2.096in)인 환형 오리피스가 맨드릴헤드의 표면과 다이의 표면에 의해 각각 정해진다. 맨드릴의 직경은 5.08cm(2.0in)이다.

빌릿 컨테이너 조립체를 오븐내에 넣고, 약 230분간 유지시켜 조립체내의 모든 부품과 물질들이 2.21℃(430℉)의 온도로 가열되도록 한다. 조립체를 오븐으로 부터 꺼내고, 전술한 회분식 압출장치내에 넣은 다음, 조립된 압출장치의 압출을 행한다. 아주까리 기름에 의해 빌릿에 가해지는 압력을 0kgf/㎠로 부터 457kgf/㎠(6500 lb/in²)로 증가시키면 이 압력에서 빌릿이 오리피스를 통하여 압출물 수집실로 압출된다. 압출 변형속도는 약 8초^-1이다. 온 실시예에서는 압출물실로 도입되는 유체에 의하여 압출물이 윤활되거나 냉각되지 않는다. 중합체는 약간 회복되어 벽이 두꺼워지고, 제품의 길이가 감소되나, 표면의 구김살 현상은 관찰되지 아니하며, 벽은 생성물 길이(즉, 원주방향)의 플러스 또는 마이너스 10%미만인 균일한 두께를 갖는다. 도관은 길이 14cm(5.5in), 외경 5.245cm(2.065in), 5.01cm(1.972in) 및 벽두께 0.102m(0.046in)을 갖는다. 벽두께는 외경의 2.2%이고, 원주방향 신장율은 2.56(또는 156%)이며, 축방향 신장율은 2.15(또는 115%)이다.

원주방향과 축방향의 인장강도 및 인장충격강도 시편을 도관으로 부터 절취하여 시험을 행한 결과는 하기와 같다.

배향된 원주 방향 최종 인장강도(1850kgf/㎠)는 배향되지 않은 원주방향 최종인장강도(844kgf/㎠)의 2.2배이고, 배향된 원주방향 인장충격강도(24℃에서의 90주울/㎠)는 종전의 가소하법에 의하여 제조한 배향되지 않은 도관의 원주방향 인장충격강도(24℃에서의 15주울/㎠)의 6배이다. 또 -45℃에서의 인장충격강도(23주울/㎠)은 24℃에서의 인장충격장도(90주울/㎠)의 25.6%이다.

시편을 빌릿 및 도관으로 부터 절취하고, 이들의 표면을 전술한 기술에 의하여 현미경 관찰을 행한 결과 빌릿은 변형되지 않은 균일하게 분포된 구과상 결정형 응집물로 구성되고, 도관은 도관의 평면에 있어서 원주방향 및 축방향으로 배향되고, 방사성으로 압축된 혈소판 또는 웨이퍼상의 구과상 결정형 응집물로 구성된다.

[실시예 4]

외경이 2.54cm(1in)인 E.I. Dupont Corp의 단일 중합체폴리옥시메틸렌(폴리아세틸) Delrin 100의 압출물이 시판되고 있다. 이 중합체의 발표되어 있는 인장강도는 707kgf/㎠(10,000 lb/in²)이고, 인장 모듈러스는 0.32×10⁵kgf/㎠(4.5×10⁵lb/in²)이며, 인장충격강도(24℃에서 8.4주울/cm(75℉ 에서 40ft-lb/in)이다.

로드를 길이가 12.7cm(5in)인 빌릿으로 절단되고, 드릴을 사용하여 구경이 1.27cm(0.5in)인 구멍을 뚫는다. 빌릿을 아주까리 기름 69ml(2.33온스)와 함께 빌릿 컨테이너 조립체내에 넣는다. 맨드릴 헤드를 빌릿의 구경내에 억지끼워 맞춘다. 맨드릴 헤드의 구멍 직경은 5.08cm(2in)이다. 조립체를 오븐내에 넣고 160분간 유지시켜 부품 및 빌릿이 129℃(265℉)의 온도로 가열되도록 한다. 조립체를 압출 프레스내에 넣고 프레스를 완전 조립한다. 직경이 5.08cm(2in)인 맨드릴을 맨드릴 헤드의 저부와 인접되게 놓고, 클램프힘 27,200kg(30톤)을 장치에 인가하여 맨드릴을 단단히 고정시키고 압출시에 맨드릴 헤드가 수직방향 또는 횡방향으로 이동되는 것을 방지한다. 압출실내에 공기를 3.5kg/㎠(50lb/in²)의 압력으로 도입시키고, 압출압력을 499kgf/㎠(7100lb/ni²)도 한다. 압출물은 외경 5.26cm(2.07in), 내경 5.03cm(1.98in) 및 균일한 벽두께 0.11cm(0.045in)를 갖는다. 벽두께는 외경의 약 2.0%이고, 벽두께 변화량은 플러스 또는 마이너스 2.5%이며, 중합체의 원주방향 신장율은 2.47(또는 (147%), 축방향 신장율은 2.1(또는110%)이다.

인장강도와 인장 충격강도 시편을 도관으로부터 절취하여 시점을 행한 결과는 하기와 같다.

배향된 원주방향 최종 인장강도(1450kgf/㎠)는 발표되어 있는, 배향되지 않은 최종인장강도(703kg/㎠)의 2배이고, 배향된 원주방향 인장충격강도(73주울/㎠)는 배향되지 않은 24℃에서의 인장충격강도(8.4/㎠)의 8.7배이다. -45℃에서의 인장충격강도(16주울/㎠)는 24℃에서의 인장충격판도(73주울/㎠)의 22%이다.

[실시예 5]

Phillips Petroleum Corporation의 고밀도 폴리에틸렌 Marlex 5003으로 이루어지는 압출 로드를 수개얻는다. 이들 로드의 외경은 2.54cm(1in)이고, 중합체의 밀도는 0.95g/㎤이며 용융지수는 0.3g/10분이며, 최종인장강도는 232kgf/㎠(3,300 lb/in²)이며, 요곡 모듈러스는 11,600kgf/㎠(165,000 lb/in²)이다. 중합체로부터 압출로드를 제조하고, 실시예 1에 있어서 로드를 113℃(235℉)의 온도로 가열하고, 113kgf/㎠(1600lb/in²)의 압력으로 압출시킨 것을 제외하고는 실시예 1에 서술된 본 발명의 방법에 의해 압출시킨다. 압출물은 3.5kgf/㎠(50 lb/in²)의 압력의 공기로 냉각되도록 압출 제조되는 도관은 길이 14cm(5.5in) 외경 5.2cm(2.06in), 내경 5.0cm(1.972in) 및 벽두께 0.11cm(0.044in)를 갖는다. 벽두께는 외경의 2.11%이고, 원주방향 신장율은 2.65(또는 165%)이며, 축방향 신장율은 2.12(또는 112%)이다.

시험 결과는 하기와 같다.

원주방향 최종인장강도(466kg/㎠)는 종전의 가소화법에 의해 제조한 원주방향 최종인장강도(274kg/㎠)의 약

배이고, 원주방향 인장 충격강도(24℃에서의 74주울/㎠)는 원주방향 인장충격강도(24℃에서의 6.7주울/㎠)의 11배이다. -45℃에서의 원주방향 인장충격강도(35주울/㎠)는 24℃에서의 원주방향 인장충격강도(74주울/㎠)의 47%이다.

[실시예 6]

제9도에서 116으로 도시한 상당히 깊은 유효한 내동식품 용기를 본 발명의 방법에 의해 제조할 수 있다 이 용기는 직경 19.2cm(8in), 길이9.6cm(4in)를 갖는다. 용기는 실시예 1에 기재된 이소택틱 폴리프로 필렌으로 제조하여, 실시예 1의 방법에 의해 도관을 먼저 제조한다. 도관은길이 61.0cm(24in), 외경 20.6cm(8.4in), 내경 19.2cm(8in) 및 벽두께 5.1cm(0.20in)를 갖는다. 도관을 가열 나이프로 세절하고, 세절된 도관을 가열된 평압 인쇄기내에 넣은 다음, 129℃(265℉)와 25.4kgf/㎠(347lb/in²)의 압력하에서 6분간 유지시켜 가열 편평하에 의해 판재를 형성시키고, 직경이 24.1cm(9.5in)이고 두께가 4.8mm(0.20in)인 원판으로 절단한다. 원판형 판재와 적당한 고상 열성형 장치를 오븐내에서 149℃(300℉)의 온도로 약 60분간 가열한다. 장치와 판재를 오븐으로부터 꺼내고, 판재의 외각 원주를 열가소성 장치의 적소에서 클램프한다 장치내에 2.8kgf/㎠(40 lb/in²)의 압력으로 공기를 도입시키고 판재를 가압시켜 장치내에 캐비티 모양을 성형시킨다. 약 10분후에 장치내의 공기압력을 해제하여 성형된 용기를 장치로부터 취출해낸다. 용기의 저부 118을 모두 4 : 1의 양축 연신율로 연신시키고, 배향되지 않은 중합체와 비교한다. 디스크를 장치내에서 클램프하여 길이가 1.6cm(5/8in)(도시하지 않음)인 플랜지 117를 제품으로 부터 트림잉한다. 잔존 플랜지 117은 거의 변형되지 않기 때문에 평균 양축 연산율 2.2대 1로 연신된다. 용기의 측벽 119는 2.2대 1내지 4대 1의 중간 열신율로 연신되며, 플랜지 117의 두께는 4.45mm(0.175in)이다. 플랜지 바로 밑의 영역에서의 벽 119는 플랜지 117의 약 2.54cm(1in)하부 부위에서 3.43cm(0.135in)의 두께를 가지며, 반지름 바로 상부에서 1.9mm(0.075in)의 두께를 갖는다. 용기저부 118의 평균두께는 1.6mm(0.063in)이다. 이들 칫수로부터 중합체판재는 연신율이 우수하며, 가공시에 국부감소 저항성을 가짐을 알수가 있다. 대조용으로 사용하기 위하여 첨가제를 첨가치않은, 거의 배향되지 않은 동일한 이소택틱 폴리프로필렌 수지의, 5.8mm(0.23in)두께의 판재를 전술한 열성형법에 의해 상기와 모두 동일한 칫수를 갖는 접시로 열성형한다. 접시 저부를 0.53mm(0.021in)로 얇게 하기 때문에 양축 연신율 3.3대 1로 연신된다.

본 발명에 따른 냉동기 용기의 인장충격강도와 최종 인장강도를 실시예 1에 기재한 본 발명의 방법에 의해 제조되는 도관의 인장충격강도 및 인장강도와 비교하는 것이 바람직하다.

인장강도와 인장충격강도 시편을 고상 열처리전의 본 발명에 따른 판재, 열성형한 용기의 저부, 및 동일한 중합체를 사용하여 동일한 고상 열처리 방법으로 제조한 배향되지 않은 반결정형 열가소성 중합체 판재로부터 제조한 용기의 저부로부터 절취하고 시험을 행한 결과는 하기와 같다.

[실시예 7]

제10도에서 121로 도시한 냉장고 도어 라이너를 본 발명의 방법에 의해 제조한다. 라이너는 Hercules Corporation, 910 Market Street, Wilmington, DE 19899에 의하여 제조되며, 탄산칼슘 첨가제 40중량%를 함유하는 첨가제를 함유시킨 거의 배향되지 않은 열가소성 폴리 프로필렌 단일 중합체 profax 68F -5-4를 사용하여 제조한다. 23℃(74℉)에서 용융 압출된 단일중합체의 특성은 다음과 같다.

최종인장강도 ; 274kgf/㎠(3900 lb/in²)

요곡모듈러스 ; 23,700kgf/㎠ (337,000 lb/in²)

파 단 신 율 ; 41%

인장충격강도 ; 23℃(74℉)에서 1.9주울/㎠(9.2Ft-lb/in²)

-45℃(-50℉)에서 1.5주울/㎠(7.0Ft-lb/in²)

노치 아이조드 충격강도 ; 23℃ (74℉)에서 0.5주울/㎠(1.0Ft-lb/in²)

-45℃(-50℉)에서 1.2주울/㎠(0.4Ft-lb/in²)

중합체의 용융지수는 230℃(446℉)에서 0.3내지 0.6이고, 결정융점은 168℃(335℉)이다. 외경이10.16cm(4.0in)이고, 내경이 6.99cm(2.75in)이며, 길이가 25.4cm(10in)인 빌릿을 적당한 크기의 큰 프레스내에서 실시예 1에 기재한 방법에 의해 143.3℃(290℉)의 온도하에 유압 유출을시킨다. 유압유체로서는 Dow Corning Corporation, Midland, MI 48640에서 제조하는 Dow Corning 3000 Silicone 유체를 사용한다.

외경 20.8cm(8.2in), 내경 19.2cm(8.0in) 및 길이 61cm(24in)의 도관을 압출대역으로 압출시키면서 공기 냉각시킨다. 원주방향 신율과 축방향 신율은 변형율 100% 이상인 2.5(또는 50%)로서 거의 동일하다. 도관을 가열나이프로 세절하고 실시예 6에서와 같이 가열 편평화시킨다.

최종 인장강도와 인장충격 강도를 측정하기 위한 시편을 판재로부터 절취한다. 원주방향 연신율과 축방향 연신율이 동일하기 때문에 방향의 연신율을 측정하여도 좋으며, 그 결과는 하기와 같다.

판재를 실시예 6의 방법으로 열성형하여 제10도에 기재한 제품을 성형할 수가 있다.

플렌지 122의 쿠우폰으로 부터는 판재의 특성자 판재로부터 제조한 플랜지의 특성이 거의 동일하다는 사실을 알 수가 있으며, 플랜지 122의두께는 0.254cm(0.10in)이다.

Claims

외부표면 및 구멍표면을 갖고 있는 원통형의 반결정형 열가소성 중합체 예비 성형물을 압출하기 위해서 압출 압력을 가하기 위한 장치를 마련하여 고상으로 맨드릴에 의해 지지된 맨드릴 헤드 표면과 일정하게 떨어진 다이부 표면에 의하여 형성된 오리피스를 통하여 예비 성형물을 고상으로 통과시키기 위해 가압하고, 압출하는 동안에 프레스를 견고하게 지지하기 위한 장치를 마련한 유압 압출 프레스에 있어서, 외부 지지장치가 두개의 끝단을 가지고, 콘테이너 장치가 외부지지 장치의 한단에 설치되어 외부 및 내부 표면과 두 끝단 표면을 갖는 쉘과 쉘의 한단을 밀폐하는 플러그 및 피스톤 조립체로 구성되며, 다이부가 컨테이너 장치의 쉘 내부표면의 한단에 대하여 연속 표면으로써 축소되는 제1부와 장치에 대하여 축방향으로 놓여진 제1원통형 랜드표면과, 제1원통형 랜드 표면보다 큰 직경을 갖고 이에 평행한 제2원통형 랜드 표면과, 제1 및 제2원통형 랜드 표면을 연결하고 장치의 축에 대하여 15°내지 45°의 각(α)을 형성한 확대원추형 표면으로 구성되며, 압출물 수용 장치가 외부 지지장치의 다른단 안에 설치되고, 외부표면과 내부 표면을 갖는 쉘과 두 끝단표면, 외부표면안에 동축으로 설치되고 그 내부표면에 대하여 일정하게 떨어져 있는 두끝단을 갖는 맨드릴로 구성되며, 원추형 맨드릴 헤드가 맨드릴의 다른단에 지지되고 다이부의 표면과 일정하게 떨어져 있으며 홈을 형성한 기저 표면과 장치의 축에 대하여 20°내지 50°의 각(β)을 형성한 원통형의 테이퍼진 상부부분과 원통형 코부로 구성되며, 환상 오리피스가 맨드릴 헤드 표면과 다이부에 의해 형성되고, 다이부가 축소 원추형 입구와 원통형 시일 영역과, 축소단면적을 갖고 직경이 확대되는 원추형 팽창영역과, 시일영역에 평행하고 적은 단면 시일영역의 평균직경 보다 적어도 100%큰 평균직경을 갖는 원통형 형상영역과, 두 영역사이에 필요한 직경 및 완만한 표면을 가져서 빌릿을 원주방향으로 적어도 100%팽창시키고 축방향으로는 적어도 50% 신장시키는 천이 영역등으로 구성되며, 시일장치는 빌릿의 내부표면과 접촉하는 맨드릴 표면과 컨테이너 조립체안의 빌릿 외부표면과 접촉하는 다이표면에 의하여 형성되어, 유체의 누출이 부하를 받고 압출전에 방지되고 유압 유체막이 압출하는 동안에 빌릿의 표면에 형성되며,

제1 가압장치가 외부 지지장치의 두 끝단중 하나에 인접하여 설치되고 플러그 및 피스톤 조립체와 컨테이너 조립체의 한끝단 표면과 연속되어서 압출을 위한 압력이 예비성형물에 가해지며, 제2 가압 장치가 외부지지 장치의 반대쪽 끝단에 인접하여 설치되고 압출물 수용장치의 한끝단과 연속되며 압출 프레스를 견고 하게지지 하기 위하여 제1 가압장치와 상호 작동되어지는 것등을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압압출프레스.