KR870003538Y1 - 케이블의 압출성형시 피복수지를 안정화시키는 온수냉각장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

케이블의 압출성형시 피복수지를 안정화시키는 온수냉각장치

제1도는 본 고안에 의한 온수 냉각장치의 사시도.

제2도는 종래 개방탱크식 온수 냉각장치의 사시도.

제3도는 냉각 수조의 종단면도.

제4도는 종래 밀폐식 온수 냉각장치의 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 냉각수조 2 : 수지

3 : 보조냉각수조 8 : 순환관

9 : 순환펌프 10 : 히터

11 : 가열관 12 : 보충수공급밸브

13 : 제어반 14 : 수위검출장치

본 고안은 통신 및 전력케이블의 제조공정에 있어서 절연피복수지의 압출공정시 수지의 물리적 특성을 안정화시키기 위한 온수냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 통신 및 전력케이블의 절연 피복용 수지를 압출성형함에 있어서는 압출 성형다이(Die)나 니점(Nipple) 등의 공구를 사용하는데 수지(폴리염화비닐 또는 폴리에틸렌수지) 자체의 점성특성에 의하여 보통의 유체 흐름과는 다른 양상을 띠게 된다.

즉, 용융된 수지의 흐름은 관내 흐름(Shearing flow)을 통하여 케이블을 피복한 후 관밖으로 압출되면서 경화되기 시작하는데 이 과정에서 화학적인 분자구조가 달라지게 되므로 관의흐름(Elongational flow)중의 물성변화라 일컫게 된다.

상기한 현상은 케이블의 피복상태를 불균일하게 성형케하는 요인이 되므로, 양질의 제품을 생산할 수 없다. 관내에서 용융된 수지가 케이블 심선에 피복되어 관밖으로 압출될 때 피복형태가 변화가 되지 않아야 일률적인 생산이 가능하지만 이는 성형다이 및 니플에 의한 형태나 제조온도, 압출속도, 유동율, 냉각속도 등에 영향을 받으며, 수지 자체의 점성 및 탄성도 고려된다.

그러므로 상기의 조건이 충족되지 아니하면 아래의 그림(1)과 같이 수지가 관 밖으로 나오자마자 뭉쳐지는 현상이 생기는데

[그림 1]

이것은, 수지자체가 발포되면서 체적이 늘어나는 것은 아니고 용융된 수지 자체의 특이한 탄성에 의해 스웰링(Swelling)되기 때문이다.

예컨대 물을 교반기에 넣고 회전시키면, 그림 (2)와 같이 원심력에 의해 외주부가 올라가지만, 글리세린의 경우에는 원심력보다 강한 응집력이 중심부를 향하는 벡터로서 나타나기 때문에 그림 (3)과 같이 중심부가 올라가게 된다.

[그림2]

[그림3]

일반적으로 수지는 글리세린과 같은 특성을 가지므로 압출다이를 통과하면서 스웰링되는 것이며, 스웰링 정도는 수지의 유속에 비례하여 증가된다.

또 일반적으로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE: High Density Polyethylene)은 저밀도 폴리에틸렌(Low Density Polyethylene)보다 스웰링 정도가 큰데이는 고밀도 폴리에틸렌의 탄성이 저밀도 폴리에틸렌의 탄성보다 크며, 고밀도 폴리에틸렌의 분자구조중 결정화(結晶化) 정도가 70%로서 저밀도 폴리에틸렌의 50%보다 높고 콤팩트한 엽상(葉狀 : Lamella) 구조를 가지기 때문이다.

용융상태의 수지가 가지는 점성과 탄성은 수지자체가 에너지를 보유하고 있는 상태를 의미하며 이는 고무줄에 인장력이 있어서 고무줄 자체가 에너지를 보유하고 있기 때문이라는 현상과 같다.

다음과 같은 조건의 수지 흐름에 있어서 A₁점과 A₂점 사이에서의 진단 응력은로 되며, 그 단위는 수지가 흐를때 소모되는 에너지로서 다음 식과 같이 표현할 수 있다.

즉, 수지가 보유하는 체적에 대한 에너지가 되어 이 에너지로 인하여 탄성을 가지게 되며, 이 탄성력은 수지의 스웰링 현상을 일으키는 요인이 된다.

또한 수지의 흐름성과 점성은 스웰링 현상을 일으키는데 많은 영향을 주며 압출성형시 위측(Shrink Back)을 발생시켜 케이블 특성을 열화시킨다.

근래에는 기술 발전에 따라 압출기가 고속화되고 있는데 수지의 스웰링 및 위측현상은 고속화됨에 따라 더욱 심하게 나타나므로 이들 현상을 제거 혹은 감소시키기 위하여 다각적인 개선 대책이 강구되고 있다.

그 대책중에서는 압출 설비에 사용하는 냉각수 온도를 조절하여 수지를 서서히 냉각시키므로써 수지의 내부응력을 제거하여 압출시 발생하는 직선적인 분자 구조를 랜덤 코일(Random Coil) 구조로 복귀할 수 있는 시간적 여유로 부여하는 방법이 널리 사용되고 있다.

그러한 장치로서는 제2도 및 제3도에 도시한 개방 탱크식 온수 냉각장치와 제4도에 도시한 밀폐탱크식 온도 냉각장치가 사용되고 있다.

그러나 제2도 및 제3도에서 보여주는 개방 탱크식 온수 냉각장치는 압출된 수지(22)가 통과하는 냉각 수조(21)의 선단에 하나의 노치(24)가 형성된 칸막이(25)로 구획되는 보조냉각 수조(23)를 설치하여 그 저면에는 복수관(26)을 연통설치하고, 그 하부에는 히터(28)가 장설된 개방 온수 탱크(27)를 설치하고 온수탱크(27)의 측면에는 순환관(29)을 순환펌프(30)와 개폐밸브(31)를 개재하여 냉각수조(21)의 상부에서 개구되도록 설치하여 온수를 순환시키며, 이때 온수의 온도는 온수탱크(27)에 설치된 온도 검출기(32)의 측정치에 의해 일정하게 유지하는 것인바, 이와같은 종래의 구조가 안고 있는 문제점은 온수탱크(27)가 개방식이고, 보조 냉각수조(23)의 수위가 항상 변하므로 일정한 수위를 유지할 수 없다는 것이다.

그리고, 구조물이 크고 복잡하여 시동시간이 많이 소요되며, 온수순환펌프(30)가 히터(28)보다 낮게 설치되어 있으므로 온수탱크(27) 내부에서 아직 가온되지 못한 저온수가 냉각수조(21)로 공급되는 한편, 고온수는 온수탱크(27)의 상부로 몰리게 되어 증발에 의한 열손실이 증가된다.

또한 냉각 수조(21)에 공급되는 온수의 온도를 적정냉각온도인 90℃로 유지할 수 없는 폐단도 내재되어 있었다.

제4도에서 보여주는 밀폐 탱크식 온수냉각장치는 상술한 구성의 보조 냉각수조(23)의 하부에 히터(28)가 장설된 밀폐온수탱크(33)를 설치하여 복수관(26)에 의해 연결하고 온수탱크(33)의 측면에는 순환관(29)을 순환펌프(30)와 개폐밸브(31)를 개재하여 냉각수조(21)의 상부에서 개구되도록 설치한 구조, 즉, 개방식 온수탱크(27)를 밀폐식 온수탱크(33)로 대체하여 상술한 개방탱크식에서의 폐단을 개선한 것인바, 이러한 구성이 같은 결점은 온수탱크(33)가 압력에 견뎌야하므로 제작비용이 고가이고, 온수탱크(33)에서의 가열시간이 연장되어 신속한 온수공급과 온도 조절이 곤란하게 되며 장치가 대형으로 되어 방열면적이 크므로 열손실이 많은 폐단이 있었다.

따라서 본 고안은 이러한 종래의 제반 폐단을 해소하기 위하여 안출된 것으로 이를 첨부 도면에 따라서 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에 도시한 바와 같이 케이블 절연피복수지(2)가 침지되어 통과하는 냉각수조(1)의 선단에 노치(5)가 형성된 칸막이(4)로 구획되는 보조냉각수조(3) 하부에 복수관(6)을 연통설치하고, 개폐밸브(7)를 개재하여 냉각수조(1)의 상부에서 개구되는 순환관(8)을 설치하여, 복수관(6)의 단부에 설치된 순환펌프(9)와 순환관(8) 사이에는 히터(10)가 내장되는 가열관(11)을 연통설치하고, 냉각수조(1)에는 히터(10)와 보충수 공급밸브(12)를 제어하는 제어반(13)에 수위검출신호를 공급하는 수위검출장치(14)를 설치한 것이다.

미설명부호(15)는 불순물여과기, (16)은 온도검출계, (17)은 보충수 공급관이다.

이러한 구성의 본 고안은 순환펌프(9)에 의하여 공급되는 냉각수를 가열관(11)에서 히터(10)로써 가열하여 순환관(8)을 통하여 냉각수조(1)의 상부에서 공급하므로써 압춤되는 케이블 절연피복수지(2)를 서서히 냉각하여 수지의 물리적 성질의 안정화를 행하는 것인바, 냉각수조(1)에서 노치(5)를 통해 일류되는 냉각수와 보충수 공급관(17)에서 보충되는 보충수는 보조냉각수조(3)에서 복수관(6)으로 유출되어 순환펌프(9)로 압송되며 이때 가열관(11)을 통과하는 동안 히터(10)에 의해 가열되어 순환관(8)을 통해 다시 냉각수조(1)로 공급되는 것이다.

여기서 냉각수는 히터(10)가 내장된 가열관(11)에서 가열되므로 종래 개방탱크나 밀폐탱크를 사용하는 경우에 비해서 가열시간이 크게 단축되고 열손실이 매우 작게 되며, 보조냉각수조(3)에는 수위검출장치(14)를 설치하여 수위 검출신호에 따라 제어반(13)에 의해 히터(10)와 보충수 공급밸브(12)를 제어토록 하였으므로 냉각수의 온도와 보조냉각수조(3)의 수위를 항상 일정하게 유지할 수 있다.

따라서 수지(2)의 스웰링 호상과 위측 호상을 제거하는데 적합한 냉각수 온도를 유지하면서 연속적으로 사용할 수 있다.

즉, 히터(10)가 내장된 가열관(11)에서는 일반적인 개방탱크는 물론 고압을 필요로 하는 밀폐식 탱크에서와는 달리 표준 대기압 하에서도 105℃로 가열할 수 있으므로 온도 검춤계(16)를 수지에 따른 적정 온도 예컨데 냉각 황과와 스웰링 호상과 위측 현상을 동시에 만족시킬 수 있는 온도인 60-95℃로 설정하고, 수위검출장치(14)를 수지(2)가 충분히 침지되는 높이로 설정하여 수위검출신호에 따라 히터(10)와 보충수 공급밸브(2)를 제어반(13)에 의해 제어되도록 하여 순환공급되는 냉각수의 온도와 유량을 항상 일정하게 하여 냉각수조(1)의 온도와 수위를 일정하게 유지시키므로써 수지의 스웰링 및 위측 현상방지에 의한 물리적 성질 안정화와 냉각황과를 달성할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 고안에 의하여 간단한 구조로써 케이블용 절연피복수지의 물리적 성질의 안정화와 열손실 감소 및 제작비용 절감을 도모할 수 있는 황과가 있다.

Claims (1)

1. 수지(2)가 침지되어 통과하는 냉각수조(1)의 선단에 노치(5)가 형성된 칸막이(4)로 구획되는 보조냉각수조(3) 하부에 복수관(6)을 연통설치하고 순환펌프(9)와 개폐밸브(7)를 개재하여 냉각수조(1)의 상부에서 개구되는 순환관(8)을 설치한 통상의 것에 있어서, 펌프(9)와 순환관(8) 사이에 히터(10)가 내장되는 가열관(11)을 연결하고, 냉각수조(1)에는 히터(10)와 보충수 공급밸브(12)를 제어하는 제어반(13)에 수위검출신호를 공급하는 수위검출장치(14)를 설치한 것을 특징으로 하는 케이블용 절연피복수지의 온수냉각장치.