KR900003735B1 - 열가소성수지 발포체의 제조방법 및 그 장치 - Google Patents

열가소성수지 발포체의 제조방법 및 그 장치 Download PDF

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모토가주 요시이
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세끼스이 가세이힌 고교가부시기가이샤
가와모도 미쯔구
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    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12—Thermoplastic materials

Abstract

내용 없음.

Description

열가소성수지 발포체의 제조방법 및 그 장치
제 1 도는 본 발명장치를 표시하는 종단면도.
제 2 도는 a-h는 혼합기의 혼합 및 교반의 원리를 표시하는 개략설명도.
제 3 도는 본 발명의 다른 실시예를 표시하는 종단면도.
제 4 도는 본 발명의 제 1 도 및 제 3 도에 표시하는 장치에서 한정된 냉각기구의 종단면도.
제 5 도는 제 4 도의 V-V선 단면도.
제 6 도는 본 발명의 또다른 장치를 보여주는 종단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
(1) : 주압출기 (2) : 냉각압출기
(3) : 혼합기 (4) : 제1통
(5) : 제1스크루우 (6) : 제1혼합반죽부
(7) : 원주 (8) : 핀
(9) : 발포제 압입구 (11) : 배출구
(12) : 원료투입구 (13) : 원료호퍼
(14) : 가열기 (16) : 제2통
(17) : 냉매통로 (18) : 냉매통로입구
(19) : 냉매통로출구 (20) : 제 2스크루우
(21) : 금형 (22) : 수지배출구
(23) : 베어링 (24) : 패킹
(25) : 패킹압착부 (26) : 냉매유통로
(27) : 수지주입구 (28) : 냉매공급관
(30) : 고정원통 (31) : 회전축
(34) : 고정자 (37) : 베어링
(38) : 패킹 (39) : 패킹압착부
(40) : 냉매유통로 (41) : 가열기
(42) : 냉매공급관 (44) : 냉각기
(45) : 연결체 (46) : 중간체
(47) : 내심 (48) : 바깥원통
(49) : 금형 (50) : 수지통로
(51) : 연결통로 (52) : 냉각공간
(53) : 냉매입구 (54) : 냉매출구
(55) : 냉매통로 (56) : 압출구
(58) : 연결관 (59) : 정적혼합기
(60) : 드로틀노즐 (61) : 가열기
(63) : 냉각기 (64) : 바깥원통
(65) : 냉매통로 (66) : 주축
(68) : 금형 (72) : 교반봉
본 발명은 열가소성수지에 발포제 및 다른 바람직한 첨가물을 균일하게 혼합하여 발포성 열가소성 물질을생산하여 혼합물질을 연속적으로 압출시키는 열가소성 발포체의 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.
열가소성수지 발포제를 얻는 제조방법은 여러가지가 있으며, 이러한 목적을 위해 압출기가 많이 사용되고 있다. 발포성 열가소성 물질은 압출기를 사용하여 제조하면 다음과 같은 점에서 매우 유익하다.
즉, 압력이 가해진 상태에서 열가소성 물질이 발포제 및 다른 첨가제와 균일하게 혼합된 후 그 혼합물이 낮은 압력에서 압출되어 바람직한 형태 즉, 시이트나 판형태로 발포성 열가소성 물질이 연속적으로 제조된다.
그러나 위의 제조방법에서는 발포제및 다른 첨가제가 용융상태의 열가소성 물질과 균일하게 혼합되어야하며, 발포제가 포함된 용융상태의 열가소성 물질이 발포성형에 적당하도록 균일하게 냉각된 후에 그 혼합물을 압출되어야 한다.
바로 이점이 중요하게 인식되어 왔다.
그러하여, 열가소성 물질과 발포제등을 균일하게 혼합하는 제조방법 및 장치가 제안되어 왔으며, 발포제를 포함하고 있는 가소성 합성물을 균일하게 냉각시키는 방법 및 장치가 제안되어 왔다.
미국 특허 제3,751,377호는 용융상태의 가소성 물질과 발포제를 혼합하고, 발포에 적당한 온도로 혼합물질을 균일하게 냉각시키기 위해 스크루우(Screw)가 장치된 압출기가 정적(Static)혼합기를 비치한 방법 및 장치를 보여주고 있다. 그것은 두께가 크고 낮은 비중의 발포성물질을 생산하는데 어느 정도 성공하였지만, 압출속도가 감소되는 결점을 가지고 있었다. 왜냐하면, 정적혼합기는 가소성 물질의 유동저항이 크고 정적혼합기는 특히·외부로부터 냉각될 매 부분적으로 변형되거나 손상되어 혼합된 발포제의 분산성이 충분하지 못한 결점이 있기 때문이다.
그러한 결점을 해결하기 위한 것으로 미국 특허 제4,454,087호 명세서에 표시한 바와 같이 정적혼합기에 대하여 회전혼합냉각기와 지그재그 혼합기를 압출기뒤에 동시에 배치되는 방법도 있다. 비록 지그재그혼합기가 냉각되지 않기 때문에 변형되지는 않으나, 이 방법을 사용하더라도 여전히 더욱 낮은 비중의 발포성물질을 생산하기 어려우며, 첨가제의 균일 분산을 얻기 어려웠다 .
또한, 한편으로 미국 특허 제4,419,014호는 용융상태의 가소성 물질과 고무 그리고, 다른 첨가제와 같은 물질을 혼합하는 방법을 제시하고 있다. 이것은 동공전달혼합기(Cavity transfer mixer)와 함께 설치된 압출혼합기가 압출기에 포함된 스크루우의 앞쪽끝에 직접 연결된 것이다.
본 발명자들은 상기 압출혼합기에서 사용된 동공전달혼합기를 발포성 열가소성 물질의 제조에 적용시키는 방법을 생각해내었으며, 동공전달혼합기를 전통적으로 사용되어온 압출공정에 도입함으로서 더욱 개선된 발포성 열가소성 물질을 제조할 수 있음을 알았다.
본 발명은 발포성 열가소성 물질을 전술한 여러가지 제조방법으로 제조할 때 발생하는 문제들을 해결하는 것이다.
본 발명에 따른 발포성 열가소성 물질의 제조방법 및 장치에 있어서, 그 장치는 열가소성 물질을 용융및압출하기 위한 압출기와 발포성 물질을 포함하는 용융상태의 열가소성 물질을 발포에 적당한 온도로 냉각시키기 위한 냉각기를 포함하고 있으며, 회전축이 압출기와 냉각기사이의 고정자에 지지되므로서 개선되었으며, 고정자와 회전축 사이의 틈은 용융상태의 가소성 물질이 통과할 수 있는 통로로 사용되어 고정자의 내벽과 회전축의 외벽에는 각각 반대방향으로 독립된 동공이 많이 형성되어 있으며, 고정자와 회전자 모두에 형성되어 있는 동공은 회전시 서로 겹치게 되며, 동공사이로 용융상태의 가소성 물질이 전달되도록 함으로써 혼합물질을 형성한다. 용융상태의 가소성 물질은 발포성 물질 및 다른 첨가물과 혼합기의 유입류쪽에서 혼합된다.
본 발명의 목적은 고도의 발포상태이며, 낮은 비중을 가지며, 두꺼운 열가소성 물질을 얻기 위하여 많은량의 발포제를 용융상태의 열가소성 물질과 균일한 상태에서 혼합할 수 있는 제조방법및 장치를 제안하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 우수한 물리적 특성치와 품질을 갖는 균일한 발포성 열가소성 물질을 얻기 위하여 용융상태의 가소성 물질에 대한 발포제 또는, 다른 첨가제의 개선된 균일분산을 확실하게 할 수 있는 제조방법 및 장치를 제안하는데 있다. 더구나, 미세한 분말활석과 같은 인공핵형성제, 작은세포, 우수한 후위 공정성이 균일하게 분산된 발포성 물질이 역시 얻어진다.
본 발명의 또 다른 목적은 많은 종류의 가소성 물질을 섞을 수 있도록 상반되는 많은 열가소성 물질을 균일하게 혼합할 수 있는 제조방법및 장치를 제안하는데 있다. 더구나, 바람직한 성질을 가진 발포성 물질이 제조될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 쉽게 섞이지 않는 발포제를 열가소성 물질과 균일하게 혼합할 수 있는 제조방법 및 장치를 제안하는데 있다. 이는 발포제가 여러종류의 물질로부터 선택될 수 있기 때문에 발포성 물질의 제조에 유익한 것이다.
본 발명에 의하여 압출-발포형성에 속하게 되는 열가소성 물질은 특별히 한정되는 것이 아니다. 대표적인 열가소성 물질로서 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로니트릴 혼성중합체, 스티렌-아크릴로니트릴-부타디엔혼성중합체, 스티렌-무수말레산 혼성중합체, 스티렌-에틸렌 혼성중합체, 폴리-α-메틸스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌혼성중합체, 에틸렌-초산비닐 혼성중합체, 폴리비닐 클로라이드, 폴리메틸 메타크틸레이트, 폴리메미드등이 있으며 이러한 혼성중합체들은 단독으로 또는 조합하여 사용할 수있다.
본 발명에 따라 상반되는 중합체들이 균일하게 혼합될 수 있기 때문에 여러가지의 열가소성 물질이 선택될 수 있다. 따라서, 원하는 물리적 특성을 가진 열가소성 물질이 쉽게 생산될 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 발포제도 역시 한정되지 않는다. 휘발성이나 분해성의 발포제가 통상 사용된다. 휘발성이 강한 발포제로서는 프로판, 부탄, 이소부탄, 펜탄, 네오판탄등의 지방족 탄화수소류, 사이클로부탄, 사이클로펜탄, 사이클로헥산등의 지환족 탄화수소류, 메틸클로라이드, 메틸렌클로라이드, 디클로로플루오로메탄, 클로로트리 플루오로메탄, 디클로로디플루오로메탄, 클로로디플루오로메탄, 트리클로로플루오로메탄, 트리클로로트리플루오로메탄, 그리고, 디클로로테트라플루오로에탄이 있으며, 분해성 발포제로서는 디니트로소펜타메틸렌테트라아민, 트리니트로소트리메틸렌트리아민, P,P'-옥시비스(벤젠설포닐 하이드라자이드), 아조디카본아미드둥이 있다. 이러한 발포제는 독립적으로 또는, 조합하여 사용할 수 있다. 발포제는 본 발명에 따른 혼합기의 유입류쪽에 첨가된다. 보통의 혼합법은 압출기안에서 열가소성 물질을 가열하고 용융시키며, 가압상태에서 압출기에 발포제를 유입시킨다. 또 다른 방법은 발포제를 포함하는 열가소성 물질을 압출기에 유입시키는 방법이다.
저밀도 발포성 물질을 얻기 위하여 많은 양의 발포제가 혼합되는 경우 즉, 열가소성 물질 100, 휘발성 발포제5-50의 중량비율로 혼합하는 경우, 용융된 열가소성 물질과 발포제는 압출기에서 미리 혼합하거나 다른 혼합방법에 의해 미리 혼합하여 혼합기로 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 발포성 물질이 만들어졌을 때 보통 사용되는 첨가제가 첨가된다. 첨가제로서는 핵제, 난연제, 안정화제, 윤활제, 가소제, 착색제, 충전제등이 있다.
본 발명에 따라 용융하고 압출하는테 사용되는 압출기는 하나 혹은 한쌍의 스크루우를 가진 압출기인데 스크루우에는 발포제 물질이 가압상태에서 공급된 이후부터 핀이나 다른 혼합수단이 완벽하게 갖추어져 있다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 냉각기는 열전달 수단이 갖추어져 있고, 여러가지 다양한 가소성 물질의 온도를 조절할 수 있는 것으로서, 열가소성 발포제 물질의 제조에 통상적으로 사용되는 개발된 냉각기이다.
미국 특허 제4,454,087호 및 제2,669,751호와 일본국 특허출원 제544/73과 42026/79호에서 제안된 것으로서 바깥 냉각원통의 안쪽에 날개가 장치된 회전축을 가지고 있는 냉각기가 바람직하다. 적은 펌프작동으로 천천히 스크루우로 회전시킴으로서 균일하게 열가소성 물질을 냉각시키기 위해서는, 열가소성 물질을 용융하는 압출기보다 큰 직경을 가진 냉각압출기를 사용하는 것이 바람직하다.
가소성수지를 용융시키기 위하여 회전측이 고정자에 지지되도록 하는 동공전달혼합기가 본 발명에 따라 사용될 수 있는 혼합기이머, 고정자와 회전축 사이의 틈은 용융된 가소성 물질이 통과하는 통로의 역할을 한다. 다수의 독립된 동공이 고정자의 내벽과 회전축의 외벽에 각각 형성되어 있다. 고정자와 회전축에 형성된 동공은 회전하는 동안 서로 겹치도록 위치가 정해진다.
동공은 반원형, 원통형이 가능하지만, 용융된 가소성 수지의 밀집을 막기 위하여 반원형이 되어야 바람직하다. 동공은 고정자의 내벽과 회전축의 외벽에 각각 축방향과 원주방향으로 엇갈림되어야 한다. 동공이 열려진 총면적은 전달면적의 견지에서 보아, 고정자의 내벽면적 또는 회전축의 외벽면적의 60%이상으로 증가되어야 한다.
혼합기는 압출-발포형성 공정이 진행되는 동안 온도와 압력이 최고가 되도록 위치가 정해져야 한다. 따라서, 혼합기가 스크루우와 동시에 회전하도록 압출기의 스크루우 앞쪽끝에 혼합기가 연결되거나, 또는 혼합기가 독립적으로 회전할 수 있도록 장치되어진다. 후자의 경우에 있어서, 회전횟수는 가소성 수지의 종류에 따라 그리고, 발포제및 그 밖의 첨가제의 종류에 따라 자유롭게 조절될 수 있기 때문에 가열과 혼합은 쉽게 조정된다. 달리 말하면, 쉽게 열분해되는 연소방지제나 큰 전단력의 적용이 야기되는 섬유질 물질을 사용하는 경우엔 낮은 회전속도로 혼합기가 회전되며, 연소성 물질의 점성과 다른 점성을 가진 휘발성의 발포제를 사용하는 경우엔 높은 회전속도로 혼합기가 회전된다.
본 발명에 따라 사용될 수 있는 금형으로서 특별한 경우의 사이징 금형을 포함한 T형 금형, 코트행거금형, 꼬리형금형, 원형금형등 일반적으로 사용되는 금형이 사용된다. 본 발명의 구조및 기능을 발명의 선택된 부품들에 따라 구체적으로 설명하겠다.
도면(1)에서는 본 발명장치의 구체적인 모습이 설명되고 있다. 도면(1)에서 주압출기(1)의 배열모습과 냉각압출기(2)가 주압출기(1)과 평행하게 배치되어 있고, 그 축이 주압출기(1)의 축에 대해 변이되어 있는 모습과 혼합기(3)이 압출기(l)(2)사이에 배치되어 있는 모습을 보여준다.
주압출기(1)은 제1통(4), 그 제1통(4)에 삽입되어 회전할 수 있는 한쪽지지형의 제1스크루우(5), 제l스크루우(5)의 앞쪽끝에 설치되어 있는 제1혼합반죽부(6), 스크루우축의 앞쪽끝에 설치되어 있는 원주(7),원주(7)의 외벽으로부터 돌출되어 있는 많은 핀(8), 제1통(4)의 제1스크루우(5)와 제1혼합반죽부(6) 사이의 경계에 반대쪽으로 위치하고 있으면서 발포제가 가압상태로 들어오는 압입구(9), 제1통(4)의 스크루우가 부유하고 있는 끝에 위치한 배물구(11), 제1통(4)의 스크루우가 지지되고 있는 끝에 위치한 원료투입구(12)와 제1통(4)의 표면에 설치되어 있는 가열기(14)에 설치되어 있는 원료호퍼(13)으로 구성된다.
냉각압출기(2)는, 다음과 같이 구성되어 있다. (16)는 제2통이며, 나선형의 냉매통로(17)을 갖는다. 냉매통로(17)의 입구(18)와 출구(19)는 제2통(16)에 회전할 수 있도록 삽입되어진 한쪽지지형의 제2스크루우(20), 제2통(16)의 스크루우(20)이 부유하고 있는 끝에 고정되어 있으며, 열가소성 물질의 출구가 설치되어 있는 금형(21)제2스크루우(20)의 기반을 회전할 수 있도록 지지하고 있는 베어링(23), 패킹(packing)(24), 괘킹압착부(25), 패킹을 냉각하기 위한 냉매유통로(26), 제2통(16)의 스크루우(20)이 지지되고 있는 끝에 위치하면서 열가고성 물질의 주입을 위한 입구에 제2스크루우의 안에 냉매를 공급하기 위한 냉매공급관(28)로 이루어져 있다.
혼합기(3)은 고정원통(30), 제1,제2스크루우(5),(20)에 수직인 축을 가지고 있는 회전축(31), 고정원통(30)의 회전축(31)이 지지되어 있는 한쪽면에 설치되어 있고, 주압출기(1)의 배출구(11)과 서로 연결되어 있는 입구(32), 고정원통(30)의 회전축이 부유하고 있는 그 다른 한쪽에 설치되어 있으며, 열가소성 수지를 냉각압출기(2)로 주입시키는 입구(27)과 연결되어 있는 출구(33), 고정원통(30)의 안쪽면에 설치되어 있는 고정자(34), 고정자 내벽과 회전축(31)의 외벽에 설치되어 있는 많은 수의 독립된 반원형 동공(35)과 (36),여기서 고정자(34)의 내벽에 설치된 동공(35)와 회전축(31)의 외벽에 설치된 동공(36)은 회전하는 동안 부분적으로 겹치며, 회전축(31)을 회전가능하게 지지해주는 베어링(37), 패킹(38), 패킹압착부(39), 패킹을냉각하기 위한 냉매유통로(40), 고정원통(30)의 외벽에 배열되어 있는 가열기(41), 회전축(31)의 안으로 냉매를 공급하기 위한 냉매공급관(42)로 구성되어 있다.
제 1 도에서 보여주는 장치들의 조작을 설명한다.
제 1,제 2스크루우(5)와 (20)을 화살표 A, B방향으로 돌리고, 회전축(31)은 제1,제2스크루우(5),(20)과는 달리 화살표 C방향으로 돌림으로해서 열가소성 원료가 원료호퍼(13)으로 부터 제1통(4)로 공급되어진다. 원료 즉, 수지는 제1스크루우(5)에 의해 화살표 D방향으로 이송되어 가열되고 가열기(14)에 의해 용융된다.
발포제는 가압상태의 용해된 수지에 입구(9)를 통하여 첨가되고, 이 첨가된 발포제는 제1혼합반죽부(6)의 핀(8)에 의해 열가소성 수지와 미리 혼합된다. 이 발포제를 포함한 열가소성 물질은 혼합기(3)의 고정통(30)안에 공급되기전에 배출구(11)과 입구(32)를 통과하게 된다. 혼합기(3)에서 열가고성 물질은 회전축(31)의 동공(36)과 고정자(34)의 동공(35)에 의하여 혼합 및 교반되어 발포제는 균일하게 열가소성 물질내에 분산된다.
제 2 도는 a-h는, 선형원료를 사용하였을 때 전형적인 혼합 및 교반의 원리를 설명하는 것이다.
제 2 도는 a의 왼쪽에 있는 동공(35)의 바닥으로부터 압출되어 나은 선형원료는 거기서 안쪽원주를 따라제 2 도 b와 같이 확장되어지고, 선형원료의 앞쪽끝이 화살표 c방향으로 회전하고 있는 회전축(31)의 동공(36)의 가장자리 i까지 당겨진 다음 제 2 도 c와 같은 상태로 되기 위하여 방향을 바꾸게 된다.
제 2 도 d에서와 같이 선형원료의 앞쪽끝은 가장자리 ii까지 접혀지고, 제 2 도 e와 같이 앞쪽끝은 가장자리 ii와 고정자(34)에 의해 끊기게 되고, 제 2 도 f와 같이 앞쪽끝은 가장자리 iii까지 구부러지고, 제 2 도 g와 같이 앞쪽끝은 가장자리 iii와 고정자(34)에 의해 끊기게 되고, 제 2 도 h와 같이 한쪽끝은 거기서 가장자리 iv까지 구부러진다.
이러한 원리에 따라 수지원료는 확장되어 발포제나 다른 첨가제가 열가소성 수지에 균일하게 분산되어 있는 얇은 판이나 조각으로 만들어진다. 발포제가 균일하게 분산되어 있는 열가소성 수지는 거기서 출구(33)과 수지주입구(π)을 통하여 냉각압출기(2)의 제2통(16)에 공급된다.
발포제가 포함된 열가소성 수지는 화살표 E방향으로 회전하는 제2스크루우(20)의 회전에 의해 이송되고, 냉매통로(17)을 통과하는 냉매에 의해 발포형성에 적당한 온도로 냉각된다.
제 3 도에서는 본 발명의 또 다른 구체적 형태를 설명하고 있다. 제 3 도에서는, 제 1 도에서 사용한 번호가 적용되며, 이들에 대한 설명은 생략한다. 제 3 도의 장치에 있어서, 연결체(45)를 포함하고 있는 냉각기(44)는 혼합기(3)의 고정자(34)의 출구에 연결되어 있고, 중간체(46)은 연결체(45)에 연결되어 있으며, 내심(47)은 중간체(46)측면의 중간에 설정되어 있고, 바깥원통(48)은 중간체(46)에 한쪽면에 연결된채 내심(47)의 한 가운데 설치되어 있고, 금형(49)는 바깥원통(48)의 다른 쪽 끝에 고정되어 있다.
내심(47)과 바깥원통(48)사이에 형성되어 있으면서 열가고성 수지원료가 통과하는 수지통로(50)은 연결체(45)와 중간체(46)안에 있는 연결통로(5l)을 통하여 혼합기(3)과 연결되어 있다.
냉각공간(52)는 내심(47)안에 형성되어 있으며, 냉매입구(53)과 출구(54)는 중간체(46)의 원주변으로부터 냉각공간(52)까지 완전히 통하게 되어 있다. 나선형 냉매통로(55)는 바깥원통(48)에 형성되어 있으며, 압출구(56)는 금형(49)에 형성되어 있다. L자형 연결관(58)는 주압출기(1)의 배출구(11)와 혼합기(3)의 입구(32)를 연결시켜준다. 정적혼합기(59)는 연결관(58)의 혼합기 끝쪽면에 배치되어 있으며, 드로틀(throttle)노즐(60)은 연결관(58)의 압출기쪽면에 배치되어 있다.
부호(61)은 연결관(58)의 원주변에 배열된 가열기를 나타낸다. 제 3 도에서 보여주는 장치의 작용을 설명하겠다. 압출기(1)의 배출구(11)로부터 압출되어 나오는 용융상태의 열가소성수지의 속도는 드로틀노즐(60)에 의해 가속되며, 입구(9)로부터 공급되는 발포제는 가압상태의 가속된 열가소성 수지에 첨가된다.
발포제를 포함한 열가소성 수지는 정적혼함기(59)에 이송되고, 거기서 수지와 발포제는 미리 혼합된다.결국 발포제를 포함한 수지는 정적혼합기(59)로부터 배출되어 혼합기(3)으로 이송되며, 거기서 첫번째 경우와 같은 방법으로 열가소성 수지와 발포제는 완전히 교반된다.
발포제가 혼합기(3)에서 균일하게 분산되어진 열가소성 수지는 냉각기(44)의 열가소성 수지통로(50)에 공급된다. 발포제를 포함한 열가소성 수지는 화살포 E방향으로 이동하는 동안 냉매통로(55)를 통과하는 냉매에 의해 열가소성 수지통로(50)안에서 냉각되며, 그후에 포말형성을 위하여 압출구(56)으로부터 배출된다.
본 발명의 방법을 실행함에 있어서, 제 4 도에서 보여주는 바와 같이 냉각기(63)이나 제 3 도에서 보여주는냉각기(44)가 제 1 도에서 보여주는 냉각압출기(2)대신 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예 1,2에 따라 혼합기(3)의 배출구측에 설치되어 있는 냉각기(63)(제4,5도 참조)에 대하여 자세하게 설명하겠다. 냉각기(63)은 나선형 냉매통로(65)를 가지고 있는 바깥원통(64)와 바깥원통(64)안에 회전가능하게 삽입되어 있는 주축(66)과 바깥원통(64)의 주축의 끝부위를 통과하여 형성되어 있는 열가소성 수지입구(67)과 출구(69)를 가지고 있는 금형(68)과 주축(66)안에 있는 냉각공간에 냉매를 공급하기 위한 관(7)을 포함하고 있다.
주측(66)은 베어링을 통하여 바깥원통(64)에 회전가능하게 지지되어진 큰 직경끝부분(66A)와 중심부위의 작은 직경부분(66B)와 큰직경 앞쪽 끝부분(66C)와 수지입구와 대면하고 있는 중심부위의 작은 직경부분(66B)의 배출기측의 매우 인접한 부분에 설치되어 있는 환상돌출부(66D)로 구성되어 있다.
수많은 장애물형태의 교반봉(72)는 중심부위의 작은 직경부분(66B)의 환상돌출부(66D)보다 훨씬 배출기쪽 부분으로부터 돌출되어 있다.
제 4 도에서 설명된 냉각기(63)에 있어서, 수지입구(67)을 통하여 혼합기(3)으로부터 바깥원통(64)에 주입된 발포제를 포함한 수지는 화살표 E방향으로 환상돌출부(66D)주위를 통하여 화살표 F방향으로 회전하는 주축(66)의 교반봉(72)에 의해 교반되며, 그 후 큰직경 앞쪽 끝부분(66C)와 바깥원통(64)사이의 틈을 통과하여 출구(69)로부터 압출되어진다.
[실시예 1,2,3, 및 비교예 1]
제 1 도에서 보여주는 기기로 실시예 1,2,3을 실시하였으며, 설명은 다음과 같다. 압출기(1)의 제1통(4)의 내경이 50mm, 냉각압출기의 제2통(16)의 내경이 65mm, 혼합기(3)의 고정자(34)의 내경이 50mm, 고정자(34)와 회전축(31)사이틈이 0.4mm, 고정자(34)와 회전축(31)의 원주방향 동공이 각각 6개이고, 그 축방향으로 동공(35,36)의 열이 7개, 반원형동공(35,36)의 직경이 각각 23-24.5mm, 동공(35.36)의 깊이가 각각8, 9.5mm, 축방향으로 동공의 중심간의 거리가 22mm, 혼합기(3)의 회전축 속도가 106rpm, 냉각압출기(2)의 출구에서 용융상태원료의 온도가 123℃ 금형(21)의 배출구(22)의 폭이 100mm, 그러고 높이가 lmm이다.
기초수지로서 플리스티렌(스티톤 679, 아사히가세히(주)제품)을 100중량부, 핵제로서 미세한 분말활석을 0.3중량부, 난연제로서 헥사브로모사이클로데칸을 2.0중량부를 균일하게 혼합하여 주압출기(l)로 공급하있는데, 이때, 원료는 55kg/hr의 속도로 압출되었다. 또한, 가압상태의 기초 열가소성 수지 100중량부에, 발포제압입구(9)를 통해 디클로로디플루오로메탄 12.5중량부를 첨가했다.
그 결과, 폭 250mm, 두께 25mm, 비중 40kg/m3인 발포판이 금형(2l)에 붙어있는 싸이저(sizer)를 통하여 얻어졌다(표 1 참조). 발포제의 양과 회전체(31)의 회전속도를 변화시켜 가면서 같은 방법으로 실행하여 실시예 2와 3의 결과가 얻어졌다.
표 1의 비교예는 혼합기(3)을 제 1 도의 장치에서 제의시킨 경우의 결과이다.
[표1]
Figure kpo00001
[실시예 4 및 비교예 2]
제 1 도에서 보여주는 장치로 이실시예를 실행했으며, 설명은 다음과 같다.
압출기(1)의 제1통(4)의 내경이 50mm, 냉각압출기(2)의 제2통의 내경이 65mm, 혼합기(3)의 고정자(34) 내경이 90mm, 고정자(34)와 회전축(31) 사이틈이 0.2mm, 고정자(34)와 회전축(31)의 원주방향동공이 각각 10개이고, 그 축방향으로 동공(35,36)의 열이 7개, 반원형 동공(35,36)의 직경이 각각 27,28mm, 동공(35,36)의 깊이가 각각 8, 9.5mm, 축방향으로 동공의 중심간의 거리가 25mm, 혼합기(3)의 축회전속도가 100rpm, 냉각압출기(2)를 통과하는 용융상태의 원료온도가 159℃, 원형틈으로서 금형(21)의 배출구(22)의 직경이 60mm, 폭이 0.6mm이다.
기초열가소성 수지로서 폴리스티렌(스티렌 691,아사히가세히(주)제품)을 l00중량부를 핵제로서의 미세한 분말활석 2.0중량부와 균일하게 혼합하여 주압출기(1)로 공급하였는테, 이때 원료는 28kg/hr의 속도로 압출되었다. 또한, 가압상태의 기초 열가소성 수지 100중량부에 발포제 압입구(9)를 통해 발포제로서 부탄 3.5중량부를 가했다. 그 결과, 폭 633mm, 두께 25mm, 단위중량에 대하여 179kg/m2인 균일하게 미세한 발포성 시트가 금형에 일정한 거리를 두고 붙어 있는 냉각 맨드릴(mandrel)을 통하여 냉각되고, 동시에 크기가 맞추어지고, 압출방향의 한부분에서 잘라졌다.
또한, 얻어진 발포성 원료는 7일동안 상온에서 방치한 후, 세포직경을 ASTM D 2842-69에 따라 측정하였다. 그리고, 그 원료는 성형성 평가로서 2차 발포두께를 조사하기 위해 120℃로 12초동안 가열되었다. 그 결과를 표 2에서 제시한다.
실시예 4에서 사용한 장치에서 혼합기(3)을 제거하여 유사한 실험을 하여 열가소성 수지온도를 158℃로 조정했을 때 두께 2mm, 폭 633mm, 단위중량에 대하여 176g/m2인 발포성 시트가 얻어졌다. 그러나, 조잡한 세포들이 형성된 시트에 많은 밀접된 활석가루들이 발견되었다. 2차발포 역시 좋지 않았다.
[표2]
Figure kpo00002
[실시예 5]
실시예 1에 따라 금형(21)과 냉각맨드릴이 사용된 점을 제외하고는, 실시예 4에서 사용된 장치가 이 실시예에서도 사용되었다. 이렇게 배열된 장치를 사용하여 기초 열가소성 수지로서 폴리에틸렌(유가론 HE-30(MI=0.3), 미쓰비시유가(주)제품)이 사용되었다.
기초열가소성 수지 l00중량부를, 에틸렌 30중량%와 스티렌 70중량%로 구성되고, 가고율이 18.6중량%이며, 단량체를 중합시킨 폴리에틸렌수지에 스티렌 단량체를 침윤시켜 얻어진 상호침윤중합체(피오셀란, 세끼스이 가세이힌 고교(주)제품) 10중량부, 핵제로서 활석 0.5중량부와 혼합했다.
가교율은 예를 들어, 끓고 있는 크실렌에서 단위시료의 불용성 물질의 양을 측정함으로서 얻어질수 있다.디클로로디플루오로메탄 70중량%와 부탄 30중량%의 혼합물 14중량부를 가압하에 발포제로서 공급했다.
그 다음, 혼합기(3)으로 100rpm으로 압츨하고, 발포시기기 위하여 냉각압출기를 통과하는 용융 열가소성수지를 110℃로 냉각했다. 얻어진 발포성 물질은 외관이 우수하고, 균일한 발포성판이었으며, 두께 20mm, 폭 230mm, 밀도 33kg/m3있다.
[비교예 3]
이 실시예는 실시예 5의 경우에서 혼합기(3)을 제외시킨 다음 수행한 실험이다. 피오씰란 수지의 내부혼합 및 분산으로 인한 고밀도 발포흠집과 발포제 가스의 축적이 생겨났다. 불균일한 표면을 가진 발포성판만이 얻어졌다. 제 6 도에 따라 본 발명의 또 다른 구체적인 장치를 설명하겠다.
제 6 도에서는 제 1 도와 제 4 도에서 사용된 지시번호가 준용되고 있으며, 압출기(1)과 냉각기(63)이 평행으로 배열되어 있으나, 그 축이 서로 어긋나 있다.
열가소성 수지 원료를 공급하기 위한 관(32a)는 압출기(1)의 배출구(11)과 냉각기(63)의 입구(67)를 연결시킨다. 회전축(31)은 중앙에 원주(7)과 연결되어 있는데, 원주(7)은 스크루우(5)의 앞쪽끝에 설치되어 있으며, 회전축(31)의 외벽에 형성된 동공(35)와 그 반대쪽으로 통(4)의 내벽에 형성된 감추어진 독립적 반원형 동공(35)를 가지고 있다.
통(4)와 회전축(3l)의 동공(35)와 (36)은 각각 서로 겹쳐짐으로서, 수지가 이송되는 혼합기의 역할을 한다. 회전축(31)의 길이는 스크루우(5)의 직경에 비해 2-8배(4-8배가 적당)켜야 한다. 만약, 길이가 직경의 2배이하가 되면 교반이 불충분하게 되며, 반면에 만약 길이가 직경의 8배이상이 되면 가열이 너무 과하게 된다.
원주(7)의 길이는 보통 스크루우(5)의 직경에 비해 1-7배(2-5배가 적당)커야 한다. 만약, 길이가 스크루우의 직경보다 작게되면, 미리 실행되는 교반이 불충분하여 반면에 길이가 스크루우의 직경보다 7배이상크면, 교반효과가 더 개선되지 않을 것이다.
열가소성 수지가 원주(7)을 통과하는 단면적은 스크루우(5)의 앞쪽끝 단면보다 크게 만들어진다(1.5-3배가 적당). 그렇지 않으면, 원주(7)에 공급되어지는 열가소성 수지의 량은 과대해지며, 충분한 교반을 불가능하게 만든다. 원주(7)에 설치되어 있는 돌출부로서 원주형의 핀(8)이 있다.
스크루우(5)와 주축(66)은 화살표 A와 F방향으로 각각 회전하고, 원료 즉, 열가소성 수지는 원료투입구(12)를 통해 통(4)로 공급된다. 열가소성 수지는 스크루우(5)에 의해 화살표 D방향으로 보여지고, 그 동안 가열기에 의해 가열되어 용융된다. 발포제는 발포제압입구(9)로부터 가압상태의 용융된 수지에 첨가되고,거기서 발포제와 열가소성 수지는 미리 혼합된다.
결국, 발포제를 포함한 열가소성 수지는 통(4)와 회전축(31)사이의 틈으로 들어가게 되며, 동공(35,36)에 의해 교반되고, 그리하여 발포제는 균일하게 열가소성 수지에 분산된다.
교반원리는 제 2 도에서 설명한 바와 같다. 발포제가 균일하게 분산된 열가소성 수지는 공급관(32a)를 통해 환형돌출부(66D)주위를 돌아 화살표 E방향으로 이동하여 냉각기(63)의 바깥원통(64)에 이송된다.
수지는 화살표 F방향으로 회전하는 장애물 형태의 교반봉에 의해 교반되며, 적당히 냉각된 후, 큰 직경 앞쪽 끝부분(66C)와 바깥원통(64)사이의 틈을 통과해서 발포형성을 위하여 출구(69)로부터 압출된다.
[실시예 6 및 비교예 6]
제 6 도에 나타난 장치가 사용되었으며, 설명은 다음과 같다.
주압출기(1)의 제l통(4)의 내경이 50mm, 스크루우(5)의 직경이 50mm, 원주(7)의 길이가 250mm, 회전축(31)의 길이가 250mm, 회전축(31)과 통(4) 사이의 틈이 0.4mm, 회전축(31)과 통(4)의 각각 원주방향동공 6개와 그 축방향으로 향한 동공(35,36)의 열이 7개, 동공(35,36)의 직경이 각각 230,24.5mm, 반원형동공(35,36)의 깊이가 8-9.5mm, 축방향 동공사이의 거리가 22mm이고, 스크루우(5)의 속도가 106rpm이며, 냉각기(63)을 통과하는 용융원료의 온도가 123℃이고, 금형(68)의 출구(69)의 폭이 100mm이고, 높이가1mm이다.
기초열가소성 수지로서 폴리스티렌(스티렌 679,아사히 가세이(주)제품) 100중량부를, 핵제로서 활석 0.3중량부, 난연제로서 헥사브로모디사이클로 데칸 2.0중량부와 혼합하여 주압출기(1)로 공급했고, 원료를 55kg/hr로 압출시키도록 운전했다.
또한, 가압하에서 기초열가소성 수지 100중량부에 발포제압입구(9)를 통해 발포제로서 디클로로디플루오로메탄을 12.5중량부 첨가했다.
그 결과, 폭 250mm, 두께 25mm, 밀도 40kg/m2의 발포성판이 금형(21)에 붙어 있는 싸이저를 통하여 얻어졌다(표 3 참조). 비교예 4에서는 통(4)의 동공(35)를 제거하기 위하여, 회전축(31)을 제거했다.
표 3으로부터 본 발명의 방법 및 장치에 따라 균일한 발포성 원료가 얻어질 수 있음을 명백하게 볼 수 있다.
[표3]
Figure kpo00003

Claims (8)

  1. 열가소성 수지를 스크루우압출기를 이용하여 용융하고 압출하고, 용융된 열가소성 수지에 발포제를 첨가하고, 발포제와 용융된 열가소성 수지를 혼합기에서 혼합하고, 발포제와 열가소성 수지의 혼합물을 발포할 수 있도록 냉각하고, 상기 혼합기는 회전축이 회전하는 동안 발포제와 열가소성 수지의 혼합물이 통과할 수 있는 틈을 형성하도록 고정자에 지지된 회전축을 갖으며, 상기 회전축은, 회전축이 회전하는 동안 서로 겹치도록 되어 있고, 상기 혼합기를 통해 혼합물이 통과하는 동안 동공물 사이로 발포제와 열가소성 수지를 이송하도록 되어 있는 상기 회전축에 형성된 동공과 상기 고정자에 형성된 동공들을 갖는 열가소성 수지 발포체의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 열가소성 수지와 발포제가 혼합기에서 혼합되기전 미리 혼합되는 열가소성수지 발포체의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 혼합기의 회전축이 압출기의 스크루우와 독립적으로 회전하는 열가소성수지 발포체의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 혼합기의 회전축이 압출기의 스크루우 앞쪽끝에 연결되는 열가소성수지 발포체의 제조방법.
  5. 열가소성 수지를 용융, 압출시키는 압출기, 스크루우 압출기로부터 발포제와 열가소성 수지의 혼합물을 접수하기위해 상기 스크루우 압출기와 연결되고, 상기 발포제와 용융된 열가소성 수지를 혼합하는 혼합기 및 혼합기에서 형성된 발포제와 열가소성수지의 혼합물을 발포할 수 있도록 냉각하는 냉각부로 된 열가소성 수지 발포체의 제조장치에 있어서, 상기 혼합기는 회전축이 회진하는 동안 발포제와 열가소성 수지의 혼합물이 통과할 수 있도록 틈을 형성하기 위해 고정자에 지지된 회전축을 갖고, 상기 회전축은 외측면에 형성된 동공을 갖고, 고정자는 내측면에 형성된 동공을 갖으며, 회전축에 형성된 동공과 고정자에 형성된 동공은 회전축이 회전하는 동안 서로 중첩되고, 상기 혼합기를 통해 혼합물이 통과하는 동안 동공들 사이에 발포제와 열가소성 수지의 혼합물이 이송되도록 배열되고, 상기 혼합기의 유입류측에 발포제의 주입부가 있는것을 특징으로 하는 열가소성 수지 발포체의 제조장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 혼합기의 회전축이 스크루우 압출기의 스크루우의 회전과 독립적으로 회전할 수 있는 열가소성 수지 발포체의 제조장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 혼합기의 회전축이 스크루우 압출기의 앞쪽끝에 연결되고, 발포제의 주입부가 압출기를 위해 제공되는 열가소성 수지 발포체의 제조장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 스크루우 압출기와 혼합기사이에서 예비 혼합반죽을 하는 열가소성 수지발포체의 제조장치.
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