KR900005829B1 - 플라스틱 압출성형물의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

플라스틱 압출성형물의 냉각장치

제1도는 본 발명에 따른 냉각장치의 횡단면도.

제2도는 제1도에서의 A-A선 단면도.

제3도는 제1도에서의 B부분의 확대상세도.

제4도는 본 발명에 따른 냉각장치가 설치된 상태를 개략적으로 예시한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 공기냉각판 2 : 공기유통공간

3 : 공기유입구 4 : 공기배출구

5 : 공기분사구

본 발명은 플라스틱 압출성형물의 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라스틱의 압출 성형시 냉매로써 공기를 사용하도록 하는 공기턴넬 또는 공기부양에 의한 냉각방식으로 압출성형물을 냉각시켜줌으로써 성형물의 칫수 안정성과 제반 기계적 물성을 향상시켜주고 성형 표면의 오염 및 손상을 방지시켜주게 되는 플라스틱 압출성형물의 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 플라스틱제품의 성형은 특히 그 재료가 열가소성수지인 경우 원료수지를 가온상태에서 완전하게 용융시킨 후 그것을 일정형태의 형틀에 주입하여 냉각, 고화시킴으로써 목적하는 형상의 제품으로 성형시키는 것인데, 그러한 성형방법 중에서 가장 일반적인 플라스틱 성형방법이라고 할 수 있는 압출성형의 경우, 종래에는 압출된 성형물을 냉각시킬 때 냉매로서 물을 사용하도록 된 직접냉각장치를 이용하여 성형물을 냉각 및 고화시키는 냉각방법이 주류를 이루어 왔다. 즉, 종래에는 냉각로울러를 사용하여 냉각시켜주는 필름이나 시트형태의 성형제품을 제외하고는, 예컨대, 봉(rod)이나 튜브, 파이프, 전선코팅 및 이형재 등 대부분의 압출성형물을 냉각시켜주기 위해서 통상적으로 물이나 오일 등과 같은 냉매를 성형물에 직접 접촉시켜서 냉각되어지도록 하여 성형을 완성하게 된다.

그러나, 플라스틱수지의 압출성형시 특히 압출다이의 토출구 부근에서는 수지의 용융온도 이상의 온도를 유지하고 있기 때문에, 이러한 온도에서 토출된 수지는 종래와 같이 냉매와 직접적으로 접촉하게 되면 급속냉각이 일어나게 됨으로써 최종제품의 기계적 물성이 저하되게 되고 균일한 칫수의 성형물을 얻기 어려우며, 특히 전선코팅의 경우에는 코팅되는 수지의 급속한 냉각으로 인해 충분한 수축이 불가능하게 되기 때문에 전선과 그에 코팅되는 피복체인 수지간의 밀착성이 떨어지게 되어 크랙발생의 원인이 되기도 한다.

그러므로, 최근에는 상술한 바와 같은 종래 냉각에 따른 문제점을 해결해주기 위하여, 냉각장치를 여러 구간으로 나누고 각 구간마다 온도차이를 갖는 냉매를 각각 사용하여 단계적으로 성형물을 냉각시킬 수 있도록 함으로써, 압출된 성형물이 서서히 냉각되도록 하는 효과를 부여해 주어서 최종제품의 제반 기계적 물성을 향상시켜주고 항상 칫수의 성형물을 제조할 수 있도록 하는 냉각장치가 고안되어 사용되고 있는데, 이러한 장치는 그 장치자체의 구조가 복잡하고, 더우기 각 구간의 냉매온도를 조절하기 위한 열교환기와 같은 복잡한 온도조절시스템과, 냉매를 순환시켜주기 위한 폐쇄회로 및 그 회로의 구동장치 등의 부수적인 별도의 장치들이 필요하기 때문에 전체냉각공정 역시 복잡해지게 되어 성형공정관리상에 어려움이 따르게 되며, 또한 사용되는 냉매의 종류에 따라서는 금속으로 된 성형장치나 냉각장치를 부식시키게 되거나 장치 내에 스케일이 생성되게 되어 냉매의 원활한 순환이 필요한 냉각장치의 냉매순환회로를 폐쇄시키게 되는 원인이 되기도 하여 사용상 문제가 많았다.

한편, 이와 같은 압출성형에 의한 플라스틱의 가공에 있어서, 최종제품의 형태는 통상적으로 압출다이의 토출구 형태에 의존하게 되는데, 즉 압출기내에서 용융상태로 존재하고 있던 수지는 압출다이의 토출구를 통과함으로써 임의의 형상으로 성형되게 되는바, 이때 상기 토출구의 주위에서는 수지가 완전하게 고화되지 않은 상태에 놓여 있으므로 중력 등으로 인해 토출구에서 임의로 형상화된 형태를 그대로 유지하기가 어렵게 되어 성형물의 칫수안정성을 기대하기가 어렵다.

따라서, 이와 같은 플라스틱압출성형물의 칫수안정성을 얻기 위해서는 예컨대, 냉각로울러를 이용하여 성형물을 냉각시켜주는 필름이나 시트형태의 성형물과, 압출에 연이어서 냉각공정으로 들어가게 되는 전선코팅제품을 제외하고, 봉이나 튜브, 파이프 또는 이형재 등은 압출 후 성형된 미고화된 제품을 일반적으로 냉각장치와 겸용될 수 있도록 고안되어져 있는 사이징장치를 거치게 함으로써 압출성형물을 고화시켜서 그 형태를 안정시켜주게 되는데, 이때 압출다이의 토출구에서 냉각조 또는 사이징장치사이의 냉각을 위해서는 통상적으로 물샤워 방식을 이용하고 있지만, 이러한 물샤워 방식을 이용할 경우에는 수지의 종류에 따라서 그 사용되는 물로 인해 성형물 표면에 물 흐름자국이 생겨서 성형이 완성된 후 제품표면에 미세한 주름형태의 자국이 남게되어 제품외관상의 불량을 초래하게 되므로 바람직하지 못하다.

이에, 본 발명에서는 상기와 같은 제문제점들을 해소시키기 위해 냉매로 공기를 사용하도록 하는 공기텐넬방식으로 플라스틱 압출성형물을 냉각시켜주는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이하 본 발명을 첨부도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 성형압출다이에 접속되어 성형물을 냉각시켜 주는 플라스틱 성형물의 냉각장치로서, 그 중의 관형태로 형성된 턴넬형 공기냉각관(1)이 몸체를 이루면서, 상기 냉각관(1)의 외부표면과 내부표면이 냉매로 사용되는 공기의 유통공간(2)을 형성하고 있으며, 그 냉각관(1) 외부표면의 좌우 대각선위치에는 각각 유기유입구(3)와 공기 배출구(4)가 형성되어 있고, 그 냉각관(1)의 내부표면에는 다수의 공기분사구(5)들이 일정간격으로 뚫려 형성되어진 구조를 특징으로 하는 플라스틱 압출성형물의 냉각장치이다.

본 발명에 따른 장치의 예시도면에서 미설명부호 6은 성형압출기, 7은 압출다이, 8은 공기예비가열실, 9는 냉가관(1)이 형성하고 있는 성형물 이동통로, 10은 냉각관(1)에 부설된 다이접속플랜지, 11은 단열재이다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 냉각장치는 첨부도면 제1도에 예시한 바와 같은 냉각관(1) 형태로 된 것을 기본구조로 하고 있는 바, 이러한 본 발명에 따른 냉각장치는 냉매로서 일정한 공기압을 갖는 공기를 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 본 발명에 다른 냉각장치를 사용하여 성형물을 제조하는 공정을 설명해보면, 제4도에서 개략적으로 예시해 놓은 바와 같이 성형 압출기(6)내에서 완전히 용융된 수지를 압출다이(7)를 통하여 토출된 후, 본 발명에 따른 냉각장치를 통과하면서 냉각되게 되는데, 이때 냉매로 사용되는 공기는 공기예비가열실(8)에서 적당한 온도로 예비 가열되어 냉각관(1) 일측에 형성되어져 있는 공기유입구(3)로 유입되고, 유통공간(2)을 거쳐서 상기 냉각관(1) 내부표면에 형성된 다수의 공기분사구(5)를 통하여 냉각관(1)내의 성형물 이동통로(9)로 분사되면서 그 공기가 성형물을 냉각시켜 주게 되는 것이다.

따라서, 냉각장치의 주요몸체인 냉각관(1)의 공기유통공간(2)으로 유입되는 공기의 온도와 흐름 및 공기압을 적절하게 조정해주게 되면 냉매로서 사용되는 공기가 그 조절된 상태대로 압출성형물을 서서히 냉각시켜주게 되므로 최종 성형제품의 기계적 물성의 향상을 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 공기분사구(5)를 통해 일정하게 공급되는 공기가 균일한 공기압으로 성형물 표면의 모든 방향에서 균일하게 냉각작용을 해줌으로써 토출 직후의 성형물이 중력에 의해 제품의 칫수 불균일을 일으키는 현상도 방지할 수 있으므로 제품의 칫수안정성을 얹을 수 있는 잇점을 가지게 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 냉각장치는 공기부양에 의한 냉각방식을 채택하고 있는 장치이기 때문에 성형물의 냉각 상태를 바람직하게 되도록 하기 위해서는 그 냉각관(1)의 내부표면에 형성된 다수의 공기분사구(5)의 간격이나 크기 및 공기분사방향 등의 공기흐름조건이 매우 중요하며, 그에 따른 공기압이나 공기온도를 성형물에 따라 조절하면 된다.

따라서, 본 발명에 따른 냉각장치에서 공기분사구(5)는 상기 냉각관(1)의 내부포면 전체에 걸쳐서 일정한 간격으로 다수의 공기분사구(5)가 뚫려져 형성되어 있는데, 그 간격은 성형물의 이동방향 즉, 냉각관(1)의 가로방향으로는 0.2 내지 10mm의 간격으로, 그리고 그 세로방향으로는 0.5 내지 20mm의 간격을 유지하면서 형성시켜 놓게 되면 바람직하다. 또한 이렇게 형성된 공기분사구(5)는 그 구멍을 반드시 원형단면으로 형성시켜야 하는 것은 아니고 사각형이나 슬릿형 등 어느 형태나 가능하지만 그 구멍의 크기는 반경 또는 대각선의 길이가 0.1 내지 5mm 정도인 크기이어야 적당하다.

만일 상기와 같이 공기분사구(5)를 형성함에 있어서 그 구멍의 간격이 더 좁아지거나 구멍의 크기가 크게되면 완전히 고형되지 않은 토출성형물에 좋지 않은 영향을 줄 수가 있으며, 그 구멍의 간격을 더 넓게 하거나 구멍의 크기를 작게 하는 경우에는 바람직한 냉각효과를 기대하기가 어렵다.

또한, 본 발명에 따른 공기분사구(5)는 냉각관(1)의 공기유통공간(2)내에 있는 냉매로서 사용되는 공기를 성형물 이동통로(9)로 분사하게 되는 공기분사통로의 역할을 하는 것으로서, 성형물의 이동방향에 따라 같은 방향으로 냉매로서의 공기흐름을 자연스럽게 해주어 이동하는 성형물자 냉매(공기)의 접촉상태를 좋게 해주게 되면 좋은데, 본 발명에서는 그 공기분사구(5)를 성형물의 이동방향으로 0° 내지 60°의 경사각을 가지며 5° 내지 60°의 비들림 각을 갖도록 형성시켜 놓는다. 이 경우 그 각도의 크고 작음은 성형물의 재질이나 형태 또는 성형제품의 요구되는 물성 등에 따라 약간의 변화를 줄 수도 있으나, 이는 대부분 공기압, 공기의 온도 등으로 조절 가능함으로 상기와 같은 각도로 공기분사구(5)를 형성해 놓으면 바람직하다.

만일 그 각도가 상기 보다 작은 각도를 유지하면 성형물의 이동과 공기의 자연스러운 접촉을 기대하기가 어렵게 되므로 제품의 질에 좋지 않은 영향을 줄 우려가 있고, 상기보다 큰 각도를 유지하게 되면 성형물과 동기의 접촉이 너무 약하여 바람직한 냉각효과를 얻을 수가 없고 냉각관(1)에 공기 분사구(5)의 형성상 어려움이 따르는 등 또 다른 문제점이 있어 좋지 않게 된다.

한편, 본 발명의 냉각장치에는 유량조절판을 설치하여 공기의 유량을 적절하게 조절함으로써 장치전반에 걸쳐서 균일한 공기압이 작용될 수 있도록 조절하는 것도 가능하며, 본 발명에 따른 냉각장치를 각 단계의 공기온도에 차이를 두어 조절해주면서 2단 또는 3단으로 냉각시킬 수 있도록 사용할 수도 있다. 예를 들면, 제1단에서는 수지의 유리전이온도 이상의 온도로 가열된 공기로써 서냉시키고, 제2단 또는 제3단에서는 프레온이나 드라이아이스 등으로 충분하게 냉각된 공기를 사용하므로서 냉각공정을 종결할 수도 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 냉각장치는 압출다이(7)에 부착하여 사용하게 되는데, 본 발명에 따른 냉각장치의 냉각관(1)선단에는 다이접속플랜지(10)를 부설하고, 그 다이 접속플랜지(1)와 냉각관(1) 사이에는 압출다이(7)에 직접적인 온도의 영향을 주지 않도록 하기 위해 단열재(11)를 끼워 넣도록 한다.

그리고, 본 발명의 냉각장치는 물이나 오일을 냉매로 사용하는 사이징장치와 접속하여 사용하는 경우에는 본 발명의 장치를 압출다이, 토출구 직후에서 부착하여 사이징 혹은 냉각조의 입구부분사이에 위치되도록 하여야 하는데, 공기를 이용하는 냉각은 수지의 종류에 따라 유리전이온도, 즉 반고화상태까지 냉각이 실시되도록 유량, 장치의 길이 및 공기온도 등을 조절할 필요가 있다. 이것은 공기만으로는 냉각을 완료하기 위해서 냉각장치의 길이가 상당히 길어져야 하기 때문이며, 유리전이온도이하까지 냉각된 플라스틱제품은 어느 정도 고화가 완료된 상태로서 통상의 물이나 오일 등을 이용하는 냉각장치에 연결시켜 사용하는 경우에도 급냉으로 인한 표면의 불량이나 칫수불균일화 흑은 기계적 물성저하의 염려가 거의 없기 때문이다.

특히, 본 발명에 따른 냉각장치는 봉이나 튜브 및 파이프의 제조시에 효과적이며, 전선코팅시에도 플라스틱성형물의 서냉을 보장해줌으로써 피복체와 수지간의 밀착성을 증가시켜주는 효과가 있다.

본 발명의 공기턴넬형 냉각장치를 압출제품의 성형작업에서 제품의 냉각방식으로 사용하여 냉각을 실시하는 경우에는 칫수의 안정성의 도모, 물성의 증가 및 외관손상의 방지 등의 효과를 얻을 수 있는데, 플라스틱 중에서도 용융점도가 매우 낮아서 용융강도가 적은 수지에 적용하는 경우에 특히 탁월한 효과를 얻을 수가 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

첨부한 도면 제1도와 동일한 형상의 공기턴넬의 냉각장치를 이용하여 외부직경의 20mm이고, 두께가 15mm인 나일론 6튜브를 제조하였다.

상기 장치는 단열재로서 글라스울을 사용하여 다이 토출구에 부착시키고 장치의 후미는 물을 이용하는 냉각조에 연결시켰는데, 형의 고정을 위해서는 사이징민드렐을 사용하였다. 이때 공기압은 약 7kpa이 되도록 조절하였는데 취출되는 제품의 상태에 따라서 유량조절판 및 유량조절밸브를 적절히 조절하여 최적의 냉각 및 표면상태가 유지되도록 조절한다.

이렇게 하여 제조된 튜브는 표면상태가 양호하였고 특히 진원도 유지가 양호하였으며 급냉으로 인한 물성의 저하를 방지할 수 있었다.

[실시예 2]

직경이 100mm인 나일론 6수지로서 봉을 압출성형하며 공기 턴넬식의 냉각장치를 예비냉각장치로 사용하고 25℃의 수온을 갖는 냉각조에 바로 연결하여 냉각을 실시하였다. 형태의 안정화를 위해서는 플레이트맨드렐을 사용하였다. 이 방법으로 생산된 봉제품의 특성은 진원도 획득에 특히 유리하였고 공기에 의한 서냉과정을 거침으로서 제품의 기계적 물성이 증가하였다.

[비교예 1]

상기 실시예 1의 나일론 6 튜브를 제조하는데 냉각조를 직접 다이토출구 부위에 근접시켜서 설치하고 냉각수의 온도는 상온(25℃)를 유지하였다.

이 방법에 의하여 제조된 튜브는 급냉으로 인하여 제품의 수축율이 불균일하였고 또한 물성의 상당한 감소가 예상되었다.

[비교예 2]

상기 실시예 1에 있어서, 냉가장치로는 물을 냉매로 하는 냉각조를 이용하고, 형태유지를 위해서는 사이징맨드렐을 이용한다. 다이와 냉각조 사이에는 물샤워 방식으로 예비냉각을 실시하였다.

[비교예 3]

상기 실시예 2의 나일론 봉제품을 압출 성형하는데 공기턴넬식 냉각장치를 사용하지 않고 냉각조로서 사이징 및 냉각을 실시하는데, 다이와 냉각조 사이에는 물샤워 방식을 택하여 예비냉각을 실시하였다.

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 튜브 및 봉에 대하여 각각의 물성을 측정하고 그 결과를 비교하여 나타내면 다음 표 1 및 표 2와 같다.

[표 1]

[표 2]

Claims (1)

1. 성형압출다이에 접속되어 성형물을 냉각시켜주는 공기유통공간(2)을 갖고 외부표면이 좌우대각선위치에 공기유입구(3)와 유출구(4)가 있으며, 내부표면에는 공기분사구(5)가 형성된 2중 관 형태의 턴넬형 공기냉각관(1)에 있어서, 상기 공기분사구(5)는 원형 또는 사각형으로 되어 있고, 그의 간격은 성형물의 이동방향인 상기 냉각관(1)이 가로방향으로 0.2 내지 10mm, 세로방향으로 0.5 내지 20mm의 일정간격을 이루면서 형성되어 있으며, 반경 또는 대각선의 길이는 0.1 내지 5mm이고, 성형물의 이등방향으로 0 내지 50도의 경사각을 가짐과 동시에 5 내지 60도의 비틀림각을 갖는 것을 특징으로 하는 플라스틱 압출성형물의 냉각장치.

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