KR920002397B1 - 로타리 스크류를 이용한 성형기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

로타리 스크류를 이용한 성형기

제1도는 본 발명을 실현한 성형기의 주요 부분을 도시한 길이방향 단면도.

제2a도는 스크류헤드를 도시한 확대 측면도.

제2b도는 제2a도에서 2B-2B 선을 따른 측면도.

제2c도는 제2a도에서 도시한 스크류 헤드의 단면도.

제3a도 내지 제3f도 그리고 제4a도 및 제4b도는 본 발명에 따라서 여러 가지 형태의 슬롯을 갖춘 스크류로부터 밀려 나오는 수지의 흐름을 도시한 도면.

제5도는 수정된 스크류 헤드를 도시한 사시도.

제6도는 T형 다이 방출 개구부의 폭방향으로의 온도 분포를 도시한, 그리고 실험 1의 결과를 도시한 그래프.

제7도 및 제8도는 실험 2의 결과를 도시한 제6도와 유사한 그래프

제9도는 실험 3에 따라서 색깔변화의 진행을 도시한 도표.

제10도는 실험 4에 따라서 색깔 변화의 진행을 도시한 도표, 그리고

제11도는 T형 다이를 이용한 종래 사출 성형기를 도시한 길이방향 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 21 : 로타리 스크류 2 : 드로틀 밸브

3 : 미터링 부분 6, 9 : 슬롯

20 : 호퍼부재 22 : 가열 실린더.

본 발명은 스크류의 전방끝에서 수지의 정체(stagnation)와 과열을 방지할수 있는 특별한 구조의 스크류 헤드를 갖춘 로타리 스크류를 각각 사용하는 단일 스크류 압출기, 블로우 성형기, 그리고 사출 성형기에 관한 것이다.

본 발명이 압출기, 블로우 성형기, 그리고 사출 성형기에 적용될수 있을지라도 단순화하기 위해서 이들은 단지 성형기라는 용어를 사용할 것이며 본 발명은 전형적인 실예로써 압출기와 관련하여 개시될 것이다.

종래의 압출기의 스크류 전방 또는 외부끝은 원추형 모양을 하고 있으며 스크류의 회전에 의해서 압출되는 용해된 수지는 스크류의 미터링 부분(metering section)의 주변으로부터 밀려나오며 스크류의 전방끝에 도달하도록 스크류의 원추형 표면을 따른 층류로써 나선형으로 흐른다. 스크류의 원추형 표면과 접촉하는 수지는 스크류의 회전 및 점성으로 인하여 가열된다. 점성가열이 스크류팁 주변의 이러한 나선형 흐름동안에 계속되면서, 수지의 온도는 계속 증가하며 스크류헤드의 중앙에서 최대에 도달한다. 더욱이 중앙부분에서 스크류의 회전에 의해 발생된 추진력이 없으므로 수지는 중앙부분에 머물러 있게 된다.

상기에서 언급한 바와 같이 종래의 스크류 또는 수지는 스크류헤드의 원추형 표면에서 과열되며 용해된 수지는 중앙부분에서 정체되는데, 이것은 다음 문제들을 야기하다.

1. 압출기가 장기간 간격으로 계속 작동되는 동안, 스크류의 원추형 부분에서 장기간 정체된 수지는 부분적인 가열에 의해서 품질이 저하되며 수지의 색깔이 변하게 된다. 저하된 수지부분이 압출제품에 흘러들어 가서 다른 색깔을 가진 피쉬아이(fish eye) 또는 줄무늬를 형성하여 압출제품의 품질을 저하시킨다.

2. 수지의 온도는 중앙부분에서 용해된 수지의 정체와 스크류헤드의 원추형 부분에서 가열로 인하여 주변에서 보다는 중앙부분에서 더욱 높다. 이것은 T형 다이 또는 옷걸이형 다이로 플랫필름 또는 시이트의 제조공정에 좋지 않은 영향을 미친다. 특히, 다이의 폭방향으로의 수지 온도 분포는 제1도 및 제11도에서 도시한 바와 같이 중앙에서 공급 개구부를 갖춘 T형 다이에서 중앙부분을 향해서 높아진다. 용해된 수지의 이러한 불균일 온도 분포에 의해서 야기된 용해된 수지 점성의 차이로 인해서 압출된 시이트의 두께는 다이의 폭방으로 변하게되며 단일한 두께로 시이트를 제조하기 위해서 이러한 상태를 수정하는데는 많은 시간이 걸린다.

3. 색깔변화의 시간에서 스크류의 팁 또는 전방끝에서 정체된 수지를 제거하는데는 일정한 시간이 소요되어서 장기간 색깔변화시간이 필요하다.

이러한 이유로, 제11도에서 도시한 바와 같이 종래 장치에 따라서 정적(static)믹서(26)가 용해된 수지흐름을 분산시키도록 그리고 반지름 방향으로 수지온도를 단일화시키도록 반경방향으로 용해된 수지의 혼합을 증진시키기 위해 압출기의 하류측에 구비되어 있다.

제11도에서 도시한 종래의 압출기는 본 발명의 이해를 돕기 위해서 개시될 것이다. 제11도에서 도시한 압출기는 수지 원료를 공급하기 위한 호퍼(20)와 스크류 팁과 약 120˚의 원추각도를 갖춘 압출기 스크류(21)로 구성되어 있다. 스크류의 회전에 의해서 호퍼(20)로부터 공급된 수지 원료는 가소화(可塑化)되며 하류측으로 이송되는데, 말하자면 좌측이다. 압출기는 스크류를 포함하고 있으며 외부 주변에 전기 히터(23)를 구비한 가열 실린더(22)로 구성되어 있다. 하류측으로의 흐름으로부터 용해된 수지에 이물질 혼입을 방지하기 위해서 가열 실린더(22)의 전방끝에서 브레이커 플레이트(25) 및 스크린 팩(24)을 역시 갖추고 있다. 스크류의 전방끝으로부터 압출되는 수지흐름을 반경방향으로 분산시키고 혼합시기기 위해서 정적 믹서(26)가 브레이커 플레이트(25)의 하류측에 구비되어 있어서, 수지온도를 단일하게 만든다. 원하는 형상으로 용해된 수지를 성형하기 위해서 T형 다이(27)가 구비되어 있다.

스크류의 전방끝의 구조를 개선함으로써 상기에서 언급한 문제들을 해결하기 위한 해결책이 예를들어 일본공개실용신안공보 제8070/1976호에 개시된 바와 같이 제안되었는데, 여기에서 수지흐름을 약화시키기 위한 어뢰모양부재가 가열 실린더의 내부표면과 어뢰모양부재 사이에 적당한 간격으로 스크류의 전방끝에 연결되어 있으며 1 또는 2 이상의 흐름로(path)가 어뢰모양부재의 주변표면에 형성되어서, 흐름로는 어뢰모양부재의 외부끝쪽에서 향한 개구부와 중앙을 통해서 흐르는 단일흐름통로와 연통한다.

이러한 구조로, 용해된 수지는 어뢰모양부재와 가열 실린더 사이의 간격을 통해서 어뢰모양부재의 전방가열 실린더에 위치한 브레이커 플레이트와 스크류 사이의 공간속으로 흐른다. 동시에 동일한 열 히스테리시스를 갖춘 용해된 수지는 주변의 용해된 수지를 당기도록 어뢰모양부재의 중앙 개구부로부터 계속 흘러나와서 용해된 수지의 정체를 방지한다.

제11도에서 도시한 바와 같이 종래의 성형기에는 정적 믹서가 구비되어, 스크류의 전방부분에서 용해된 수지의 온도는 단일하게 될 수 있지만 스크류의 전방끝에서 머물러있는 저하된 수지를 개선하지는 못한다. 더욱이, 색깔변화는 만족스럽게 효과를 보지 못한다.

상기에서 설명한 일본국 공개실용신안공보에서, 수지가 스크류의 중앙 개구부로부터 역시 밀려나오므로 수지는 스크류의 전방중앙부분에 머물러 있게 되지만 스크류의 주변으로부터 밀려나오는 수지와 스크류의 중앙부분으로부터 밀려나오는 수지의 혼합은 충분치 않은데, 이것은 색깔변화시간과 혼합특성에 대한 비교테스트(나중에 설명하게될 실험 4 및 제10도)에 의해서 입증되었다.

스크류의 원추형 표면의 회전에 의해 야기된 마찰 가열은 수지가 스크류의 원추형 표면을 따라 나선형으로 흐르므로 제거되지 않는다.

본 발명의 목적은 스크류의 전방끝에서 수지에 제한된 가열을 할수 있고, 수지의 개선된 혼합과 스크류의 전방끝에서 수지의 정체를 방지함으로써 수지의 온도를 단일하게 할수 있는 신규의 로타리 스크류를 갖춘 성형기를 제공하는데 있다.

본 발명에 따라서 가열 실린더, 플라스틱수지를 가열 실린더내로 공급하기 위해 가열 실린더의 한 끝에 구비된 호퍼, 플라스틱수지를 가소화시키기 위해 가열 실린더에 포함된 로타리 스크류, 호퍼 부재의 대향면에서 로타리 스크류의 부분으로 구비된 미터링 부분, 그들사이에 드로틀 부재를 한정하는 로타리 스크류의 전방끝과 가열 실린더의 내부표면으로 구성된 성형기를 제공하며, 로타리 스크류의 전방끝은 미터링 부분과 드로틀 부재와 연통하는 적어도 1의 슬롯이 구비되어 있어서 드로틀 부재와 슬롯을 통해서 지나는 가소화된 수지는 로타리 스크류의 전방끝의 앞에서 서로 혼합된다.

스크류는 여러 가지 모양으로 할 수 있다. 그러므로 스크류는 로타리 스크류의 끝표면을 가로질러 직경 방향으로 뻗어있는 단일슬롯, 또는 2개 또는 그 이상의 평행슬롯, 또는 3각형 또는 그리드형 모양으로 구성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예가 제1도 내지 제10도를 참조하여 개시될 것이며, 제11도에서, 도시한 대응부분은 동일한 참조번호가 부여되었다.

제1도에서 도시한 바와 같이 로타리 스크류(1)의 헤드에 가열 실린더(22)의 내부 표면과 함께 수지흐름을 억압하거나 또는 압착하는 드로틀 부재(2)가 구비되어 있다. 스크류(1)의 전방부분(3)은 스크류의 외경에 따라서 압출용량을 결정하기위한 미터링 부분과 스크류의 줄어든 직경부분의 직경과 스크류의 회전수로 이루어져 있다. 미터링 부분이 한정된 축선길이를 가지고 있을지라도, 일반적으로 스크류의 일정부분은 미터링 부분으로 이루어져 있다. 스크류의 나사산 사이의 간격은 제2챔버라고 부른다.

본 발명에 따라서 스크류의 외부끝 또는 헤드는 V자형 홈(5)이 형성되어 있으며 경사진 슬롯(9)는 미터링 부분(3)과 연통하도록 홈(5)의 바닥부분에 구비되어 있다. 제1챔버(7)는 실린더의 하류측과 가열 실린더(22)의 내부표면에서 브레이커 플레이트(25)에 한정된다.

스크류가 회전함에 따라 미터링 부분(3)에서 수지는 2개의 통로를 통해서 흐르는데, 1는 드로틀 부재(2)를 통해서 그리고 다른 1는 슬롯(6)을 통해서 흐르며 수지의 이들 2 흐름은 제1챔버(7)에서 혼합된다. 어댑터(8)는 제11도에서 도시한 정적 믹서(26)를 대처하기 위해서 가열 실린더(22)의 외부(좌측) 끝에 연결되어 있다. 어댑터(8)의 다른끝은 T형 다이(27)에 연결되어 있다.

제2a도, 제2b도, 그리고 제2c도에 도시한 바와 같이 경사진 통로(9)는 상부끝이 미터링 부분(3)과 연통되어 스크류의 외부끝을 통해서 형성되어 있다. 제2a도 및 제2c도에서 도시한 바와 같이 V형 홈(5)은 스크류의 전방끝표면을 가로질러 형성되어 있으며 슬롯의 바닥끝은 경사진 통로(9)와 연통되어 있다.

제3a도 내지 제3f도는 홈(6)의 모양과 갯수를 도시한 스크류의 전방끝 단면도이다. 제3a도, 제3b도, 및 제3c도에서 슬롯은 스크류의 전방끝을 가로질러 제공되어 있다. 제3a도에서 단일홈(6)이 스크류헤드의 격경방향으로 뻗어 있는 한편, 제3b도 및 제3c도는 2개 내지 3개의 홈이 각각 평행하게 제공되어 있다. 제3d도에서 홈(6)은 열십자 모양을 하고 있는 한편, 제3e도에서는 3각형 모양을 하고 있다. 제3f도에서, 슬릿(6)은 그리드형 모양을 하고 있다. 제3a도 내지 제3f도에서 알 수 있는 바와 같이 환상 드로틀 부재(2)를 통해서 압출되는 수지 흐름은 슬롯(6)으로부터 압출되는 수지흐름과 함께 혼합되며, 그러므로 합성된 수지 혼합물의 온도 차이를 줄이게 된다.

슬롯(6)의 모양은 제3a도 내지 제4f도에서 도시한 이들 모양에 한정되는 것은 아니다. 대안으로써, 수형 슬롯(6)의 양끝 또는 한쪽끝은 드로틀부재(2)를 통해서 압출되는 환상의 수지 흐름으로부터 분리된다.

제5도에서 도시한 수정에서, 스크류의 전방5끝은 원추형 표면대신 편평한 끝 표면을 갖춘 원통형으로 되어있다. 제5도에서 미터링 부분은 3으로 표시되어 있고, 슬롯은 6으로 표시되어 있으며 슬롯의 경사진 표면은 11로 표시되어 있다. 3개의 슬롯(6)은 실제로 동일한 면적을 갖춘 3개 부분으로 나누도록 끝표면(10)에 배치되어 있으며 이들 슬롯의 내부끝은 미터링 부분(3)과 연통된다. 이러한 구조로 압출된 수지의 혼합 효율은 단일 슬롯이 구비된 제2a도 내지 제2c도에서 도시한 실시예보다 더욱 높게 된다

본 발명의 여러가지 실시예의 장점이 다음의 실험으로 증명된다.

[실험 1]

본 시험에서 제1도에서 도시한 T형 다이의 출구개구부의 폭방향으로 수지온도분포가 사용되었다. 비교 테스트가 본 발명의 스크류와 제11도에서 도시한 종래의 스크류에 대하여 수행되었다.

본 실험의 테스트 명세서는 아래의 표 1에 표시되어 있는 한편, 실험결과는 제6도에서 도시되어 있다.

T형 다이의 출구 포오트에서 수지온도 분포는 제6도에서 도시하였다. 본 발명의 스크류로, 수지의 최대 온도는 207℃ 이며 최저온도는 182℃로써 25℃의 온도차이를 보여주고 있다. 하지만, 종래의 스크류로는 최대 온도는 210℃이고 최소온도는 175℃로써 35℃의 온도차이를 보여주고 있다.

그러므로, 본 발명의 스크류가 사용될 때, 온도분포는 T형 다이의 폭방향으로 10℃로 개선될 수 있다.

[실험 2]

실험 1과 유사하게 T형 다이의 폭방향 수지온도분포가 측정되었다. 제11도에서 도시한 종래의 장치에서 정적 믹서가 사용되었다. 제11도에서 도시한 종래의 스크류와 제2도에서 도시한 본 발명의 스크류를 사용하여 비교테스트가 이루어졌다.

본 발명의 테스트 명세서가 표 2에 도시되어 있는 한편, 실험의 결과는 제7도 및 제8도에 도시하였다.

[표 2]

제7도와 제8도 사이의 차이는 원료의 차이와 사용분야의 차이에 있다. 제7도는 2축 신장 필름을 성형하는데 사용되는 스미도모 화학(주)에서 생산한 수지 PP, FS 2011의 최대온도와 최소온도사이의 차이를 도시하고 있으며, 제8도는 음식 쟁반을 만드는데 사용되는 치쏘 석유 화학(주)에서 생산한 수지 PP.XF 1811의 최대 및 최소온도사이의 차이를 도시하고 있다.

제7도에서 인지하는 바와 같이 본 발명의 스크류를 사용하면 최대와 최소온도사이의 차이는 292-224=18℃이며 종래의 스크류와 정적 믹서와 조합이 사용될 때 최대와 최소온도사이의 차이는 245-224=21℃인데, 이것은 본 발명의 스크류가 종래의 스크류보다 우수하다는 것을 의미한다. 단지 3℃=21℃-18℃의 차이는 작지만 수지의 단일한 온도 분포와 우수한 분산을 실현하는데 효과적이다.

제8도는 본 발명의 스크류가 사용될때 수지의 최대와 최소온도의 차이는 237℃-226℃-11℃이며, 종래의 스크류의 정적 믹서의 조합을 사용할때 수지의 최대와 최소온도의 차이는 241℃-224℃=17℃라는 것을 도시하고 있다. 이것은 본 발명의 스크류가 탁월하다는 것을 역시 보여주는 것이다.

[실험 3]

본 실험에서는 다음의 3비교 테스트가 색깔변화특성에 대하여 이루어졌다.

3-1 본 발명의 스크류, 어댑터, 및 T형 다이의 조합.

3-2 종래의 스크류, 정지믹서, 및 T형 다이의 조합.

3-3 종래의 스크류, 어댑터, 및 T형 다이의 조합.

PP, X 1811과 마스터 배치 S-3307(검정색)의 5파아트로 구성된 혼합수지가 15분간 T형 다이를 통해서 압출되고, PP, XF 1811 천연수지(엷은 흰색)가 압출되어 색깔변화의 상태가 3분 간격으로 관찰되었다.

실험 3의 테스트 명세서가 다음의 표 3에 도시되었으며 실험결과는 제9도에 도시하였다.

[표 3]

본 발명의 스크류가 사용된 제9도에서 명확히 도시한 바와 같이 색깔변화는 종래의 스크류, 정지믹서, 및 T형 다이의 조합이 사용된 경우와 동일한 방식으로 18분후에 완성되었다.

이것은 종래의 믹서용으로 필요한 정적 믹서를 본 발명의 스크류에서는 기구를 단순화하기 위해서 필요없게 되었다는 것을 의미한다. 더욱이 제9도의 오른쪽 컬럼에 도시한 바와 같이 종래의 스크류, 어댑터, 및 T형 다이의 조합이 사용되는 유효 색깔변화시간은 27분이 필요하다.

[실험 4]

본 실험에서, 일본국 공개 실용신안공보 제8070/1976호에서 개시된 스크류와 본 발명의 스크류가 사용되었으며, 수지의 색깔 변화시간, 그리고 혼합특성은 압출기의 출구 포오트 근처의 페럴(ferrule)에서 비교되었다.

테스트의 절차는 실험 3의 절차와 동일하였다. 먼지 PP, XT 1811과 마스터 배치 S-3307(검정색, 2파아트)로 구성된 혼합 수지는 30분간 페럴을 통해서 압출되며 뒤어어 PP, XF 1811 천연수지(엷은 백색)가 압출되며 페럴에서 색깔 변화시간은 1분 간격으로 측정되며 압출된 수지의 단면이 관찰된다.

압출후 응고된 수지는 0.1mm의 두께로 잘려지며 표면은 50배율의 현미경으로 사진이 찍힌다.

실험 4의 테스트명세서는 다음의 표 4에 도시되어 있으며 색깔변화시간에 대한 실험 및 혼합특성에 대한 실험이 제10도에 도시되어 있다.

제10도는 본 발명의 스크류가 사용될 때 색깔 변화시간은 일본국 공개실용신안공보 명세서 제8070/1976호에 개시된 종래의 스크류를 사용할때보다 8분 단축된 것을 도시하고 있다.

본 발명의 스크류가 사용될 때 수지 혼합 특성은 상당히 개선되었으며, 여기에서 상기에서 언급한 일본국 공개 실용신안공보에서 개시된 종래의 스크류가 사용될 때 색깔 혼합특성은 줄무늬가 형성된 결과로 보잘것 없었다.

[표 4]

상기에서 설명한 4개의 실험은 본 발명의 스크류가 색깔변화특성과 혼합특성을 개선한다는 것을 도시하고 있다.

다시말해서, 본 발명의 성형장치는 스크류의 전방끝에서 수지의 혼합을 개선할 뿐만 아니라 스크류의 전방에서 수지의 정체를 방지하여 수지온도는 단일화되며 색깔변화에 필요한 시간은 줄어들게 된다.

Claims (10)

1. 가열 실린더, 상기 가열 실린더에 플라스틱수지를 공급하기 이해 상기 가열 실린더의 한쪽끝에 제공된 호퍼부재, 상기 플라스틱수지를 가소화하기 이해 상기 가열 실린더에 포함된 로타리 스크류, 상기 호퍼부재 대향면에 상기 로타리 스크류의 부분으로 제공된 미터링 부분, 및 그들 사이에 드로틀 부재를 한정하는 상기 가열 실린더의 내부 표면과 상기 로타리 스크류의 전방끝으로 구성되어 있으며, 상기 로타리 스크류의 전방끝은 상기 미터링 부분과 상기 드로틀 부재와 연통하는 적어도 1의 슬롯을 구비하고 있어서, 상기 드로틀 부재와 상기 슬롯을 통해서 지나는 가소화된 수지는 상기 로타리 스크류의 전방끝의 앞공간에서 혼합되는 것을 특징으로 하는 로타리 스크류를 이용한 성형기.
2. 제1항에 있어서, 일정한 직경이 형성된 상기 슬롯은 상기 로타리 스크류의 전방끝으로 향해 있으며 경사진 통로를 통해서 상기 미터링 부분과 연통하고 있는 것을 특징으로 하는 성형기.
3. 제1항에 있어서, 2 또는 그 이상의 슬롯이 평행하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 성형기.
4. 제1항에 있어서, 상기 슬롯은 열십자모양을 하고 있는 것을 특징으로 하는 성형기.
5. 제1항에 있어서, 상기 슬롯은 3각형 모양을 하고 있는 것을 특징으로 하는 성형기.
6. 제1항에 있어서함께 상기 슬롯은 그리드 모양을 하고 있는 것을 특징으로 하는 성형기.
7. 제1항에 있어서, 상기 슬롯은 로타리 스크류의 끝 표면을 직경방향으로 가로질러 뻗어 있으며, 상기 슬롯의 한쪽 끝은 상기 드로틀 부재로부터 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 성형기.
8. 제1항에 있어서, 상기 성형기는 압출성형기, 블로우 성형기, 또는 사출성형기로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 성형기.
9. 제1항에 있어서, 상기 로타리 스크류의 전방끝은 편평한 표면의 원통형 모양을 가지고 있으며, 편형한 표면은 상기 미터링 부분과 각각 연통하는 복수의 평행홈에 의해서 나누어지며, 상기 편평한 표면의 나누어진 부분은 실제로 동일한 면적을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 성형기.
10. 제1항에 있어서, 상기 로타리 스크류의 전방끝은 V자형 단면을 가지고 있으며, 상기 슬롯은 상기 V자형 단면의 바닥에서 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 성형기.

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