KR950011891B1 - 열가소성 재료의 관형 튜브의 냉각방법 및 그 방법의 사용장치 - Google Patents

열가소성 재료의 관형 튜브의 냉각방법 및 그 방법의 사용장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

열가소성 재료의 관형 튜브의 냉각방법 및 그 방법의 사용장치
도면은 본 발명의 따른 장치의 대체적이며 비한정적인 형태를 도시한다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 환형다이 2 : 압출기
3 : 원통형 링 4 : 오리피스
5 : 제1원통형 슬리이브 6 : 제2원통형 슬리이브
7 : 가압 공기 공급 장치 8 : 배플(baffle)
9 : 튜브 인플레이션 라인(tube inflation line)
10 : 고정용 스트랩(fastening straps) 11 : 원통형 링
용융 재료를 환형의 압출 취입 다이(annular extrusion- blowing die)를 통해 유동 시킴으로써 만들어지는 열가소성 관형 튜브를 냉각 시키는 것은 이미 공지의 것으로, 상기 튜브는 냉각 개시 단계에서는, 다이의 직경과 실질상 동일한 직경을 갖는 원통 형상으로 되어있다.
따라서, 특허 제 EP-A-0,041,803호 및 제 EP-A-0,077,661호에는 튜브가 다이를 이탈할때 이 튜브를 에워싸는 하방의 폐쇄된 원통형 체임버와 튜브가 하방 체임버를 이탈할때 이 튜브에 직각으로 냉각용 공기를 향하게 하는 취입링을 통상 구비하는 장치가 기술되어 있다. 상기의 첫번째 특허에 있어서의 장치는, 튜브가 성형된 후에 공기를 이 튜브에 접선 방향으로 향하게 하는, 취입링 상에 놓여진 상방 체임버를 부가적으로 포함한다. 상기한 두번째 특허에 기술된 상방 체임버는 취입링에 놓여지지 않고, 부가적으로 유도된 공기류(air current)가 도입되게 하는 특성을 갖는다.
특허제 FR-A-1421490호는 다이의 출구에 놓여진 공기 취입 용의 회전링 및, 이 링과 냉각할 관형 웨브 사이에 삽입되고 냉각용 공기를 튜브에 접선 방향으로 곡류 시키는 칼라를 포함하는 장치를 기술하고 있다.
특허 제 US-A-3307218호는, 최대직경에 도달 했을때 튜브를 에워싸고 변형 온도 이하로 냉각시키기 위해 튜브에 평행한 방향으로 공기 취입을 가능하게 하는 기구가 마련된 수직의 원통형 슬라이브를 포함하는 장치를 기술하고 있다.
특허 EP-A-0,130,909호에는, 공기류를 튜브 쪽으로 향하게 하는 강력한 취입링을 그 중간부에서, 그리고 튜브가 튜브의 밀림 방향으로 향한 공기류와 그 내부에서 접촉하는 상방 체임버를 상부에서 포함하는 장치가 기술되어 있다. 하부에서 이 장치는 적어도 한개 이상의 개구가 마련된 폐쇄되지 않은 하방 체임버를 부가적으로 포함한다.
상기한 제1과 제2의 특허에 있어서의 장치는 튜브가 열가소성 재료인 경우에서만 튜브로 부터 생성되는 필름의 광학적 특성을 개선해야 하는 결점을 가지는바, 상기 열가소성 재료에서는 필름이 종래의 냉각 시스템에 의거하여 생성될때 그 광학적 특성이 비교적 만족스럽다. 상기의 마지막으로 언급한 특허에서 이런 결점을 극복 가능한 장치가 기술되어 있다. 그렇지만, 실제로는 두께에 있어서의 약간의 불균일함과 같은 경미한 결점들이 튜브로 부터 생성된 필름에 나타날 수 있음이 주지의 사실이다.
본 발명에 따른 냉각 방법 및 장치의 목적은 튜브의 광학적 특성을 유지하거나 또는 개선도 시키면서 튜브 두께의 균일성을 개선 시키는 것이다.
본 발명의 주제는 환형다이를 통해 열가소성 재료를 열간 압출-취입함으로써 제조한 관형 튜브의 냉각방법에 관한 것인바, 제1단계에서는 다이의 직경과 실질상 동일한 직경을 갖는 원통 형상이고 제2단계에서는 실질상 원추대의 형상이며, 제3단계에서는 제1단계에서의 원통 보다 더 큰 직경을 가지나 축선은 제1단계에서의 원통과 동일한 축선을 갖는 원통의 형상으로된 상기 튜브를, 가압하의 주 공기류(stream of primary air)와 이 주 공기류에 의해 유도된 보조 공기류(stream of secondary air)를 이용하며 상기 주 공기류가 제2단계 중에 상기 튜브에 도달하게 하여 냉각시키는 상기 방법은 유도된 보조 공기류가 제1냉각 단계중에 튜브에 평행하고 튜브와 동일한 방향으로 이동하며, 그 대부분의 경로에 걸쳐 층류인 것을 특징으로 한다.
열가소성 재료는 래디컬 경로(radical route)에 의해 제조된 저밀도 폴리에틸렌, 찌글러 촉매에 의해 제조되고 아울러 저밀도 폴리에틸렌으로 알려진 3 내지 12개의 탄소원자를 함유하는 α-올레핀과 에틸렌의 공중합체 뿐만 아니라 비닐 아세테이트, 아크릴산 및 메타크릴산의 에스테르, 말레산 무수물, 일산화 탄소와 같은 극성 공단량체와 에틸렌의 공중합체로 부터 특히 선정된다. 전문가에게는 잘 알려진 바대로, 190℃에서 2.1kg의 하중 하에서 ASTM 기준 D 1238-73에 따라 측정된 용융지수가 0.1 내지 10dg/min사이에 있다면 이러한 폴리에틸렌과 공중합체의 다양한 혼합물을 사용하는 것도 가능하다.
대체로 주위온도로 되는 주 공기류는 제2단계의 튜브의 냉각중에 즉, 튜브의 직경이 다이직경과 실질상 동일한 값으로 부터 블로우-업비(blow - up ratio)의 함수인 최종 직경에 일치하는 값으로 변할때 튜브에 도달한다.
주 공기류와 튜브간의 각은 90˚와 0˚사이로 될 수 있고, 이 공기류의 이동은 튜브가 말려지는 방향으로 발생한다.
주 공기류에 의해 유도된 보조 공기류는 튜브 냉각의 제1단계에서 유리하게도 압출 다이에 가능한 근접하여, 튜브에 도달한다.
냉각 제1단계 중에 튜브에 의해 형성된 원통의 직경에 대한 길이의 비의 값이 유리하게는 1과 10사이에 있으며, 더 유리하게는 2와 7사이이며, 대략 4이면 바람직하다.
유리하게도, 유도된 보조 공기류는 그 경로의 최소한 80%에 걸쳐 층류이다.
이것은 공기류내에 약간의 선풍이 존재한다는 것을 의미하나 이 선풍이 압출 다이출구 지역에서는 한정되고 제한된다는 것을 의미한다.
주 공기류에 대한 유도된 보조 공기류의 체적비의 값이 유리하게는 0.01과 0.2사이에 있다.
유리하게도, 보조 공기류는 튜브가 확장될때 주 공기류에 합류한다. 이 경우, 주 공기류와 보조 공기류의 혼합류가 냉각 제3단계중에 유리하게 튜브쪽으로 흘러간다.
본 발명에 따른 냉각 방법은 특허 제 EP-A-0,130,909호에 따른 장치에 의해 얻어지는 양호한 광학적 성질을 유지하면서 보다 양호한 두께의 균일성을 나타내는 필름을 얻을 수 있게 한다.
본 발명의 다른 주제는 전술한 냉각 방법을 사용하는 장치에 관한 것으로서, 압출기(2)의 단부에 설치된 환형 다이(1)를 포함하는 이 장치는, 그 개구를 조정 가능하며 상기 다이와 동축선상으로 되어 이 다이에 놓여진 적어도 한개의 오리피스(4)를 포함하는 원통형 링(3), 다이(1)와 동축이며 상기 링(3)상에 놓여져 있는 제1원통형 슬리이브(5), 및 제1원통형 슬리이브(5)와 동축이며 이 보다 더 큰 직경을 갖는 제2원통형 슬라이브(6)를 부가적으로 포함하며, 제1 및 제2 슬리이브 간의 공간 하부에 적어도 한개의 장치(7)가 마련되어 가압 공기원에 연결되는 것을 특징으로 한다.
환형 다이(1) 및 압출기(2)로 구성되는 조립체는 전문가들에게 잘 알려져 있다. 튜브를 성형시키기 위해, 소정의 높이에서 가압 공기를 튜브내로 취입 시키는 도관(9)이 환형 다이를 통과한다.
원통형 링(3)의 오리피스 개구는 역시 원통형상인 슬라이드 밸브와 같은 공지된 수단에 의해 조정될 수 있다. 유도된 공기가 도입되도록 하기위해, 오리피스(4)를 폐쇄하는 장치가 최외측에 위치하여 가벼운 공기류가 상기 장치로 도입될 수 있게끔 한다.
높이가 직경과 최소한 동일한, 유리하게는 직경의 1배 내지 10배 더 양호하게는 2배 내지 7배, 대략 4배이면 더욱 바람직한 제1원통형 슬리이브(5)가 다이(1)와 동축선상으로 링(3)상에 놓여진다. 유리하게도 이들(3, 5)은 누출 방지되게끔 연결되고 또한 용접이나 경납땜에 의해 연결될 수 있다. 아울러 이 두개의 구조성분(3 및 5)은 기계 가공에 의해 직접 제작되는 일체인 한개의 구조 성분으로 구성될 수 있다.
제1원통형 슬리이브(5)와 제2원통형 슬라이브(6)는 각기 한 개의 구조 성분으로 구성될 수 있으나, 이들이 여러개의 부분품으로 구성됨이 유리하다.
슬리이브(5)의 하부가 링(3)과 일체로 될 수 있는바 이럴 경우 슬리이브(5)의 중간부재 및 상부 부재는, 상호 끼워질 수 있으며 하부 상에 연이어 설치되는 원통으로 구성됨이 유리하다.
본 설비를 용이하게 해체할 수 있도록 하기 위해, 두개의 슬리이브(5 및 6)중 일방 또는 타방, 또는 양쪽 모두에 모체를 따라 상기 두개의 슬리이브를 개방시키는 장치를 마련함이 유리하다. 따라서, 이 경우에는 슬리이브가 한편으론 힌지와 같은 수단에 의해, 다른 편으로는 파스너(fastener)에 의해 연결되는 두개의 반(half)원통을 포함하다. 제1슬리이브(5)와 제2슬리이브(6)모두가 상호 끼워질 수 있는 원통으로 구성되는 경우, 각 슬리이브에는 모체를 따라 슬리이브(5, 6)를 개방시키는 장치가 장착될 수 있다.
슬리이브(5)의 상단은 열가소성 재료의 튜브가 냉각 제2단계로 진입하는 지점, 즉 튜브가 확장되기 시작하는 지점의 높이에 위치한다. 중력 작용으로 인해 튜브가 낙하하는 것을 방지하기 위해, 슬리이브(6)의 상단은 슬리이브(5)의 상단의 높이보다 더 높은 곳에 위치함이 바람직하고, 두개의 슬리이브의 상단에 의해 정의되는 가상표면이 제2냉각 단계중에 튜브를 에워싸는 원추대를 형성한다.
본 발명의 대체형태에 따라, 슬리이브(5 및 6)중의 하나 또는 두개 모두의 상단은 상방으로 확장되는 원추대의 형상이다.
유리하게도 본 발명의 다른 매체 형태는 슬리이브(6)의 상단에 배플(8)을(예컨대, 삽입하여)장착하는 것이다.
배플은 제3냉각 단계의 초기에 주 공기류와 유도된 보조 공기류가 튜브를 따라 흐르도록 하기 위한 장치이다.
이 대체 형태는 제3냉각 단계중에 튜브의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 원통형 슬리이브에 의해 신장된 상방으로 확장되는 원추대의 형상인 슬리이브를 포함할 수 있다.
또한, 이 대체형태는 다이와 동축선상으로 배열된 증가하는 직경을 갖는 일련의 원통형 링으로 구성되는 장치를 포함하는 바, 일정한 직경을 갖는 링의 하부가 그 바로 밑에 높여진 링의 상부를 장식한다. 대체형태에 따라 최소한 한개의 링이, 바람직하게는 각각의 링이 평면에 의해 상방링에 연결된다.
다른 바람직한 대체 형태에 따라, 링의 높이를 조정 가능케 하는 고정용 스크루 삽입용의 수직의 긴 타원형 오리피스들을 포함하는 최소한 2개의 "계단"형 고정용 스트램(10)에 의해, 링은 상호 연결되어지며 또한 슬리이브(6)의 상부에 연결된다. 이 대체 형태에 따라, 가벼운 공기류가 각 링 사이를 수직방향으로 이동한다.
본 발명에 따른 장치는 특허 제 EP-A-0,130,909호의 제2도에 도시된 것과 같은 내부 냉각장치를 부가적으로 구비할 수 있다. 이 경우의 슬리이브(5 및 6)는, 상호 바람직하게 끼워질 수 있고 모체를 따라 개방될 수 있는 부재들로 구성된다.
이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도면에 도시된, 본 발명의 대체적이며 비한정적인 형태를 예시하는 본 장치는, 튜브 인플레이션 라인(9)을 포함하며 압출기(2)의 단부에 설치된 환형 다이(1)와, 자체에 구멍이 뚫리고 그 이동이 오리피스(4)가 결코 완전히 폐쇄되지 않도록 정지자에 의해 제한받는 원통형 링(11)을 포함하는 슬라이드 밸브에 의해 동시에 조정될 수 있는 개구를 갖는 여러개의 오리피스(4)를 포함하는 원통형 링(3)과 상호 끼워질 수 있는 4개의 원통(52, 53, 54및 55) 및 베이스(51)로 구성되는 제1원통형 슬리이브(5)와, 상호 끼워질 수 있는 4개의 원통(62, 63, 64및 65) 및 베이스(61)로 구성되는 제2원통형 슬리이브(6)와, 슬리이브(5)와 슬리이브(6)사이에 위치한 공간 내로 가압공기를 공급하는 장치(7)와, 그리고 2개의 "계단"형 고정용 스트랩(101, 102)에 의해 상호 연결되어지며 또한 슬리이브(65)의 상부에 연결되는 2개의 원통형 링(81, 82)을 포함하는 배플(8)로 이뤄진다.
열가소성 재료의 튜브는 참조번호 G로 개략 도시한다.
본 장치는 하기의 방식으로 연속 작동된다.주 공기류는 공급장치(7)를 통해 가압되어 도입되고, 슬리이브(5)와 슬리이브(6)간의 공간을 통과하여 튜브가 확장될 때 이 튜브에 도달한다. 주 공기류의 출구가 흡입에 의해, 오리피스(4)를 통해 튜브와 슬리이브(5)간의 공간으로 도입되는 보조 공기류를 유도한다. 보조 공기류는 층류이며, 슬리이브(5)의 상부에서 주 공기류에 합류한다. 이어, 혼합된 공기류가 배플(8)에 의해 대기로 흘러나간다.
본 발명에 따른 냉각 방법 및 전술한 장치의 사용에 있어서의 이점이 실시예를 통해 예증된다.
[실시예 1 내지 3]
150mm직경, 0.8mm간격 다이로 설비된, 도면에 도시된 본 장치는 래디컬 경로에 의해 제조된 저밀도 폴리에틸렌(Ldpe)을 압출하기 위해 사용되는 바, 이 (Ldpe)의 밀도(D)와 ASTM기준 D 1238-73에 따라 측정되고 dg/min로 표시된 용융 지수(MI)가 표 1에 나타나있다.
블로우 - 업비(다이의 직경에 대한 제3냉각 단계에서의 튜브 지격˚의 비)는 2이다.
표 1에서, 주 공기류에 대한 유도된 보조 공기류의 체적비(V), 성형되는 폴리에틸렌 분량(Q : polyethylene throughput)(kg/h로 표시됨)이 또한 나타나있다.
얻어진 튜브는 광학적 결점이 없다.
얻어진 필름에 대한 측정값으로서, 마이크로미터로 표시된 두께 윤곽(T), 그리고 NFT 기준 54109에 따라 측정되고 그램으로 표시된 충격 강도(Si)가 표 1에서와 같다.
[표 1]
Figure kpo00001
[비교예 4 내지 6]
실시예 1 내지 3에서와 각기 동일한 폴리에틸렌이 특허 제 EP-A-0,130,909호의 블로우-업비가 2인 실시예 13에 기술된 장치를 사용함으로써 튜브로 전환되었다.
소요 데이타와 얻어진 결과는 표 2에서와 같다.
[표 2]
Figure kpo00002
본 발명에 따른 냉각 방법 및 장치는 특허 제 EP-A-0,130,909호와 비교해볼때 양호한 필름 광학적 특성을 유지하면서 보다 균일한 윤곽과 개선된 충격 강도를 갖는 필름을 획득 가능케 한다.
이러한 결과는, 높이가 낮게 되면서 일정한 질량 분량(mass throughput)으로 보다 높은 선형 산출비(linear product output rates)를 달성 가능케 하는 장치에 의해 얻어지는바, 따라서 두께가 보다 얇은 튜브가 얻어진다. 이러한 선형 산출비는 슬리이브(5 및 6)의 높이를 증가 시킴으로써 더욱 증대될 수 있다.
[실시예 7]
실시예 1 내지 3에서와 동일한 장치에 의해, 용융 지수가 0.42dg/min, 밀도가 0.922g/㎤이며 CdF CHIMIE E. P. 회사에 의해 LOTRENE FX 429의 명칭으로 판매하는 래디컬 경로의 저밀도 폴리에틸렌이 30㎛의 관형 웨브로 전환되었다. 얻어진 필름은(ASTM기준 D 1003에 따라 측정하여)단지 2%의 공학적 헤이즈(haze)를 가지며, 매우 일정한 두께 윤곽을 갖는다.
비교해 보면, 가압 공기가 관형 다이의 출구에서 직접 취입되는 공지의 냉각장치를 사용함으로써 동일한 폴리에틸렌이 튜브로 전환된 경우에 있어서 얻어진 필름은 6%의 광학적 헤이즈를 갖는다.

Claims (12)

  1. 제1단계에서는 다이의 직경과 실질상 동일한 직경을 갖는 원통형상이고, 제2단계에서는, 실질상 원추대의 형상이며, 제3단계에서는 제1단계에서의 원통보다 더 큰 직경을 가지나 축선은 제1단계에서의 원통과 동일한 축선을 갖는 원통 형상의 관형 튜브로서, 환형다이를 통해 열가소성 재료를 열간 압출-취입함으로써 제조되어지는 상기 튜브를, 가압 주 공기류와 이 주 공기류에 의해 유도된 보조 공기류를 이용하며, 상기 주 공기류가 제2단계중에 상기 튜브에 도달되게 하여 냉각시키는 방법에 있어서, 유도된 보조 공기류가 제1냉각 단계중에 튜브에 평행하고 튜브와 동일한 방향으로 이동하며, 그 대부분의 경로에 걸쳐 층류임을 특징으로 하는 열가소성 재료의 관형 튜브의 냉각 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유도된 보조 공기류가 그 경로의 80% 이상에 걸쳐 층류임을 특징으로 하는 열가소성 재료의 관형 튜브의 냉각 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 주 공기류에 대한 유도된 보조 공기류의 체적비가 0.01과 0.2사이에 있음을 특징으로 하는 열가소성 재료의 관형 튜브의 냉각 방법.
  4. 제1항에 있어서, 주 공기류와 유도된 보조 공기류의 혼합류가 제3단계 초기에 튜브 쪽으로 흘러감을 부가적으로 특징으로 하는 열가소성 재료의 관형 튜브의 냉각 방법.
  5. 압출기(2)의 단부에 설치된 환형 다이(1)를 포함하는 냉각 방법을 사용하는 장치에 있어서, 그 개구를 조정 가능하며 상기 다이와 동축선상으로 되어 이 다이에 놓여진 하나 이상의 오리피스(4)를 포함하는 원통형 링(3), 다이(1)와 동축이며 링(3)상에 놓여져 있는 제1원통형 슬리이브(5), 및 제1원통형 슬리이브와 동축이며 이 보다 더 큰 직경을 갖는 제2원통형 슬리이브(6)를 부가적으로 포함하며, 제1 및 제2 슬리이브 간의 공간 하부에 가압 공기원에 연결되는 장치(7)가 하나이상 마련됨을 특징으로 하는 제1항에 따른 냉각 방법의 사용 장치.
  6. 제5항에 있어서, 2개의 슬리이브(5 및 6)중의 하나 또는 둘다가 여러개의 부분품으로 구성됨을 특징으로 하는 상기 냉각 방법의 사용 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 부분품들이 상호 끼워질 수 있는 원통임을 특징으로 하는 상기 냉각 방법의 사용 장치.
  8. 제5항 내지 제7항중 어느 한항에 있어서, 슬리이브(5, 6)의 하나 또는 둘다에는 모체를 따라 슬리이브(5, 6)를 개방 가능하게 하는 장치가 마련됨을 특징으로 하는 상기 냉각 방법의 사용장치.
  9. 제5항에 있어서, 슬리이브(6)의 상단이 슬리이브(5)의 상단보다 더 높은 위치에 배치됨을 특징으로 하는 상기 냉각방법의 사용장치.
  10. 제5항에 있어서, 슬리이브(5, 6)중의 하나 또는 둘다의 상단이 상방으로 확장되는 원추대의 형상임을 특징으로 하는 상기 냉각방법의 사용장치.
  11. 제5항에 있어서, 슬리이브(6)의 상단에 놓인 배플(8)을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 냉각 방법의 사용 장치.
  12. 제11항에 있어서, 배플(8)이 다이와 동축선으로 배열되고 2개 이상의 고정용 스트램에 의해 상호 연결되어지며 또한 슬리이브(6)의 상부에 연결되어지는 증가하는 직경을 갖는 일련의 원통형 링으로 구성됨을 특징으로 하는 상기 냉각 방법의 사용장치.
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