KR960002711B1 - 압출 제품 및 이들의 제조방법 - Google Patents

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글렌 웰리간 데니스
오토 젬케 로날드
주니어 월터 윌리암 펄라이코브스키
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미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 컴패니
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Abstract

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Description

압출 제품 및 이들의 제조방법
제1도는 본 발명의 방법을 수행하기 위한 압출장치의 측면도이다. 압출장치는 냉각매질 탱크위에 위치되어 있으며, 냉각매질에서 압출 웨브(web)를 제거하기 위한 장치와 결합되어 있다.
제2도 및 제3도는 본 발명의 방법을 수행하기 위한 또 다른 압출장치의 측면도이다.
제4도는 본 발명의 방법을 수행하고 본 발명의 제품을 제조하는데 유용한 압출 다이(die)의 대표적인 개구부 형태를 나타내고 있다.
제5도 및 제6도는 본 발명의 특정 제품을 제조하기 위한 다이의 대표적인 설계이다.
제7도는 제6도에서 도시된 설계 형태의 다이를 사용하여 본 발명에 따라서 제조된 압출 제품의 평면도이다.
제8도-제22도는 본 발명에 따라서 제조된 압출 제품의 또 다른 실례를 나타낸 횡단면도이다.
본 발명은 제품의 한 측면 또는 양 측면상에 불규칙한 파형리브(rib)구조를 가진 압출 제품에 관한 것이며, 기계적 이동부 또는 왕복부가 없는 압출 다이(die)로 직접 압출함으로써 제품을 압출하는 방법에 관한 것이다.
각종 3차원 플라스틱 구조는 넓은 범위의 용도에 사용되고 있다. 예를 들면, 주름진 스테이플 섬유로 성형될 수 있는 3차원 웨브(web)는 접촉지점에서 함께 결합하고 있거나, 또는 압출되고 자생적 결합된 연속필라멘트와 함께 결합하고 있다. 웨브는 부직 연마패드(pad) 또는 제품의 구조 요소로서 사용될 수 있다. 또한, 동일한 섬유 또는 필라멘트 구조 및 다른 3-차원 개방 플라스틱망(예, 그물 거품모양)도 필터, 완충매트, 소제매트 또는 각종 다른 용도로서 사용될 수 있다.
플라스틱과 같은 각종 물질의 3차원구조를 제조하는 여러 방법은 당업계에 공지되어 있다. 미합중국 특허 제4,332,757호(블랙몬)에는 가연사(假燃絲)를 수득하기 위하여 나란한 배열로 중합체의 용융스트림을 결합시키는데 하나의 스트림을 다른 스트림보다 고속으로 하여 제조되는 직조된 연속 필라멘트 방사의 제조방법을 기술하고 있다.
본 출원의 양수인에게 양도된 미합중국 특허 제4,384,022호(호울러)에서는 연속회전의 나선형으로 연장된 열가소성 코어필라멘트와 일반적으로 나선형의 외부를 따라서 축방향으로 선형 연장된 열가소성 시이드(Sheath)필라멘트로 이루어진 필라멘트 구조에 대하여 개시하고 있다. 그러나, 상기 특허에 의해 성형된 구조는 나선형을 유지하기 위하여 1보다 훨씬 큰 비를 갖는 코어필라멘트를 포함할 수 없다.
미합중국 특허 제3,178,328호(티트만)에서는 진동부를 가진 다이를 사용하여 진동 필라멘트와 함께 선형 필라멘트를 압출하고 진동 필라멘트에서 사인 곡선이 나타나도록 필라멘트를 진동시킴으로써 망형구조를 생성시키는 플라스틱망의 제조방법 및 장치에 대하여 기술하고 있다. 티트만의 특허에서는 평평한 플라스틱망이 제조될 수 있다는 것만 개시하고 있다.
미합중국 특허 제3,193,604호(메세르)에서는 왕복 또는 회전 압출 다이를 사용하여 시이트(Sheet)의 양측면상에 리브를 가진 압출 시이트를 형성하는 능력에 대하여 개시하고 있다. 주어진 측면상에서의 리브는 리브 진동의 진폭 및 리브 간격에 따라서 서로 교차되거나 결합될 수 있다.
미합중국 특허 제4,233,259호(피트라투스)에서는 상향 렉(leg)이 파형되어 테이퍼지지 않은 파형 핀(fin)을 형성하는 한 개의 역전된 "T"(횡단면) 요소 또는 스트랜드(strand)를 압출하는 방법에 대하여 기술하고 있다. 기초 개구부보다도 다이의 핀측면 개구부로 이어지는 근접표면의 길이가 더 짧기 때문에 파형이 일어난다. 이로 인해 유동 속도가 높은 영역이 생겨서 측면 개구 영역으로 압출되는 물질의 공급이 증가된다. 또한, 상기 특허는 핀 폴딩(fin folding) 방향을 변화시키고/시키거나 그 폭을 조절하기 위한 안내판을 오리피스출구 근처에 설치해야 하는 필요성을 기술하고 있다.
미합중국 특허 제4,419,315호(케슬러)에서는 동일한 압출 방법으로부터 백킹 스트립에 부착되는 파형의 다수의 얇은 테이퍼지지 않은 가요성 리브로 구성된 풍우스트립의 압출에 대하여 개시하고 있다. 직선 및 동양구조(sinusoidal)의 리브 결합도 기술되어 있다. 케슬러의 특허에서는 불규칙한 횡단면측면을 가진 리브에 대해서는 개시하고 있지 않다.
본 출원의 양수인에게 양도된 미합중국 특허 제4,631,215호(웰리간)에서는 약 2 이상의 가로세로비를 가진 규칙적으로 포개진 파형 압출 요소에 의해 분리된 다수의 평행하게 압출된 일정한 간격의 선형 필라멘트로 구성된 압출 제품에 대하여 기술하고 있다. 파형은 그 양 측면상에 반대되는 정점(apex)을 가지며 파형요소의 한 측면상의 정점은 초기에 접착제없이 평행하게 압출된 요소의 하나에 결합되고, 파형 요소의 다른 측면상의 정점은 다른 평행하게 압출된 요소에 결합된다.
본 발명은 기초 요소 및 하나 이상의 파형 테이퍼 리브 요소를 가지는 독특한 압출 제품에 관한 것이다. 리브 요소는 기초 요소의 전 길이에 걸쳐 기초 요소에 부착된다. 본 제품은 다수의 테이퍼진 리브 요소를 가질 수 있으며, 또한 제2구조, 즉 리브 요소에 결합한, 테이퍼지지 않은 리브 요소를 가질 수 있다.
더 구체적으로 본 발명의 압출 제품은 부착 말단부와 자유 말단부를 가진 하나 이상의 긴 리브 요소, 및 긴 기초 요소를 포함하고 있으며, 여기서 부착 말단부는 기초 요소의 전체 길이에 걸쳐 상기 기초 요소에 부착되어 있고, 리브 요소의 부착 말단부는 자유 말단부 보다 폭이 좁다. 리브는 부착 말단부에서 기초 요소와 동일한 길이를 가지고 있으며, 자유 말단부에서는 더욱 길고, 또한 파형으로 되어 있다.
본 발명은 평편의 기초 요소를 가진 제품에 한정되어 있지 않고, 파형, 원형, 또는 관형 횡단면을 가진 기초 요소를 구비한 제품을 포함할 수 있다. 리브는 서로 분리되어 있거나, 또는 서로 접촉하고 있을 수도 있다. 또한, 서로 상이한 진폭 및/또는 상이한 파형도수 및 상이한 높이를 가진 리브들을 혼합하는 것도 가능하다. 리브는 일직선의 압출요소 또는 다른 측면과 함께 모든 조합으로 삽입될 수 있다. 이러한 일직선의 요소는 기초 요소에 부착될 수도 있지만 이것이 꼭 필요한 것은 아니다.
본 제품을 하기의 단계로 제조된다 :
a) 정합상태(conformable state) 및 경화된 상태를 가진 압출성 프라스틱 물질을 압출하여 부착 말단부와 자유 말단부를 구비한 하나 이상의 긴 리브 요소(rib element) 및 기초 요소(base element)를 가진 긴 압출 구조를 형성하는 단계 ; 여기서 부착 말단부는 기초 요소의 전 길이에 걸쳐 기초 요소와 접촉하고 있다. 리브 요소의 부착 말단부는 자유 말단부 보다 폭이 좁으며, 리브 요소의 부착 말단부 및 기초 요소의 압출속도는 동일하지만, 리브 요소의 자유 말단부의 압출 속도 보다 충분히 느려서 이들 구조를 압출할 때 리브 요소의 자유 말단부에 파형이 형성되게 한다.
b) 플라스틱 물질을 정합상태로 유지시키면서 기초 요소의 변형없이 리브 요소의 자유 말단부를 파형지게 하는 단계 ;
c) 그 다음, 플라스틱 물질을 리브 요소의 자유 말단부에서의 파형 상태를 유지하면서 경화상태로 전환하는 단계.
본문에서의 "압출성 플라스틱 물질"이란 압출 오리피스로부터 필라멘트, 리본, 필름 등으로 압출될 수 있는 점도를 가진 물질을 말하며, 압출된 후 일정한 시간동안 압출 형태를 유지하는데 충분한 응집성을 가져 그 다음의 공정단계를 수행할 수 있는 물질을 말한다.
본 발명은 열가소성 물질에만 한정되어 있지는 않다. 점탄특성을 지닌 물질이면 모든 유기 또는 무기물질이 사용될 수 있으며, 이러한 물질은 상기 특성을 중간단계에서도 유지하고 있어야 한다. 또한 이러한 물질은 건조, 연소 냉동 또는 고온의 오일 세팅(oil setting)등과 같은 그 다음에 필요한 공정단계를 수행하는데 충분히 오랜 시간동안 압출 형태를 유지하고 있어야 한다.
본 발명에서 사용되는 필라멘트-형성 압출성 플라스틱 물질을 제공하는 물질을 실례로는 하기의 (a)-(g)를 들 수 있다 :
(a) 다이를 통해 용융 상태로 용융압출 또는 압축성 압출될 수 있으며, 압출후 냉각시에 경화될 수 있는 합성 열가소성 수지. 용이하게 수득할 수 있는 적합한 열가소성 물질로는 폴리아미드 또는 슈퍼 폴리아미드(예, 나일론), 폴리에스테르, 폴리우레탄, 비닐중합체(예, 비닐 아세테이트 중합체), 염화비닐 중합체, 염화폴리비닐 및 다른 에틸렌성 불포화된 단량체(예, 비닐 아세테이트, 염화 비닐리덴 및 유사 단량체)와 염화 폴리비닐과의 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 열가소성 고무, 폴리오레핀 중합체 및 폴리스티렌을 들 수 있다.
(b) 차후에 가황되거나 또는 가황제를 함유한 천연 및 합성고무.
(c) 액체 또는 반액상태에서 압출될 수 있는 열경화성 플라스틱 물질 또는 열가소성 물질과 열경화성 물질의 혼합물.
(d) 전술한 바와 같이 용매내에 용해 또는 분산되며 압출할 수 있고, 건조(예 : 용매증발에 의해), 침지 또는 다이로부터 플라스틱물질이 빠져 나올 때 응고제로 분산시켜 경화시킬 수 있는 많은 열가소성 수지뿐만 아니라 셀룰로오스 또는 단백질 물질, 셀룰로오스 아세테이트, 아크릴레이트 중합체등의 용매용액으로부터 압출된 천연 및 합성 섬유-형성물질.
(e) 경화시에 고형 또는 탄성 캔디를 형성하는 설탕을 주성분으로 하는 혼합물등과 같은 용해 식품, 용융 식품 또는 분쇄 슬러리된 식품을 함유할 수 있는 물질과 같은 혼합물.
(f) 상기 물질을 함유하는 포말성 조성물.
(g) 다이를 통해 압출되어 필라멘트를 형성할 수 있는 다른 플라스틱 물질.
하기의 도면을 참고하여 본 발명을 더욱 명확히 이해할 수 있다.
제1도에서 나타낸 바와 같이, 압출성 플라스틱 물질은 압출기(10)에 의해(여기서, 압출물질은 플라스틱으로 될 수 있음) 적당한 압출 표면(12)을 가진 압출 다이(11)로부터 압출되어 연속적인 압출 웨브(13)를 형성한다. 제1도, 제2도 및 제3도에서 나타난 바와 같이, 웨브(13)를 조작 운용하는 다양한 방법이 가능하다. 제1도에서 압출 웨브는 적합한 냉각매질(예, 물)을 함유한 냉각 배스(14)내에서 형성된 후 아이들러롤 세트(15, 16)에 의해 냉각 배스내로 이동되고 아이들러 롤 세트(17) 사이로 통과되어 배스내에서 제거된 후 권선되어 감겨지거나 제품으로 삽입될 수 있다.
제2도에서 나타난 바와 같이, 적당한 아이들러 롤 세트(21)가 구비된 공기 또는 수분산 냉각실을 사용하여 압출 웨브를 일직선 형상으로 유지하는 것도 가능하다. 더우기, 제3도에서 나타난 바와 같이, 압출 웨브는 연속 냉각벨트(30)상에 놓일 수도 있으며, 냉각벨트(30)은 필요에 따라서는 열의 발산 및 강제된 공기의 통로를 제공하기 위하여 다공성인 것이 바람직하다.
제4도는 본 발명의 가장 간단한 압출 제품을 압출할 수 있는 개구부를 가진 대표적인 압출 다이 형태를 나타내고 있으며, 여기서 한개의 단일 리브 요소(41)은 평면의 기초 요소(42)에 부착된다.
본 발명에 의해 수득되는 압출 구조는 실질적으로 압출 슬롯트의 크기, 즉 리브 요소의 폭에 따라서 각종 변형이 가능하다.
제4a도는 평면의 기초 요소(42)에 부착된 한개의 단일 리브 요소(41)로 구성되는 제4도의 다이에 의해 압출된 제품의 횡단면도를 나타내고 있다.
제5도는 유사한 다이를 나타내고 있다. 기초 요소(50)의 폭(단면-웨브)은 제품에서 제동(damping) 및 부착의 두가지 효과에 영향을 미친다. 그러므로, 백킹 면으로 구부러지는 압출리브의 힘에 의해 전체의 구조가 파괴되지 않는데 충분한 기계적 제동을 제공하도록 상기 폭을 선택해야 한다. 아니면 리브는 휘어질 것이다. 또한, 기초 요소의 이면(이동벨트 또는 회전실린더)에 저지(retarding) 표면을 일시적으로 부착하여 이러한 제동의 질량 영향을 최소함으로써 부착된 리브보다 기초부가 더욱 얇아지도록 하는 것도 가능하다. 기초 요소 폭의 두번째 효과는, 보다 빠른 이동부인 리브의 자유 말단부 보다 저속으로 이동하는 부착점을 제공한다는 것이다. 그것은 리브에 파형을 갖게 하는 백킹 관성과 결합되는 이러한 속도 차동(differential)에 의해 생긴다.
속도 차동은 각종 방법에 의해 수행될 수 있으며, 가장 간단한 방법으로는 적당한 측면을 가진 특별히 설계된 다이를 사용하는 것이다.
제작하기 쉬운 간단한 측면은 제5도에서 나타난 바와 같이, 일정하게 테이퍼진 슬로트인데 여기서 (52)는 두번째 슬로트와 테이퍼진 슬로트가 결합하여 부착부를 형성하는 지점에서 리브 오리피스 폭(Wb)이며, (53)은 리브의 자유 말단부를 형성하는 테이퍼진 슬로트 지점에서의 리브 오리피스 폭(Wt)이다. 나타난 리브 요소의 테이퍼는 간단한 선형 테이퍼이지만, 그것은 더 복잡한 형태로도 될 수 있는데, 예를 들면, 리브의 자유 말단부에서의 면적이 부착된 말단부에서의 면적보다 더 큰 리브를 생산하기만 하면 포물선 또는 다른 다양한 곡선등이 될 수 있다. 속도분포가 최소인 다이는 거의 파형이 없는 압출리브를 생산한다. 이러한 리브는 직선리브로서 간단하게 압출되는 반면에, 더 높은 속도분포를 가지는 다이는 쉽게 파형하는 리브를 생산한다. 이러한 현상은 Wt: Wb의 비율에 의해 특징지워질 수 있는데, 만약 상기 비율(Wt: Wb)이 1이면 파형하지 않는다고 생각할 수 있고, 1 보다 크면 파형하는 경향이 있다고 생각할 수 있다. 기초 요소의 두께가 일정할 때, 비율이 클수록 보다 큰 파형 진폭을 산출한 것이다.
리브의 높이 및 기초 요소의 두께가 일정할 때, 다양한 Wt: Wb비율이 염화폴리비닐 구조물의 리브 진폭에 미치는 영향을 표 I 에 나타냈다.
[표 1]
Figure kpo00001
＊ 파형 없음 : 숫자는 리브의 두께만을 나타낸다.
Wt/Wb의 비율이 적을 때, 즉 1.0-1.1일 때, 측면은 본질적으로 파형을 일으키는 경향이 없이 정적으로 압출된다. 상기 비율이 1.1을 초과할 때, 즉 이 경우에 있어서는 1.3일 때, 파형의 진폭에 영향을 미치는 Wt/Wb비율이 증가하면 파형의 동적 현상이 일어난다.
제6도는 평면의 기초 요소에 부착되는 동일한 다중 리브 요소를 함유하는 제품에 대한 다이 개구부를 개시하고 있다.
리브 높이도 변화할 수 있으며, 어떤 순서대로든 결합될 수 있다. 테이퍼 각이 일정하다고 가정하면 리브 높이는 파형 빈도에도 영향을 미칠 수 있다. 이러한 것은 긴 리브 또는 짧은 리브에 의해 일어날 수 있는 차동 유속의 결과이다. 보정하는 테이퍼 각에서의 변화가 없다면 리브 길이가 짧으면 기초 요소에 비해 비교적 적은 차동 유동이 일어날 것이다.
표(II)의 데이타는 파형이 일정한 테이퍼 각도에서 일어나는데 필요한 최소 리브 높이를 기술하고 있다.
[표 2]
Figure kpo00002
＊ 파형이 일어나지 않음 : 숫자는 리브 두께만 나타낸다.
＊＊ 매우 미소한 파형이 일어남.
리브 높이가 기초 요소 두께의 3배 미만일 때 파형이 최소로 일어난다.
리브 높이의 비율(H/Wb)이 낮을 때, 즉 백킹 두께의 두배(H/Wb=20) 또는 그 미만일 때, 측면은 본질적으로 파형의 일어남이 없이 정적으로 압출된다. 리브 높이의 비율이 백킹 폭의 3배로 증가할 때 매우 미소한 파형이 일어난다. 리브 높이의 비율이 3.0을 초과하면, 파형이 일어난다. 높이의 증가(및 상응하는 Wt/Wb의 증가)는 파형의 진폭에 영향을 미친다.
제7도는 제6도의 다이에 의해 생산된 제품 말단부의 평면도이다.
제8도는 평면의 기초 요소(80)와 본 발명의 특징적인 불규칙한 측면을 가진 다중 파형 리브(81), 및 그 사이에 삽입된 일정한 측면을 가진 다중 제2리브(82)로 구성된 본 발명의 제품의 횡단면도이다.
제9도는 본 발명의 방법에 의해 제조되는 압출 제품의 횡단면도이며, 여기서 제품은 평면의 기초 요소(90)와 다중 파형 리브(91)를 가지고 있다. 이러한 리브는 기초 요소로부터 리브 요소의 원위 말단부까지 증가된 테이퍼(92) 면적을 가지고 있다.
제10도는 평면의 기초 요소(100) 및 상기 요소에 부착된 다중 리브(101)를 가진 압출 제품의 횡단면도인데, 여기서 리브는 리브의 자유 말단부에서 원형(102)을 가지고 있으며, 그것은 다이 원위부의 리브 형성 요소내에서 기초 요소 형성부로의 원형 개구에 의해 원형이 생성된다.
제11도는 리브(110)위에 원형을 가지고 있는 제품의 횡단면도인데, 원형은 자유 말단부 보다는 리브의 중심 지점에 위치한다.
제12도는 자유 말단부(121)에서 삼각형 또는 화살촉 모양을 가진 파형 리브 및 기초 요소(120)의 양 표면상에 특징적인 제2테이퍼 리브(122)를 구비한 본 발명의 압출 제품의 횡단면도이다. 이러한 형상은 필요에 따라서, 예를 들면 리브의 자유 말단부를 또 다른 세트의 리브에 결합하는 것이 필요한 경우에, 리브의 자유 말단부에서 보다 큰 표면적을 제공한다. 리브 형성 요소 원위부내에 기초 요소로 삼각형 개구부를 가지는 특수한 다이를 설계함으로써 이 다이에 의해 상기 제품이 형성될 수 있다. 각종 모양은 필요에 따라서 설계될 수 있다.
제13도는 두 개의 대향 표면에 각각 부착된 다중 리브 요소(131)를 가진 평면의 기초 요소(130)를 구비한 본 발명의 압출 제품을 나타내고 있다.
제14도는 기초 요소(140)가, 파형 리브 요소(141)가 부착된 원형측면을 가지고 있는 비평면인, 본 발명의 압출 제품의 횡단면도를 나타내고 있다.
제15도는 기초 요소가, 다중 테이퍼 리브 요소(151)가 부착된 단일지점(150)인, 본 발명의 압출 제품의 횡단면도이다.
제16도-제18도는 평면의 기초 요소에 리브가 다중 부착된 본 발명의 압출 제품의 횡단면도이며, 여기서 리브 요소는 그것에 부착된 제2리브를 하나 이상 구비하고 있고, 제2리브는 부착 말단부와 자유 말단부를 가지고 있으며, 부착 말단부는 자유 말단부 보다 폭이 좁고 전 길이에 걸쳐 리브 요소에 부착되어 있다.
제19도는 파형 리브(191)가 다중 부착된 비평면 표면의 기초 요소(190)를 구비한 본 발명의 압출 제품의 횡단면도이다. 비평면 표면은, 리브의 가장 얇은 부착 말단부에 부가적인 보강력을 제공함으로써 리브의 기초 요소에의 부착성을 향상시킨다. 이러한 것은, 상기 형태의 구조를 가지는 제품이 반복해서 휘게 될 때, 예를 들면 플로아 매트(floor mat)로서 사용될 때 특히 중요하다. 또한, 비평면인 기초 요소의 형태는, 리브의 자유 말단부가 과도하게 파형이거나 진폭이 불규칙적이 되지 않도록 파형의 기초부 근처에 제한 요소를 제공함으로써 리브가 일정한 진폭을 갖도록 돕는다.
제20도는 평면의 기초 요소(200)와 비평면 표면의 기초 요소(201)를 사용하여 평면의 기초 요소와 비평면의 기초 요소의 장점을 결합시키고 있다.
제21도는 리브 요소가 동공의 코어(210)를 가진 본 발명의 압출 제품의 횡단면도이다. 특수한 다이의 설계에 의해 이러한 변형을 제조할 수 있다.
제22도는 기초 요소에 공통의 부착 지점(222)을 가진 다중 그룹의 파형 리브 요소(221)를 구비한 평면 기초 요소(220)의 본 발명의 압출 제품의 횡단면도이다.
거의 모든 열가소성 물질은 본 발명의 압출 제품을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 유용한 열가소성 물질로는 폴리올레핀, 폴리아미드, 열가소성 폴리우레탄, 폴리에스테르, 열가소성 고무, 염화폴리비닐, 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리카르보네이트 및 아크릴을 들 수 있다. 저용융 점도 물질은, 리브 요소에서 비교적 작은 진폭의 파형을 가진 압출 제품을 제조하기 위하여 사용될 수 있지만, 이러한 물질은 일반적으로 리브 요소에서 비교적 큰 진폭의 파형을 가진 제품을 제조하는데는 바람직하지 않다. 일반적으로, 보다 높은 용융점도의 열가소성 물질일수록 각종 치수 범위로 제조될 수 있다.
압출 온도를 조절함으로써 열가소성 물질의 용융 점도를 조절하는 것이 가능하다. 통상적으로, 중합체의 가공 온도 범위의 낮은 한계 수치쪽에서 압출 온도를 선택한다. 너무 높은 온도는 중합체의 유용성을 제한하여 압출 구조의 치수를 더욱 작게 할 수 있다. 이외에도, 물질의 혼합물은 용융 강도를 조절하는 다른 대안을 제공한다. 매우 높은 용융 점도는 압출물의 과도한 다이 팽창, 즉, 다이에서 배출될 때 압출 요소의 팽창을 야기시킬 수 있으므로, 이들은 큰 직경의 구조물로 사용하는 것을 제한할 수 있다.
전술한 바와 같이, 필라멘트를 형성하는 압출성 플라스틱 물질은 열가소성 물질인 것이 바람직하지만, 열가소성 물질로 제한되지는 않는다. 유용한 압출성 물질로는 압출성 음식 조성물(즉, 파스타, 캔디제제, 곡물 조성물 등), 용해된 셀룰로오스 슬러리 및 다른 압출성 물질을 들 수 있다.
압출 후에, 압출 제품은 적합한 기술에 의해 요소들이 더이상 서로 결합하지 않은 상태(이하에서는, 경화상태라고 함)로 전환된다. 냉각 또는 냉동 이외에도, 이러한 기술은 건조, 적외선 또는 고온의 오일 셋팅, 무선 주파수(RF) 또는 초단파 건조 등을 포함할 수 있다. 열경화성 폴리우레탄 등과 같은 열경화성 수지의 열 셋팅 또는 경화는, 요소들이 더이상 서로 결합하지 않는 상태로 플라스틱 물질을 전환 또는 변화시키는 하나의 수단을 제공한다. 이러한 방법은 또한, 세라믹 물질의 형성에 이용되는 무기 압출성 물질로부터 제품을 압출하는데 이용될 수 있다. 물론, 이러한 제품은 건조 및 연소를 필요로 한다.
본 발명의 압출 제품을 제조하는데 유용한 다이는 비교적 단순하며, 기계적 가공 또는 드릴법에 의해 제조되는 적당한 오리피스를 가지고 있을 뿐이다.
본 발명에 대한 다이 크기의 범위는 약 1.25mm 내지 약 26.0mm에 걸쳐 변화하는 리브 높이로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 리브 폭은 약 0.25mm 내지 약 6.50mm까지 변화 할 수 있다. Wt/Wb비율은 1.5-3.5인 것이 바람직하며, 상기 비율은 제품 형상의 말단부에 따라서 변화한다. 리브의 간격은 약 0.75mm로부터 약 12.5mm까지 변화할 수 있다(저한계는, 압출중에 가장 가까운 리브에 접촉하지 않으면서 최소의 파형을 허용하는 리브를 형성할 수 있는 지점이다). 다이는 5-10 범위의 다이 길이 대 직경 비율(L/D 비율)을 가진 표준 기술 공법으로 제작될 수 있다. L/D의 비율이 낮으면 바람직하지 않은 다이에서 배출되는 생성물내 팽창을 증가시킨다. 제4도는 흐름의 데드스폿(deadspot)을 최소화하기 위한 스트림 라인 입구 영역을 가진 통상적인 다이 형태를 나타내고 있다.
다이 폭은 한 개의 요소에서 1.5m 이상으로 변화할 수 있다. 다이는 또한 리브의 규칙성 및 보강성을 향상시키기 위하여 제한 리브를 포함할 수도 있다.
물질이 전단에 민감하다면, 전단 속도는 진동 폭에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로 전단 속도가 증가함에 따라 국소적으로 전단에 의한 열이 발생하고, 물질은 낮은 벤딩(bending) 모듈러스를 가진 것처럼 거동한다. 이로 인해 낮은 진폭의 파형이 발생한다. 이러한 것은 다이 온도를 감소시킴으로써 부분적으로 상쇄될 수 있다.
압출 온도는, 염화 폴리비닐 및 폴리에틸렌 공중합체의 특정 등급에 대해서는 130℃ 내지 나일론 및 고분자량 폴리에틸렌과 같은 고온 물질에 대해서는 270℃ 이상의 범위일 수 있다. 특히, 결정성 물질이 저용융 점도인 경우에, 결정성 물질이 상기 결정화 온도 이상으로 유지되도록 각별한 주의가 필요하다. 수평 수집 기법도 가능하지만, 이러한 기법은 용융 강도에 좌우된다. 중합체의 용융 강도가 낮다면, 구조는 다이에서 배출되자마자 즉시 파괴될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 급속한 냉각 시스템으로의 수직 수집 기법이 필요하다.
수집 및 냉각 시스템은 전술한 바와 같이 파형 리브 구조를 조절 및 제조하는데 있어서 매우 중요하다. 수집 기법의 선택은 압출되는 물질에 의해 부분적으로 결정된다. 용융 물질이 저점도 또는 불량한 용융 강도를 지니고 있다면, 물로 급속하게 냉각시키는 것이 필요할 수 있다. 용융 물질이 고점도 또는 고용융 강도를 지니고 있다면, 냉각 형태를 가진 이동 벨트 캐리어 상으로 수평 압출하는 것이 적합하다. 제2도 및 제3도는 더욱 용이하게 수행할 수 있는 두 개의 냉각 기법이다. 압출물 중량에 의한 과도한 삭감을 방지하고, 일정한 파형 및 진폭을 얻기 위해, 냉각 매질을 다이면과 비교적 밀접하게 위치시켜야 한다. 실제거리는 파형 리브 요소의 크기 및 진폭에 따라 변화한다. 작은 크기는, 예를 들면 약 13mm-25.5mm로 다이면과 매우 밀접하게 집중시키는 것이 바람직한 반면에, 큰 크기는 약 25.5mm-75.5mm의 거리로 다이면으로부터 더욱 냉각될 수 있다. 파형 리브와 평행 및 접촉하고 있는 직선의 제2리브와 파형 리브 사이의 결합은 냉각 거리가 최대일 때 향상되는데, 만약 용융 강도가 불량하다면, 이러한 것은 어렵게 된다.
압출 물질의 최종 치수도 수집 기법에 의해 영향을 받을 수 있다. 만약, 압출 물질이 너무 급속히 압출되어 버린다면(압출기 조건에 의해 결정되는 압출 속도 보다 더 급속한 경우), 압출물의 치수는 이와 비례하여 일반적으로 감소되며, 압출 물질은 "인발"되었다고 말해진다. 특수한 효과를 위해 약간의 인발은 바람직할 수 있으나 리브를 곧게 하며 파형을 제거할 수 있는 과도한 인발은 피해야 한다. 이러한 인발은 압출에 의해 수득되는 물질의 기초 요소 및 리브 요소의 치수를 둘다 감소시킬 수 있다. 이러한 이유로, 진폭을 특정화하기 위하여 압출물이 수집되는 조건을 고려하는 것이 필요하다. 본 발명의 방법으로 수득될 수 있는 최대 진폭은, 압출 조건에 의해 결정되는 압출물의 압출 속도와 조화되는 속도 또는 가장 느린 수집 속도로 압출물이 수집되는 진폭이다. 이러한 속도는 주어진 다이 형태에 허용될 수 있는 최대 진폭을 가진 리브 제품을 산출한다. 만약 수집 속도가 상기 속도보다 느리다면, 압출물의 전체 버클링(buckling)은 바람직하지 않게 일어날 수도 있다. 그러므로, 주어진 다이 형태로 파형의 최대 진폭을 수득하는 것은 가능하다. 수집 속도가 증가함에 따라, 압출물이 인발될 때 연속 감소 진폭을 가진 리브 제품이 생산된다.
냉각 구조는 외관에 있어서 파동을 방지하기 위하여 규칙적으로 인발되어야 한다. 이러한 것은 매끈한 표면을 가진 한쌍의 닙 롤(nip-roll)에 의해 양호하게 수행되며, 미소한 압축을 제공하여 구조를 집을 수 있도록 간극(gap)화 되어 있지만 웨브를 부당하게 변형시키지 않도록 간극화된다.
2중 닙 세트 시스템은 압출 물질이 가소화된 염화 폴리비닐보다 덜 가요성일 때, 특히 바람직하다. 이러한 경우에 있어서, 상부 세트의 닙 롤은 다이면에 매우 밀접하게 위치되어 있어야 하며, 또한 압출 물질이 가장 부드러운 상태로 있을 때 냉각 매질(통상적으로 물)하에 있어야 하므로 상부 세트의 닙 롤이 간극화되어 정(positive) 구동력 없이 안내 작용을 하며, 하부 세트의 닙 롤은 더 이상 변형이 일어나지 않는 지점에서 완전히 냉각된 구조상에 정 인발력을 제공하기 위하여 구동된다.
통상적으로, 큰 치수(예, 폴리프로필렌 또는 나일론)을 가진 매우 단단한 구조 물질의 경우에 있어서, 압출 물질의 벤딩 또는 롤링이 어려우므로 제3도에서 기술된 형태의 수직 수집 시스템이 필요할 수도 있다. 이러한 수집 장치는 다중 쌍의 닙 롤로 구성되어 있으며, 압출 물질을 냉각하기 위한 물 분무와 함께 다양한 위치에서 적절히 간극화되어 있다. 시이팅 방법은 손상없이 용이하게 롤 형태로 될 수 없으므로 다양한 길이로 구조를 절단하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 압출 물질을 개선시킬 수 있는 다수의 제2조작법에 의해 변경될 수 있다. 유용한 제2 조작법의 몇몇 실례는 하기와 같다 :
a) 압출 물질의 적층화.
시이트 형태의 제2 물질을 비경화된 압출 제품과 접촉시켜 합성 제품을 생산한다. 제2 물품은 접착 시이트, 다양한 성질을 가진 중합체 필름 또는 항-슬립 물질일 수 있다.
b) 제품의 공압출.
공압출법은 차동 유속을 성취할 수 있는 방법의 변화를 허용하며, 그 방법은 리브 요소 및 기초 요소 사이의 유동을 분리하여 각각의 유속을 별개로 조절하는 것이다. 가요성 물질의 리브 및 단단한 물질의 기초 요소를 제공하기 위하여 물질을 혼합하는 것도 가능하다. 물질 선택의 변형은 색채 개선, 성질 향상 또는 비용 절감에 관련될 수 있다.
c) 압출물의 엠보싱.
압출물의 엠보싱은 제품의 외면을 변화시키는 또 다른 방법이다. 형태 또는 모서리를 엠보싱함으로써 구조의 물리적 외관을 변화시킬 수 있는데 예를 들면, 그 방법은 매트 구조에 모서리를 첨가하는 것이다.
d) 공지된 다양한 기법에 의한 압출물의 코팅(롤 코팅, 분무 코팅, 딥 코팅 등).
다른 제품(카페트 스트립, 플록(floock), 연마제, 항-슬립 입자등)의 봉입, 및 합성체의 경화도 제품의 외관 및/또는 기능을 변화시키기 위하여 사용될 수 있다.
e) 가해진 탄성 및/또는 중량 감소를 얻기 위하여 포말화함으로써 제품에 세포 공극을 제공하는 화학적 발포제(예, 아조이소카르본아미드)의 함입 방법도 사용할 수 있다.
이러한 리브 구조는 많은 적용처에서 사용될 수 있다. 선택된 웨브의 크기 및 사용된 물질의 형태는 필요한 적용처에 따라서 변화할 것이다. 단단한 구조 또는 가요성, 고무 웨브가 제조될 수 있는지에 따라 물질 선택이 결정된다. 구조의 크기, 즉 리브 치수 및 리브 간격은 생성되는 웨브의 외관, 기초 중량 및 물성에 영향을 미친다. 기초 요소에 부착된 전체의 리브는 결합제를 부가할 필요가 없으므로 특히 유용하다. 이들의 적용처로는 각종 매트 물질, 배수를 촉진시키는(다른 부직포와 결합 또는 단독으로) 토섬유 성분, 열 또는 물질 전달에 대한 매질 구조, 연마 섬유 또는 다른 연마 제품에 대한 기질, 스페이서 물질, 광 또는 물질 확산제, 구조 또는 보강 멤버, 정적 혼합 성분, 손 패드(pad) 또는 세척 장치, 패킹 또는 에너지 흡수 물질, 및 많은 장식품을 들 수 있다.
[실시예]
하기의 실시예는 본 발명을 설명하고자 기술한 것으로서, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
[실시예 1]
용융 지수 7(ASTM 1238 조건 E로 측정됨)을 가진 염화 폴리비닐 펠렛(쇼오 A75 경도)을 하기 형태를 가진 압출 다이를 사용하여 용융 압출하여 제12도와 유사한 파형 구조를 가진 제품을 생산했다.
주리브 폭 1.27mm
주리브 높이 5.59mm
주리브 간격 6.35mm
주리브 기초 0.46mm
부리브 폭 0.76mm
부리브 높이 2.03mm
부리브 간격 6.35mm
부리브 기초 0.30mm
백킹 슬롯 0.46mm
정적 리브 폭 0.46mm
정적 리브 높이 5.59mm
주리브 수 11
부리브 수 11
리브 수 12
압출 온도는 150℃-165℃ 범위에 있었다. 생성되는 웨브를 24.4mm/초의 속도로 물배스내에 냉각시켰다. 기본 중량은 2.9㎏/㎡이었다. 물의 높이는 다이의 면으로부터 약 25.4mm이었다. 30mm의 압출기를 사용하였다.
[실시예 2]
가소화된 염화 폴리비닐 펠렛(실시예 1과 동일)을, 하기의 형태를 가진 압출 다이를 사용하여 제19도와 유사한 파형 리브 구조로 용융 압출하였다 :
리브 폭 0.76mm
리브 기초 0.46mm
리브 높이 5.25mm
리브 간격 5.08mm
백킹 슬롯 0.46mm
파형 높이 4.52mm
파형 반경 1.22mm
리브 수 11
압출 온도는 150℃-165℃ 범위에 있었다. 생성되는 웨브를 46mm/초로 물배스내에 냉각시켰다. 기본 중량은 3.0㎏/㎡이었다. 물의 높이는 다이의 면으로부터 약 25mm이었다. 30mm의 압출기를 사용하였다.
[실시예 3]
가소화된 염화 폴리비닐 펠렛(실시예 1과 동일)을, 하기의 형태를 가진 압출 다이를 사용하여 제15도와 유사한 파형 리브 구조를 용융 압출하였다 :
리브 폭 1.27mm
리브 기초 0.152mm
리브 높이 0.35mm
리브 방향 90°
리브 분리 4.72mm
압출 온도는 150℃-165℃ 범위였다. 생성되는 구조를 56mm/초로 물배스내에서 냉각시켰다. 기본 중량은 0.013㎏/㎡이었다. 물의 높이는 다이의 면으로부터 약 51mm이었다. 30mm의 압출기를 사용하였다.
[실시예 4]
통상 시판되는 감초를, 하기 형태를 가진 압출 다이를 사용하여 제8도와 유사한 파형 리브 구조로 용융 압출하였다 :
파형 리브 폭 1.12mm
파형 리브 기초 0.46mm
파형 리브 높이 4.6mm
파형 리브 간격 6.35mm
파형 리브 폭 0.46mm
정적 리브 높이 4.6mm
정적 리브 수 5
파형 리브 수 6
압출 온도는 50℃-60℃ 범위에 있었다. 생성되는 웨브를 1.6mm/초로 공기 냉각하였다. 기본 중량은 2.96㎏/㎡이었다 30mm의 압출기를 사용하였다.

Claims (10)

  1. (a) 긴 기초 요소와 (b) 하나 이상의 긴 리브 요소로 구성되어 있으며 ; 상기 리브 요소는 부착 말단부와 자유 말단부를 가지고 있고, 상기 부착 말단부의 폭은 자유 말단부의 폭보다 좁으며, 부착 말단부는 그것의 전 길이에 걸쳐 상기 기초 요소에 부착되어 있고, 부착 말단부에서의 상기 리브 요소는 기초 요소와 동일한 길이로 되어 있으며, 자유 말단부에서의 리브 요소는 기초 요소보다 길고 파형져 있는 것을 특징으로 하는 제품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제품이 열가소성 물질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제품.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기초 요소(a)가 제1열가소성 물질로 형성되어 있고, 상기 리브 요소(b)가 제2열가소성 물질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제품.
  4. 제1항에 있어서, 다수의 긴 리브 요소(b)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 제품.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기초 요소가 비평면형인 것을 특징으로 하는 제품.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기초 요소가 평면형이며, 반대되는 측면 모서리 및 제1표면 및 제2표면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 제품.
  7. 제6항에 있어서, 하나 이상의 리브 요소가 평면형 기초 요소의 제1표면 및 제2표면에 각각 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 제품.
  8. 제1항에 있어서, 다수의 직선이고 평행한 압출 요소를 포함하고 있으며, 상기 직선의 평행한 압출 요소는 상기 긴 리브 요소에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 제품.
  9. 하기 (a), (b) 및 (c)단계를 포함하는 제1항의 압출 제품을 제조하는 방법. (a) 정합상태(conformable state)를 지니며 경화 상태로 전환되는 열가소성 플라스틱 물질을 압출하여 기초 요소 및 하나 이상의 긴 리브 요소를 가진 긴 압출 구조를 형성하는 단계로서, 상기 리브 요소는 부착 말단부와 자유 말단부를 가지고 있으며, 부착 말단부는 전 길이에 걸쳐 상기 기초 요소와 접촉하고 있고 상기 리브 요소에서 자유 말단부의 두께는 상기 부착 말단부의 두께보다 두꺼우며, 상기 기초 요소 및 상기 리브 요소의 부착 말단부의 압출 속도는 동일하나 상기 압출 구조의 압출시 리브 요소의 자유 말단부에 파형을 갖게 하기 위하여 상기 리브 요소중에 있는 자유 말단부의 압출속도보다는 충분히 작으며 ; (b) 상기 플라스틱 물질을 정합상태로 유지시키면서 상기 기초 요소의 변형없이 상기 리브 요소의 자유 말단부를 파형지게 하고 ; (c) 리브 요소의 자유 말단부에서 파형을 유지시키면서, 상기 플라스틱 물질을 정합상태에서 경화 상태로 전환시키는 단계.
  10. 제9항의 방법으로 제조되는 압출 제품.
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