WO2014092470A1 - 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치 - Google Patents

고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치 Download PDF

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WO2014092470A1
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polymer
backflow prevention
blowing agent
passage
outlet
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PCT/KR2013/011510
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전병주
이응기
최철준
김명희
김지문
지승욱
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(주)엘지하우시스
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Definitions

  • the present invention relates to a polymer molding apparatus having a polymer backflow prevention section, and more particularly, to a polymer molding apparatus having a polymer backflow prevention section that can effectively prevent the molten polymer material from flowing back to the blowing agent inlet.
  • the polymer molding technology is used to manufacture various plastic products by melting polymer pellets, ie pellets, made in a chemical plant using electric heat and mechanical friction, and then pushing them into a mold or die formed by applying a force.
  • polymer pellets ie pellets
  • foaming technology is being developed by efforts to reduce the material cost and further reduce the weight of the polymer product.
  • the above-mentioned foaming technology is a technology for generating a large number of bubbles having a fine size in the polymer product, by mixing the chemical or physical blowing agent with the polymer material well and applying heat or pressure difference from the outside to vaporize the foamed product Allow bubbles to form inside.
  • bubbles When bubbles are formed, bubbles occupy a large part of the product, which greatly reduces material costs, reduces the weight of the product, and has an advantage of obtaining thermal insulation performance due to bubbles.
  • the foaming process is performed by injecting a foaming gas into the molten polymer resin in the cylinder or barrel of the injection molding machine or the extruder.
  • the foaming gas is injected into the barrel through a gas inlet. If the pressure inside the barrel in which the polymer resin is stored is higher than the injection pressure of the foaming gas, the polymer resin flows back toward the gas inlet. Thus, the phenomenon of blocking the gas inlet is generated.
  • An object of the present invention is to provide a polymer molding apparatus having a polymer backflow prevention portion that can effectively prevent the molten polymer material from flowing back to the blowing agent inlet.
  • the present invention provides a chamber comprising a chamber for forming a constant pressure and storing a molten polymer resin;
  • a blowing agent injection unit connected to the chamber and configured to supply a blowing agent supplied from the outside to the inside of the chamber by forming a pressure higher in the chamber;
  • a polymer backflow prevention part installed in the blowing agent injection part and including a polymer backflow prevention part through which the blowing agent to be supplied passes and increasing a contact surface area with the polymer resin to prevent backflow of the polymer resin.
  • the blowing agent injecting unit includes an inlet flow passage forming an inlet of a blowing agent, an outlet flow passage forming an outlet of a blowing agent, and a central flow path connecting the inlet flow passage and the outlet flow passage and having an inner diameter smaller than an inner diameter of the inlet flow passage and the outlet flow passage. And a resilient opening and closing means for elastically installed in the outlet passage so as to be positioned at the outlet side of the central passage and opening and closing the central passage in accordance with the supply pressure of the blowing agent.
  • the said polymer backflow prevention part is provided in the edge part of the said exit flow path, and the said elastic opening / closing means is supported by the said polymer backflow prevention part.
  • the outlet passage is connected to a lower end of the central passage, and has an inclined passage in which an inner diameter gradually expands downward from the lower end of the central passage.
  • the elastic opening and closing means includes an opening and closing ball disposed in the inclined flow path and opening and closing the inclined flow path, and an elastic member elastically supporting the opening and closing ball and the polymer backflow prevention part.
  • the polymer backflow prevention part is provided at an end of the outlet flow path, and includes a backflow prevention plate body on which an end of the elastic member is supported, and a plurality of backflow prevention holes formed in the backflow prevention plate body.
  • the reverse flow prevention hole is preferably formed of a polygonal hole.
  • the reverse flow prevention hole is preferably formed to gradually narrow along the supply direction of the blowing agent.
  • a plurality of protrusions may be further formed on the inner circumferential surface of the backflow prevention hole.
  • the said backflow prevention plate body is detachable from the edge part of the said outlet flow path.
  • the said backflow prevention plate is formed so that it may incline toward the center from the edge along the supply direction of the said foaming agent.
  • the present invention has the effect of effectively preventing the polymer resin from flowing back into the flow path of the blowing agent injection pipe in the physical foam molding process of the thermoplastic polymer material, thereby preventing the loss of the process.
  • the backflow prevention holes formed by the polygonal holes increase the surface area with respect to the volume of the polymer resin, so that the polymer resin having a higher viscosity than the foaming gas flows back into the flow path of the blowing agent injection tube by the resistance of the backflow prevention holes. It has an effect that can be prevented.
  • the present invention has the effect that the foaming gas can be dissolved into the polymer resin at a faster time by increasing the surface area relative to the volume of the gas through a plurality of backflow prevention holes.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a polymer molding apparatus having a polymer backflow prevention unit of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view showing the blowing agent injection portion according to the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing a state before the blowing agent supply of the blowing agent injection unit according to the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing a state in which the blowing agent is supplied in the blowing agent injection unit according to the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the polymer backflow prevention unit according to the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of the polymer backflow prevention unit according to the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of the polymer backflow prevention unit according to the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing another example of the polymer backflow prevention unit according to the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of the polymer backflow prevention unit according to the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a polymer molding apparatus having a polymer backflow prevention unit of the present invention.
  • the polymer molding apparatus having the polymer backflow prevention part according to the present invention includes a chamber 100, a blowing agent injection part 200, and a polymer backflow prevention part 300 (see FIG. 2).
  • the chamber 100 is stored in a predetermined amount of the polymer resin. A predetermined pressure is formed inside the chamber 100.
  • the blowing agent injection unit 200 supplies or injects the blowing agent supplied from the outside to the chamber 100 at a predetermined pressure.
  • the pressure at the time of supplying the blowing agent may be formed above the pressure inside the chamber 100.
  • blowing agent injection unit 200 The configuration of the blowing agent injection unit 200 will be described in more detail.
  • the blowing agent injection unit 200 is composed of a blowing agent injection tube 210, and the elastic opening and closing means (230).
  • the blowing agent injection pipe 210 is connected to the upper end of the chamber 100.
  • the blowing agent injection pipe 210 is formed in a hollow shape, there is formed a flow path 220 through which the blowing agent flows.
  • the flow path 220 is formed to penetrate the upper and lower sides of the foam injection pipe 210, and includes an inlet flow path 221, a central flow path 222, and an outlet flow path 223.
  • the inner diameters of the inlet passage 221 and the outlet passage 223 may be the same or may be different from each other. This is preferably determined by the amount of blowing agent.
  • the central passage 222 connects the inlet passage 221 and the outlet passage 223 to each other and forms an inner diameter smaller than the inner diameters of the inlet passage 221 and the outlet passage 223.
  • the inlet flow passage 221 is connected to the upper end of the central passage 222, the inlet side inclined passage 221a is formed along the upper end of the central passage 222 gradually smaller.
  • outlet passage 223 is connected to the lower end of the central passage 222, the outlet side inclined passage 223a of the inner diameter is gradually extended along the lower end of the central passage 222 is formed.
  • exit side inclined flow path 223a shows a cross section that extends downward through the lower end of the central flow path 222.
  • the inlet side inclined passage 221a and the outlet side inclined passage 223a are formed to be symmetric with respect to the central passage 222.
  • the elastic opening and closing means 230 is disposed in the outlet passage 223.
  • the elastic opening and closing means 230 is composed of an opening and closing ball 231, the elastic member 232.
  • the opening and closing ball 231 is disposed in the outlet passage 223, it is preferably disposed in the outlet side inclined passage (223a).
  • the elastic member 232 elastically supports the polymer backflow prevention part 300 installed at the lower end of the opening and closing fire 231 and the outlet passage 223.
  • the elastic member 232 is formed of an elastic spring having a predetermined elastic modulus.
  • the elastic member 232 opens and closes the central passage 222 and the outlet passage by pressing the opening / closing ball 231 downward by the supply pressure of the blowing agent. It is good to have elastic modulus as much as possible.
  • the opening and closing ball 231 is returned to its original position by the return elastic force of the elastic member 232.
  • the polymer backflow prevention part 300 is installed at a lower end of the outlet passage 223.
  • the polymer backflow prevention part 300 includes a backflow prevention plate body 310 and a plurality of backflow prevention holes 311.
  • the non-return plate body 310 may be formed in a disc shape, and is installed to be detachable at a lower end of the outlet passage 223.
  • the desorption method may be a screw coupling method.
  • the circumference of the non-return plate body 310 and the lower inner wall of the outlet passage 223 may be screwed to each other.
  • the plurality of backflow prevention holes 311 may be formed as holes having a polygonal shape.
  • the plurality of backflow prevention holes 311 may be formed as a rectangular hole.
  • the backflow prevention hole 312 may be formed as a triangular hole, or may be formed as a cross-shaped hole 313 as shown in FIG. 7.
  • the inner diameters of the plurality of backflow prevention holes 315 may be formed as holes whose inner diameters are gradually narrowed along the supply direction of the blowing agent.
  • the inner circumference of the backflow prevention hole 315 is formed with an inclined surface 315a along the lower side.
  • the supply flow rate of the blowing agent may increase along the feeding direction.
  • the inner diameter of the backflow prevention hole 315 is increased along the reverse direction of the supply direction of the foaming agent, even if the foaming agent flows backward, the amount flowing back into the backflow prevention hole 315 is minimized to minimize the amount of backflowing upward. There is an advantage to this.
  • a plurality of protrusions 314a protruding inward of the hole may be further formed on the inner circumference of the plurality of backflow prevention holes 314.
  • the present invention further includes a first pressure sensor 240 for measuring the pressure generated when the blowing agent is supplied, the device body 10, the second pressure sensor 20 for measuring the resin pressure inside the chamber 100 ) Can be installed.
  • the first pressure sensor 240 may measure the pressure of the blowing agent when the blowing agent is supplied.
  • the first pressure sensor 240 may be installed on the inner upper end of the foam injection pipe 210, or may be installed on the foam supply line 401.
  • the first and second pressure sensors 240 and 20 are electrically connected to the control unit 410, and the control unit 410 is the pressure of the blowing agent when supplying the blowing agent measured by the first and second pressure sensors 240 and 20, The resin pressure inside the apparatus main body 10 is transmitted.
  • blowing agent injection unit 200 is connected to the blowing agent supply unit 400.
  • the blowing agent supply unit 400 includes a blowing agent storage unit 440, a chiller 430, a pump 420, a valve 402, and a blowing agent supply line 401.
  • the blowing agent supply line 401 is connected to the inlet passage 221 of the blowing agent injection pipe 210.
  • the valve 402 is installed on the blowing agent supply line 401 and opens and closes the blowing agent supply line 401 by receiving a control signal from the controller 410.
  • the pump 420 is also installed on the foaming agent supply line 401, and receives a control signal from the control unit 410 to forcibly supply the foaming agent along the foaming agent supply line 401.
  • the chiller 430 and the foaming agent storage unit 440 are also installed in the foaming agent supply line 401.
  • the chiller 430 may or may not be necessary depending on the type of blowing agent.
  • the chiller 430 may be used when carbon dioxide is used as a blowing agent.
  • control unit 410 uses a pump 420 to forcibly flow the blowing agent stored in the blowing agent storage unit 440 along the blowing agent supply line 401. At this time, the control unit 410 forms a state in which the open / close valve 402 is opened.
  • foaming agent in this invention demonstrates typical examples as being foaming gas.
  • the foaming gas is forcedly flowed along the foaming agent supply line 401 and is supplied to the foaming agent injection pipe 210.
  • the foaming gas enters the inlet flow passage 221.
  • the first pressure sensor 240 measures the pressure value of the foaming gas entering the flow path 220, and transmits it to the controller 410.
  • the foaming gas enters the central flow path 222 and presses the opening / closing ball 231 at a predetermined pressure, the opening / closing ball 231 is pressed downward, and the elastic member 232 forms a compressed state.
  • the foaming gas flows from the central flow passage 222 along the outlet flow passage 223 and is injected into the chamber 100 through the plurality of backflow preventing holes 311 formed in the polymer backflow preventing portion 300.
  • the foamed polymer resin is stored in the chamber 100.
  • the second pressure sensor 20 measures the pressure value inside the chamber 100 and transmits it to the controller 410.
  • the controller 410 When the pressure value of the foaming gas is higher than the pressure value in the chamber 100, the controller 410 maintains the injection state of the foaming gas, and the pressure value of the foaming gas is lower than the pressure value in the chamber 100.
  • the closing valve 402 is closed to block the supply state of the foaming gas.
  • the polymer backflow prevention part 300 installed at the lower end of the foaming agent injection tube 210 increases the area in which the polymer resin is in contact with the polymer resin when the polymer resin flows back, so that the polymer resin is the foaming agent injection tube 210. To prevent flow back to the flow path 220.
  • the polymer backflow prevention part 300 in the present invention includes a plurality of backflow prevention holes 311, which are formed of a plurality of rectangular holes as shown in FIGS. 4 and 5.
  • the polymer resin flowing back inside the chamber 100 is increased in contact with the inner circumference of the slope of the backflow prevention hole 311 which is a rectangular hole.
  • the backflow prevention holes 312 may be formed as a triangular hole or a cross-shaped hole 313 as shown in FIG. 7.
  • the polymer resin to be flowed back may further increase the surface area contacted by the inner circumference forming the three sides or the inner circumference forming the plurality of surfaces in the triangular hole.
  • the polymer resin may not flow back into the flow path in the blowing agent injection tube by the polygonal backflow prevention holes formed in the backflow prevention plate body in the present invention.
  • the plurality of backflow prevention holes 315 may be formed such that the inner diameter gradually narrows along the inside of the chamber 100 in the flow path 220 of the foam injection pipe 210.
  • the foaming gas when the foaming gas is injected into the interior of the chamber 100 from the flow path 220, the flow rate is gradually increased while flowing along the non-return holes 315 formed as described above, and eventually the chamber 100 It can be injected as the flow rate increases into the.
  • the shape of the backflow prevention hole 311 formed as described above may be formed in the shape of the polygon shown in Figs.
  • a plurality of protrusions 315a protruding along the inside may be further formed on the inner circumference of the backflow prevention hole 314 according to the present invention.
  • the protrusions 315a may be hemispherical protrusions or polygonal protrusions.
  • the protrusions 315a may be continuously formed from the upper end to the lower end in the inner circumference of the backflow prevention hole 311.
  • the size of the protrusions 315a may be formed to gradually increase along the chamber 100 side, so that the area of the hole may be gradually narrowed along the chamber side.
  • the protrusions 315a may further increase the contact area with the polymer resin when the polymer resin flows back into the backflow prevention hole 315, so that the polymer resin flows through the injection pipe 210. 220 can be efficiently prevented from flowing back.
  • thermoplastic polymer material in the physical foam molding process of the thermoplastic polymer material, it is possible to effectively prevent the polymer resin from flowing back into the flow path of the blowing agent injection pipe to cause the loss of the process.
  • the backflow prevention holes formed by the polygonal holes increase the surface area with respect to the volume of the polymer resin, so that the polymer resin having a higher viscosity than the foaming gas can be prevented from flowing back into the flow path of the blowing agent injection tube by the resistance of the backflow prevention holes.
  • the embodiment according to the present invention allows the foaming gas to melt into the polymer resin at a faster time by increasing the volumetric surface area of the gas through a plurality of backflow prevention holes.
  • the unit of the reverse flow rate is m3 / s.
  • the backflow preventing plate A is a backflow preventing plate shown in FIG. 5
  • the backflow preventing plate B is a backflow preventing plate shown in FIG. 6
  • the backflow preventing plate C is a backflow preventing plate shown in FIG. 7.
  • the comparative example shows a backflow flow rate twice as compared to Example 1, and results in forming a backflow flow rate more than twice as compared with Examples 2 and 3 It is showing.

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Abstract

본 발명은 일정 압력을 형성하며, 용융된 고분자 수지가 저장되는 챔버와; 상기 챔버에 연결되며, 외부로부터 공급 받은 발포제를 상기 챔버 내의 압력 이상을 형성하여 상기 챔버의 내부로 공급하는 발포제 주입부; 및 상기 발포제 주입부에 설치되며, 공급하는 상기 발포제가 통과하며 상기 고분자 수지와의 접촉 표면적을 증가시켜 상기 고분자 수지의 역류를 방지하는 고분자 역류 방지부를 포함하는 고분자 성형 장치를 제공한다.

Description

고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치
본 발명은 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용융된 고분자 재료가 발포제 주입구로 역류하는 것을 효율적으로 방지할 수 있는 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 고분자 성형기술은 대부분 화학공장에서 만들어진 고분자 알갱이, 즉 펠릿(pellet)들을 전기열과 기계적 마찰을 이용하여 녹인 후 힘을 가하여 원하는 형상으로 만들어진 금형 또는 다이 내로 밀어냄으로써 여러 가지 플라스틱 제품을 제조하는 것으로서, 제품 제조 비용 중에서 재료가 차지하는 비율이 매우 높기 때문에 재료비의 절감과 더불어 고분자 제품의 무게를 더욱 줄일 수 있도록 하는 노력에 의해 발포기술이 개발되고 있다.
상기한 발포기술이란 고분자 제품 안에 미세한 크기를 갖는 많은 기포들이 생기도록 하는 기술로서, 화학적 또는 물리적 발포제를 고분자 재료와 함께 잘 섞은 후 외부에서 열을 가하거나 압력 차이를 만들어 발포 물질들이 기화되도록 함으로써 제품 내부에 기포가 형성되도록 한다. 기포가 형성되면 제품의 많은 부분들을 기포가 차지하므로 재료비를 대폭 절감할 수 있고 제품의 무게를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 기포로 인한 단열성능을 얻을 수 있는 장점이 있다.
통상, 물리적 발포 공정에서는 사출기 또는 압출기의 실린더 또는 베럴의 내부에 용융된 고분자 수지에 발포 가스를 주입하여 발포 공정을 진행한다.
여기서, 상기 발포 가스는 가스 주입구를 통해 상기 베럴의 내부에 주입되는데, 만일, 발포 가스의 주입 압력 보다 고분자 수지가 저장된 베럴 내부의 압력이 더 높은 경우, 고분자 수지는 가스 주입구 측으로 역류되는 현상이 발생되어 가스 주입구를 막는 현상이 발생된다.
이러한 경우, 가스 주입구를 원상으로 복귀하기 위한 수리 과정이 끝마칠 때까지 공정 시간이 길어짐과 아울러, 장치 손실이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2003-0050833호(공개일: 2003년 06월 25일)이 있으며, 상기 선행문헌에는 가스 공급기로 가스가 역류되는 것을 막는 체크 밸브가 설치되는 기술이 개시된다.
본 발명의 목적은, 용융된 고분자 재료가 발포제 주입구로 역류하는 것을 효율적으로 방지할 수 있는 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치를 제공함에 있다.
바람직한 양태에 있어서, 본 발명은 일정 압력을 형성하며, 용융된 고분자 수지가 저장되는 챔버와; 상기 챔버에 연결되며, 외부로부터 공급 받은 발포제를 상기 챔버 내의 압력 이상을 형성하여 상기 챔버의 내부로 공급하는 발포제 주입부; 및 상기 발포제 주입부에 설치되며, 공급하는 상기 발포제가 통과하며 상기 고분자 수지와의 접촉 표면적을 증가시켜 상기 고분자 수지의 역류를 방지하는 고분자 역류 방지부를 포함하는 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치를 제공한다.
상기 발포제 주입부는, 발포제 입구를 형성하는 입구유로와, 발포제 출구를 형성하는 출구유로와, 상기 입구유로와 상기 출구유로를 연결하고 내경이 상기 입구유로와 상기 출구유로의 내경보다 작게 형성되는 중앙 유로를 갖는 발포제 주입관과, 상기 중앙유로의 출구측에 위치되도록 상기 출구유로의 내부에 탄성적으로 설치되며, 상기 발포제의 공급 압력에 따라 상기 중앙유로를 개폐하는 탄성 개폐 수단을 구비한다.
상기 고분자 역류 방지부는, 상기 출구유로의 단부에 설치되고, 상기 탄성 개폐 수단은 상기 고분자 역류 방지부에 지지되는 것이 바람직하다.
상기 출구유로는 상기 중앙유로의 하단에 연결되고, 상기 중앙 유로의 하단으로부터 하방을 따라 내경이 점진적으로 확장되는 경사유로를 갖는다.
상기 탄성 개폐 수단은, 상기 경사 유로에 배치되어 상기 경사 유로를 개폐하는 개폐볼과, 상기 개폐볼과 상기 고분자 역류 방지부를 서로 탄성 지지하는 탄성 부재를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 고분자 역류 방지부는, 상기 출구유로의 단부에 설치되며, 상기 탄성 부재의 단부가 지지되는 역류 방지판 몸체와, 상기 역류 방지판 몸체에 형성되는 다수의 역류 방지홀을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 역류 방지홀은, 다각 형상의 홀로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 역류 방지홀은, 상기 발포제의 공급 방향을 따라 점진적으로 좁아지도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 역류 방지홀의 내주면에는, 다수의 돌기들이 더 형성될 수도 있다.
상기 역류 방지판 몸체는, 상기 출구 유로의 단부에서 탈착 가능한 것이 바람직하다.
상기 역류 방지판은, 상기 발포제의 공급 방향을 따라, 테두리에서 중앙을 향해 경사지도록 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명은, 열가소성 고분자 재료의 물리적 발포 성형 공정에서, 발포제 주입관의 유로로 고분자 수지가 역류되어 공정의 손실이 발생되는 것을 효율적으로 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
즉, 본 발명은 다각 형상의 홀로 형성되는 역류 방지홀들은 고분자 수지의 부피 대비 표면적을 증가시킴으로써, 발포 가스 대비 점도가 높은 고분자 수지는 역류 방지홀들의 저항에 의해 발포제 주입관의 유로로 역류되는 것을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 발포 가스가 다수의 역류 방지홀을 통해 가스의 부피 대비 표면적을 증가시켜 고분자 수지 내로 더 빠른 시간에 녹아 들어 갈 수 있게 하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따르는 발포제 주입부를 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 발포제 주입부의 발포제 공급 전 상태를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 발포제 주입부에서 발포제가 공급되는 상태를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따르는 고분자 역류 방지부의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따르는 고분자 역류 방지부의 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따르는 고분자 역류 방지부의 또 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따르는 고분자 역류 방지부의 또 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따르는 고분자 역류 방지부의 또 다른 예를 보여주는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 구성도이다.
도 1을 참조 하면, 본 발명의 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치는 크게 챔버(100)와, 발포제 주입부(200)와, 고분자 역류 방지부(300, 도 2 참조)로 구성된다.
상기 챔버(100)에는 고분자 수지가 일정량으로 저장된다. 상기 챔버(100)의 내부에는 일정의 압력이 형성된다.
상기 발포제 주입부(200)는 외부로부터 공급받은 발포제를 상기 챔버(100)로 일정의 압력으로 공급 또는 주입한다. 여기서, 발포제 공급시의 압력은 상기 챔버(100) 내부의 압력 이상으로 형성되는 것이 좋다.
상기 발포제 주입부(200)의 구성을 좀 더 상세하게 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따르는 발포제 주입부의 구성을 보여준다.
도 2 및 도 3을 참조 하면, 상기 발포제 주입부(200)는 발포제 주입관(210)과, 탄성 개폐 수단(230)으로 구성된다.
상기 발포제 주입관(210)은 상기 챔버(100)의 상단에 연결된다.
상기 발포제 주입관(210)은 중공 형상으로 형성되어, 내부에 발포제가 유동되는 유로(220)가 형성된다.
도 3을 참조 하면, 상기 유로(220)는 발포제 주입관(210)의 상하를 관통하도록 형성되고, 입구유로(221)와 중앙유로(222) 및 출구유로(223)로 구성된다.
여기서, 상기 입구유로(221)와 출구유로(223)의 내경은 서로 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다. 이는 발포제를 주입하는 양에 따라 결정되는 것이 좋다.
상기 중앙유로(222)는 상기 입구유로(221)와 출구유로(223)를 서로 연결하고 상기 입구유로(221) 및 출구유로(223)의 내경 보다 작은 내경을 형성한다.
이에 더하여, 상기 입구 유로(221)에는 상기 중앙유로(222)의 상단과 연결되며, 중앙유로(222)의 상단을 따라 내경이 점진적으로 작아지는 입구측 경사유로(221a)가 형성된다.
또한, 상기 출구유로(223)에는 상기 중앙유로(222)의 하단과 연결되며, 중앙유로(222)의 하단을 따라 내경이 점진적으로 확장되는 출구측 경사 유로(223a)가 형성된다.
즉, 출구측 경사 유로(223a)는 중앙 유로(222)의 하단을 통해 하방을 따라 벌어지는 단면을 보인다.
여기서, 상기 입구측 경사유로(221a)와 출구측 경사유로(223a)는 서로 중앙유로(222)를 경계로 대칭을 이루도록 형성된다.
상기 출구유로(223)에는 상기 탄성 개폐 수단(230)이 배치된다.
상기 탄성 개폐 수단(230)은 개폐볼(231)과, 탄성부재(232)로 구성된다.
상기 개폐볼(231)은 상기 출구유로(223)에 배치되되, 출구측 경사 유로(223a)에 배치되는 것이 좋다.
상기 탄성부재(232)는 상기 개폐불(231)과 출구유로(223)의 하단에 설치되는 고분자 역류 방지부(300)를 서로 탄성 지지한다.
상기 탄성 부재(232)는 일정의 탄성 계수를 갖는 탄성 스프링으로 형성된다.
상기 탄성 부재(232)는 발포제가 입구유로(221) 및 중앙유로(222)를 통해 공급되면, 발포제의 공급 압력에 의해 개폐볼(231)이 하방으로 눌러 중앙유로(222)와 출구유로를 개방할 수 있는 탄성 계수를 갖는 것이 좋다.
따라서, 발포제의 공급 압력이 해제되면, 개폐볼(231)은 탄성 부재(232)의 복귀 탄성력에 의해 원위치로 복귀된다.
상기 출구유로(223)의 하단에는 상기 고분자 역류 방지부(300)가 설치된다.
상기 고분자 역류 방지부(300)는 역류 방지판 몸체(310)와, 다수의 역류 방지홀(311)로 구성된다.
상기 역류 방지판 몸체(310)는 원판형상으로 형성될 수 있고, 상기 출구유로(223)의 하단에 탈착 가능하도록 설치된다.
상기 탈착의 방식은 스크류 결합 방식이 채택될 수 있다. 일 예로, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 역류 방지판 몸체(310)의 둘레와 출구유로(223)의 하단 내벽은 서로 스크류 결합되는 구조일 수 있다.
상기 다수의 역류 방지홀(311)은 다각 형상의 홀로 형성되는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 다수의 역류 방지홀(311)은 사각 형상의 홀로 형성될 수 있다.
또는, 도 6에 도시되는 바와 같이, 역류 방지홀(312)은 삼각형상의 홀로 형성될 수 도 있고, 도 7에 도시되는 바와 같이 십자 형상의 홀(313)로 형성될 수 있다.
이에 더하여, 도 8에 도시되는 바와 같이 다수의 역류 방지홀(315)의 내경은 발포제의 공급 방향을 따라 내경이 점진적으로 좁아지는 홀로 형성될 수 있다.
즉, 상기 역류 방지홀(315)의 내주는 하방을 따르는 경사면(315a)이 형성된다.
상기 발포제를 비압축성 유체를 사용하는 경우, 공급하는 방향을 따라 발포제의 공급 유속이 증가될 수 있다.
더하여, 상기 발포제의 공급 방향의 역방향을 따라 역류 방지홀(315)의 내경이 커지도록 형성되기 때문에, 발포제가 역류되도라도 역류 방지홀(315)로 역으로 유입되어 상방측으로 역류되는 양을 최소화할 수 있는 잇점이 있다.
또한, 도 9에 도시되는 바와 같이, 다수의 역류 방지홀(314)의 내주에는 홀의 내측으로 돌출되는 다수의 돌기들(314a)이 더 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명은 발포제 공급시 발생되는 압력을 측정하는 제 1압력 센서(240)가 더 포함하고, 장치 본체(10)에는 챔버(100)의 내부의 수지 압력을 측정하는 제 2압력 센서(20)가 설치될 수 있다.
상기 제 1압력센서(240)는 발포제 공급시 발포제의 압력을 측정할 수 있다.
상기 제 1압력 센서(240)는 발포제 주입관(210)의 내측 상단에 설치될 수도 있고, 발포제 공급 라인(401) 상에 설치될 수도 있다.
상기 제 1,2압력 센서(240,20)는 제어부(410)와 전기적으로 연결되고, 제어부(410)는 제 1,2압력센서(240,20)에서 측정된 발포제 공급시 발포제의 압력과, 장치 본체(10) 내부의 수지 압력을 전송 받는다.
그리고, 상술한 발포제 주입부(200)는 발포제 공급부(400)와 연결된다.
상기 발포제 공급부(400)는 발포제 저장부(440)와, 칠러(430)와, 펌프(420)와, 밸브(402) 및 발포제 공급라인(401)으로 구성된다.
상기 발포제 공급라인(401)은 발포제 주입관(210)의 입구유로(221)와 연결된다.
상기 밸브(402)는 상기 발포제 공급라인(401) 상에 설치되고, 제어부(410)로부터 제어 신호를 받아 발포제 공급라인(401)을 개폐한다.
상기 펌프(420) 역시, 발포제 공급라인(401) 상에 설치되며, 제어부(410)로부터 제어 신호를 받아 발포제를 발포제 공급라인(401)을 따라 강제 공급한다.
상기 칠러(430) 및 발포제 저장부(440) 역시 발포제 공급라인(401)에 설치된다.
여기서, 상기 칠러(430)는 발포제의 종류에 따라 구비 여부가 결정될 수 있다.
즉, 칠러(430)는 발포제의 종류에 따라 필요할 수도 있고 없을 수도 있다. 예컨대, 이산화탄소를 발포제로 사용하는 경우 칠러(430)를 사용할 수 있다.
다음은, 상기와 같은 구성을 갖는 플라스틱 성형 장치의 작용을 설명한다.
도 1을 참조 하면, 제어부(410)는 펌프(420)를 사용하여 발포제 저장부(440)에 저장된 발포제를 발포제 공급라인(401)을 따라 강제 유동시킨다. 이때, 상기 제어부(410)는 개폐밸브(402)를 개방한 상태를 형성한다.
또한, 본 발명에서의 발포제는 발포 가스인 것으로 대표적인 예롤 설명한다.
이와 같이 발포 가스는 발포제 공급라인(401)을 따라 강제 유동하여, 발포제 주입관(210)으로 공급된다.
도 3을 참조 하면, 발포 가스는 입구 유로(221)로 진입된다. 이때, 제 1압력 센서(240)는 유로(220) 내부로 진입되는 발포 가스의 압력값을 측정하고, 이를 제어부(410)로 전송한다.
이어, 상기 발포 가스는 중앙 유로(222)로 진입되면서 개폐볼(231)을 일정의 압력으로 가압하고, 개폐볼(231)은 하방으로 눌리고, 탄성 부재(232)는 압축되는 상태를 형성한다.
상기와 같이 개페볼(231)이 하방으로 눌리면서 중앙 유로(222)와 출구유로(223)는 서로 연결된다.
따라서, 발포 가스는 중앙유로(222)에서 출구유로(223)를 따라 유동되고, 고분자 역류 방지부(300)에 형성되는 다수의 역류 방지홀(311)을 통해 챔버(100)의 내부로 주입되어, 챔버(100) 내부에 저장된 고분자 수지를 발포 성형하게 된다.
이때, 제 2압력 센서(20)는 챔버(100) 내부의 압력값을 측정하고, 이를 제어부(410)로 전송한다.
상기 제어부(410)는 발포 가스의 압력값이 챔버(100) 내부의 압력값 보다 높은 경우, 발포 가스의 주입 상태를 유지하고, 발포 가스의 압력값이 챔버(100) 내부의 압력값 보다 낮은 경우, 개폐 밸브(402)를 폐쇄하여 발포 가스의 공급 상태를 차단한다.
이는 챔버(100) 내부의 압력값이 발포 가스의 주입 압력값 보다 높은 경우 고분자 수지가 챔버(100)로부터 발포제 주입관(210)의 내부로 역류되는 것을 방지하기 위함이다.
또한, 본 발명에서 발포제 주입관(210)의 하단에 설치되는 고분자 역류 방지부(300)는 고분자 수지가 역류하는 경우에, 고분자 수지의 접촉되는 면적을 증가시킴으로써, 고분자 수지가 발포제 주입관(210)의 유로(220)로 역류되는 것을 방지한다.
즉, 본 발명에서의 고분자 역류 방지부(300)는 다수의 역류 방지홀(311)을 구비하고, 이는 도 4 및 도 5에 도시되는 바와 같이 다수의 사각형상의 홀로 형성된다.
따라서, 챔버(100)의 내부에서 역류되는 고분자 수지는 사각 형상의 홀인 역류 방지홀(311)의 사면을 이루는 내주에 의해 접촉되는 표먼적이 증가된다.
또한, 도 6에 도시되는 바와 같이, 본 발명에 따르는 역류 방지홀들(312)은 삼각 형상의 홀 또는 도 7에 도시되는 바와 같이 십자 형상의 홀(313)로 형성될 수도 있다.
이에 따라, 역류되는 고분자 수지는 삼각 형상의 홀에서의 삼면을 이루는 내주 또는 다수의 면을 이루는 내주에 의해 접촉되는 표면적이 더 증가될 수도 있다.
그러므로, 본 발명에서의 역류 방지판 몸체에 형성되는 다각 형상의 역류 방지홀들에 의해 고분자 수지는 발포제 주입관 내의 유로로 역류되지 않을 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따르는 역류 방지홀의 다른 예들을 보여준다.
도 8을 참조 하면,　본 발명에 따르는 다수의 역류 방지홀(315)은 발포제 주입관(210)의 유로(220)에서 챔버(100)의 내부를 따라 내경이 점진적으로 좁아지도록 형성될 수 있다.
따라서, 발포 가스가 유로(220)로부터 챔버(100)의 내부로 주입되는 경우에, 상기와 같이 형성되는 역류 방지홀들(315)을 따라 유동되면서 유속이 점진적으로 증가되고, 결국 챔버(100)의 내부로 유속이 증가되면서 주입될 수 있다.
이 유속의 증가로 인해, 고분자 수지의 역류 현상을 더 효율적으로 방지할 수도 있다.
이에 더하여, 내경이 챔버(100)의 내부 측을 따라 점진적으로 줄어들기 때문에, 고분자 수지가 역류하는 경우 줄어든 홀의 면적으로 인해 역류 현상을 더 방지할 수도 있다.
여기서, 상기와 같이 형성되는 역류 방지홀(311)의 형상은 도 5 내지 도 7에 도시되는 다각의 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다.
또한, 도 9를 참조 하면, 본 발명에 따르는 역류 방지홀(314)의 내주에는 내부를 따라 돌출되는 다수의 돌기들(315a)이 더 형성될 수도 있다.
상기 돌기들(315a)은 반구 형상의 돌기들일 수도 있고, 다각을 이루는 돌기들일 수도 있다.
또한, 상기 돌기들(315a)은 역류 방지홀(311)의 내주에서 상단에서 하단을 따라 연속적으로 형성되는 것이 좋다.
또한, 상기 돌기들(315a)의 크기는 챔버(100) 측을 따라 점진적으로 커지도록 형성되어, 홀의 면적이 챔버측을 따라 점진적으로 좁아지게 형성될 수도 있다.
따라서, 홀의 면적이 하방을 따라 좁아짐으로 인해, 발포 가스의 주입 유속을 증가시킴과 아울러, 고분자 수지가 좁아진 홀로 쉽게 유입되어 역류되지 않도록 할 수 있다.
특히, 상기와 같은 돌기들(315a)은 고분자 수지가 역류 방지홀(315)의 내부로 역류되는 경우에 고분자 수지와의 접촉 면적을 더 증가시킴으로써, 고분자 수지가 발포제 주입관(210)의 유로(220)로 역류되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.
본 발명에 따르는 실시예는, 열가소성 고분자 재료의 물리적 발포 성형 공정에서, 발포제 주입관의 유로로 고분자 수지가 역류되어 공정의 손실이 발생되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.
즉, 다각 형상의 홀로 형성되는 역류 방지홀들은 고분자 수지의 부피 대비 표면적을 증가시킴으로써, 발포 가스 대비 점도가 높은 고분자 수지는 역류 방지홀들의 저항에 의해 발포제 주입관의 유로로 역류되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 실시예는, 발포 가스가 다수의 역류 방지홀을 통해 가스의 부피 대베 표면적을 증가시켜 고분자 수지 내로 더 빠른 시간에 녹아 들어 갈 수 있게 한다.
다음은, 하기의 표1을 참조하여, 본 발명의 역류 방지판 사용에 따르는 역류유량에 대한 실험 결과를 설명한다.
표 1
비교예 실시예1 실시예2 실시예3
역류방지판없음 역류방지판A 역류방지판B 역류방지판C
역류유량 83 40 35 30
여기서, 역류유량의 단위는 m3/s이다.
여기서, 상기 역류 방지판A는 도 5에 도시된 역류 방지판이고, 상기 역류방지판B는 도 6에 도시된 역류 방지판이고, 상기 역류 방지판C는 도 7에 도시된 역류 방지판이다.
상기 표를 참조하면, 고분자 수지의 역류유량의 결과에서, 비교예는 실시예1에 비해 2배의 역류유량을 보이고, 실시예2 및 실시예3에 비해 2배 이상의 역류 유량을 형성하는 결과를 보이고 있다.
이의 결과를 기초로, 본 발명에서는 역류 방지판C인 십자 형상의 역류 방지홀들이 형성된 역류 방지판을 사용하는 경우 고분자 수지의 역류를 효율적으로 줄일 수 있음을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 플라스틱 성형 장치에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 일정 압력을 형성하며, 용융된 고분자 수지가 저장되는 챔버;
    상기 챔버에 연결되며, 외부로부터 공급 받은 발포제를 상기 챔버 내의 압력 이상을 형성하여 상기 챔버의 내부로 공급하는 발포제 주입부; 및
    상기 발포제 주입부에 설치되며, 공급하는 상기 발포제가 통과하며 상기 고분자 수지와의 접촉 표면적을 증가시켜 상기 고분자 수지의 역류를 방지하는 고분자 역류 방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발포제 주입부는,
    발포제 입구를 형성하는 입구유로와, 발포제 출구를 형성하는 출구유로와, 상기 입구유로와 상기 출구유로를 연결하고 내경이 상기 입구유로와 상기 출구유로의 내경보다 작게 형성되는 중앙 유로를 갖는 발포제 주입관과,
    상기 중앙유로의 출구측에 위치되도록 상기 출구유로의 내부에 탄성적으로 설치되며, 상기 발포제의 공급 압력에 따라 상기 중앙유로를 개폐하는 탄성 개폐 수단을 구비하되,
    상기 고분자 역류 방지부는, 상기 출구유로의 단부에 설치되고,
    상기 탄성 개폐 수단은 상기 고분자 역류 방지부에 지지되는 것을 특징으로 하는 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 출구유로는 상기 중앙유로의 하단에 연결되고, 상기 중앙 유로의 하단으로부터 하방을 따라 내경이 점진적으로 확장되는 경사유로를 갖고,
    상기 탄성 개폐 수단은,
    상기 경사 유로에 배치되어 상기 경사 유로를 개폐하는 개폐볼과, 상기 개폐볼과 상기 고분자 역류 방지부를 서로 탄성 지지하는 탄성 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 고분자 역류 방지부는,
    상기 출구유로의 단부에 설치되며, 상기 탄성 부재의 단부가 지지되는 역류 방지판 몸체와,
    상기 역류 방지판 몸체에 형성되는 다수의 역류 방지홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 역류 방지홀은,
    다각 형상의 홀로 형성되는 것을 특징으로 하는 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 역류 방지홀은,
    상기 발포제의 공급 방향을 따라 점진적으로 좁아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 역류 방지홀의 내주면에는,
    다수의 돌기들이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 역류 방지판 몸체는,
    상기 출구 유로의 단부에서 탈착 가능한 것을 특징으로 하는 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 역류 방지판은,
    상기 발포제의 공급 방향을 따라, 테두리에서 중앙을 향해 경사지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고분자 역류 방지부를 갖는 고분자 성형 장치.
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