KR20060041864A - 압출방법, 압출과정 및 압출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압출오르피스를 통하여 압출가능한 열가소성 수지재의 열가소화된 스트림이 흘러가게 함으로써 압출된 물품을 준비하기 위한 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 압출과정과 압출장치에 관한 것이다. 상기 발명에서 스트림(STREAM)은 중앙코어스트림과 상기 코어스트림의 외부에 있는 적어도 하나의 경계스트림으로 분리될 수 있다.

상기 코어스트림과 경계스트림이 물리적으로 분리되는 동안에 변형첨가물을 경계층에 공급한다. 코어층과 압출오르피스의 표면사이의 변형된 특성을 가진 비교적 얇은 표면층인 경계스트림이 가해지고, 이에 따라 상기 스트림들은 압출오르피스의 외부로 재료가 배출되기 전에 다시 결합된다.

다른 실시예로써 상기 첨가물은 어떤 물리적 분리과정 없이 재료스트림의 표면에 직접적으로 가해질 수도 있다.

점성변형첨가제, 코어스트림, 경계스트림, 압출오르피스

Description

압출방법, 압출과정 및 압출장치{METHOD IN AN EXTRUSION PROCESS, AND EXTRUSION PROCESS AND AN APPARATUS FOR AN EXTRUSION PROCESS}

도 1 은 압출금형를 통하여 흐르는 전형적인 열가소성 재료의 유동속도의 특성을 나타내는 도면.

도 2 는 낮은 점성의 표면층을 가진 열가소성 재료의 플로우속도 특성을 나타내는 도면.

도 3 은 본 발명인 장치의 형상을 나타내는 도면.

본 발명은 압출오르피스를 통하여 압출가능한 열가소성 수지재의 열가소성 스트림(heat plastified stream)를 흐르게 함에 의하여 압출된 물품을 준비하기 위한 과정에 있어서의 방법에 관한 것이다.

더욱이 본 발명은 압출과정을 더 포함하고 있으며 또한, 압출된 물품을 준비하기 위한 장치를 포함한다.

본 발명은 고점성의 폴리머재료를 압출하기 위한 방법 및 과정에 관한 것이 다. 더욱 상세하게 본 발명은 고점성의 폴리머재료에 용해파괴(melting fracture)를 발생시키는 과도한 전단력이 작용하지 않고, 종래의 기술에 비하여 높은 압출력, 낮은 용해온도와 낮은 에너지상태에서 용해물이 압출될 수 있게 하기 위한 것이다.

다시 말하여 본 발명은 생산품의 품질과 생산능력에 있어서의 손실을 막기 위하여 금형(die)에서 불균일한 용해스트림이 생기지 않도록 하는 것이다.

용해파괴와 추출과정에서 표면이 매끄럽지 않게 되는 폴리머재료의 경향은 수년동안 많이 연구되어 왔다. 이 문제에 대한 접근은 주로 레진(resin)의 변형과 그것의 원자무게 분배에 관한 것이었다. 그러나, 그런 변형은 재료의 물리적 성질을 절충한 것으로, 사실 고성능폴리머는 추출과정에서 좁은 처리창(processing windows)을 가지는 경향이 있다.

추출도구의 금속표면에 윤활재를 공급하거나 혹은 테프론과 같은 적은 마찰재료를 표면을 코팅하여 최종적인 형상가공이 윤활작용에 의하여 이루어지고 이에 따라 표면을 불균일하게 만드는 전단력을 감소시킬 수 있다고 알려진다.

다만 이러한 방식은 마찰이 있는 재료가 추출되는 경우 상대적으로 연한 코팅재의 연약층의 내구성과, 또한 윤활층이 일정하게 얻어질 수 있도록 하는 윤활재의 분포를 조절하는 데 어려움이 있다고 알려진다.

또한 많은 실제적용에서 윤활재는 최종생산품의 표면에서 제거되어야 한다.

윤활층은 추출공급기에 폴리머를 가진 불소수지(fluoropolymer)형식의 가공보조재를 첨가함에 의하여 추출도구의 금속표면에 유지되어야 하며, 이에 따라 전단력은 감소된다. 그러나 전체 용해물을 윤활처리하기 위하여는 첨가물이 과도하게 필요하게 되고, 현장에서 사용되는 윤활유와 같은 첨가물은 최종생산물의 표면으로 옮겨지고, 이에 따라 최종생산물의 표면에 인쇄물이나 기타 부착성질등을 변경시키게 된다.

용해스트림의 경계조건은 오직 용해스트림의 표면층을 변형한 가장 최적의 측면효과에 의하여 효과적으로 조절된다. 이 방법에서는 용해물의 한 부분을 분리한 후 상기 분리된 부분의 점성을 감소시키기 위하여 열을 가한다. 이상과 같이 분리된 부분은 추출기해드(EXTRUDER HEAD)에서 표면으로 사용된다. 그러나, 이 방법은 조절하기 어렵고, 제한된 점성차이를 가지며, 폴리머에 대하여 원치않는 높은 온도를 가진다.

그러나 이 방법은 복잡한 구조로 이루어지거나 장치를 조절하기가 어려운 복합장치에 사용된다.

종래기술로는 미국특허 5573720, 4187269와 4629650이 있다.

본 발명의 목적은 종래의 문제점을 제거하기 위한 압출방법, 압출과정과 압출장치를 제공하는 것이다. 이것은 본 발명에 의하여 수행된다.

본 발명의 방법은 추출단계가 수행되어 지기 전에 다음 단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.

- 압출가능한 열가소성 수지재의 스트림의 표면부에 변형첨가물을 선택적으로 공급하고 혼합하는 단계.

또한, 본 발명의 과정에는 추출단계가 수행되기 전에 다음 과정이 수행되는 것을 특징으로 한다.

- 재료 플로우(FLOW)의 표면부에 변형첨가물을 공급하고 혼합하는 과정.

본 발명의 장치는 스트림의 표면부를 형성하는 재료의 특성을 변형하기 위하여 압출가능한 열가소성 수지재의 스트림의 표면부에 변형첨가물을 선택적으로 공급하기 위한 공급수단이 추출오르피스의 앞에 설치된다.

본 발명은 예를 들면 필름을 추출하는 경우에 필름에 높은 투명도를 가지는 것과 같은 매끄러운 표면을 가진 폴리머압출물을 만들기 위한 장치, 과정, 방법을 제공한다.

본 발명의 폴리머재료는 압력이 가해진 상태에서 공극을 통해 공급된다. 상기 공극에서 용해물 중 어느 한 부분이 혼합부를 통하여 이동한다. 이때, 상기 혼 합부내에는 변형첨가물이 공급되고, 상기 용해물의 한부분이 변형첨가물과 혼합된다.

그 첨가물이 혼합된 재료의 일부분은 용해물의 코어 외부를 형성하는 표면으로 작용된다. 용해물의 표면은 용해물의 코어보다 낮은 점성을 가지며, 그에 따라 금형표면의 경계조건도 변화되고, 플로우분포도 바뀐다. 이상과 같이 변화된 경계조건은 낮은 전단력을 제공하고 이에 따라 종래기술에 비하여 높은 생산속도와 향상된 표면품질을 이루게 한다.

이하 도면을 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하겠다.

도 1 은 전형적인 열가소성재료의 플로우속도특성을 나타낸다. 도 1 은 벽주위와 플로우지역의 중간부분을 비교하였을 때 상당한 정도의 속도차이가 나타남을 보여준다. 상기 차이는 경계조건에 기인한 것인데, 도 1 에 보인 바와 같이 장치에서 유동면적의 중간부분과 비교하여 벽주위에서는 낮은 유동속도를 나타내며, 이에 따라 용융물에 더욱 큰 전단력을 생성시킨다.

도 2 는 플로우의 코어부분보다 낮은 점성이 있는 표면층을 가진 열가소성재료의 유동속도특성을 보여준다. 도 2 는 전체적인 유동면적을 통한 속도분포가 도 1 에서 보여준 속도분포와 비교하였을 때 높다는 것을 나타낸다. 도 2 와 같은 변형된 경계조건은 용융물에 적은 전단력을 발생시킨다. 이에 따라 높은 생산속도 및 표면의 품질이 더욱 향상되게 된다. 본 발명은 도 2 에서 보인 바와 같은 상태를 얻을 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

도 3 은 본 발명에서 사용되는 장치의 형상을 도식적으로 보여준다. 도 3 에서 도면부호 1 은 압출가능한 수지 열가소성재료를 압출오르피스(2)까지 이동시키는 스크류장치를 나타낸다.

도 3 에서 보인 이 장치는 물리적으로 스트림을 중앙코어스트림과 상기 코어스트림의 외부에 있는 적어도 하나의 경계스트림으로 나누기 위한 제1수단(3)을 구비한다. 상기 제1수단(3)은 스트림의 한 부분을 제2수단으로 안내하는 채널시스템을 구비한다. 공급수단(4)는 코어스트림과 경계스트림과의 물리적 분리상태를 유지하는 동안 점성변형첨가물을 경계스트림에 선별적으로 공급한다.

상기 공급수단(4)은 하나의 공간과 파이프시스템으로 구성된다. 상기 첨가물은 파이프시스템을 통하여 경계스트림에 공급된다. 첨가물은 점성변형요소를 가진 혼합물을 구비한다. 상기 공간은 제1수단(3)의 공간시스템의 필수요소이다.

본 장치는 제3수단(3)을 더 구비한다. 상기 제3수단은 재료가 압출오르피스 밖으로 배출될 수 있도록 종래의 스트림을 다시 합친다.

비교적 얇은 표면층으로 작용하는 경계스트림은 코어층과 압출오르피스의 표면사이에서 변형된 점성을 가진다. 상기 제3수단(5)는 채널시스템을 구비한다. 상기 채널시스템은 얇은 표면층이 형성될 수 있도록 첨가물이 혼합된 경계스트림을 코어스트림으로 안내한다. 이 두 개의 스트림은 일반적으로 압출오르피스주위에서 다시 혼합된다.

상기 기술된 발명의 장치는 스트림을 두개의 부분(예를 들면 코어스트림과 경계스트림)으로 분리하기 위한 수단과 상기 분리된 두개의 부분이 다시 결합되게 하는 수단을 사용한다. 그러나 이것은 본 발명에서 사용되는 유일한 방법이 아니라 상기 표면부의 특성을 변화시키기 위하여 별도의 분리과정이 없이 압출가능한 열가소성 수지재의 플로우의 표면부에 변형첨가물을 직접 공급하고 혼합하는 것도 가능하다.

도 3 에 나타난 형태는 단순한 생산품에 관한 것이다. 그러나 본 발명을 다층 필름과 관련되어 사용할 수도 있으며, 또한 다른 다층생성과정도 가능하다.

다시 말해서 도 3 은 본 발명의 원리에 의한 하나의 예일 뿐이며, 발명은 복수의 해드배열에 관해서도 사용될 수 있다.

이 발명은 경계스트림의 점성이 변화되는 장치와 관련된 것이다. 이때 점성이라 용어는 넓게 이해되어야 한다. 예를 들어 만일 경계스트림이 변형된 점성특성을 가진다고 한다면, 이는 변화되지 않은 점성특성을 가진 코어스트림과 비교하였을 때, 경계스트림이 쉽게 흐를 수 있는 스트림이라는 것을 의미한다.

즉, 상기 용어는 기능적으로 사용된다. 예를 들면 상기 용어는 성질이 변화 된 스트림을 의미하는 것이다.

또한 상기 용어는 어떤 스트림의 성질이 변화되고, 또한 그 스트림이 성질이 변화되지 않은 코어스트림에 비하여 낮은 내부마찰성질을 가지는 것을 말한다.

그러나 본 발명은 엄격한 의미의 점성에만 사용되기 보다는 다른 성질, 예를 들면 본 발명의 원리를 사용하여 성질이 변형되거나 부가된 것도 포함하여 사용될 수 있다.

예를 들면 경계스트림에 항박테리아 성질을 가진 어떤 첨가물을 공급하는 것도 가능하다. 그것에 의하여 본 발명은 표면부위에서 반응성질과 같은 항박테리아 성질을 가진 물품을 생산할 수도 있다. 본 발명은 또한 어떤 성질을 보조하는 과정이나 성질을 부여하는 곳에도 사용할 수 있다. 또한, 다층물품의 층사이에 보다 향상된 접착성질을 가진 발명에 사용될 수도 있다.

이상에서 살펴 본 실시형태는 엄밀하게 적용되는 것이 아니라, 청구항에 기재된 범위내라면 사용롭게 변형이 가능하다, 따라서, 본 발명의 장치와 그것의 상세한 설명은 위에서 언급된 것만 가지는 것이 아니라, 다른 방식도 가능하다.

Claims (11)

1. 압출오르피스를 통하여 압출가능한 열가소성 수지재의 열가소화된 스트림을 통과하게 함에 의하여 압출된 물품을 준비하기 위한 방법에 있어서,

   압출단계의 앞에 압출가능한 열가소성수지재의 스트림의 표면부에 변형첨가물을 선택적으로 공급하거나 혼합하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출방법.
2. 제1항에 있어서,

   압출단계의 앞에, 물리적으로 스트림을 중앙코어스트림과 상기 코어스트림의 외부에 있는 적어도 하나의 경계스트림으로 분리하는 과정과,

   상기 코어와 경계스트림이 물리적 분리를 유지하는 동안에 상기 경계스트림에 변형첨가물을 선택적으로 공급하는 과정과,

   압출오르피스의 외부로 재료가 배출되기 전에 코어층과 압출오르피스의 표면사이에 변형된 성질을 가진 얇은 표면층인 경계스트림을 가하여 분리된 스트림들을 다시 합치는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 스트림들은 일반적으로 압출오르피스 근처에서 다시 합쳐지는 것을 특징으로 하는 압출방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 공급되고 혼합된 첨가물은 점성변형요소을 가진 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출방법.
5. 압출오르피스를 통하여 압출가능한 열가소성 수지재의 열가소화된 스트림을 통과하게 함에 의하여 물건을 압출하는 과정은,

   열가소화 및 압출가능한 열가소성합성수지재의 원료를 공급하는 단계와,

   압출오르피스를 향하여 제1플로우경로를 따라 재료가 진행하게 하는 단계로 이루어지며,

   상기 압출하는 단계에 앞서,

   재료플로우의 표면부에 변형첨가물을 공급하거나 혼합하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출과정.
6. 제 5 항에 있어서,

   제1플로우경로에서 제2플로우경로로 재료의 부분을 분리하고, 상기 분리된 플로우에 변형첨가물을 공급하고 혼합하는 과정과,

   압출오르피스를 통하여 재료가 배출되기 전에 제1흐름경로를 따라 이동하는 수지의 표면에 비교적 얇은 층으로 된 변형된 재료를 가하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압출과정.
7. 제 6 항에 있어서,

   플로우경로가 분리되는 과정과 변형된 재료가 제1흐름경로에 가해지는 과정은 압출오르피스에 앞서 수행되도록 배치된 것을 특징으로 하는 압출과정.
8. 제 5항 또는 6항에 있어서,

   공급되고 혼합된 상기 첨가물은 점성변형요소를 가진 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출과정.
9. 압출오르피스를 통하여 압출가능한 열가소성 수지재의 열가소화된 스트림을 통과하게 함에 의하여 압출된 물건을 준비하는 장치에 있어서, 상기 장치는 압출오르피스의 앞에,

   스트림의 표면부를 형성하는 재료의 성질을 변화시키게 하기 위하여 변형첨가물을 압출가능한 수지 열가소성재료의 스트림의 표면부에 선택적으로 공급하는 공급수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 압출장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 장치는 물리적으로 흐름을 중앙코어스트림과 상기 중앙코어스트림의 외부에 있는 적어도 하나의 경계스트림으로 분리하기 위한 제1수단(3)과,

    상기 코어스트림과 경계스트림이 물리적으로 분리되어 있는 동안 변형첨가 물을 경계스트림에 공급하도록 배열된 공급수단(4)와,

    코어층과 압출오르피스의 표면사이에 변형된 성질을 가진 비교적 얇은 표면층인 경계스트림을 가하고, 압출오르피스에서 재료를 배출하기에 앞서 상기 흐름들을 다시 결합시키는 제3수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 압출장치.
11. 제10항에 있어서,

    제3수단은 압출오르피스의 근처에 위치한 것을 특징으로 하는 압출장치.

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