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KR870000695B1 - 보강용 첨가재를 투입하는 열가소성 플라스틱 재료의 제조방법과 장치 - Google Patents

보강용 첨가재를 투입하는 열가소성 플라스틱 재료의 제조방법과 장치 Download PDF

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KR870000695B1
KR870000695B1 KR1019840001246A KR840001246A KR870000695B1 KR 870000695 B1 KR870000695 B1 KR 870000695B1 KR 1019840001246 A KR1019840001246 A KR 1019840001246A KR 840001246 A KR840001246 A KR 840001246A KR 870000695 B1 KR870000695 B1 KR 870000695B1
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KR
South Korea
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mixing
particle
spiral extruder
dissolved
particle material
Prior art date
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KR1019840001246A
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English (en)
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KR840007848A (ko
Inventor
하아. 슈타아데 쿠우르트
그라비온 에르빈
Original Assignee
아오토마틱 아파라아테-마시이넨바우 하마. 헨흐게엠베하
원본미기재
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Filing date
Publication date
Application filed by 아오토마틱 아파라아테-마시이넨바우 하마. 헨흐게엠베하, 원본미기재 filed Critical 아오토마틱 아파라아테-마시이넨바우 하마. 헨흐게엠베하
Publication of KR840007848A publication Critical patent/KR840007848A/ko
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Abstract

내용 없음.

Description

보강용 첨가재를 투입하는 열가소성 플라스틱 재료의 제조방법과 장치
제1도는 단축(單軸) 나선 압출기의 단면도.
제2도는 중간에 축의 직경이 계단으로 된 쌍축(雙軸) 나선압출기의 단면도.
제3도는 제2도의 A－A선 방향으로 절단한 단면도.
제4도는 제2도의 B－B선 방향으로 절단한 단면도.
* 도면 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 22, 23 : 나선압출기 케이스 14, 29 : 보강용 첨가재 투입통로.
2, 17, 32 : 나선압출기 축 15 : 압출판
3, 4, 37 : 스크류임펠러 16 : 압출노오즐
5, 6, 18 : 용해구역 33 : 열가소성 플라스틱 입자원료
7, 8, 9. 10, 19, 20, 21 : 혼합구역 34 : 보충용 입자원료
11, 24 : 입자원료 투입통로 35 : 보강용첨가재
12, 27 : 보충용 입자원료 투입통로 36 : 개스배출구
13, 25, 26, 28, 30, 31 : 혼합 및 반죽장치
본 발명은 쌀알과 같은 모양의 열가소성 플라스틱 입자원료(이하 입자원료라 칭함)로 부터 보강된 열가소성 플라스틱 재료를 제조하는 방법과 그 장치에 관한 것이다.
이 장치는 투입된 입자원료를 나선압출기 내에서 용해하고 이 압출기의 혼합구역에서 이 용해된 원료에 보충용 입자원료와 보강용 첨가재를 용해하고 혼합하는 압출기로서 구성된다.
공지된 방법으로서 독일 특허 제2601696호에서는 열가소성 플라스틱 원료가 입자형태로서 단축(單軸)나선 압출기에 투입되었다.
이 입자원료는 이 나선압출기의 용해구역에서 용해되고 또 이 압출기의 혼합구역에서 보강용 첨가재가 첨가된다.
이렇게 하기 위하여서는 이 압출기의 혼합구역의 시초부분에서 보강용첨가재를 투입하기 위하여 특별히 설계된 첨가재 투입통로를 마련해야만 했다.
이 원료들(플라스틱 입자원료 및 보강용첨가재)이 고루고루 혼합된 플라스틱 재료로 제조되기 위하여 보강용첨가재는 용해된 플라스틱원료와 이 압출기의 혼합구역에서 혼합되었다.
독일 특허 제2614136호에 의하면 쌍축나선 압출기를 개시(開示) 하였는데 이 압출기의 혼합구역에는 여러개의 보강용첨가재 투입통로를 마련하였다.
혼합구역에서 보강용원료(파이버 글라스)가 압출기 내에서 어떤 길이만큼은 통과해야만 되는 이상 균일한 재질의 플라스틱 재료를 얻기 위해서는 공지된 방법은 용해된 플라스틱 재료가 혼합구역에서 상당히 오랜시간을 머물러야 하는 문제점이 수반되었던 것이다.
이렇게 오랜시간을 머무는 것은 열가소성 플라스틱 재료의 물리적 성질에 나쁜 영향을 미치게 되므로 나선압출기를 저속으로 작동시키든지 아니면 열가소성 플라스틱 재료의 과열노출을 예방하기 위하여 혼합구역에서 이것을 재차 냉각시켜 주어야만 했으며, 이런 나쁜 영향을 제거하여 주기 위하여 독일 플라스틱 저어널지(JOURNAR紙)19 80－3호 125페이지에서 132페이지는 나선압출기의 혼합구역의 시초에 마련한 한개의 투입통로를 통하여 보충용 입자원료와 보강용첨가재인 파이버 글라스를 동시에 투입할 것을 제의하였다.
보충용 입자원료를 사용하면 처음에 투입되어 혼합구역에서 이미 용해되어 있는 입자원료를 냉각시켜 주게된다. 이것은 결과적으로 이 플라스틱재료를 고온에 장시간 과도하게 노출시켜 두는 것을 예방한다. 그러나 여기에서 우리가 집고 넘어가야 할 것은 특히 한개의 공동 투입통로를 사용할때 보충용 입자원료와 파이버 글라스 사이에는 상당히 심각한 마찰이 생기게 된다.
이 마찰은 파이버 글라스를 심하게 부셔주는 원인이 되므로 그 길이가 짧게 되었던 것이다.
그리고 투입통로의 표면을 심하게 마모시키게 되는등의 문제점이 유발되었던 것이다. 또한 독일 특허 제1927271호는 나선압출기의 혼합구역에서 파이버 글라스가 좁은 구역내에서 열가소성 플라스틱 입자원료 와의 작용을 공개한 것으로서, 파이버 글라스는 일반적으로 무한히 긴 섬유의 형태로 존재한다.
이런 관계에서 보충용 입자원료가 처음 투입된 용해된 입자원료에 혼합되고 그 다음 별도로 글라스 파이버가 여기에 혼합되는 것이 공개되었다. 이런 타입의 분리 투입방법은 보충용 입자원료를 분쇄하는 목적으로 사용되었다. 이 분쇄효과는 효과적으로 작용해서 파이버 글라스의 투입통로 다음에 설치된 반죽장치 까지 가는 용해되지 않은 보충용 입자원료의 통과거리는 매우 짧아졌다.
이 결과로 보충용 입자원료는 덩어리로 엉키었다. 이 엉킨 보충용 입자원료의 덩어리는 글라스 파이버를 너무나도 잘게 가루로 만들었기 때문에 이 가루가 혼합되어 제조된 플라스틱 재료로된 최종 제품은 엉뚱하게도 잘 부서지는 성질을 갖게되는 결과를 초래한다.
본 발명은 플라스틱 원료에 보강용 첨가재를 순조롭게 혼합하기 위하여 보충용 입자원료가 보강용 첨가재를 분쇄하는 작용을 제거하여 주는데에 있다.
본 발명에 의거하여 이 기능은 보강용 첨가재 투입통로와 보충용 입자원료 투입통로 사이에 설치된 혼합 및 반죽장치로서 이미 용해된 입자원료와 보충용 입자원료를 혼합하므로서 성취된다. 이 혼합 및 반죽장치는 보강용 첨가재가 투입되는 곳에서 보충용 입자원료가 완전히 용해되지 않고 그 대부분은 고체상태로 남아있을 정도로 용해시켜 준다.
독일 특허 제1927271호의 혼합기와는 반대로 이 혼합 및 반죽장치를 보충용 입자원료 투입통로와 보강용 첨가재 투입통로 사이에 배치한 것은 즉 보강용첨가재 투입통로 이전에 배치한 것은 보강용 첨가재가 투입될 지음에는 보충용 입자원료는 이미 용해된 입자원료와 실질적으로 균일하게 혼합된 상태로 만드는 결과를 초래한다.
이 보강용 첨가재가 투입되는 곳에서 보충용 입자원료의 내부는 고체인 상태이고 바깥부분만 약간 용해된 상태이므로 보강용 첨가재가 바깥부분이 용해된 이 보충용 입자원료 때문에 혼합되기 쉽게 되어서 보강용 첨가재는 이 보충용 입자원료가 균일하게 혼합되어 있는 이미 용해된 입자원료에 순조롭게 혼합된다.
그리고 또 보충용 입자원료가 그 표면이 고르게 용해되어 연한 상태로 되어있기 때문에 이 보강용 첨가재는 역학적으로 약화된 절단력과 굴절력을 받게 된다.
그 이유는 보충용 입자원료의 표면이 녹아 있기 때문에 보강용 첨가재는 고체로된 보충용 입자원료와는 마찰하지 않는다는 사실이다.
다시 말하면 보충용 입자원료의 표면이 용해되어 있으면 여기에 보강용 첨가재가 접할때는 그 표면부분의 용해된 입자원료는 윤활유 역활을 하기 때문이다. 따라서 이 보강용 첨가재는 보충용 입자원료와는 서로 잘 미끄러지면서 완충작용을 받으며 원활한 혼합작용을 받게 된다. 또 다른 결과는 이미 용해된 입자원료를 장시간 고온 과도한 열역학적 응력(應力)에 노출되지 않도록 보충용 입자원료가 냉각시켜 준다는 사실이다.
이 보충용 입자원료는 처음 투입된 열가소성 플라스틱 입자원료와 동일한 원료일 수도 있고 또 다른 성질을 갖는 제품을 생산하기 위하여 다른 성질의 입자원료일 수도 있다.
또 보충용 입자원료의 전체 입자원료에 대한 중량비율은 10~60%이지만 이중에서도 30~50%가 바람직한 중량 비율이다.
이 보강용 첨가재는 일반적으로 섬유로 되어있으나 특히 글라스 섬유 또는 탄소섬유가 더욱 좋다.
또 이것은 가루유리 또는 유리알로서 될 수도 있다.
본 발명은 상기 방법에서도 기술된 바와같이 나선 압출기에도 관계된다. 이점에 있어서는 압출기 축에 따라서 여러개의 투입통로를 설치될 수 있다는 사실은 공지의 사실이다. 이런 사실은 전술한 독일 특허 제2614136호에서 언급한 바 있다.
본 발명에 의거한 나선압출기는 보충용 입자원료 투입통로가 혼합구역의 시초부분에 설치되고 보강용 첨가재 투입통로는 보충용 입자원료 투입통로의 재료가 흐르는 방향의 아래쪽에서 보충용 입자원료가 미처 용해되지 않은 상태에서 이미 용해된 입자원료에 완전히 혼합될 정도로 보충용 입자원료 투입통로에 가깝게 설치되도록 설계되어 있다.
이 두개의 통로 사이의 혼합구역내의 일부 나선압출기축을 혼합 및 반죽장치로서 치환(置換)하였다.
이들 두개의 투입통로는 비교적 서로 가깝게 설치되어 있으므로 보충용 입자원료는 보강용 첨가재의 투입통로에까지 이송되드라도 완전히 용해되지 않은 상태에서 이미 용해된 입자원료와 혼합된다. 여기에서 불완전하게 용해된 보충용 입자원료와 이미 완전 용해된 입자원료와의 혼합은 전술한 혼합 및 반죽장치에 의하여 이루워진다. 이 나선 압출기는 본 발명에서 단축 또는 쌍축으로 나선 압출기축으로 될 수도 있다.
용해구역에 있는 나선압출기 축의 직경은 혼합구역에 있는 그것보다 적다. 또 용해구역에 있는 나선압출기축은 혼합구역의 그것보다 많은 스크류임펠러(SCREW IMPELLER)를 가지고 있다.
이 결과는 단면상으로 볼 때 용해구역보다 혼합구역에서 자유공간이 증가하여 이 구역에 있는 보충용 입자원료 투입통로 및 보강용 첨가재 투입통로에서 투입되는 입자원료와 보강용첨가재를 들어가기 쉽게하여 준다.
이 결과로 이들 입자원료와 첨가재를 투입하는데 투입압력이 불필요하게 된다.
본 발명을 도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도에서 보는 바와같이 단축나선압출기(A)는 나선압출기케이스(1)와 이 안에서 회전할 수 있도록 내장된 나선압출기축(2)으로 구성되는데 여기에서 나선압출기축(2)은 두줄의 스크류임펠러(3)(4)가 한벌로 되어 부착되어 있다.
이 나선압출기축(2)은 그 심부 직경(2')을 달리하는 여러 구역으로 구분되어 있다.
구역(5)의 나선압출기축의 심부직경(2')은 구역(6)의 그 심부직경(2')보다 적다.
구역(7) 및 (9)의 그 심부직경(2')은 구역(5)의 그 심부직경(2')과 같고, 구역( 8) 및 (10)의 그 심부직경(2')은 구역(6)의 그 심부직경(2')과 동일하다.
원료들은 그 심부직경(2')이 적은 구역(5)(7) 및 (9)에서 투입된다. 특히 구역 (5)에서는 입자원료 투입통로(11)를 통하여 열가소성 플라스틱입자원료(33)가 투입된다.
이 입자원료(33)는 쌀알과 같은 입자 형태이다.
이 입자원료(33)는 구역(5)에서의 나선압출기축의 심부직경(2')이 커졌기 때문에 강도높은 절단력에 직면하게 되어 용해된다. 따라서 구역(5)와 (6)은 용해구역으로 된다.
용해된 입자원료(33)가 있는 다음 구역(7)에서는 보충용 입자원료(34)가 보충용 입자원료 투입통로(12)를 통하여 투입된다. 여기에는 나선압출기축(2)의 심부직경 (2')이 다시 감소되기 때문에 보충용입자원료(34)는 투입압력이 없드라도 이미 용해되어 있는 입자원료(33)와 효율적으로 혼합된다.
다음 구역(8)에 있는 나선압출기측(2)에는 혼합 및 반죽장치로서 핀이 박혀있다.
이 구역에서는 나선압출기축(2)의 심부직경(2')이 커졌을 뿐만아니라 더욱이 이들 핀(13')에 의해서 이들 원료들(33)(34)을 더욱 강력하게 혼합하여 준다.
보충용 입자원료 투입통로(12)를 통하여 투입된 보충용 입자원료(34)는 이미 용해된 열가소성 플라스틱 입자원료(33)와 고르게 혼합된다.
다음 구역(9)에는 보강용 첨가재투입통로(14)를 통하여 보강용첨가재(예를 들면, 글라스파이버)(35)가 압출기내에서 이송되는 원료(33)(34)에 투입된다.
이 구역(9)의 압출기축(2)의 심부직경(2')은 또다시 접어져서 첨가재투입통로 (14)에서 들어오는 첨가재에 투입압력을 가할 필요를 없게하여 준다.
다음 구역(10)에서는 용해된 입자원료(33)와 보충용입자원료(34)와 보강용 첨가재(35)가 모두 한몫에 혼합되게 된다.
보충용 입자원료(34)가 용해될 때에는 과도한 열역학적 응력하에 있든 이미 용해된 입자원료(33)에서 많은 열을 흡수한다.
보충용입자원료(34)를 투입하는 투입통로(12) 다음에 있는 구역들(7)(8)(9) (10)은 총체혼합구역의 역활을 한다.
열가소성 플라스틱 입자원료와 보강용 첨가재가 혼합된 최종적인 제품은 압출판 (15)에 있는 압출노오즐(16)을 통하여 압출된다.
보충용 입자원료(34)는 보충용 입자원료투입통로(12)를 통하여 혼합구역(7)으로 들어간다. 말하자면 우선은 나선압출기축(2)의 심부직경(2')이 적으므로 이 보충용 입자원료(34)를 투입하는데 투입압력을 가할 필요가 없고 다음에는 다음 혼합구역 (8)에서 이미 용해되어 있는 입자원료(33)와 보충용입자원료(34)가 서로 혼합된다.
이 혼합구역(8)은 그 길이가 너무 짧기때문에 보충용입자원료(34)가 완전히 용해되지 않은 상태에서 다음 혼합구역(9)으로 이송되는데 이때 입자원료(34)는 표면만 용해되어 있고 여기에 부강용첨가재(35)가 보강용 첨가재투입통로(14)를 통과하여 들어오게 된다.
이 혼합구역(9)에서의 전술한 심부직경(2')은 또다시 적어지므로 그 심부직경 (2')이 커지는 최종 혼합구역(10)으로 이송될 때까지 이 원료들(33)(34)과 첨가재 (35)에 별도로 투입압력을 가할 필요는 없는 것이다. 이 최종 혼합구역(10)은 그 커진 심부직경(2')과 그 길이로 인하여 강도 높은 혼합이 이루워지지만 보강용첨가재(35)는 고형인 보충용 입자원료(34)와 직접 접촉하지 않기 때문에 이 첨가재(35)는 실질적으로 순하게 다루워진다.
이 보충용 입자원료(34)는 그 표면이 용해되어 있고 또 여기에 이미 용해된 열가소성 플라스틱 입자원료(33)가 둘러 쌓여져서 이것들이 보강용 첨가재(35)에 대하여는 잘 미끄러지는 윤활유 역활을 하게된다.
제2도에서 보는 쌍축나선 압출기(B)는 도면상으로는 단축으로 보이지만 두개의 나선압출기축(17)(32)로 구성되어 있다.
나선압출기축(27)(32)는 나선압출기케이스(22)(23)내에서 회전될 수 있도록 내설되어 있다.
도면상에서 오른쪽 케이스(22)의 직경은 왼쪽케이스(23)의 그것보다 적다. 따라서 오른쪽 케이스(22)내에 있는 나선압출기축(17)(32)의 직경은 왼쪽 케이스(23)내에 있는 나선압출기축(17)(32)의 그것보다 적다.
열가소성 플라스틱원료(33)는 입자형태로 입자원료투입통로(24)를 통하여 쌍축 나선압출기(B)에 투입된다.
입자원료(33)는 용해구역(18)에서 용해되는데 이 구역에서는 반죽장치(25) (26)가 그 용해공정을 촉진하여 준다.
용해구역(18) 다음에 있는 혼합구역(19)(20)(21)들은 용해구역(18)에 있는 나선압출기축의 직경보다 큰 직경을 갖는 나선압출기축이 있다. 용해구역(18)에 있는 나선압출기축(17)(32)은 혼합구역들(19)(20)(21)에 나선압출기축(17)(32)보다 더 많은 스크류임펠러(36)를 가지고 있다.
이 결과로 단면상으로 볼때 혼합구역들(19)(20)(21)은 용해구역(18) 보다 더많은 자유공간을 가지고 있다. 따라서 보충용 입자원료(34)와 보강용 첨가재(35)는 투입압력을 가하지 않드라도 혼합구역(19)(20)(21)내에서 용해된 입자원료(33)와 용이하게 혼합된다.
보충용 입자원료(34)는 제일 처음의 혼합구역(19)에 있는 보충용 입자원료 투입통로 (27)를 통하여 투입된다.
두번째의 혼합구역(20)에서 전술한 보충용입자원료(34)는 반죽장치(28)에 의하여 이미 용해된 전술한 입자원료(33)와 혼합된다.
보강용 첨가재(35) 즉, 글라스 파이버는 보강용 첨가재 투입통로(29)를 통하여 투입되어 전술한 입자원료들(33)(34)과 혼합된다. 보강용 첨가재(35)는 이미 용해된 입자원료(33)와 혼합구역(21)에서 혼합되고 부분적으로는 보충용 입자원료(34)의 작용에 의하여 이 혼합이 이루워진다. 또 이 혼합은 반죽장치들(30), (31)에 의하여 강도높게 진행된다.
비교적 긴 혼합구역(21)에서 보충용 입자원료(34)는 보강용 첨가재(35)가 순하게 혼합된 뒤에 완전히 용해된다.
그리고 여기에서 보충용 입자원료(34)는 고형상태에서는 보강용 첨가재(35)와 절대로 접촉되지 않는다.
이러한 방법으로 제조된 균일한 재질로된 플라스틱 재료는 쌍축나선 압출기(B)의 긴 혼합구역(21)의 끝에서 생산되어 나온다.
제2도에서 보는 쌍축나선압출기(B)는 이 압출기(B)내에 있는 플라스틱 재료내에서 발생한 개스를 자유로히 빠져나갈 수 있도록 하는 개스배출구(36)를 가지고 있다.
제3도 및 제4도는 공지된 쌍축압출기축의 구조를 단면도로 표시하였다.
제3도는 제2도의 A－A선 방향의 단면도를 표시하였고, 여기에서 보는 바와같이 쌍축나선 압출기축들(17)(32)의 삼쌍(三雙)의 스크류임펠러가 그 심부축(2')에 부착되어 있다.
제4도는 제2도의 B－B선 방향의 단면도를 표시하였고, 여기에서도 보는 바와같이 쌍축나선 압출기축들(17)(32)의 한쌍의 스크류임펠러가 그 심부축(2')에 부착되어 있다.
이 쌍축나선 압출기축(17)(32)의 축간거리(a)는 일정하다.

Claims (8)

  1. 용해구역과 혼합구역을 가진 나선압출기의 용해구역에 쌀알과 같은 형태의 입자로된 플라스틱원료를 투입하여 용해시켜 용해구역에 이송한 이 용해된 플라스틱 원료에 보충용 입자원료와(별도인) 보강용 첨가재를 투입하고 혼합하여서 보강된 플라스틱 재료를 제조하는 방법에 있어서, 보충용 입자원료가 보강용 첨가재 투입통로와 보충용 입자원료 투입통로 사이에 있는 혼합 및 반죽장치에 의하여 전술한 이미 용해된 플라스틱 입자원료와 혼합되고 또 전술한 보강용첨가재가 투입되는 혼합구역에 도달할 때에는 그 표면만 용해되고 그 내부는 고체로 남아있는 상태에서 전술한 이미 용해된 입자원료에 고르게 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 보강된 플라스틱재료의 제조방법.
  2. 전 플라스틱 중량에 대한 전술한 보충용 입자원료의 혼합 중량비율을 10~60%로 하는 것을 특징으로 하는 상기 특허청구의 범위 제1항 기재의 보강된 열가소성 플라스틱 재료의 제조방법.
  3. 전술한 보강용 첨가재는 글라스파이버 혹은 탄소섬유인 것을 특징으로 하는 상기 특허청구의 범위 제1항 기재의 보강된 열가소성 플라스틱 재료의 제조방법.
  4. 전술한 보강용 첨가재는 유리가루와 알유리인 것을 특징으로 하는 상기 특허청구의 범위 제1항 기재의 보강된 열가소성 플라스틱 재료의 제조방법.
  5. 상기 특허청구의 범위 제1항 기재의 제조방법을 실시하기 위하여 나선압출기축 (2)(17)(32)을 따라서 여러개의 원료 또는 첨가재 투입통로를 가지 나선압출기(A) (B)에 있어서, 보충용 입자원료 투입통로(12)(27)는 혼합구역(7)(8)(9)(10)(19) (20)(21)의 시초 부분에 설치되고, 보충용 입자원료(34)가 표면만 용해되고 내부는 고체로 남아있는 상태에서 이미 용해되어 있는 입자원료(33)에 혼합되게 하기 위하여 보강용 첨가재 투입통로(14)(29)는 보충용 입자원료 투입통로(12)(27)에 충분히 가깝게 설치되고, 또 보충용 입자원료 투입통로(12)(27)와 보강용 첨가재 투입통로(14) (29) 사이에 있는 나선압출기 축 부분을 혼합 및 반죽장치(13)(28)로 치환하는 것을 특징으로 하는 보강된 열가소성 플라스틱 재료를 제조하는 나선압출기(A)(B).
  6. 나선압출기축(2) 한개를 가진 것을 특징으로 하는 상기 특허청구의 범위 제5항 기재의 나선압출기(A).
  7. 두개의 나선압출기축(17)(32)을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 특허청구의 범위 제5항 기재의 나선압출기(B).
  8. 혼합구역(19)(20)(21) 전에 있는 용해구역(18)의 나선압출기축(17)(32)의 직경은 혼합구역(19)(20)(21)의 나선압출기축(17)(32)의 직경보다 작고, 용해구역( 18)에 있는 나선압출기축(17)(32)에 부착되어 있는 스크류임펠러의 수는 혼합구역( 19)(20)(21)에 있는 스크류임펠러의 수보다 많은 것을 특징으로 하는 상기 특허청구의 범위 제7항 기재의 나선압출기(B).
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