KR100756059B1 - 다공질 시트 제조용 압출기 및 이를 이용한 다공질 시트의제조방법 - Google Patents

Abstract

시트 또는 필름에 미세구멍이 소정량과 규격으로 형성될 수 있도록 혼련성과 분산성이 탁월하고 기계적강도 등이 우수한 품질의 제품생산이 가능하고, 압출초기 시트 형상의 압출물의 혼련성 여부를 판단하여 불량의 압출물을 뽑아낸 다음 양질의 압출물이 압출되기 시작될때 압출기를 냉각부로 이송시킬 수 있도록 한 다공질 시트 제조용 압출기에 관한 것이다. 이 압출기는 안내레일(240)을 따라 왕복이동가능한 이동프레임(200)과; 이동프레임(200)에 탑재되는 1차 혼련부(90)와; 이동프레임(200)에 탑재되어 함께 이동되며 혼합물을 정량적으로 배출시키는 정량공급부와; 이동프레임(200)에 탑재되어 함께 이동되며 정량공급부로부터 공급된 혼합물에 용매를 공급하기 위한 용매공급구(111)가 형성되고 혼합물과 함께 용매를 가열 용융하여 혼련압출시키는 한쌍의 2축스크류를 갖는 2차압축혼련부(100)와; 2축스크류를 회전시키는 구동모터(50)와; 이동프레임(200)에 탑재되어 함께 이동되며 2차압축혼련부(100)로부터 압출되는 압출물을 정량적으로 배출시키는 기어펌프(310)와; 이동프레임(200)에 탑재되어 함께 이동되며 기어펌프(310)로부터 배출되는 압출물을 시트 또는 필름형태로 배출시키는 시트다이(400)와; 시트다이(400)를 통하여 배출되는 시트를 냉각시키는 냉각부를 구비한다.

이와 같은 압출기는 원료, 첨가제 및 용매를 혼련과정을 통하여 혼련시키고 기어펌프(310)를 통하여 보다 압축,혼련시킴으로써 균일하고 미세공이 균일하게 형성된 다공질 시트의 제조를 가능하게 한다.

압출기, 다공질시트, 용매, 첨가제, 시트다이

Description

다공질 시트 제조용 압출기 및 이를 이용한 다공질 시트의 제조방법{An extruder for cellular sheet and method for manufacturing of it}

도 1은 본 발명 실시예의 압출기를 나타낸 개략도,

도 2는 도 1의 1차혼련부를 나타낸 개략도,

도 3은 본 발명 실시예의 압출기를 통하여 압출제조된 압출시트를 나타낸 개략도,

도 4a는 도 3의 단면도,

도 4b는 도 3의 압출시트로부터 용매를 제거한 다공질시트의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10...교반조 20...제1호퍼

50...공급모터 90...1차혼련부

100...2차압축혼련부 310...기어펌프

400...시트다이 500...압축시트

510...다공질시트

본 발명은 다공질 시트 또는 필름 제조용 압출기 및 이를 이용한 다공질 시트 또는 필름의 제조방법에 관한 것으로써, 특히 미세구멍이 균일하게 형성될 수 있도록 혼련성과 분산성이 향상되고, 압출공정에 의해 연신성 강도 등 기계적 품질이 우수한 제품의 생산이 가능하며, 압출초기 시트 형상의 압출물의 혼련성 여부를 판단하여 불량의 압출물을 뽑아낸 다음 양질의 압출물이 압출되기 시작될때 압출기를 냉각부로 이송시킬 수 있도록 한 다공질 시트 제조용 압출기 및 이를 이용한 다공질 시트의 제조방법에 관한 것이다.

예컨대, 핸드폰 또는 노트북등에는 리튬 이차전지가 채용되어 있으며, 이 이차전지에는 양극과 음극 전극 사이의 단락을 방지하기 위하여 세퍼레이터가 마련되어 있다. 이 세퍼레이터는 양극과 음극 사이의 이온 투과성을 확보하기 위하여 다수의 미세공을 갖는 다공질 시트가 사용되고 있다.

프랑스공화국 특허 제2073807호에 개시된 열가소성 시트에 미세한 구멍을 형성하는 방법은, 서로의 사이에 핀칭부(pinching portion)를 가지며 서로의 사이에 소정의 거리를 유지하는 한쌍의 롤을 제공하는 단계와, 하나의 롤의 표면에 숫돌입자를 놓는 단계와, 롤의 핀칭부를 통하여 열가소성 필름을 통과시키는 단계와, 롤의 핀칭부의 온도 및 압력을 조절하여 숫돌입자로 필름을 천공하는 단계, 필름에 접하는 숫돌입자의 모서리부로 필름을 미세하게 천공하는 단계와 미세하게 천공된 필름을 롤의 핀치부에서 제거하는 단계를 포함하는 방법이다.

그러나 이와 같은 시트성형방법은 숫돌입자의 마모등으로 수명이 짧을 뿐만 아니라, 미세한 구멍을 천공하는 데는 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 된 것으로써, 시트 원료, 첨가제 및 용매를 균일하게 혼련하여서 미세한 구멍이 균일하게 형성될 수 있도록 하고, 혼련성과 분산성이 탁월하고 기계적강도 등이 우수한 품질의 제품생산이 가능하도록 한 다공질 시트 제조용 압출기 및 이를 이용한 다공질 시트의 제조방법를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 초기 배출되는 시트 원료, 첨가제 및 용매의 압출물의 혼련여부를 판단하여 불량의 압출물을 배출시키고 양질의 압출물이 냉각조로 배출될 수 있도록 이송가능한 다공질 시트 제조용 압출기 및 이를 이용한 다공질 시트의 제조방법를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하는 본 발명 다공질 시트 제조용 압출기는 안내레일을 따라 왕복이동가능한 이동프레임과;

원료와 첨가제가 투입되는 제1호퍼와, 상기 제1호퍼로부터 원료와 첨가제가 투입되는 교반조와, 교반모터의 동력으로 회전되어 교반조에 수용된 원료와 첨가제를 교반시키는 교반브레이드를 가지며 상기 이동프레임에 탑재되는 1차 혼련부와;

상기 이동프레임에 탑재되어 함께 이동되며 상기 교반조로부터 교반된 혼합물을 정량적으로 배출시키는 정량공급부와;

상기 이동프레임에 탑재되어 함께 이동되며 상기 정량공급부로부터 공급된 혼합물에 용매를 공급하기 위한 용매공급구가 형성되고 상기 혼합물과 함께 용매를 가열 용융하여 혼련,분산압출시키는 한쌍의 2축스크류를 갖는 2차압축혼련부와;

상기 2축스크류를 회전시키는 구동모터와;

상기 이동프레임에 탑재되어 함께 이동되며 상기 2차압축혼련부로부터 압출되는 압출물을 정량적으로 배출시키는 기어펌프와;

상기 이동프레임에 탑재되어 함께 이동되며 상기 기어펌프로부터 배출되는 압출물을 시트형태로 배출시키는 시트다이와;

상기 시트다이를 통하여 배출되는 시트를 냉각시키는 냉각부;를 구비하고,

상기 이동프레임의 이동에 따라 상기 시트다이가 상기 냉각부 상부에 위치하는 제1위치와, 상기 시트다이가 상기 냉각부로부터 벗어난 제2위치로 왕복이동될 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하는 본 발명은 다공질 시트 제조용 압출기를 이용한 다공질 시트 제조방법에 있어서,

원료와 첨가제를 혼합하여 교반시키는 1차혼련단계와;

상기 1차혼련된 혼합물을 정량적으로 배출시키는 정량배출단계와;

상기 정량적으로 배출된 혼합물과 용매를 혼합하고 가열시키면서 압축혼련시키는 2차혼련단계와;

상기 제2위치에서 시트 형상으로 1차 압출하여 혼련정도에 따른 불량여부를 판단하는 단계와;

상기 불량여부 판단후 혼련정도가 양질인 경우 상기 시트다이가 상기 냉각부 상부에 위치하도록 상기 이동프레임을 이동시키는 단계와;

상기 냉각부에 상기 시트다이를 통하여 혼련된 시트를 압출시키는 단계와;

상기 시트로부터 상기 용매를 제거하여 다공질 시트를 형성시키는 탈용매단계;를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 용매는 비휘발성 액체 파라핀이고, 상기 탈용매단계에서는 탄화수소 또는 알콜류의 역휘발성 용제를 이용하여 상기 용매를 제거시키는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명 실시예의 압출기로부터 제조되는 다공질 시트는 예컨대, 양극과 음극 전극 사이의 단락을 방지시키는 이차전지의 세퍼레이터로서 사용될 수 있다. 이 세퍼레이터는 양극과 음극 사이의 이온 투과성을 확보하기 위하여 다수의 미세공을 갖는 다공질 시트 구조를 가진다.

이 다공질 시트(510)는 도 4b에서와 같이 다수의 미세공(511)을 가지며, 본 발명 실시예의 압출기를 통하여는 도 3 및 도 4a에서와 같이 미세공이 형성되기 전의 압출시트(500)가 제조된다.

압출시트(500)는 초고분자량의 수지(예컨대, 폴리올레핀 수지)에 첨가제(필요에 따라 염료, 안료, 대전방지제)가 혼련되고, 여기에 비휘발성인 액체 파라핀등의 지방족 용매(500b)가 함께 혼련된 후 시트(필름)형상으로 압출된 구조를 가진다.

다공질시트(510)는 상기 압출시트(500)로부터 용매(500b)를 제거하여 미세 공(511)이 형성된 구조를 가지며, 용매를 제거시키는 탈용매공정에서는 탄화수소, 알콜류등의 역휘발성 용제가 사용된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 압출시트(500)를 제조시키는 본 발명 실시예의 압출기는 안내레일(240)을 따라 왕복이동가능한 이동프레임(200)과, 상기 이동프레임(200)에 탑재되며 원료와 첨가제를 교반/혼련시키는 1차 혼련부(90)와, 상기 이동프레임(200)에 탑재되어 함께 이동되며 상기 1차 혼련부(90)로부터 교반된 혼합물을 정량적으로 배출시키는 정량공급부와, 상기 1차 혼련된 혼합물에 파라핀과 같은 용매를 투입하여 혼련시키는 2차 압축혼련부(100)와, 상기 이동프레임(200)에 탑재되어 함께 이동되며 2차 압축혼련부(100)로부터 배출되는 압출물을 시트형태로 배출시키는 시트다이(400)와, 상기 시트다이(400)를 통하여 배출되는 시트를 냉각시키는 냉각부(미도시)를 구비한다.

상기 1차 혼련부(90)는 원료와 첨가제가 투입되는 제1호퍼(20)와, 상기 제1호퍼(20)로부터 원료와 첨가제가 투입되는 교반조(10)와, 교반모터(12)의 동력으로 회전되어 교반조(10)에 수용된 원료와 첨가제를 교반시키는 교반브레이드(11)가 마련되어 있다.

상기 정량공급부는 정량공급모터(30)에 의해서 회전되는 공급스크류(미도시)가 마련되어 있으며, 교반조(10)로부터 유입되는 원료와 첨가제의 혼합물을 일정량씩 2차압축혼련부(100)로 공급시킨다.

참조번호 40은 제2호퍼로서, 제1호퍼(20)를 통하여 투입된 첨가제의 양에 더하여 첨가제만을 조절하여 투입할 수 있도록 한다.

상기 2차압축혼련부(100)는 상기 이동프레임(200)에 탑재되어 함께 이동되며 상기 정량공급부로부터 공급된 혼합물에 용매를 공급하기 위한 용매공급구(111)가 형성되고 상기 원료 및 첨가제 혼합물과 함께 용매를 가열 용융하여 혼련압출시키는 한쌍의 2축스크류(미도시)를 갖는다.

상기 2축스크류는 구동모터(50)에 의해서 회전되면서 원료, 첨가제 및 용매를 압축/혼련시킨다.

2차압축혼련부(100)는 챔버(110)내에 상기 2축스크류가 수용되어 있고, 용매공급구(111) 및 탈기구(112)가 형성되어 있고, 가열수단(미도시;히터 등)에 의해서 가열되어 원료,수지 및 첨가제를 혼련시켜서 상호 균일한 혼련이 되도록 한다.

2차압축혼련부(100)의 후단에는 스크린(120)이 설치되어서 이물질들을 걸러낼 수 있도록 한다.

또한, 스크린(120)를 통하여 압출된 압출물은 기어펌프(310)에 의해서 정량적으로 배출되도록 되어 있으며, 시트다이(400)를 통하여 압출물을 시트형태로 압출시킨다. 이들 기어펌프(310)와 시트다이(400)는 상기 이동프레임(200)에 탑재되어 함께 왕복이동된다.

상기 이동프레임(200)은 이송모터(220)와 체인(230)으로 연결되어 회전되는 이송롤러(210)가 마련되어서, 안내레일(240)을 따라 이동가능하게 되어 있다.

이와 같이 이동프레임(200)가 이동가능하게 됨에 따라 상기 시트다이(400)가 상기 냉각부 상부에 위치하는 제1위치와, 상기 시트다이(400)가 상기 냉각부로부터 벗어난 제2위치로 왕복이동될 수 있도록 한다.

상기와 같은 다공질 시트 제조용 압출기의 구동 및 이를 이용한 다공질 시트 제조방법은 다음과 같다.

먼저, 이송모터(220)를 구동하여 시트다이(400)가 냉각부로부터 떨어진 제2위치에 놓이도록 한 후, 제1호퍼(20)를 통하여 원료와 첨가제를 투입하여 교반조(10)내에서 교반브레이드(11)를 회전시키면서 1차혼련시키고, 1차혼련된 혼합물을 정량공급모터(30)를 구동하여 정량적으로 배출시켜 2차압축혼련부(100)로 공급시킨다. 이때 첨가제의 양이 부족한 경우 필요에 따라 염료, 안료, 대전방지제와 같은 첨가제를 제2호퍼(40)를 통하여 추가 공급시킨다.

2차압축혼련부(100)로 공급된 혼합물에 파리핀과 같은 용매를 용매공급구(111)를 통하여 정량적으로 공급시키면서 히터와 같은 가열수단을 통하여 챔버(110)를 가열하여 원료, 첨가제 및 용매를 혼련시킨다. 이때 구동모터(50)의 구동으로 2축스크류가 회전되면서 원료,첨가제 및 용매가 균일하게 혼련되면서 출구를 향하여 이송된다. 압축/혼련되는 동안 원료내에 함유된 수분 , 공기 및 불순물이 탈기구(112)를 통하여 배출되어 균질한 혼련이 된다.

2차압축혼련부(100)의 후단에서는 스크린(120)을 통하여 이물질이 제거되고, 기어펌프(310)를 통하여 보다 압축,혼련되어 균질한 압축물로 배출시키고, 시트다이(400)를 통하여 시트형상을 압출되게 된다.

이어서 구동모터(50)를 정지시키고 시트다이(400)를 통한 초기 압축시트(500)를 관찰하여 원료,첨가제 및 용매의 혼련정도의 불량여부를 판단한다.

압축시트(500)가 불량이라 판단되면, 제2호퍼(400)를 통하여 용매의 양을 조 절시키고, 교반브레이드(11)의 회전속도등을 조절하여 보다 균질한 교반이 되도록 한다.

압축시트(500)가 양질이라 판단되면 이송모터(220)를 구동하여 시트다이(400)를 냉각부 상부로 이동시키고 구동모터(50)를구동하여 계속 압출시트(500)를 압출하여 제조한다.

이와 같이 제조된 압출시트(500)로부터 용매를 제거하여 다공질 시트(510)를 형성시키는 탈용매단계에서는 탄화수소 또는 알콜류의 역휘발성 용제를 이용하여 상기 용매를 제거시킨다.

상술한 바와 같은 본 발명은 상기 본원의 정신과 범위를 이탈함이 없이 상기 실시예에 한정되지 아니하고 많은 변형을 가하여 실시될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 이점을 가진다.

첫째, 원료, 첨가제 및 용매를 혼련과정을 통하여 혼련시키고 기어펌프(310)를 통하여 보다 압축혼련시킴으로써 균일하고 미세공이 균일하게 형성된 다공질 시트의 제조를 가능하게 한다.

둘째, 압출기를 이용하여 압출시트를 형성한 후 탈용매공정을 통하여 용매를 제거시킴으로써 균일한 다공질 시트의 제조를 가능하게 한다.

세째, 압출기를 이동프레임을 통하여 이동가능하게 함으로써 초기 압출되는 압출시트의 불량여부를 가리도록 하여 양질의 다공질 시트의 제조를 가능하게 한다.

Claims (3)

1. 안내레일(240)을 따라 왕복이동가능한 이동프레임(200)과;

   원료와 첨가제가 투입되는 제1호퍼(20)와, 상기 제1호퍼(20)로부터 원료와 첨가제가 투입되는 교반조(10)와, 교반모터(12)의 동력으로 회전되어 교반조(10)에 수용된 원료와 첨가제를 교반시키는 교반브레이드(11)를 가지며 상기 이동프레임(200)에 탑재되는 1차 혼련부(90)와;

   상기 이동프레임(200)에 탑재되어 함께 이동되며 상기 교반조(10)로부터 교반된 혼합물을 정량적으로 배출시키는 정량공급부와;

   상기 이동프레임(200)에 탑재되어 함께 이동되며 상기 정량공급부로부터 공급된 혼합물에 용매를 공급하기 위한 용매공급구(111)가 형성되고 상기 혼합물과 함께 용매를 가열 용융하여 혼련압출시키는 한쌍의 2축스크류를 갖는 2차압축혼련부(100)와;

   상기 2축스크류를 회전시키는 구동모터(50)와;

   상기 2차혼련압출기(100)의 후단에 마련되어 원료 내에 함유된 이물질들을 걸러낼 수 있는 스크린(120)과;

   상기 이동프레임(200)에 탑재되어 함께 이동되며 상기 2차압축혼련부(100)로부터 압출되는 압출물을 정량적으로 배출시키는 기어펌프(310)와;

   상기 이동프레임(200)에 탑재되어 함께 이동되며 상기 기어펌프(310)로부터 배출되는 압출물을 시트형태로 배출시키는 시트다이(400)와;

   상기 시트다이(400)를 통하여 배출되는 시트를 냉각시키는 냉각부;를 구비하고,

   상기 이동프레임(200)의 이동에 따라 상기 시트다이(400)가 상기 냉각부 상부에 위치하는 제1위치와, 상기 시트다이(400)가 상기 냉각부로부터 벗어난 제2위치로 왕복이동될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 다공질 시트 제조용 압출기.
2. 상기 제 1 항의 다공질 시트 제조용 압출기를 이용한 다공질 시트 제조방법에 있어서,

   원료와 첨가제를 혼합하여 교반시키는 1차혼련단계와;

   상기 1차혼련된 혼합물을 정량적으로 배출시키는 정량배출단계와;

   상기 정량적으로 배출된 혼합물과 용매를 혼합하고 가열시키면서 혼련,분산시키는 2차혼련단계와;

   상기 제2위치에서 시트 형상으로 1차 압출하여 혼련,분산정도에 따른 불량여부를 판단하는 단계와;

   상기 불량여부 판단후 혼련,분산정도가 양질인 경우 상기 시트다이(400)가 상기 냉각부 상부에 위치하도록 상기 이동프레임(200)을 이동시키는 단계와;

   상기 냉각부에 상기 시트다이를 통하여 혼련된 시트를 압출시키는 단계와;

   상기 시트로부터 상기 용매를 제거하여 다공질 시트를 형성시키는 탈용매단계;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 다공질 시트 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 용매는 비휘발성 액체 파라핀이고, 상기 탈용매단계에서는 탄화수소 또는 알콜류의 역휘발성 용제를 이용하여 상기 용매를 제거시키는 것을 특징으로 하는 다공질 시트 제조방법.

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