KR101852683B1

KR101852683B1 - 압출 성형기 및 이를 이용한 목분 플라스틱 파이프 제조방법

Info

Publication number: KR101852683B1
Application number: KR1020160130106A
Authority: KR
Inventors: 유재필
Original assignee: 유재필
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2018-06-04
Also published as: KR20180038891A

Abstract

본 발명은 압출 성형기 및 이를 이용한 목분 플라스틱 파이프 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 지관의 단점을 개선하여 강도 등 물성이 좋고 제조가 용이한 목분 플라스틱 파이프를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

압출 성형기 및 이를 이용한 목분 플라스틱 파이프 제조방법 {EXTRUSION MOLDING MACHINE AND METHOD FOR MANUFACTURING WOOD POWER-PLASTIC PIPE USING THE SAME}

길이가 긴 종이, 비닐, 천 등을 권취하여 포장, 운반 또는 보관하기 위하여 보빈, 지관, 드럼 등으로 불리는 파이프가 사용된다.

이중에서 지관(紙管, paprer core)이 널리 사용되고 있기는 하나, 강도가 약하고 열이나 습기에도 취약하며, 제조과정이 까다로운데다가 고가여서 대체품의 개발이 요구되고 있다.

공개실용신안공보 제1998-0027350호(1008.08.05.)에는 관 형상의 보빈이 공개되어 있는바, 보빈(1)을 이루고 있는 내관(22)과 외관(21)이 수개의 지지살(20)에 의해 일정 간격을 유지하며 연결되어 외부 압력에 의해 파손되지 않도록 보강된 것이고, 지지살(20)의 형성에 의해 이중관의 형태를 가지며 지지살 사이에 생기는 공간부(11)와 내관(11)의 외주면에 의해 형성되는 통과공(10)은 보빈의 외부 압력이나 충격을 흡수하는 역할을 하며, 이러한 보빈은 공간부(11)와 통과공(10)의 형성으로 비중이 낮아져 취급 및 설치가 용이하고 단가를 절감할 수 있는 효과를 가진다.

등록특허공보 제10-0590320호(2006.06.15.)에는 내구성이 향상된 정경기용 드럼으로서, 드럼 몸체의 외주면에 섬유강화플라스틱(FRP)재질의 보강층이 더 형성되어, 내구성이 향상되도록 한 것으로 드럼 몸체와 상기 드럼 몸체의 양측에 설치된 회전축 또는 회전축공을 포함하여 구성되고 드럼 몸체의 외주면에 접합구조로 일체화된 섬유강화플라스틱재질의 보강층이 형성된 것이다.

공개실용신안공보 제20-1999-0006079호(1999.02.18.)에는 철심(1)의 외면에 압축종이를 권착시킨 권취드럼(2)을 구성함에 있어서 외표면을 적정두께의 지관(3)으로 구성하고 지관(3)과 철심(1)과의 사이에 폐지등의 폐기물이나 폴리우레탄 또는 짚등을 접착제와 혼합하여 압축시킨 보강제(4)를 충진한 권취드럼이 공개되어 있다.

2014년04월18일 특허등록 10-1387304에 공고된 분자구조상 바이-오리엔트된 플라스틱 파이프 제조 장치 및 그 방법에는, 중앙 몸체(central body)(14)와 상기 중앙 몸체(14)의 서로 반대쪽에 있는 측면들에 연결되는 제 1 헤드(head)(1) 및 제 2 헤드(17)에 의해 형성된 몰드(mould)(1, 17, 14)로 구성되어 있으며, 상기 몰드(1, 17, 14) 내에 축방향으로 중심에 놓여진, 경질의 천공된 가이드(rigid and perforated guide)(5)를 가지고 있어, 성형 전의 파이프(10)가 길이방향으로 상기 가이드(5) 위에 장착된다. 상기 가이드에는 구멍들(9)이 구비되어 있어서, 팽창유체(expansion fluid)(18)가 상기 구멍들(9)을 통과하여, 성형 전의 파이프를 팽창시켜 상기 몰드(1, 17, 14)의 내측벽에 붙게 하며, 성형 전의 파이프(10)와 몰드(1, 17, 14) 사이에는 열교환이 일어나지 않는다

2005년06월17일 공고된 특허?록번호 10-0495768 공보에는 직조원단 권취용 지관이 공개되어 있는데, 이것은 지관 양끝단에 내삽 설치되는 보강구의 외측면에 플랜지를 결합시킴으로써 장시간 회전 등에 따른 보강구의 마모 및 변형은 물론 각관의 변형 및 손상을 방지하고, 지관의 일단과 타단 각각의 최외측에 설치되는 양보강구 중공사이에만 각관을 안치함으로써 필요부분에만 형성함에 따른 원가절감과 중량감소를 가져오며, 각관의 일측면에 걸림턱을 형성함으로써 보강구와 각관의 결합 안정성을 증대시키는 직조원단권취용 지관에 관한 것이다.

2003.11.01. 자 공고된 실용신안 등록 20-0332016호에는 플라스틱과 왕겨 및 목분을 주재료로 한 합판 성형장치가 공개되어 있는데, 여기에는 플라스틱과 왕겨 및 목분 등이 혼합된 혼합원료가 투입되면 이를 용융 압출시키는 용융압출기와, 상기 용융압출기를 통과한 혼합원료가 공급되면 이 혼합원료를 압착시켜 합판으로 성형시키는 상,하부금형으로 이루어진 합판 성형장치가 설명되고 있다.

2005년01월07일 공개된 공개특허 10-2005-0001558에는 플라스틱과 왕겨 및 목분(목재를 분쇄한 분말)을 주재료로 한 합판 성형장치가 공개되어 있는데, 그 주요구성은, 플라스틱과 왕겨 및 목분 등이 혼합된 혼합원료가 투입되면 이를 용융 압출시키는 용융압출기(10)와, 상기 용융압출기(10)를 통과한 혼합원료가 공급되면 이 혼합원료를 압착시켜 합판으로 성형시키는 상,하부금형(20,30)으로 이루어진 합판성형장치에 있어서, 상기 용융압출기(10)의 배출구와 연결되고, 내부로 용융된 혼합원료가 유입되어오면 이 혼합원료를 평판형상으로 성형시키는 판성형다이스(100)와; 상기 판성형다이스(100)와 상기 하부금형(30) 사이에 순차적으로 설치되어 혼합원료를 하부금형(30) 방향으로 이송시키는 제1,제2컨베이어(200,300)와; 상기 제1,제2컨베이어(200,300)의 상부에 각각 형성되고, 내측으로는 혼합원료가 이송도중 굳어지지 않도록 열을 가하는 히팅수단(410)이 구비된 가열터널(400,400a)과; 상기 판성형다이스(100)에서 배출된 혼합원료를 상기 제1컨베이어(200)에 이송시키는 안내롤러(500) 및 안내미끄럼판(600)과; 상기 안내롤러(500) 직상부에 구비되고, 상기 제1컨베이어(200)에 구비된 제1감지센서(210)가 이송되어오는 혼합원료를 감지하면 하강되어 혼합원료를 절단하는 커팅기(700)와; 상기 제1,제2컨베이어(200,300)를 받치는 레일받침대(800)의 일측 상부에 일단이 고정되고, 타단은 제2컨베이어(300)에 고정되며, 상기 제2컨베이어(300)에 구 비된 제2감지센서(310)가 이송되어오는 혼합원료를 감지하면 제2컨베이어(300)를 하부금형(30) 방향으로 전진시키는 유압실린더(900)로 구성된 것을 특징으로 하는 플라스틱과 왕겨 및 목분을 주재료로 한 합판성형장치이다.

2008년04월23일 공고된 특허 등록 10-0824752호에는 열가소성 수지를 용융시키는 압출기와, 상기 압출기에서 나오는 용융플라스틱을 일시 저장하는 저장탱크와, 톱밥과 상기 저장탱크의 용융플라스틱을 받아서 혼합하는 믹서와, 상기 믹서로부터 나오는 톱밥과 혼합된 용융플라스틱을 보드형태로 성형하는 롤러와, 상기 롤러 후단에 이어서 연결되어 톱밥과 혼합된 용융플라스틱을 상하에서 압축하는 컨베어벨트장치를 포함하는 톱밥 플라스틱 보드와 이를 제조하는 방법 및 장치가 공개되어 있다.

2003년08월25일 공고된 실용신안 20-0324458에는 낮은 온도로의 가열하에서도 고온을 발생시켜 에너지 절감시킬 수 있으며, 나아가, 폐합성수지의 재생시에도 이종의 폐합성수지들을 낮은 온도에서 파쇄, 가열, 용융 내지 연화시킬 수 있고, 얇은 필름을 버닝시킴이 없어 연기나 버닝고형물질을 발생시키지 아니하며, 한번에 파쇄, 가열, 용융 내지 연화시켜 배출시킬 수 있는 대향 이송 트윈 스크류 압출기가 공개되어 있는데, 도 3에서 보인 바와 같은 구성을 가진 것이다.

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본 발명은 종래에 많이 사용되어오던 지관의 단점을 개선하여 강도가 높고 습기에 강하며 가격이 저렴하고 제조하기 용이한 대체품을 제조하고자 하는 것이다.

본 발명은 제조공정을 단순하게 하면서 종래의 지관보다 품질이 우수한 목분 플라스틱 파이프를 제조하고자 하는 것이다.

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상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 압출 성형기는, 나사산이 형성된 나사부와, 나사부의 전단에 일체로 연결되어 회전동력을 전달하는 구동축과, 나사부의 후단에 구비된 축단부를 갖는 스크류; 상기 스크류가 밀착된 상태로 회전할 수 있도록 수용하는 수용공간이 형성되고 측면에 피압출물이 인입되는 인입구가 구비된 몸체; 상기 스크류를 회전 가능하게 지지하도록 몸체의 일단에 결합되고, 상기 구동축을 지지하는 베어링과, 상기 스크류가 뒤로 밀리는 것을 방지하는 스러스트 베어링과, 몸체의 수용공간에서 가압된 플라스틱 유동물질의 이동을 방지하도록 나사부와의 사이에 설치된 개스킷이 구비된 베어링 결합체; 및 상기 몸체의 타단에 결합되고 상기 축단부와의 사이에 환형 틈새가 형성된 압출다이; 상기 압출다이의 환형 틈새에서 배출되는 파이프를 냉각하도록 냉각수를 분사하거나 냉기를 분사하는 냉각장치;를 포함함을 특징으로 한다.

삭제

아울러, 본 발명에 따른 목분 플라스틱 파이프 제조방법은, 펠릿 형태로 된 플라스틱과 목분을 중량기준 10~40% : 60~90%의 비율로 혼합 후 트윈 스크류 압출기에서 온도 150~200℃, 압력 50~70기압으로 가압 가열하여 플라스틱을 용융함과 아울러 목분과 혼합하는 혼합 용융 단계; 상기 용융 플라스틱과 목분의 혼합물을 상기 압출 성형기에서 온도 150~200℃, 압력 50~70기압으로 가압 압출하여 목분 플라스틱 파이프를 얻는 압출 성형 단계; 상기 목분 플라스틱 파이프에 냉기를 분사하거나 냉각수를 분사하는 냉각 단계; 및 상기 냉각된 목분 플라스틱 파이프를 필요한 길이로 절단하는 마무리 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 목분 플라스틱 파이프 제조방법 및 제조장치에 따르면, 종이 재질로 된 지관보다 습기에 강하고 기계적인 강도가 더 높으며 마모가 잘 일어나지 않아 먼지 발생이 적다는 장점을 갖는다.

또한 본 발명에 따른 목분 플라스틱 파이프는 종래의 플라스틱 파이프보다 무게가 가벼우면서도 강도가 높은 것이다.

아울러, 본 발명에 따른 목분 플라스틱 파이프는 사용한 후에 다시 분쇄하여 재활용할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 파이프의 제조방법을 간략하게 도시한 공정도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압출 성형기의 단면도
도 3은 종래의 대향 이송 트윈 스크류 압출기의 단면도

이하, 첨부된 도면들을 참조로 하여 본 발명의 구체적인 구성 및 동작을 설명하기로 한다.

삭제

우선, 본 발명에 따른 목분 플라스틱 파이프를 제조하기 위한 장치 즉, 압출 성형기에 대하여 설명하기로 한다. 본 발명의 압출 성형기(10)는 스크류(20); 몸체(30); 스크류를 지지하기 위한 베어링 결합체(40); 및 몸체의 단부에 결합되는 압출다이(50);를 포함하여 이루어진다.

스크류(20)는 나사산(22)이 형성된 나사부(23)와, 나사부의 전단에 일체로 연결되어 회전동력을 전달하는 구동축(24)과, 나사부의 후단에 구비된 축단부(26)를 갖는다. 이때 스크류(20)의 단면 형상은 도면부호 21로 표시한다. 여기에서 알 수 있듯이, 스크류 나사산(22)들은 120도 위상을 가지도록 형성되어 회전력의 분포가 균등하게 되도록 설계된다. 물론 나사산들의 위치를 180도, 90도, 60도 등으로 분할하여 위치시켜도 됨은 물론이다.

압출다이(50)는 몸체의 출구에 설치되며, 축단부(26)과 압출다이(50) 사이에는 환형 틈새가 형성되며, 이러한 환형 틈새가 본 발명의 공정을 통해 얻어지는 목분 플라스틱 파이프가 배출되는 배출구(51)가 되어 이 배출구로 목분 플라스틱 파이프가 압출 성형된다. 상기 환형 틈새 배출구(51)의 크기는 축단부(26)의 직경(D2)과 압출다이의 원통형 구멍의 직경(D1)의 차이로 결정된다.

목분 플라스틱 파이프 두께(t)는 압출다이 구멍의 직경(D1)과 축단부 직경(D2)의 차이의 1/2이 되고, 이를 수식으로 표현하면 t=(D1-D2)/2가 된다.

몸체(30)는 그 내부에 스크류(20)가 밀착된 상태로 회전할 수 있도록 수용하는 수용공간을 가지며, 수용공간으로 피압출물이 인입되도록 몸체 측면에 인입구(32)가 형성되어 있다.

베어링 결합체(40)는 스크류(20)를 회전 가능하게 지지하는 것으로서, 구동축(24)을 지지하는 2개의 베어링(41,42)과, 스크류가 뒤로 밀리는 것을 방지하는 스러스트 베어링(thrust bearing : 45)을 가지며, 이로 인해 구동축을 견고하게 지지하고 회전 가능하게 한다.

상기 베어링 결합체(40)는 몸체에 나사(46)로 결합되고, 이러한 베어링 결합체에 베어링 보호용 덮개(48)가 나사(49)로 결합된다. 상기 베어링 보호용 덮개(48)로부터 상기 구동축(24)이 노출되고, 여기에 동력을 전달하는 구동용 축(미도시)이 결합되어 스크류를 회전시키게 된다.

상기 몸체의 수용공간 내부에 설치된 나사부(23)와 베어링 결합체(40) 사이에는 개스킷(47)이 설치되며, 이러한 개스킷(47)은 몸체의 수용공간에서 가압된 플라스틱 유동물질(목분과 용융 플라스틱 혼합물)이 베어링 결합체(40) 방향으로 이동하는 것을 방지하는 기능을 한다.

또한 본 발명은 압출다이로(50)부터 배출되는 목분 플라스틱 파이프를 냉각하기 위하여 압출다이 후단에 냉각장치(미도시)가 추가로 설치된다. 상기 냉각장치는 냉각수 또는 냉기(냉각용 기체)를 분사하는 것으로서, 차가운 물을 고압으로 분사하는 물 분사기 또는 냉기를 불어내는 에어컨 등과 같은 공지의 냉각장치를 사용할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 목분 플라스틱 파이프 제조장치를 이용하여 목분 플라스틱 파이프를 제조하는 방법을 구체적으로 설명한다.
[1] 혼합 용융

먼저, 펠릿 형태로 된 플라스틱(이하 플라스틱)과 목분을 혼합하되, 플라스틱과 목분을 중량기준 10~40% : 60~90%의 비율로 혼합하고, 이를 도3에 도시된 종래의 트윈 스크류 압출기에 투입한 후 온도 150~200℃가 되도록 가열하면 플라스틱이 용융되면서 목분과 혼합이 이루어진다.

이어서, 상기 트윈 스크류 압출기 내에서 충분히 혼합된 목분 플라스틱 혼합물을 50~70기압의 고압으로 압출한다.
[2] 압출 성형

이와 같이 고온 고압으로 압출되는 용융 플라스틱과 목분의 혼합물을 본 발명에 따른 스크류 압출 성형기(10)의 인입구(32)를 통해 투입하여 고압으로 압출한다.

즉, 플라스틱과 목분으로 된 원재료를 상기 트윈 스크류 압출기에 의해 온도 150~200℃, 압력 50~70기압으로 가압한 후 이 혼합물을 파이프 형성을 위한 본 발명의 스크류 압출 성형기(10)에 의해 50~70기압의 압력으로 가압하여 압출다이(50)의 환형 틈새 배출구(51)로 압출함으로써 목분 플라스틱 파이프가 형성된다.

이때 파이프의 용도에 따라 파이프의 두께를 조절할 수가 있는데 이러한 조절은 다이(50)을 교환하여 치수가 맞는 새로운 다이를 설치하면 된다.
[3] 냉각

상기와 같이 압출된 목분 플라스틱 파이프에 냉각장치를 이용하여 냉기를 분사하거나 냉각수를 분사하여 냉각한다.

삭제

이어서, 냉각이 완료된 목분 플라스틱 파이프는 별도의 가이드기구에 의해 이동되면서 적용되는 상품의 치수에 맞게 필요한 길이로 절단 후 출하된다.

상기와 같이 본 발명에 의해 제조된 목분 플라스틱 파이프는 종이 재질로 된 지관에 비하여 습기에 강하고 기계적인 강도가 더 크면서도 무게는 가볍다.

또한, 이러한 목분 플라스틱 파이프를 사용 시 마모가 잘 일어나지 않으므로 종이 지관과는 달리 먼지가 잘 발생하지 않으며 제품의 수명은 길어진다.

그리고, 본 발명의 목분플라스틱 파이프는 사용한 후에 분쇄하여 재활용할 수 있다.

10 : 압출 성형기 20 : 스크류
22 : 나사산 23 : 나사부
24 : 구동축 30 : 몸체
32 : 인입구 34 : 결합부
40 : 베어링 결합체 41,42 : 베어링
45 : 스러스트 베어링 46,49 : 나사
47 : 개스킷 48 : 베어링 보호용 덮개
50 : 압출다이 51 : 배출구
D1 : 압출다이 구멍 직경 D2 : 축단부 직경

Claims

나사산(22)이 형성된 나사부(23)와, 나사부의 전단에 회전동력을 전달받는 구동축(24)과, 나사부의 후단에 형성된 소정길이의 축단부(26)를 가지고, 상기 구동축과 나사부 및 축단부가 일체로 되어 동일 축으로 회전하는 스크류(20);
상기 스크류(20)가 밀착된 상태로 회전할 수 있도록 스크류를 수용하는 원통형 수용공간이 형성되고, 측면에 목분과 용융 플라스틱 혼합물이 인입되는 인입구(32)가 구비된 몸체(30);
몸체(30)의 일단에 결합되어 상기 스크류(20)가 몸체 내에서 회전 가능하도록 상기 스크류의 구동축(24)을 지지하기 위한 2개의 베어링(41,42)과, 상기 스크류가 뒤로 밀리는 것을 방지하기 위하여 상기 2개의 베어링 사이의 구동축에 설치되는 스러스트 베어링(45)을 포함하는 베어링 결합체(40);
상기 몸체(30)의 수용공간 내에서 스크류 회전에 의하여 가압되는 목분과 용융 플라스틱의 혼합물이 베어링 결합체(40) 방향으로 이동하는 것을 방지하도록, 몸체의 수용공간 내의 스크류 나사부(23)와 상기 베어링 결합체(40) 사이에 설치된 개스킷(47); 및
상기 몸체의 타단에 결합된 원형 관통공을 가진 압출다이(50)를 포함하여 이루어지되, 상기 압출다이(50)는 스크류의 축단부(26)와 결합되어 압출다이의 내부 표면과 상기 축단부(26)의 외부 표면이 접촉하지 아니하면서 축단부 주위에 원형 관통공을 형성하며, 상기 몸체 내에서 가압된 혼합물이 상기 원형 관통공을 통과하면서 파이프 형태로 성형되어 배출되도록 한 것이 특징인 목분 플라스틱 파이프 압출 성형기.
제1항에 있어서,
상기 압출다이(50)의 환형 틈새에서 배출되는 파이프를 냉각하도록 냉각수를 분사하거나 냉기를 분사하는 냉각장치를 더 포함함을 특징으로 하는 목분 플라스틱 파이프 압출 성형기.
펠릿 형태로 된 플라스틱과 목분을 중량기준 10~40% : 60~90%의 비율로 혼합 후 트윈 스크류 압출기에서 온도 150~200℃가 되도록 가열하면서 플라스틱을 용융함과 아울러 목분과 혼합하고, 50~70기압으로 압출하는 혼합 용융 단계;
상기 압출된 용용 플라스틱과 목분 혼합물을 제1항의 압출 성형기(10)의 인입구를 통해 몸체(30) 내부로 투입하고, 스크류(20)의 회전 구동에 의해 상기 혼합물을 온도 150~200℃, 압력 50~70기압으로 다시 가압 압출하고 압출다이(50)의 환형 틈새를 통과시킴으로써 목분 플라스틱 파이프를 얻는 압출 성형 단계;
상기 목분 플라스틱 파이프에 냉기를 분사하거나 냉각수를 분사하는 냉각 단계; 및
상기 냉각된 목분 플라스틱 파이프를 필요한 길이로 절단하는 마무리 단계;를 포함하고,
상기 압출성형 단계에서 가압된 용용 플라스틱과 목분 혼합물이 파이프 형태로 성형되어 배출 시 유동에 방해되는 장애물 없이 이동되어 플라스틱과 목분의 분포에 장애물로 인한 변화가 발생하지 아니하도록 한 것을 특징으로 하는 목분 플라스틱 파이프 제조방법.
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