KR102063006B1 - 두 가지 이상의 색상을 띄는 제품을 압출 성형하는 스크류 압출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 다른 색상을 가진 두 종류의 펠렛이 적정 이하의 압력 및 온도로 용융된 상태로 서로 믹싱되도록 하여 펠렛이 덜 믹싱된 상태로 금형으로 배출되어 압출 성형되도록 하여 제품에 펠렛이 가지는 각각의 색상과, 또한 일부 서로 혼합된 펠렛의 혼합 색상 등 다양한 색상의 컬러풀한 제품을 압출 성형할 수 있는 두 가지 이상의 색상을 띄는 제품을 성형하는 스크류 압출장치를 제공한다.

Description

두 가지 이상의 색상을 띄는 제품을 압출 성형하는 스크류 압출장치{Screw extruder for extruding products with two or more colors}

본 발명은 스크류 압출장치에 관련되는 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 다른 색상을 가진 두 종류의 펠렛을 하나의 압출장치로 압출하는 과정에서 확연히 구분된 두 가지 이상의 색상을 띄는 제품을 압출 성형할 수 있도록 한 두 가지 이상의 색상을 띄는 소재를 성형하는 스크류 압출장치에 관한 것이다.

일반적으로 사출장치는 호퍼(hopper)를 통해 공급된 수지를 용융상태로 만든 후, 용융된 수지를 금형 내에 적당한 압력과 속도로 주입시키는 장치를 말한다. 이러한 사출장치는, 히터로 둘러싸인 배럴(barrel) 안에 위치하고 유압 모터 등에 의해서 회전되는 믹싱 스크류(mixing screw)를 포함한다.

품질이 우수한 사출성형 제품을 만들기 위해서는 사출장치로 공급된 수지가 충분히 용융되고 골고루 혼합되어 균일한 상태로 금형 내에 주입될 필요가 있다. 만약 사출장치에서 수지가 충분히 혼합되지 못한 상태로 금형 내에 주입되는 경우, 완성된 제품의 품질 저하가 야기될 수 있다.

상기 믹싱 스크류는 사출장치 내의 수지를 용융/혼합시키는데 중요한 비중을 차지하는 부품으로서, 상기 사출장치를 통과한 수지의 용융 및 혼합상태에 매우 큰 영향을 미친다. 즉, 상기 믹싱 스크류의 수지에 대한 용융 및 혼합 능력은 사출성형된 완제품의 품질에 큰 영향을 미치는 요소이다.

사출장치에서 수지가 믹싱 스크류의 표면을 타고 이송될 수 있도록 믹싱 스크류의 표면에는 나선형의 플라이트(flight)가 형성되는 것이 일반적이다. 즉, 믹싱 스크류가 유압모터 등에 의해 회전하면 수지는 상기 나선형 플라이트에 의해 유상기 수지가 나선형의 플라이트를 타고 이송되는 과정에서, 상기 수지는 배럴을 둘러싸고 있는 히터에 의해 공급되는 열량과, 나선형 플라이트의 면과의 접촉에 의한 전단열을 제공받아 용융된다.

수지가 더 잘 용융되고 혼합되도록 하기 위해서 일반적으로 믹싱 스크류는, 호퍼로부터 투입되는 수지를 어느 정도 용융된 상태로 만들어주는 공급영역, 상기 공급영역으로부터 이송되어오는 수지에 열량을 전달하여 수지를 용융/압축시켜 거의 용융된 상태로 만드는 압축영역 및 상기 압축영역으로부터 이송되어 온 용융된 수지를 골고루 혼합하고 일정량씩 배럴의 헤드측으로 투입시키는 계량영역으로 이루어진다.

이러한 믹싱 스크류에 의해 수지가 용융/혼합되는 과정을 살펴보면 호퍼를 통해 공급된 수지가 상기 공급영역과 상기 압축영역을 통과하면서 히터열과 스크류 표면 마찰에 의한 전단열에 의해 열량을 공급받아 용융상태로 변하게 된다. 상기 공급영역과 압축영역에서 용융상태로 변한 수지는 계량영역으로 넘어 가게 되고, 상기 계량영역을 따라 앞으로 진행되는 과정에서 분산 및 혼합의 과정을 거쳐 골고루 혼합되고, 사용자가 설정한 양만큼만 계량되어 스크류의 전단부로 모인 뒤 금형 내로 주입된다.

한편, 첨부된 도 1은 종래 일반적인 압출장치의 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 압출장치로 압출 성형된 제품을 촬영한 사진이다.

도 1에서 도시하고 있는 바와 같이, 종래 압출장치에 사용되는 스크류는 크게 공급부(140), 압축부(150), 믹싱부(160)로 나뉘어 구성한다. 상기 스크류가 장착된 바렐으로 서로 다른 색상을 가진 두 종류의 펠렛을 투입하면 펠렛은 공급부(140)를 통과하는 과정에서 고체상태에서 서서히 용융된 후, 압축부(150)에서 활발하게 액체상태로 변화한 다음, 믹싱부(160)에 혼합, 혼련된 후, 노즐을 통해 금형으로 투입되어 원하는 형상을 가진 제품을 압출 성형하게 된다.

그러나 상기와 같은 일반적인 압출장치로는 서로 다른 색상을 가진 두 종류의 펠렛을 투입하더라도 이들 펠렛은 서로 너무 완벽하게 믹싱된 상태로 용융되어 짐으로서 최종 제품에는 도 2에서와 같이 단일 색의 한 가지 색상(310)을 가진 제품(300)(즉, 두 가지 색상을 가진 펠렛이 서로 용융되어 한가지 혼합색을 띔)이 압출 성형될 수 밖에 없다.

즉, 두 가지 색상을 가진 다른 종류의 펠렛을 투입하였을 때, 두 가지 이상의 색상을 가진 컬러풀한 제품을 구현하기 위해서는 압축시의 압력 및 작업온도, 그리고 믹싱과 노즐을 통해 배출될 때의 압력 조건이 관건이며, 이를 고려한 압출기의 개발이 절실히 요구된다.

문헌 1: 대한민국 특허청 공개특허공보 공개번호 제 10-2011-0034995 호 문헌 2: 대한민국 특허청 특허공보 공고번호 제 1991-0005195 호

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 서로 다른 색상을 가진 두 종류의 펠렛이 적정 이하의 압력으로 용융된 상태로 서로 믹싱되도록 하여 압출 성형된 제품의 표면에 적어도 두 가지 이상의 색상을 띄는 컬러풀(colorful)한 제품을 압출 성형할 수 있는 두 가지 이상의 색상을 띄는 제품을 성형하는 스크류 압출장치를 제공함에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 압축부가 위치하는 바렐의 외경에 함몰부를 형성하여 상기 압축구간이 위치하는 바렐의 두께를 공급구간 및 믹싱구간이 위치하는 바렐에 비해 작게 제작하여 압축부의 온도 조절을 신속하게 진행할 수 있도록 한 두 가지 이상의 색상을 띄는 제품을 성형하는 스크류 압출장치를 제공함에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 믹싱부의 스크류축의 외경에 형성된 믹싱리드를 상기 스크류축의 외경에서 4~4.8㎜ 사이로 돌출 형성되도록 성형하여 믹싱중인 혼합물에 전해지는 압력을 줄여 혼합물이 덜 믹싱된 상태로 배출되도록 한 두 가지 이상의 색상을 띄는 제품을 성형하는 스크류 압출장치를 제공함에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 노즐의 직경을 4 ~ 5Ø로 제작하여 노즐을 통해 배출되는 혼합물의 배출압력을 낮춰 혼합물의 믹싱을 저하시키도록 한 두 가지 이상의 색상을 띄는 제품을 성형하는 스크류 압출장치를 제공함에 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 서로 다른 색상을 가진 두 종류의 펠렛을 투입하여 두 가지 이상의 색상을 띄는 제품을 압출 성형하는 스크류 압출장치에 있어서, 내부에 이송공간이 마련되며 후방에는 상기 두 종류의 펠렛을 투입하기 위한 투입호퍼가 마련된 바렐, 상기 바렐의 외경에 결합되며 외부에서 인가된 전원으로 발열하며 상기 이송공간으로 투입된 두 종류의 펠렛을 용융시키는 히터, 상기 바렐의 이송공간에 설치되며 구동원의 동력으로 회전 동작하는 스크류축, 상기 스크류축의 후방쪽 외경에 나선형으로 돌출 형성되며 상기 스크류축의 회전에 따라 상기 바렐의 이송공간으로 투입된 두 종류의 펠렛을 전방으로 공급하는 공급리드로 구성한 공급구간, 상기 공급구간의 전방에 형성되며 상기 스크류축의 외경에 나선형으로 돌출 형성되며 상기 공급구간을 거쳐 공급된 두 종류의 펠렛을 압축 및 용융시키기 시작하는 압축리드로 구성한 압축구간, 상기 압축구간의 전방에 형성되며 상기 스크류축의 외경에 나선형으로 돌출 형성되며 상기 압축구간을 거쳐 압축 및 용융이 시작된 상태로 공급된 두 종류의 펠렛을 믹싱시키는 믹싱리드로 구성한 믹싱구간, 상기 바렐의 전방에 결합되며 중앙으로는 상기 믹싱구간에서 믹싱된 상태로 공급된 두 종류의 펠렛을 금형으로 주입하는 분사구멍을 가진 노즐을 포함하며, 상기 공급구간의 공급리드는 상기 스크류축의 외경에서 7.5㎜ ~ 8㎜ 사이로 돌출 형성되도록 구성하며, 상기 압축구간의 압축리드는 상기 스크류축의 외경에서 4.9㎜ 돌출 형성되도록 구성하며, 상기 믹싱구간의 믹싱리드는 상기 스크류축(30)의 외경에서 4㎜ ~ 4.8㎜ 사이로 돌출 형성되도록 구성하며, 상기 노즐의 분사구멍 직경은 4~5Ø로 구성하고, 상기 압축구간이 위치하는 상기 바렐의 외경에는 함몰부를 형성한 상태에서 상기 함몰부의 외면에 상기 히터가 장착되도록 구성하여, 상기 펠렛이 가지는 각각의 색상과, 상기 펠렛의 일부가 서로 섞인 혼합된 색상을 가진 제품을 압출 성형하게 됨을 특징으로 한다.

본 발명은 서로 다른 색상을 가진 두 종류의 펠렛이 적정 이하의 압력으로 용융된 상태로 서로 믹싱되도록 하기 위해 압축부가 위치하는 바렐의 외경에 함몰부를 형성하여 상기 압축구간이 위치하는 바렐의 두께를 공급구간 및 믹싱구간이 위치하는 바렐에 비해 작게 제작하여 압축부의 온도 제어를 쉽게하고, 믹싱리드를 상기 스크류축의 외경에서 4~4.8 사이로 돌출 형성되도록 성형하여 믹싱중인 혼합물에 전해지는 압력을 줄여 혼합물이 덜 믹싱된 상태로 배출되도록 개선함으로서 압출 성형된 제품의 표면에 적어도 두 가지 이상의 색상을 띄는 컬러풀(colorful)한 제품을 압출 성형할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 종래 일반적인 압출장치의 구조를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 압출장치로 압출 성형된 제품을 촬영한 사진.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 두 가지 이상의 색상을 띄는 제품을 성형하는 스크류 압출장치의 전체 구성을 도시한 도면.
도 4는 도 3에서 도시하고 있는 스크류축과 바렐의 구조를 발췌하여 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 두 가지 이상의 색상을 띄는 제품을 성형하는 스크류 압출장치로 압출 성형된 제품을 촬영한 사진.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.

본 발명은 두 가지의 다른 색상을 띄는 펠렛을 하나의 압출장치에 넣어 믹싱시킨 상태로 압출 성형될 때, 서로 완전히 용융된 상태로 혼합되지 않고 두 가지 펠렛이 어느 정도 고형화된 상태로 용융되어 혼합되도록 함으로서 도 5에서 도시하고 있는 바와 같이 두 가지 이상의 색상을 띄는 컬러풀한 제품을 압출 성형할 수 있도록 하는 데 특징을 가진다. 즉, 두 종류의 펠렛이 가지는 각각의 본연의 색과, 이들 색이 일부 서로 섞여 혼합된 상태로 나타나는 혼합된 색 등 두 가지 이상의 색상을 띄는 컬러풀한 제품을 압출할 수 있다.

이를 위해서는 바렐의 이송공간에서 스크류를 타고 이송중인 펠렛의 온도조건 및 압축 조건 등이 정밀하게 요구되어야 하는 바, 이를 구체적으로 구현한 것에 본 발명의 기술적 특징이 있다 할 것이다.

첨부된 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 두 가지 이상의 색상을 띄는 제품을 성형하는 스크류 압출장치의 전체 구성을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에서 도시하고 있는 스크류축 및 바렐의 구조를 발췌하여 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 두 가지 이상의 색상을 띄는 제품을 성형하는 스크류 압출장치로 압출 성형된 제품을 촬영한 사진이다.

도 3 내지 도 5에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 두 가지 이상의 색상을 띄는 제품을 성형하는 스크류 압출장치(100)는 바렐(10), 스크류축(30), 노즐(70)로 외형을 구성한다.

상기 바렐(10)은 상단으로 투입호퍼(12)가 마련되며 내부에는 스크류축(30)이 설치된 상태로 혼합물을 전방으로 이송시키기 위한 이송공간(14)이 마련된다.

상기 바렐(10)의 외경에는 히터(18)가 설치된다. 상기 히터(18)는 스크류축(30)의 회전 동작에 따라 상기 이송공간(14)을 타고 이송중인 고체 상태의 다른 색상을 가진 두 종류의 펠렛(1a, 1b)을 액체 상태로 용융시킨다.

상기 바렐(10)의 전방에는 노즐(70)이 결합되고, 상기 노즐(70)은 상기 스크류축(30)의 회전동작으로 상기 이송공간(14)을 타고 이송되는 과정에서 용융된 두 가지 종류의 펠렛(1a, 1b)을 금형으로 배출시키게 된다.

상기 바렐(10)의 후방에는 구동수단이 설치된다. 상기 구동수단은 상기 바렐(10)의 이송공간(14)에 끼워진 스크류축(30)을 회전 동작시킨다.

상기 스크류축(30)은 두 가지 색상을 띄는 다른 종류의 펠렛(1a, 1b)을 투입호퍼(12)를 통해 바렐(10)의 내부 이송공간(14)을 투입시키고 나면 구동원의 동력에 따라 회전하며 상기 바렐(10)의 이송공간(14)으로 투입된 펠렛(1a, 1b)을 용융 및 압축 그리고 믹싱시켜 고체 상태의 펠렛(1a, 1b)을 액체상태로 용융시켜 가며 바렐(10)의 전방으로 이송시키는 것으로서, 구동원의 동력으로 회전 동작하는 스크류축(30)의 외경에 나선형으로 순차 형성되는 공급리드(42), 압축리드(52) 및 믹싱리드(62)로 구성한다.

상기 공급리드(42)가 구비된 스크류축(30)의 구간은 공급구간(40)이 되고, 상기 압축리드(52)가 구비된 스크류축(30)은 압축구간(50)이 되며, 상기 믹싱리드(62)가 구비된 스크류축(30)은 믹싱구간(60)이 된다.

상기 공급구간(40)은 상기 바렐(10)의 투입호퍼(12)를 통해 투입된 고체 상태의 서로 다른 색상을 가진 두 개의 펠렛(1a, 1b)이 이송공간(14)으로 투입되면 상기 펠렛(1a, 1b)을 바렐(10)의 전방으로 초기 이송시키는 곳이다.

상기 공급구간(40)은 스크류축(30)의 외경을 따라 공급리드(42)가 나선형으로 형성되어, 투입된 펠렛(1a, 1b)을 바렐(10)의 전방으로 이송시키게 된다. 이때 상기 스크류축(30)의 공급구간(40)에 위치하는 바렐(10)의 외경에는 히터(18)가 설치된 관계로 공급구간(40)의 공급리드(42)를 타고 이송중인 펠렛(1a, 1b)은 서서히 가열된 상태로 압축구간(50)으로 이송된다. 이때 상기 공급구간의 온도는 대략 120℃ ~ 140℃ 사이의 온도로 설정함이 바람직하다.

상기 공급구간(40)의 공급리드(42)는 상기 스크류축(30)의 외경에서 7.5㎜ ~ 8㎜ 사이로 돌출 형성되도록 구성함이 바람직하며, 이는 공급리드(42)를 타고 이송중인 펠렛(1a, 1b)이 바렐(10)의 이송공간(14) 내면에 과도하게 압착되지 않도록 서로 다른 색상을 가진 두 가지 재료의 펠렛(1a, 1b)이 서로 너무 쉽게 혼합되지 않도록 한다.

즉, 공급리드(42)의 돌출 폭이 7.5㎜ 이하가 되면 바렐(10)의 이송공간(14) 내면과 스크류축(30)의 사이는 너무 가까워지게 되는 데, 이는 펠렛(1a, 1b)이 바렐(10)의 이송공간 내면에 과하게 압착된 상태로 이송되어 짐으로서 결과적으로 바렐(10)의 히터(18)에서 전해지는 열에 큰 영향을 받아 두 가지의 펠렛(1a, 1b)이 서로 너무 쉽게 혼합될 수 있다.

반대로 공급리드(42)의 돌출 폭이 8㎜ 이상이 되면 바렐(10)의 이송공간(14) 내면과 스크류축(30)의 사이 거리는 너무 멀어지게 되며, 이는 펠렛(1a, 1b)이 바렐(10)의 이송공간(14) 내면에 접촉되는 압력이 낮아진 상태로 이송되어 짐으로서 결과적으로 바렐(10)의 히터(18)에서 전해지는 열에 너무 적게 영향을 받아 두 가지의 펠렛(1a, 1b)이 서로 조금도 용융되지 못하고 섞이지 않은 상태로 될 수 있어 바람직하지 못하다.

즉, 본 발명은 두 가지 다른 색상을 가진 펠렛(1a, 1b)을 믹싱시켜 압출할 때, 서로 완벽히 혼합시켜 제품을 사출 성형하도록 하는 것에 특징이 있는 것이 아니라, 도 5에서와 같이 다른 색상을 가진 두 가지의 펠렛(1a, 1b)이 각각 어느 정도 고형화를 이룬 상태에서 혼합되도록 하여 압출 성형된 제품(200)에 두 가지의 색상(210, 212)과, 또한 두 가지의 색상(210, 212)이 일부 혼합되어 나타난 새로운 혼합색상(214)이 나타나는 등 다양한 색상의 컬러풀한 제품(200)을 압출 성형하는 데 있으며, 이를 위해 위 공급리드(42)의 돌출폭을 7.5㎜ ~ 8㎜로 제한한 것은 본 발명자가 다년간의 연구 결과를 통해 획득한 최적의 수치임을 확인할 수 있었다.

상기 압축구간(50)은 상기 공급구간(40)의 회전 동작에 따라 전방으로 이송된 두 가지 색상의 펠렛(1a, 1b)을 서서히 압축시킴과 동시에 용융시키도록 하되, 고형화의 펠렛(1a, 1b)이 완전한 액체로 용융되는 것이 아니라, 어느 정도의 덩어리진 형태로 서로 섞이도록 유도하여 두 가지 색상의 펠렛(1a, 1b)이 서로 완전히 혼합되지 않고 각자의 색상(210, 212)을 유지하는 과정에서 일부의 용융된 액체들이 혼합되는 과정에서 새로운 색상(214)이 생겨나도록 유도하는 구간이다.

상기 압축구간(50)은 스크류축(30)의 외경을 따라 압축리드(52)가 나선형으로 형성되어, 투입된 펠렛(1a, 1b)을 바렐(10)의 전방, 즉 믹싱구간(60)으로 이송시키게 된다. 이때 상기 스크류축(30)의 압축구간(50)이 위치하는 바렐(10)의 외경에는 히터가 설치된 관계로 압축부의 압축리드를 타고 이송중인 펠렛은 이송중 압축과 동시에 용융되어 진다. 이때 상기 압축구간의 온도는 145℃ ~ 160℃ 사이의 온도로 설정함이 바람직하다.

또한, 상기 스크류축(30)의 압축구간(50)이 위치하는 바렐(10)의 외경에는 함몰부(18)가 마련되고 상기 함몰부(18)의 외경으로 히터(18)가 설치되도록 구성함이 바람직하며, 이는 압축구간(50)으로 전해지는 히터(18)의 온도를 보다 신속하게 제어하여 압축구간(50)에서 용융되는 펠렛(1a, 1b)의 용융 정도를 신속하게 제어할 수 있도록 하기 위함이다.

예를 들어, 압축구간(50)이 위치하는 곳의 바렐(10)의 외경에 함몰부(20)를 형성하면, 상기 함몰부(20)가 가지는 깊이(H)만큼 바렐(10)의 두께는 다른 곳 즉, 공급구간(40) 및 믹싱구간(60)이 위치하는 곳의 바렐(10) 두께에 비해 얇아지게 되는 데, 이때 바렐(10)의 얇아진 두께만큼 히터(18)에서 발생한 열은 바렐(10)의 내부로 빠르게 전도되어 진다.

특히, 바렐(10)의 얇아진 두께로 인해 히터(18)의 온도를 상대적으로 낮게 설정하더라도 팔렛(1a, 1b)의 용융에 필요한 열을 압축구간(50)으로 전도시킬 수 있는 데, 이때 팔렛(1a, 1b)이 너무 많이 용융되면 두 가지 색상을 가진 팔렛(1a, 1b)이 서로 완전히 섞여버릴 수 있으며, 이때에는 압축구간(50)으로 전해지는 열을 빨리 떨어뜨려야 한다. 따라서 본원은 압축구간(50)이 위치하는 곳의 바렐(10)의 외경에 함몰부(20)를 마련하여 함몰부(20)가 가진 깊이만큼 바렐(10)의 두께를 얇게 형성하여 히터(18)의 온도를 낮게 설정하더라도 바렐(10)의 압축구간(50)으로 공급된 팔렛(1a, 1b)으로 열을 신속하게 전도시킬 수 있고, 더불어 히터(18)의 온도를 낮게 유지하면 팔렛(1a, 1b)의 용융 정도에 따라 히터(18)의 온도를 빨리 떨어드릴 수 있어 히터(18)의 온도 제어를 용이하게 수행할 수 있다. 즉 바렐(10)의 외경 두께를 얇게 하면 그만큼 낮은 온도로 펠렛(1a, 1b)을 용융시킬 수 있어, 만일 펠렛(1a, 1b)의 용융을 더욱 더디게 해야할 때에는 이미 낮은 온도의 히터(18)를 빠르게 원하는 온도까지 낮출 수 있기 때문이다.

상기 압축구간(50)의 압축리드(52)는 상기 스크류축(30)의 외경에서 4.9㎜ 만큼 돌출 형성되도록 구성함이 바람직하며, 이는 압축리드(52)를 타고 이송중인 펠렛(1a, 1b)이 바렐(10)의 이송공간(14) 내면에 최적의 압력으로 압착되도록 하여 서로 다른 색상을 가진 두 가지 재료의 펠렛(1a, 1b)이 서로 과도하게 혼합되거나 혹은 너무 적게 혼합되지 않은 상태의 혼합상태를 유지하며 믹싱구간(60)으로 이송될 수 있도록 한다. 즉, 압축리드(52)가 스크류축(30)의 외경에서 4.9mm이상 돌출되면 돌출 높이 만큼 압축력이 저하되어 펠렛(1a, 1b)의 혼합이 원활하지 못하고, 압축리드(52)가 스크류축(30)의 외경에서 4.9mm 이하로 돌출되면 압축력이 높아져 펠렛(1a, 1b)이 과도하게 혼합되어 원하는 제품의 컬러를 구현할 수 없다는 것을 많은 실험을 통해 확인하였다.

상기 믹싱구간(60)은 상기 압착구간(50)에서 압축 및 용융되기 시작한 두 가지 색상의 펠렛(1a, 1b)을 공급받아 최종적으로 믹싱시킨 후, 노즐(70)로 배출시키는 구간이다.

이때 상기 믹싱구간(60) 역시 압축구간(50)에서 이송된 두 가지 색상의 펠렛(1a, 1b)을 서서히 압축시킴과 동시에 용융시키도록 하되, 두 가지 색상의 펠렛(1a, 1b)이 완전한 액체로 용융되어 혼합되지 않고, 어느 정도의 덩어리진 형태로 서로 섞이도록 유도하여 두 가지 색상의 펠렛(1a, 1b)이 서로 완전히 혼합되지 않고 각자의 색상(210, 212)을 유지하는 과정에서 일부의 용융된 액체들은 서로 혼합되어 새로운 색상(214)이 생겨나도록 최종적으로 믹싱시키는 구간이다. 이때 상기 믹싱구간의 온도는 160℃ ~ 175℃ 사이의 온도로 설정함이 바람직하다.

상기 믹싱구간(60)의 스크류축(30)의 외경을 따라 믹싱리드(62)가 나선형으로 형성되어, 투입된 펠렛(1a, 1b)을 바렐(10)의 전방인 노즐(70)로 이송시키게 된다.

이때 상기 스크류축(30)의 믹싱구간(60)이 위치하는 바렐(10)의 외경에는 히터(18)가 설치된 관계로 믹싱구간(60)의 믹싱리드(62)를 타고 이송중인 펠렛(1a, 1b)은 압축과 동시에 용융되어 노즐(70)을 통해 금형으로 주입된다.

상기 믹싱구간(60)의 믹싱리드(62)는 상기 스크류축(30)의 외경에서 4㎜ ~ 4.8㎜ 사이로 돌출 형성되도록 구성함이 바람직하며, 이는 믹싱리드(62)를 타고 이송중인 펠렛(1a, 1b)이 바렐(10)의 이송공간(14) 내면에 과도하게 압착되지 않도록 하여 서로 다른 색상을 가진 두 가지 재료의 펠렛(1a, 1b)이 적당히 혼합된 상태로 용융되어 노즐(70)로 배출될 수 있도록 한다.

즉, 믹싱리드(62)의 돌출 폭이 4㎜이하가 되면 바렐(10)의 이송공간(14) 내면과 스크류축(30)의 사이는 너무 가까워지게 되는 데, 이는 펠렛(1a, 1b)이 바렐(10)의 이송공간(14) 내면에 과하게 압착될 수 있는 결과를 가져와 바렐(10)의 히터(18)에서 전해지는 열과 그리고 과한 압력에 의해 받아 두 가지의 펠렛(1a, 1b)이 각각 너무 많이 용융되어 각각의 색상(210, 212)을 띄지 못하고 한 가지 색으로 혼합될 우려가 있다.

반대로, 믹싱리드(62)의 돌출 폭이 4.8㎜ 이상이 되면 바렐(10)의 이송공간(14) 내면과 스크류축(30)의 사이는 너무 멀어지게 되며, 이는 펠렛(1a, 1b)이 바렐(10)의 이송공간(14) 내면에 접촉되는 압력이 낮아져 결과적으로 바렐(10)의 히터(18)에서 전해지는 열에 너무 적게 영향을 받아 두 가지의 펠렛(1a, 1b)이 서로 너무 안 섞인 상태로 배출될 수 있어 제품의 불량이 발생할 우려가 있다.

즉, 본 발명은 두 가지 다른 색상을 가진 펠렛(1a, 1b)을 믹싱시켜 압출할 때, 서로 완벽히 혼합되어 한 가지의 색상을 띄는 제품을 성형하고자 하는 것이 아니라, 도 5에서와 같이 두 가지 색상의 펠렛(1a, 1b)이 각각 어느 정도 고형화를 이룬 상태에서 혼합되도록 하여 압출 성형된 제품(200)에 두 가지의 펠렛(1a, 1b)이 가지는 각각의 색상(210, 212)과, 또한 두 가지의 펠렛(1a, 1b) 색상이 일부 혼합되어 새로운 색상(214)이 나타나는 등 다양한 색상의 컬러풀한 제품(200)을 압출 성형하는 데 있으며, 이를 위해 위 믹싱리드(60)의 돌출폭을 4㎜ ~ 4.8㎜로 제한한 것은 본 발명자가 다년간의 연구 결과를 통해 획득한 최적의 수치임을 확인할 수 있었다.

상기 노즐(70)은 상기 바렐(10)의 전방에 결합되며 상기 믹싱구간(60)에서 믹싱된 상태로 이송된 펠렛(1a, 1b)을 금형으로 분사시키게 된다.

상기 노즐(70)의 분사구멍(72) 직경은 종래의 압출장치의 노즐 구멍 직경 보다 상대적으로 크게 형성하는 데, 바람직하게는 노즐(70)의 분사구멍(72) 직경은 4~5Ø로 형성함이 가장 바람직하다.

즉, 전술한 믹싱구간(60)에서 믹싱된 팔렛(1a, 1b)은 두 가지의 색상을 띄는 펠렛(1a, 1b)이 서로 완벽히 혼합된 것이 아니라 의도적으로 각자의 색상을 가진 상태에서 일부의 펠렛(1a, 1b)만 서로 용융된 상태로 혼합되도록 믹싱된다.

이러한 믹싱구간(60)에서 믹싱 혼합된 펠렛(1a, 1b)을 최종 금형에 주입하기 위한 노즐(70)의 분사구멍(72)을 종래와 같이 4Ø 이하로 형성하면 분사시에 압력이 증가하여 두 가지 색상의 펠렛(1a, 1b)이 더 많이 혼합될 수 있고, 반대로 5Ø 이상으로 형성하면 분사시에 압력이 감소해 금형의 코어에 펠렛(1a, 1b)이 완전히 주입되지 못하고 기포가 발생하는 등의 문제점이 발생할 수 있는 바, 펠렛(1a, 1b)에 과도한 압력을 전하지 않은 상태에서 원하는 다양한 색상을 띄는 제품을 압출 성형하기 위한 최적의 수치로서 노즐(70)의 분사구멍(72)이 4~5Ø 사이로 형성할 때, 이를 구현할 수 있음을 확인하였다.

1a, 1b: 펠렛 10: 바렐
30: 스크류축 40: 공급구간
42: 공급리드 50: 압축구간
52: 압축리드 60: 믹싱구간
62: 믹싱리드 70: 노즐

Claims (1)

1. 서로 다른 색상을 가진 두 종류의 펠렛(1a, 1b)을 투입하여 두 가지 이상의 색상을 띄는 제품을 압출 성형하는 스크류 압출장치에 있어서,
   내부에 이송공간(14)이 마련되며 후방에는 상기 두 종류의 펠렛(1a, 1b)을 투입하기 위한 투입호퍼(12)가 마련된 바렐(10);
   상기 바렐(10)의 외경에 결합되며 외부에서 인가된 전원으로 발열하며 상기 이송공간(14)으로 투입된 두 종류의 펠렛(1a, 1b)을 용융시키는 히터(18);
   상기 바렐(10)의 이송공간(14)에 설치되며 구동원의 동력으로 회전 동작하는 스크류축(30);
   상기 스크류축(30)의 후방쪽 외경에 나선형으로 돌출 형성되며 상기 스크류축(30)의 회전에 따라 상기 바렐(10)의 이송공간(14)으로 투입된 두 종류의 펠렛(1a, 1b)을 전방으로 공급하는 공급리드(42)로 구성한 공급구간(40);
   상기 공급구간(40)의 전방에 형성되며 상기 스크류축(30)의 외경에 나선형으로 돌출 형성되며 상기 공급구간(40)을 거쳐 공급된 두 종류의 펠렛(1a, 1b)을 압축 및 용융시키기 시작하는 압축리드(52)로 구성한 압축구간(50);
   상기 압축구간(50)의 전방에 형성되며 상기 스크류축(30)의 외경에 나선형으로 돌출 형성되며 상기 압축구간(50)을 거쳐 압축 및 용융이 시작된 상태로 공급된 두 종류의 펠렛(1a, 1b)을 믹싱시키는 믹싱리드(62)로 구성한 믹싱구간(60);
   상기 바렐(10)의 전방에 결합되며 중앙으로는 상기 믹싱구간(60)에서 믹싱된 상태로 공급된 두 종류의 펠렛(1a, 1b)을 금형으로 주입하는 분사구멍(72)을 가진 노즐(70)을 포함하며;
   상기 공급구간(40)의 공급리드(42)는 상기 스크류축(30)의 외경에서 7.5㎜ ~ 8㎜ 사이로 돌출 형성되도록 구성하며;
   상기 압축구간(50)의 압축리드(52)는 상기 스크류축(30)의 외경에서 4.9㎜ 돌출 형성되도록 구성하며;
   상기 믹싱구간(60)의 믹싱리드(62)는 상기 스크류축(30)의 외경에서 4㎜ ~ 4.8㎜ 사이로 돌출 형성되도록 구성하며;
   상기 노즐(70)의 분사구멍(72) 직경은 4 ~ 5Ø 사이로 구성하고;
   상기 압축구간(50)이 위치하는 상기 바렐(10)의 외경에는 함몰부(20)를 형성한 상태에서 상기 함몰부(20)의 외면에 상기 히터(18)가 장착되도록 구성하여;
   상기 펠렛(1a, 1b)이 가지는 각각의 색상(210, 212)과, 상기 펠렛(1a, 1b)의 일부가 서로 섞인 혼합된 색상(214)을 가진 제품(200)을 압출 성형하게 됨을 특징으로 하는 두 가지 이상의 색상을 띄는 제품을 압출 성형하는 스크류 압출장치.
   
   
   
   
   
   

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