KR102067871B1

KR102067871B1 - 텐덤 압출기

Info

Publication number: KR102067871B1
Application number: KR1020170062823A
Authority: KR
Inventors: 이무균
Original assignee: 이무균
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2020-01-17
Also published as: KR20180127728A

Abstract

본 발명은 압출다이 방향으로 액상 겔을 밀어주어 원료과 발포제의 고르게 혼합된 상태에서 성형되도록 함으로서 성형 완료된 피이 폼의 조직과 셀을 균일하게 유지하여 일정한 품질을 유지할 수 있으면서, 성형과정에서 액상 겔이 역류하는 현상을 배제하여 피이 폼의 성형성을 좋게 하면서 압출기를 유지관리하는 데 필요한 시간과 비용을 절감할 수 있도록 한 것으로서;
원료를 공급하기 위한 호퍼를 가지고 1구동수단의 동력을 전달받아 회전하는 1스크류를 내장한 1실린더와, 상기 1실린더에 설치하여 공급되는 원료를 용융시키는 히터와, 상기 1실린더의 선단에 설치하여 용융된 액상 겔을 2압출기로 공급하는 공급관을 포함하는 1압출기와; 후방에 2구동수단의 동력을 전달받아 회전하는 2스크류를 내장한 2실린더와, 상기 2실린더에 설치하여 공급받은 액상 겔을 압출 발포할 수 있도록 냉각시키는 냉각기와, 상기 2실린더의 선단에 설치하여 피이 폼을 발포 압출하는 압출다이를 포함하는 2압출기로 구성되는 텐덤 압출기에 있어서;
상기 2압출기의 후미에는 피이 폼을 압출 발포하는 과정에서 2압출기의 액상 겔의 역류를 방지하면서 압출다이 방향으로 항상 일정한 압력을 유지하면서 공급하는 정압유지수단을 더 설치하는 것이 특징이다.

Description

텐덤 압출기{TANDEM EXTRUDER}

본 발명은 텐덤 압출기에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 압출 스크류 내부의 압력을 일정하게 유지시켜 압출성형되는 피이 폼을 균일한 조직을 유지할 수 있도록 함으로서 제품의 사이즈(두께와 폭)를 일정하게(일률적이면서 정확하게) 생산할 수 있고 우수한 품질의 피이 폼을 얻을 수 있으면서 생산효율성을 극대화할 수 있도록 한 개선된 텐덤 압출기의 제공에 관한 것이다.

일반적으로 피이(Poly Ethylene) 폼(Form)은 열가소성 수지인 폴리에틸렌 수지를 용융시켜 압출 발포한 것으로서 로드(Rod)형, 파이프(Pipe)형, 시트(Sheet)형, 네트(Net)형 등 다양한 형태로 생산이 이루어지고 있다.

이러한 피이 폼(Poly Ethylene Form)은 경량이면서 단열성이 우수하고 완충성이 좋으며 내수성과 더불어 내유성이 우수하기 때문에, 다양한 제품을 포장하는 용도인 포장재, 열손실을 방지하기 위한 용도인 단열재 또는 충격을 흡수하여 제품이나 장치 등을 보호하기 위한 목적인 완충재 및 기타 잡화류 등 다양한 용도로 사용되고 있다.

상기와 같은 피이 폼의 성형은 폼 원료를 압출기의 호퍼로 투입하여 용융되면서 스크류에 의하여 고르게 혼합되도록 한 후 용융 후인 냉각을 수행하면서 최종적으로 발포시켜 얻도록 하고 있다.

종래에는, 원료를 호퍼를 통하여 공급하면, 실린더 내부에 설치된 스크류에 의하여 실린더의 전방으로 이동하면서 실린더 외부에 설치된 히터에 의하여 용융되고, 용융된 액상 겔은 실린더 전방과 스크류 전방에 설치된 냉각수단에 의하여 냉각되면서 최종적으로 압출되도록 하고 있었으나, 하나의 실린더를 통하여 용융과 냉각이 동시에 이루어지기 때문에 최종 발포 전 원활한 냉각이 어려워 목적하고자 하는 제품을 얻는 데 어려움이 있었다.

이러한 어려움을 해결하기 위하여 최근에는 (문헌 3) 실용신안등록 제 20 - 0265749 - 0000 호에서와 같이, 원료를 공급받아 용융하는 하나의 1스크류와, 상기 1스크류에 의하여 용융된 액상 겔 타입을 공급받아 냉각을 수행하면서 최종 발포하는 2스크류로 구성되는 텐덤 압출기가 사용되고 있다.

(문헌 1) 특허출원 제 10 - 2014 - 0073047 호 (문헌 2) 특허 제 10 - 1005872 - 0000 호 (문헌 3) 실용신안등록 제 20 - 0265749 - 0000 호

상기와 같은 텐덤 압출기를 이용할 경우 용융과 냉각을 이원화할 수 있으므로 균일한 냉각을 유지할 수 있는 장점은 있으나, 2스크류의 선단에서 과도한 냉각이 이루어지기 때문에 냉각이 시작되는 위치에서 차벽현상이 일어나게 된다.

이러한 차벽현상이 있을 경우에에는 2스크류의 후방 위치의 액상 겔이 스크류에 의하여 전방으로 공급되지 못하고 냉각으로 발생한 차벽에 의하여 액상 겔이 후방으로 역류하는 현상이 발생하게 된다.

상기와 같이 과도한 냉각으로 발생한 차벽에 의하여 2스크류 후방의 액상 겔이 전방으로 지속적으로 공급되지 못하고 역류하는 피드백 현상이 발생할 경우에는 차벽부위가 정상적으로 발포된 후 차벽이 해제된 상태에서 액상 겔이 전방으로 공급되는 현상이 일어나게 되므로 발포시점에 균일하고 안정된 상태의 압력을 유지하지 못하게 된다.

차벽과 역류 및 피드백 현상에 의하여 발포되는 피이 폼이 일부구간은 정상적인 상태를 유지하게 되나, 액상 겔이 역류한 상태에서 발포될 경우에는 목적하는 상태를 유지하지 못하게 되므로 피이 폼 전체가 균일성을 유지하는 것이 힘들게 된다.

이와 같이 2스크류의 전방에 급속한 냉각으로 야기되는 차벽에 의하여 후방의 액상 겔이 전방으로 지속적이면서 균일하게 공급되지 못하고 역류하는 피드백 현상이 간헐적 또는 주기적으로 일어날 경우에는 완성된 제품의 질이 균일하지 못하게 되는 현상을 배제하지 못하게 된다.

상기와 같이 종래 기술이 적용된 텐덤 압출기의 경우에는 2스크류 내부의 압력을 균일하게 유지하는 것이 힘들게 되므로 발포되는 피이 폼의 품질을 우수한 상태로 균일하게 유지하는 것이 힘들게 된다.

특히 2스크류의 전방에는 급격한 냉각이 이루어지게 될 경우에는 결정화 시간이 길어져 딱딱하게 되거나 물성이 변화되는 것을 막지 못하게 되고, 발포 과정에서 내부의 셀을 구성하게 되는 핵제가 액상 겔 전체에 고르게 분포되어야 함에도 불구하고 차벽현상에 의하여 불균일하게 분포됨으로서 발포 된 피이 폼의 셀이 규칙적이지 못하고 어느 한 곳에 집중 되거나 편중되는 현상이 발생하게 된다.

상기와 같은 종래기술에서는 스크류 내부의 압력을 일정하게 유지하는 것이 힘들고 특히 발포제로 사용되는 가스의 경우 기화하려는 특성에 의하여 압력에 상당히 민감하기 때문에 스크류 내부의 액상 겔이 역류할 경우 발포제로 내장된 가스가 어느 한 곳으로 편중되는 현상이 발생하여 발포가 균일하게 이루어지지 못하게 된다.

이와 같이 스크류 내부의 압력이 일정하지 못할 경우에는 피이 폼이 발포는 될 수 있을 것이나 발포된 제품의 두께와 폭과 같은 사이즈가 일정하게(균일하면서도 일률적이며 정확한 상태) 생산되는 것이 불가능하게 되는 문제점으로부터 자유롭지 못하게 된다.

그리고, 2스크류 내부의 액상 겔이 역류가 지속적으로 발생할 경우에는 구동수단과 연결되는 부분의 리크를 방지하기 위하여 개재한 가스켓 등이 조기에 손상 또는 마모되어 액상 겔이 누출되고, 이러한 누출에 의하여 2스크류 내부의 압력이 저하되어 균일한 압력으로 액상 겔을 전방으로 공급하는 것이 불가능하게 되는 현상이 반복적으로 발생하게 되므로 이러한 현상을 조정하기 위하여 압출기를 주기적으로 점검하여야 하므로 가동율이 저하되는 것은 물론, 유지보수에도 상당한 시간과 비용이 소요되는 단점이 발생한다.

이와 같이 균일성이 배제된 제품을 검수하는 것이 현실적으로 힘들기 때문에 발포된 피이 폼을 그대로 2차 가공하여 제품으로 만들게 되는 데 이를 가공한 제품에도 불량이 발생하게 되는 등 여러 문제점이 발생하고 있는 실정이다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 원료를 공급하기 위한 호퍼를 가지고 1구동수단의 동력을 전달받아 회전하는 1스크류를 내장한 1실린더와, 상기 1실린더에 설치하여 공급되는 원료를 용융시키는 히터와, 상기 1실린더의 선단에 설치하여 용융된 액상 겔을 2압출기로 공급하는 공급관을 포함하는 1압출기와; 후방에 2구동수단의 동력을 전달받아 회전하는 2스크류를 내장한 2실린더와, 상기 2실린더에 설치하여 공급받은 액상 겔을 압출 발포할 수 있도록 냉각시키는 냉각기와, 상기 2실린더의 선단에 설치하여 피이 폼을 발포 압출하는 압출다이를 포함하는 2압출기로 구성되는 텐덤 압출기에 있어서;

상기 2압출기의 후미에는 피이 폼을 압출 발포하는 과정에서 2압출기의 액상 겔의 역류를 방지하면서 압출다이 방향으로 항상 일정한 압력을 유지하면서 공급하는 정압유지수단을 더 설치하여;

2압출기의 후방에서 일정한 압력으로 압출다이 방향으로 액상 겔을 밀어주어 원료과 발포제의 고르게 혼합된 상태에서 성형되도록 함으로서 성형 완료된 피이 폼의 조직과 셀을 균일하게 유지하여 일정한 품질을 유지할 수 있으면서, 성형과정에서 액상 겔이 역류하는 현상을 배제하여 피이 폼의 성형성을 좋게하면서 압출기를 유지관리하는 데 필요한 시간과 비용을 절감할 수 있는 목적 달성이 가능하다.

본 발명은 텐덤 압출기의 2스크류에 액상 겔을 일정한 압력을 유지하면서 역류 또는 피드백 되는 현상 없이 2스크류의 전방으로 공급하여 성형되는 피이 폼의 품질을 우수하면서도 균일하게 유지할 수 있는 효과를 가진다.

특히 본 발명은 2스크류 내부의 압력을 일정하게 유지하면서 제품이 방출되도록 함으로서 얻어지는 제품의 품질을 우수하게 하면서도 균일한 상태를 지속적으로 유지할 수 있고, 이러한 제품을 이용하여 2차 가공한 제품의 품질까지 우수하게 유지할 수 있는 효과를 가진다.

뿐만아니라, 피이 폼의 압출작업을 중단없이 연속적으로 수행할 수 있기 때문에 생산효율성을 극대화할 수 있는 것은 물론, 가동율을 높이고 공전율을 줄여 생산비용과 유지비용을 줄여 전체적인 생산원가를 절감할 수 있는 등 경쟁력 강화에 도움을 줄 수 있는 등 다양한 효과를 가지는 발명이다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 텐덤 압출기를 도시한 정면 상태의 구성도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 텐덤 압출기를 도시한 평면 상태의 구성도.
도 3은 본 발명의 기술이 적용된 텐덤 압출기의 중요부위인 정압유지수단을 도시한 구성도.
도 4는 본 발명의 기술이 적용된 텐덤 압출기의 정압유지수단을 발췌하여 도시한 예시도.

이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 텐덤 압출기를 도시한 정면 상태의 구성도, 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 텐덤 압출기를 도시한 평면 상태의 구성도, 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 텐덤 압출기의 중요부위인 정압유지수단을 도시한 구성도, 도 4는 본 발명의 기술이 적용된 텐덤 압출기의 정압유지수단을 발췌하여 도시한 예시도로서 함께 설명한다.

통상적인 텐덤 압출기(100)는, 원료를 공급받아 용융시키는 1압출기(101)와, 상기 1압출기(101)와 연결되어 1압출기(101)로부터 공급받은 액상 겔을 냉각시키면서 발포 압출하여 피이 폼을 얻는 2압출기(102)로 구성된다.

상기 1압출기(101)는, 원료를 공급하기 위한 호퍼(103)를 가지고 1구동수단(104)의 동력을 전달받아 회전하는 1스크류(105)를 내장한 1실린더(106)를 구비하고, 상기 1실린더(106)에는 공급되는 원료를 용융시키기 위한 히터(107)를 설치하고, 상기 1실린더(106)의 선단에는 용융된 액상 겔을 2압출기(102)로 공급하기 위한 공급관(108)을 가지는 구성이다.

상기 2압출기(102)는, 후방에 2구동수단(110)의 동력을 전달받아 회전하는 2스크류(111)를 내장한 2실린더(112)를 구비하고, 상기 2실린더(112)에는 공급받은 액상 겔을 압출 발포할 수 있도록 냉각시키는 냉각기(113)를 설치하고, 상기 2실린더(112)의 선단에는 피이 폼(Poly Ethylene Form)을 발포 압출하기 위한 압출다이(114)를 설치하여 구성된다.

본 발명에서는 상기 2압출기(102)의 후미에 정압유지수단(120)를 더 설치하여 피이 폼(Poly Ethylene Form)을 압출 발포하는 과정에서 2압출기(102)의 액상 겔이 역류하는 현상을 방지하면서 압출다이(114) 방향으로 항상 일정한 압력을 유지하여 공급할 수 있도록 함으로서 성형되는 피이 폼(Poly Ethylene Form)의 밀도와 셀의 분포를 포함하는 조직을 균일하게 유지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 정압유지수단(120)은, 2실린더(112)의 후방으로 2실린더(112)로부터 연장되게 정압실린더(121)를 더 형성하고, 상기 2실린더(112)의 내부에는 2스크류(111)로부터 연장되게 정압스크류(122)를 더 형성한다.

상기 정압스크류(122)는 2스크류(111)와 독립되게 형성하여 별도의 독립구동수단에 의하여 작동되도록 하여도 될 것이나, 바람직하게는 2스크류(111)로부터 일체로 형성되어 연장되도로록 하고 2구동수단(110)의 동력을 전달받아 회전할 수 있도록 하는 것이 구조적으로 복잡해지는 문제를 해결할 수 있을 것이다.

상기 정압실린더(121)에는 피이폼을 성형하기 위한 원료(1압출기를 통하여 공급하는 원료와 동일)를 정량씩 공급하기 위한 정압공급호퍼(123)를 설치하고, 상기 정압실린더(121)의 외측에는 공급된 원료를 용융시키기 위한 히터(124)를 설치하도록 한다.

상기 1압출기(101)로 공급되는 원료를 피이 폼(Poly Ethylene Form, 이하 피이 폼이라 한다.)성형을 위한 전체원료의 97 ∼ 99％를 공급하고, 나머지 1 ∼ 3％를 정압공급호퍼(123)로 공급하여 2실린더(112)의 후방에서 1압출기(101)로부터 공급받은 액상 겔을 후미에서 밀어주어 정압을 유지하면서 역류하는 현상을 배제할 수 있도록 한다.

상기 정압공급호퍼(123)를 통하여 공급되는 원료의 량을 너무 많이(3％ 이상) 할 경우에는 2압출기(102)에서 쉽게 용융되어 혼합되지 못하기 때문에 완제품의 품질에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있고, 너무 적은 양(1％ 이하)을 공급할 경우에는 2압출기(102)의 후방에서 바로 용융되어 1압출기(101)로부터 공급받은 액상 겔을 2압출기(102)의 전방으로 밀어주지 못할뿐 아니라 액상 겔이 역류하는 것을 방지하지 못하기 때문에 바람직하지 않다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 정압실린더(121)와 정압스크류(122)의 길이는 당연하게 2실린더(112)와 2스크류(111)의 길이보다 짧아야 할 것이며, 정압스크류(122)를 구성하는 블레이드(125)와 블레이드(125) 사이의 간격인 피치(P)또한 2스크류(111)의 피치보다 작고, 정압스크류(122)의 몸체(126) 외경면에서 블레이드(125)의 외측 끝단 까지인 골깊이(D) 또한 2스크류(111)의 골깊이 보다 작게 형성하여 소량으로 공급되는 원료를 신속하게 용융할 수 있으면서 일정한 압력으로 2실린더(112)의 전방으로 밀어서 공급할 수 있도록 하는 것이 타당할 것이다.

상기와 같은 본 발명의 기술이 적용된 텐덤 압출기(100)의 사용상태에 대하여 설명하면 다음과 같다.

피이폼 원료를 호퍼(103)를 통하여 1압출기(101)로 공급하여 히터(107)에 의하여 용융한 후 공급관(108)을 통하여 2압출기(102)로 공급하면, 2압출기(102)의 냉각기(113)를 통하여 냉각되면서 2실린더(112) 내부에 설치되어 2구동수단(110)에 의하여 회전하는 2스크류(111)에 의하여 압출다이(114) 방향으로 공급되어지고 압출다이(114)를 통하여 피이 폼이 성형되어지는 것은 주지의 사실이다.

본 발명에서는 2압출기(102)의 후미에 정압유지수단(120)을 더 설치함으로서 1압출기(101)로부터 공급받은 액상 겔을 압출다이(114) 방향으로 이동시켜 피이폼을 압출하는 과정에서 발생할 수 있는 역류현상을 원천적으로 배제하여 균일한 압력을 유지시켜 압출되는 피이 폼의 조직과 더불어 내부의 셀을 균일하게 유지할 수 있게 된다.

이를 살펴보면, 1압출기(101)에서 원료를 용융하여 공급관(108)을 통하여 2압출기(102)로 공급되면, 2압출기(102)의 후방에 더 설치되는 정압실린더(121)로 정압공급호퍼(123)를 통하여 피이폼의 원료를 1압출기(101)를 통하여 공급되는 양의 1 ∼ 3％를 정량씩 공급하게 된다.

그러면 히터(124)에 의하여 용융되고, 용융된 상태에서 정압스크류(122)에 의하여 2스크류(111)의 전방으로 공급하게 되므로 결국에는 1압출기(101)에서 용융되어 2압출기(102)로 공급된 액상 겔의 후방에서 계속하여 밀어주는 형태가 되므로 2압출기(102) 상의 액상 겔이 2스크류(111)를 역류하는 것을 방지하여 항상 일정한 압력으로 압출다이(11)로 밀어서 공급하게 되는 것이다.

이러한 것이 가능하게 되는 것은 정압스크류(122)의 피치(P)가 2스크류(111)의 피치보다 좁은 간격을 유지하고, 정압스크류(122)의 골깊이(D) 또는 2스크류(111)의 골깊이보다 작게 형성되어 있으므로 정압스크류(122)의 압력이 2스크류(111)의 압력보다 높은 압력을 유지할 수 있게 되므로 결국에는 2스크류(111)의 후방에서 일정한 압력으로 액상 겔을 밀어주게 되므로 2압출기(102) 전체의 압력을 고르게 유지하여 발포되는 피이 폼의 조직과 셀을 균일한 상태로 유지할 수 있게 되는 것이다.

물론, 정압스크류(122)를 통하여 공급되는 소량의 원료는 용융되어 전방으로 이동하면서 발포되기 이전에 고르게 혼합되기 때문에 피이 폼이 발포되는 데 지장을 초래하지는 않게 된다.

상기와 같은 본 발명은 2압출기의 후방에서 일정한 압력으로 압출다이 방향으로 액상 겔을 밀어주어 원료과 발포제의 고르게 혼합된 상태에서 성형되도록 함으로서 성형 완료된 피이 폼의 조직과 셀을 균일하게 유지하여 일정한 품질을 유지할 수 있으면서, 성형과정에서 액상 겔이 역류하는 현상을 배제하여 피이 폼의 성형성을 좋게 하면서 압출기를 유지관리하는 데 필요한 시간과 비용을 절감할 수 있는 등의 장점을 가진다.

100; 텐덤 압출기 101; 1압출기
102; 2압출기 105; 1스크류
106; 1실린더 107; 히터
108; 공급관 111; 2스크류
112; 2실린더 113; 냉각기
114; 압출다이 120; 정압유지수단
121; 정압실린더 122; 정압스크류
123; 정압공급호퍼 124; 히터

Claims

원료를 공급하기 위한 호퍼(103)를 가지고 1구동수단(104)의 동력을 전달받아 회전하는 1스크류(105)를 내장한 1실린더(106)와, 상기 1실린더(106)에 설치하여 공급되는 원료를 용융시키는 히터(107)와, 상기 1실린더(106)의 선단에 설치하여 용융된 액상 겔을 2압출기(102)로 공급하는 공급관(108)을 포함하여 원료를 공급받아 용융시키는 1압출기(101)와;
후방에 2구동수단(110)의 동력을 전달받아 회전하는 2스크류(111)를 내장한 2실린더(112)와, 상기 2실린더(112)에 설치하여 공급받은 액상 겔을 압출 발포 할 수 있도록 냉각시키는 냉각기(113)와, 상기 2실린더(112)의 선단에 설치하여 피이 폼(Poly Ethylene Form)을 발포 압출하는 압출다이(114)를 포함하여 1압출기(101)로부터 공급받은 액상 겔을 냉각시키면서 발포 압출하여 피이 폼(Poly Ethylene Form)을 얻는 2압출기(102)로 구성되는 텐덤 압출기(100)에 있어서;
상기 2압출기(102)의 후미에는, 상기 2실린더(112)의 후방으로 2실린더(112)로부터 연장되게 더 형성하는 정압실린더(121)와; 상기 2실린더(112)의 내부에 2스크류(111)로부터 연장되게 더 형성하는 정압스크류(122)와; 상기 정압실린더(121)에 설치하여 피이 폼(Poly Ethylene Form)을 성형하기 위한 원료를 정량씩 공급하는 정압공급호퍼(123)와; 상기 정압실린더(121)의 외측에 설치하여 공급된 원료를 용융시키는 히터(124)를 포함하는 정압유지수단(120)을 더 설치하여;
피이 폼(Poly Ethylene Form)을 압출 발포하는 과정에서 2압출기(102)의 액상 겔의 역류를 방지하면서 압출다이(114) 방향으로 항상 일정한 압력을 유지하면서 공급하여 성형되는 피이 폼(Poly Ethylene Form)의 밀도와 셀의 분포를 포함하는 조직을 균일하게 유지할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 텐덤 압출기.
삭제
제 1 항에 있어서;
상기 1압출기(101)로 공급되는 원료를 피이 폼(Poly Ethylene Form) 성형을 위한 전체원료의 97 ∼ 99％를 공급하고;
나머지 1 ∼ 3％를 정압공급호퍼(123)로 공급하여 2실린더(112)의 후방에서 1압출기(101)로부터 공급받은 액상 겔을 후미에서 밀어주어 정압을 유지하면서 2실린더(112) 내부에서 함께 혼합되게 하는 것을 특징으로 하는 텐덤 압출기.
제 1 항에 있어서;
상기 정압실린더(121)와 정압스크류(122)의 길이는 2실린더(112)와 2스크류(111)의 길이보다 짧고;
상기 정압스크류(122)를 구성하는 블레이드(125)와 블레이드(125) 사이의 간격인 피치(P)는 2스크류(111)의 피치보다 작고;
상기 정압스크류(122)의 몸체(126) 외경면에서 블레이드(125)의 외측 끝단 까지인 골깊이(D)는 2스크류(111)의 골깊이 보다 작게 형성하는 것을 특징으로 하는 텐덤 압출기.