KR102101148B1 - 압출 다이를 이용한 시트의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압출 다이 및 이를 이용한 시트의 압출방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 원료가 수용되는 저장부와, 저장부 내의 원료를 소정 압력으로 이동시키기 위한 가압부와, 저장부를 통과한 원료의 유동 폭이 좁아지도록 마련된 제1 다이와, 원료의 흐름방향을 따라 제1 다이를 통과한 원료의 유동 폭이 넓어지고, 유동 두께가 작아지도록 마련된 제2 다이 및 제2 다이를 통과하는 원료를 가열시키기 위한 가열부를 포함하는 압출 다이가 제공된다.

Description

압출 다이 및 이를 이용한 시트의 압출 방법{Extrusion die and extrusion method for sheet using the same}
본 발명은 압출 다이 및 이를 이용한 시트의 압출 방법에 관한 것이다.
일반적으로 시트(sheet) 압출 다이는 고분자 페이스트(paste)를 시트 형태로 가공하기 위한 장치이다.
도 1은 일반적인 시트 압출 다이(10)를 나타내는 개념도이고, 도 2는 도 1의 시트 압출 다이(10)를 통과하는 원료(P)의 유동을 모사한 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 압출 다이(10)는 원료(P)가 저장되는 저장부(20)와 가압부(50)와 원료(P)가 섬유화(fibrillization)되도록 압력을 가하는 모세관 다이(capillary die)(30)와 모세관 다이(30)를 통과한 원료를 시트로 만들기 위한 시트 다이(40)를 포함한다. 한편, 도 1에서, F는 원료의 이동방향을 나태내며, 도 2에서, P1은 저장부 내의 원료를 나타내고, P2는 제1 다이 내의 원료를 나타내며, P3는 제2 다이 내의 원료(또는 '시트'라고도 함)를 나타낸다.
시트 압출 시에 제2 다이(40) 출구에서 시트(P3)가 안정하게 형성되지 못하고, 한쪽으로 쏠리거나, 좌우로 너울지는 불량이 발생하고 있다. 이는 고분자가 시트 다이(40)를 통과할 때, 급격한 응력 구배(stress gradient)를 받으면서 제2 다이(40) 출구 주변에서 매우 높은 응력을 받아 발생한다.
압출을 통해 만들어진 시트는 추가적으로 연신하여 필름으로 가공되며, 압출 공정에서 불량이 발생하면, 이후 공정 진행에 차질이 생기는 문제가 있다.
본 발명은 압출물에 가해지는 응력 크기 및 응력 구배를 최소화할 수 있는 압출 다이 및 이를 이용한 시트의 압출 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 시트의 쏠림 및 너울짐 문제를 개선할 수 있는 압출 다이 및 이를 이용한 시트의 압출 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 원료가 수용되는 저장부와, 저장부 내의 원료를 소정 압력으로 이동시키기 위한 가압부와, 저장부를 통과한 원료의 유동 폭이 좁아지도록 마련된 제1 다이와, 원료의 흐름방향을 따라 제1 다이를 통과한 원료의 유동 폭이 넓어지고, 유동 두께가 작아지도록 마련된 제2 다이 및 제2 다이를 통과하는 원료를 가열시키기 위한 가열부를 포함하는 압출 다이가 제공된다.
또한, 가열부는 제2 다이의 입구 측보다 출구 측에 가깝게 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 가열부는 원료의 유동 폭 전체에 걸쳐 열을 가하도록 마련될 수 있다.
또한, 가열부는 원료의 흐름방향에 따른 10mm 이상의 영역에 걸쳐 열을 가하도록 마련될 수 있다.
또한, 가열부는 원료를 상온 대비 5 내지 20℃ 상승시키도록 마련될 수 있다.
또한, 가열부는 가열 영역의 시작부와 종점부가 각각 곡선 형태를 이루도록 마련될 수 있다.
또한, 제2 다이는 입구가 제2 폭을 갖고, 출구가 제2 폭보다 큰 제3 폭을 갖도록 마련될 수 있다. 또한, 제2 다이는 원료의 흐름방향을 따라 유동 폭이 선형적으로 증가하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 제2 다이는 출구 측으로 갈수록 폭이 넓어지는 부채꼴 형상을 가질 수 있다.
한편, 상기 원료는 파우더 레진과 윤활제를 포함하는 고분자 페이스트(paste)일 수 있다. 또한, 상기 원료는 상온 상태일 수 있다.
또한, 저장부 및 제1 다이는 상온 상태로 유지될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 압출 다이를 이용하여 시트를 압출하는 방법으로서, 파우더 레진과 윤활제를 포함하는 고분자 페이스트(paste) 원료를 저장부에 마련하는 단계, 저장부 내 원료를 가압하여 제1 다이 및 제2 다이를 차례로 통과시키는 단계 및 가열부를 작동하여 제2 다이를 통과하는 원료의 온도를 상승시키는 단계를 포함하며, 가열부는 원료를 상온 대비 5 내지 20℃ 상승시키도록 마련된 시트의 제조방법이 제공될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 압출 다이 및 이를 이용한 시트의 압출 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
제2 다이 출구 측에 가열부를 마련함으로써, 압출물의 온도를 상승시켜(상온 대비 약 5 내지 20℃의 범위 내) 압출물에 가해지는 응력 크기 및 응력 구배를 최소화할 수 있다. 이를 통해, 시트의 쏠림 및 너울짐 문제를 개선할 수 있다.
도 1은 일반적인 시트 압출 다이를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 시트 압출 다이를 통과하는 원료의 유동을 모사한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 압출 다이를 나타내는 개념도이다.
도 4는 도 3의 압출 다이를 통과하는 원료의 유동을 모사한 개념도이다.
도 5 및 도 6은 가열 영역의 온도와 응력 분포 해석 결과를 각각 나타낸다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 압출 다이 및 이를 이용한 시트의 압출 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 압출 다이(100)를 나타내는 개념도이고, 도 4는 도 3의 압출 다이를 통과하는 원료(P)의 유동을 모사한 개념도이다. 한편, 도 3에서, F는 원료의 이동방향을 나타내며, 도 4에서, P1은 저장부(120) 내의 원료를 나타내고, P2는 제1 다이(130) 내의 원료를 나타내며, P3는 제2 다이(140) 내의 원료(또는 '시트'라고도 함)를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 압출 다이(100)는 저장부(120), 가압부(150), 제1 다이(130), 제2 다이(140), 및 가열부(160)를 포함한다.
구체적으로, 상기 압출 다이(100)는 원료(P)가 수용되는 저장부(120) 및 상기 저장부(120) 내의 원료(P)를 소정 압력으로 이동시키기 위한 가압부(150)를 포함한다. 이때, 상기 가압부(150)는 피스톤 및 피스톤을 이동시키기 위한 구동부(예를 들어, 실린더 등)를 포함할 수 있다. 상기 가압부(150)는 피스톤의 이동 속도 및 원료에 가해지는 압력을 조절할 수 있게 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 가압부(150)는 원료에 일정한 압력(constant pressure)을 가하도록 마련될 수 있다. 또한, 가압부(150)는 일정한 속도(constant velocity)로 원료를 이동시키도록 마련될 수 있다.
또한, 압출 다이(100)는 저장부(120)를 통과한 원료의 유동 폭이 좁아지도록 마련된 제1 다이(130) 및 원료의 흐름방향을 따라 제1 다이를 통과한 원료의 유동 폭(x축 방향)이 넓어지고, 유동 두께가 작아지도록 마련된 제2 다이(140)를 포함한다.
제1 다이(130)는 전술한 모세관(capillary) 다이로서, 제1 다이(130)는 원료가 통과하도록 제1 폭을 갖는 제1 유동통로(131)를 가지며, 제1 유동 통로(131)는 저장부(120)의 폭 보다 작은 제1 폭을 갖는다. 본 문서에서 도 3을 기준으로, 폭 또는 폭 방향은 x축 방향의 길이 또는 x축 방향을 나타낸다.
또한, 제2 다이(140)는 제1 유동통로(131)와 유체 이동 가능하게 연결된 제2 유동통로를 갖고, 제2 다이(140)는 입구(141)가 제2 폭을 갖고, 출구(142)가 제2 폭보다 큰 제3 폭을 갖도록 마련될 수 있다. 제2 폭은 제1 폭과 동일하거나, 클 수 있다. 또한, 제2 다이(140)는 원료(P3)의 흐름방향을 따라 유동 폭이 선형적으로 증가하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 제2 다이(140)는 출구(142) 측으로 갈수록 폭이 넓어지는 부채꼴 형상을 가질 수 있다.
또한, 압출 다이(100)는 제2 다이(140)를 통과하는 원료(P3)를 가열시키기 위한 가열부(160)를 포함한다. 상기 가열부(160)는 하나 이상의 히터를 포함할 수 있다.
또한, 가열부(160)는 제2 다이(140)의 입구(141) 측보다 출구(142) 측에 가깝게 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 가열부(140)는 원료(P3)의 유동 폭 전체에 걸쳐 열을 가하도록 마련될 수 있다. 또한, 가열부(140)는 원료의 흐름방향(F)에 따른 10mm 이상의 영역에 걸쳐 열을 가하도록 마련될 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 가열부(160)에 의해 원료에 열이 가해지는 가열 영역(H)은 유동 폭 전체에 걸쳐 형성되고, 원료의 흐름방향(F)에 따른 10mm 이상의 영역에 걸쳐 형성된다.
또한, 가열부(160)는 제2 다이(140)를 통과하는 원료(P3)를 상온 대비 5 내지 20℃ 상승시키도록 마련될 수 있다.
또한, 가열부(160)는 가열 영역(H)의 시작부와 종점부가 원료의 유동 폭을 따라 각각 곡선 형태를 이루도록 마련될 수 있다. 가열부(160)는 원료의 이동 방향을 따라 가열 영역(H)의 폭이 증가하도록 마련될 수 있다. 이는, 원료의 이동 방향에 따른 원료의 유동 폭에 대응하기 위함이다.
한편, 상기 원료(P)는 파우더 레진과 윤활제를 포함하는 고분자 페이스트(paste)일 수 있다. 또한, 상기 원료(P)는 상온 상태일 수 있다.
또한, 저장부(120) 및 제1 다이(130)는 상온 상태로 유지될 수 있다. 즉, 상온 상태의 원료가 제2 다이(140)의 가열부(160)를 통과하는 과정에서, 상온 대비 5 내지 20℃ 상승될 수 있다.
이하, 상기와 같은 구조를 갖는 압출 다이(100)를 이용하여 시트를 압출하는 방법을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 시트의 제조방법은, 파우더 레진과 윤활제를 포함하는 고분자 페이스트(paste) 원료(P1)를 저장부(120)에 마련하는 단계 및 저장부(120) 내 원료(P1)를 가압하여 제1 다이(130) 및 제2 다이(140)를 차례로 통과시키는 단계 및 가열부(160)를 작동하여 제2 다이(140)를 통과하는 원료의 온도를 상승시키는 단계를 포함한다.
여기서, 가열부(160)는 원료를 상온 대비 5 내지 20℃ 상승시키도록 마련된다.
또한, 가열부(140)는 원료(P3)의 유동 폭 전체에 걸쳐 열을 가하도록 마련될 수 있다. 또한, 가열부(140)는 원료의 흐름방향(F)에 따른 10mm 이상의 영역에 걸쳐 열을 가하도록 마련될 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 가열부(160)에 의해 원료에 열이 가해지는 가열 영역(H)은 유동 폭 전체에 걸쳐 형성되고, 원료의 흐름방향(F)에 따른 10mm 이상의 영역에 걸쳐 형성된다.
도 5 및 도 6은 가열 영역(H)의 온도와 응력 분포 해석 결과를 각각 나타낸다.
도 5 및 도 6의 (a)는 가열부가 마련되지 않은 경우의 해석 결과를 나타내고, 도 5 및 도 6의 (b)는 가열부를 통해 원료를 상온 대비 5℃ 상승시킨 경우의 해석 결과를 나타내고, 도 5 및 도 6의 (c)는 가열부를 통해 원료를 상온 대비 10℃ 상승시킨 경우의 해석 결과를 나타내며, 도 5 및 도 6의 (d)는 가열부를 통해 원료를 상온 대비 20℃ 상승시킨 경우의 해석 결과를 나타낸다. 또한, H는 전술한 바와 같이, 원료에 열이 가해지는 가열 영역을 나타낸다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제2 다이(140)를 통과하는 원료의 온도를 상승시킨 경우에, 압출물에 걸리는 응력 크기 및 응력 구배가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 가열부를 통해 온도를 10℃ 상승시킨 경우 응력 크기가 기존 대비 절반 수준으로 감소하고, 응력 구배도 현저히 개선됨을 확인할 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 압출 다이
120: 저장부
130: 제1 다이
140: 제2 다이
150: 가압부
160: 가열부
H: 가열 영역

Claims (10)

  1. 원료가 수용되는 저장부; 저장부 내의 원료를 소정 압력으로 이동시키기 위한 가압부; 저장부를 통과한 원료의 유동 폭이 좁아지도록 마련된 제1 다이; 원료의 흐름방향을 따라 제1 다이를 통과한 원료의 유동 폭이 넓어지고, 유동 두께가 작아지도록 마련된 제2 다이; 및 제2 다이를 통과하는 원료를 가열시키기 위한 가열부를 포함하는 압출 다이를 이용하여 시트를 제조하는 방법으로서,
    파우더 레진과 윤활제를 포함하는 고분자 페이스트(paste) 원료를 저장부에 마련하는 단계;
    저장부 내 원료를 가압하여 제1 다이 및 제2 다이를 차례로 통과시키는 단계; 및
    가열부를 작동하여 제2 다이를 통과하는 원료의 온도를 상승시키는 단계를 포함하며,
    가열부는 원료의 유동 폭 전체에 걸쳐 열을 가하도록 마련되되, 가열부는 원료의 이동 방향을 따라 가열 영역의 폭이 증가하도록 마련되며,
    저장부 및 제1 다이는 상온 상태로 유지되고,
    가열부는 원료를 상온 대비 5 내지 20℃ 상승시키도록 마련되며,
    압출 다이에서, 가열부는 제2 다이의 입구 측보다 출구 측에 가깝게 배치되고,
    가열부는 원료의 흐름방향에 따른 10mm 이상의 영역에 걸쳐 열을 가하도록 마련된 시트의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    제2 다이는 입구가 제2 폭을 갖고, 출구가 제2 폭보다 큰 제3 폭을 갖도록 마련되며, 원료의 흐름방향을 따라 유동 폭이 선형적으로 증가하도록 마련된 시트의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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