KR20160058758A - 컴파운더 사출 성형 유닛 - Google Patents

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외르크 게리크
타리크 오바임렌
폴크마르 슐츠
토마스 카르츠
토마스 부키
노르베르트 니콜라이
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에이치피 펠저 홀딩 게엠베하
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Abstract

본 발명은 컴파운더 사출 성형 유닛에 관한 것이며, 연속적으로 동작하는 컴파운더가 불연속적으로 동작하는 스크류 사출 성형기에 연결된다.

Description

컴파운더 사출 성형 유닛{COMPOUNDER-INJECTION-MOULDING UNIT}
본 발명은, 연속적으로 동작하는 컴파운더(compounder)와 불연속적으로 동작하는 스크류 타입 사출 성형기가 결합되어 있는 컴파운더 사출 성형 유닛에 관한 것이다.
종래 기술에는, 배합 유닛과 결합되는 사출 유닛의 여러 디자인들이 공지되어 있다. 컴파운더는 바람직하게는, 재료의 종류에 따라 동방향 회전 또는 역방향 회전하는 2축 스크류 압출기이다. 사출 유닛은 바람직하게는, 피스톤 타입 사출 성형기이다. 컴파운더가 연속적으로 동작하고 사출 성형기가 불연속적으로 동작하는 솔루션이 실제 적용되고 있다. 사출 프로세스 중에는, 사출 성형기는 재료를 받아들일 수 없다. 재료의 격납 또는 처리에 따라 솔루션들이 각각 구별된다.
EP 1 144 174 B1에는, 연속적으로 동작하는 2축 스크류 압출기에 의해 용융물이 2개의 사출 성형기에 번갈아 공급되는 컴파운더 사출 성형 유닛이 공지되어 있다.
여기에서, 연속적으로 한 방향으로 되는 플로우에 의해 선입 선출(first in/first out)이 달성된다.
EP 1 306 187 B1에는, 다른 솔루션이 공지되어 있다. 이 솔루션에서, 사출 성형 유닛과 컴파운더 사이에는, 재료 저장소가 설치되어 있다. 저장소 쪽의 스톱 밸브는 사출 프로세스 중의 역류를 방지한다.
EP 1 333 968 B1 및 US 2,950,501 A에는, 피스톤과 실린더 사이에 규정된 간격이, 사출 공간으로 용융물을 연속적으로 수송하는 역할을 하는 솔루션이 설명되어 있다. 매니폴드 채널을 통해 균일한 충전이 달성되게 된다.
EP 2 050 554 A1에서는, 해당 스크류의 기하학적 구조에 의해 배합물이 역압(counter-pressure) 하에서 사출기 내로 반송된다.
US 6,875,385 B2에서는, 섬유상(fibrous) 재료가 압력 하에서 용융물로 코팅된다.
Johannaber, F.에 의한 "Injection molding machines: a user's guide"(Carl Hanser 출판사, Munich, Vienna, New York, 1994, 페이지 242 및 243)는 일반적인 종래 기술에 관한 것이다.
WO 2009/147227 A1에는, 마찬가지인 솔루션에서, 재료가 피스톤 또는 실린더의 채널을 통해 사출 공간 내에 반송된다. 선입 선출의 실현이 전술한 솔루션보다 유리한 것으로 설명되어 있다.
다른 실시예에서, WO 01/78963 A1에는, 소성화(plastification) 유닛으로서의 압출기를 갖는 피스톤 타입 사출 성형기에 대한 사출 유닛이 설명되어 있다. 압출기의 선단은, 용융물 라인을 통해 피스톤 타입 사출 유닛의 사출 공간과 연결되어 있다. 용융물 라인은 스톱 밸브를 갖는다. 스톱 밸브가 닫혀 있을 때, 배압(back-pressure) 길이가 압출기 내의 반대 방향으로 커진다.
본 발명의 목적은, 커다한 재구성 없이 시판 중인 컴포넌트(플랜트)로 구성됨과 함께, 연속적으로 얻어지는 균일한 배합 용융물을, 사출 성형 프로세스 중에 불연속적으로 동작하는 스크류 타입 사출 성형기(2)에 연속적으로 저장하거나, 다음 사출 성형 사이클에서 저장소(10)가 완전히 비워지도록 버퍼링하는 컴파운더 사출 성형 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명은 컴파운더 사출 성형 유닛에 관한 것으며, 컴파운더 사출 성형 유닛은 적어도 하나의 가소성 재료 및 추가적으로 첨가제로 이루어지는 균일한 용융물을 생성하는 컴파운더(1), 특히 2축 스크류 압출기(3); 및 컴파운더(1)와 연결되는 스크류 타입 사출 성형기(2)를 포함한다.
사출 성형기(2)에의 컴파운더(1)의 연결은, 사출 성형기(2)의 실린더의 서로 다른 존에서 실현될 수 있다. 본 발명에 따르면, 컴파운더(1)로부터 표준 재료 공급부(6)(스크류 타입 사출 성형기(2)의 표준 호퍼)까지의 재료 공급에서의 사출 성형 스크류(5)의 존은 컴파운더(1)에 의해 연속적으로 생성되는 재료를 위한 저장소(10)를 나타내도록, 컴파운더(1)가 사출 성형기(2)에 연결된다.
제 1 실시예에서, 본 발명은, 적어도 하나의 가소성 재료 및 추가적으로 첨가제로 이루어지는, 재료적으로 및 열적으로 균일한 배합 용융물(12)을 생성하는 컴파운더(1), 특히 2축 스크류 압출기(3); 및 표준 이송 존(6)을 갖는 스크류 타입 사출 성형기(2)를 포함하는 컴파운더 사출 성형 유닛에 관한 것이고,
컴파운더(1)의 출구는, 스크류 타입 사출 성형기로부터의 역압(counter-pressure) 없이, 연결 유닛(8)을 통해 스크류 타입 사출 성형기(2)의 표준 이송 존(6)과 직접 연결되고,
상기 사출 성형기(2)는, 상기 컴파운더(1)에 의해 연속적으로 생성되는 배합물을 위한 저장소(10)로서의 이송 공간; 및 충전 레벨을 측정하기 위한 컴파운더(1)의 센서(7)를 갖는 것을 특징으로 한다.
특정 실시예에서, 컴파운더(1)로부터의 재료가 단단한 연결 없이 사출 성형기(2)의 표준 호퍼에 직접 도입되며, 미터링 공간은 재료 저장소(10)로서 기능한다. 따라서, 재료(12)는 압력을 받지 않은 상태로 완화되어 있지만, 자연스럽게 스크류 선단, 즉 정체 공간 또는 스크류 전방 공간(11) 쪽으로 재밀집된다.
도 1은 본 발명에 따른 장치.
이하, 본 발명에 따른 장치의 동작을 도 1을 참조하여 설명한다.
컴파운더(1)가 배합물의 생성을 개시한다.
일부 재료 및 열 균일성이 달성될 때까지, 배합물이 스타트업 밸브(9)를 통해 배출된다.
스타트업 밸브(9)가 닫힐 경우, 재료적으로 및 열적으로 균일한 배합물(12)(배합 용융물)이 스크류 타입 사출 성형기(2) 내로 반송된다. 사출 성형기(2)의 스크류(5)가 회전하기 시작한다. 사출 프로세스를 위한 충분한 배합물이 축적될 때까지, 배합물(12)을, 스크류(5)의 회전 동작에 의해, 전방, 스크류 선단 앞으로 정체 공간 또는 스크류 전방 공간(11) 내에 반송한다. 정체 공간 또는 스크류 전방 공간(11)에서 압력이 커지므로, 스크류(5)는 축 방향으로 압축된다.
비반환 밸브를 닫음과 함께 스크류(5)를 노즐을 향해 축 방향으로 변위시킴으로써, 배합물은, 노즐 및 이송 채널을 통해 고압으로 금형 캐비티 내에 사출된다.
그 동안에, 사출 성형기(2) 및 컴파운더(1)의 표준 이송 존(6) 쪽의 연결 유닛(8)의 하류 측에 설치되는 스크류(5)의 스크류 플라이트에는, 컴파운더(1)로부터의 새로운 배합물이 충전된다. 그 시점에서는, 스크류(5)는 회전하지 않다.
다음 사이클에서, 스크류(5)가 다시 회전하기 시작하고, 다시 미터링 프로세스가 개시된다. 스크류(5)의 표준 이송 존(6) 내가 아닌, 표준 이송 존(6)으로부터 반송 방향으로 스크류(5)의 길이의 1/3 내지 1/4의 존에 연결 유닛(8)이 있는 본 발명에 따른 솔루션은, 여하간 모든 배합물이 다음 사출 성형 사이클에서 사출/미터링되어 기존 배합물은 축적될 수 없는 연속적인 배합물 이송에 의해 달성된다.
한편으로 바람직하게는, 사출 성형기(2)의 표준 이송 존(6)에 센서(7)가 설치되어, 사출 성형기(2)의 충전 레벨을 모니터링하고, 설치된 저장소(10)를 초과할 경우, 컴파운더(1)를 오프한다. 다른 한편으로, 또는 동시에, 특정 실시예에서, 이 존은 진공으로 처리된다.
공기 민감성 재료에 대해, 이 존은 보호 가스로 퍼징(purging)될 수 있다.
특정 실시예에서, 배합물이 사출 성형기(2)의 표준 이송 존(6) 내로 바로 압출된다. 컴파운더(1)는 배합물의 생성을 개시한다. 재료 및 열 균일성이 얻어졌을 때까지, 배합물이 스타트업 밸브(9)를 통해 배출된다. 스타트업 밸브(9)의 닫음 시, 배합물은 사출 성형기(2)의 표준 이송 존(6) 내로 반송되고, 스크류(5)가 회전하기 시작한다. 이에 따라, 사출 프로세스를 위한 충분한 용융물이 축적될 때까지, 모든 배합물이 전방, 스크류 선단 앞으로, 정체 공간 또는 스크류 전방 공간(11) 내에 반송된다. 정체 공간 또는 스크류 전방 공간(11)에서 압력이 커지므로, 스크류(5)는 축 방향으로 압축된다.
비반환 밸브를 닫음과 함께 스크류(5)를 노즐을 향해 축 방향으로 변위시킴으로써, 배합물은, 노즐 및 이송 채널을 통해 고압으로 금형 캐비티 내에 사출된다. 그 동안에, 표준 이송 존(6)은 배합물을 위한 저장소로서 사용된다. 그 시점에, 스크류(5)는 회전하지 않는다.
다음 사이클에서, 스크류(5)가 다시 회전하기 시작하고, 사출 프로세스를 위한 충분한 배합물이 다시 축적될 때까지, 모든 배합물이 전방, 스크류 선단 앞으로, 정체 공간 또는 스크류 전방 공간(11) 내에 반송된다.
비반환 밸브를 닫음과 함께 스크류(5)를 노즐을 향해 축 방향으로 변위시킴으로써, 배합물은, 노즐 및 이송 채널을 통해 고압으로 금형 캐비티 내에 사출된다.
이 솔루션은 모든 샷(shot)마다 전방으로 모든 배합물을 반송하며, 이에 따라 선입 선출 원리를 달성한다.
표준 이송 존(6)의 센서(7)가 충전 레벨을 모니터링하고, 이에 따라 컴파운더(1)가 제어된다. 특정 실시예에서, 이 존은 진공으로 처리된다. 공기 민감성 재료에 대해, 이 존은 보호 가스로 퍼징(purging)될 수 있다.
예:
시판 중인 사출 성형기인, Austria Schwertberg 소재의 Engel사의 타입 Engel Duo 23000-17290와, 2축 압출기(컴파운더)인, Germany Stuttgart 소재의 Coperion사의 타입 STS-65(40 D의 처리 섹션 길이를 가짐)가 채용되었다. 2축 스크류 압출기는, 흔히 필터를 수용하는 스크류 구조를 가지며, 중량 측정 투입(gravimetric dosing)을 갖는다.
이 중량 측정 투입을 통해, 65 중량% 미네랄 필러(바라이트), 17 중량% 열가소성 올레핀(TPO)(인게이지), 17 중량% 폴리프로필렌(PP) 및 통상의 1 중량% 열 안정제로 구성되는 형성물이 300㎏/h의 배출 속도로 2축 스크류 압출기 내로 미터링되었다.
2개의 머신은 스타트업 밸브가 일체로 되어 있는 짧은 용융물 라인/연결 유닛을 통해 연결된다. 이 스타트업 밸브를 통해, 스타트업 재료가, 스타트업 밸브 아래에 위치되는 ?칭 탱크(quenching tank) 내로 배출된다.
이제, 중량 측정 투입에 의해 "형성 o.k." 신호가 보고되었을 경우, 사출 성형 프로세스에 미지정, 비균일한 배합물이 유도되지 않을 것을 보장하도록, 지정된 기간 후에 스타트업 밸브가 닫힌다.
스타트업 밸브의 닫음 시, 사출 성형기의 투입 스크류는 회전하기 시작하고, 배합물을 전방으로 미터링하여, 사출 금형 내로 가압했다.
사출 및 전방 가압 시퀀스 중에, 2축 스크류 압출기에 의해 생성된 배합물은, 사출 성형기의 미터링 스크류의 표준 이송 존과 연결 유닛 사이에 자유 체적으로 버퍼링되어 있고, 이어서 다음 사이클에, 사출 성형기의 정체 공간 또는 스크류 전방 공간 내로 완전히 반송되었다.
이러한 적용의 경우, 사출 금형은, 자동차 산업용 음향 부품을 마련하기 위한 벌크헤드 금형이었다.
그러나, 스크류 기하학적 구조 및 형성의 해당 적응 후에, 상기 예는, 원리적으로는 재료 배합의 경제적으로 효율적인 플랜트의 임의의 제품에 적용될 수 있다.
1 컴파운더
2 사출 성형기
3 컴파운더 2축 스크류
4 컴파운더 미터링 개구
5 사출 성형기 스크류
6 사출 성형기 표준 이송 존
7 센서/충전 레벨 측정
8 연결 유닛
9 스타트업 밸브
10 저장소
11 정체 공간 또는 스크류 전방 공간
12 사출 성형 재료

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 가소성 재료 및 추가적으로 첨가제로 이루어지는, 재료적으로 및 열적으로 균일한 배합 용융물을 생성하는 컴파운더(compounder)(1), 특히 2축 스크류 압출기; 및 표준 이송 존(6)을 갖는 스크류 타입 사출 성형기(2)를 포함하는 컴파운더 사출 성형 유닛에 있어서,
    상기 컴파운더(1)의 출구는, 상기 스크류 타입 사출 성형기(2)로부터의 역압(counter-pressure) 없이, 연결 유닛(8)을 통해 상기 스크류 타입 사출 성형기(2)의 표준 이송 존(6)과 직접 연결되고,
    상기 사출 성형기(2)는, 상기 컴파운더(1)에 의해 연속적으로 생성되는 배합물을 위한 저장소(10)로서의 이송 공간; 및 충전 레벨을 측정하기 위한 상기 컴파운더(1)의 센서(7)를 갖는 것을 특징으로 하는 컴파운더 사출 성형 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 유닛(8)으로부터 상기 표준 이송 존(6)까지의 스크류(5)의 존(zone)은, 상기 저장소(10)에 존재하는 해당 배합물이 후속 사출 성형 사이클/미터링(metering) 사이클에서 항상 완전히 미터링되게 설계되는 것을 특징으로 하는 컴파운더 사출 성형 유닛.
  3. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서,
    상기 연결 유닛(8)은, 스타트업(start-up) 동안 필요 없는 임의의 배합물로 이루어진 불균일한 배합물을 배출하는 밸브(9)를 갖는 것을 특징으로 하는 컴파운더 사출 성형 유닛.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결 유닛(8)은, 상기 표준 이송 존(6)으로부터 반송 방향으로 상기 스크류(5)의 1/3 지점의 존에, 상기 스크류 타입 사출 성형기(2)의 실린더를 따라 위치되는 것을 특징으로 하는 컴파운더 사출 성형 유닛.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스크류 타입 사출 성형기(2)의 스크류(5)는 순수(pure) 반송 스크류(conveying screw)인 것을 특징으로 하는 컴파운더 사출 성형 유닛.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    충전 레벨 모니터링 유닛(7)이, 상기 스크류 타입 사출 성형기(2)의 표준 이송 존(6)에 설치되는 것을 특징으로 하는 컴파운더 사출 성형 유닛.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스크류(5)의 채널 체적은 미터링 체적에 맞춰져 있는 것을 특징으로 하는 컴파운더 사출 성형 유닛.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배합물은 상기 스크류 타입 사출 성형기(2)의 표준 이송 존(6)에 직접 반송되며, 충전 레벨 모니터링 유닛(7)을 통해 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 컴파운더 사출 성형 유닛.
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