KR20170110440A - 블랜딩 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출 또는 압출 성형에 있어서, 용융 수지와 같은 유체의 혼합을 촉진시켜주는 혼합 노즐 조립체에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 혼합 부재에 형성된 나선형의 리브가 용융된 합성수지계열, 탄소나노튜브, 탄소 섬유, 그래핀과 같은 특수 소재가 함유된 고분자 수지 펠릿을 분산 및 믹싱한다. 또한, 간단한 구조임에도 불구하고 우수한 품질의 제품을 생산할 수 있으며, 성형장치의 구조를 변경시킬 필요가 없기 때문에, 제작 및 설치의 비용과 번거로움이 절감되고, 보압으로부터 발생하는 문제점들, 즉 싱크마크, 기공, 성형제품의 수축량 증가, 성형제품의 치수 감소, 성형제품 치수변화의 증대, 수지 역류에 의한 고화층 내부에 배향과 같은 것을 해결하는 것을 목적으로 한다.

Description

블랜딩 노즐{BLENDING NOZZLE}

본 발명은 사출 또는 압출 성형에 있어서, 용융 수지와 같은 유체의 혼합을 촉진시켜주는 혼합 노즐 조립체에 관한 것으로서, 구체적으로는 노즐 조립체 내부의 혼합 부재가 믹싱 코어의 역할을 동시에 수행함으로써 다종의 소재를 분산 및 믹싱할 수 있는 노즐 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 사출 및 압출 성형에 있어서, 금형제작은 합성수지에 열을 가하여 용융시키고, 이 용융된 수지를 사출 또는 압출 성형하여 생산한다.

최근에는 제품의 기능성, 즉 기계적 특성 강화, 전기 전도성, 전자파 차단 기능, 정전기 방지 기능, 방열 기능 등을 향상시킨 제품의 요구가 증가 되는 추세이다. 이러한 기능성 제품을 성형하는 방법으로는 탄소나노튜브, 탄소섬유, 그래핀 등과 같은 특수 소재가 함유된 고분자 수지 펠릿을 용융시켜 사출 또는 압출성형을 하여 제품을 생산할 수 있는데, 이러한 펠릿을 용융시키면 펠릿 내에 함유된 특수 소재들이 뭉쳐져 제품을 성형할 때 제품 내에 골고루 분산되지 않아 바람직한 제품의 품질을 얻기가 곤란한 문제점이 있다.

본 출원인은 공개특허 10-2014-0012070호로 회전하는 코어를 지닌 노즐 조립체를 출원한 바 있는데, 이 노즐 조립체는 외부에 구동체가 구비되고, 내부에 회전하는 코어가 구비되어 구동체와 연동하여 회전하는 구조로 이루어져 있다. 이러한 종래의 노즐 조립체는 설비 전체에 용융된 소재와 이종 소재를 이용하여 분산 및 믹싱 등의 역할을 하는데 최적화되어 있다.

그러나, 이와 같이 특수 소재가 함유된 수지 재료, 즉 이종소재의 혼합을 골고루 이루어지게 하기 위해서는 별도의 고가 장치가 추가되고, 기존 성형 장치를 새롭게 개조해야 한다는 문제가 있다. 게다가, 이와 같은 복잡한 구성 요소들로 인한 고도의 제작 비용과, 종래의 노즐 조립체를 구성하는 구동체로 인해서 발생 되는 에너지 소모 때문에 공정비용이 증가 되고, 노즐 내부에 다수의 코어 조립체를 설치 및 보수하는 것이 번거로운 단점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은, 간단한 구조를 이용하여 다양한 수지, 특히 탄소 나노튜브, 탄소 섬유, 그래핀 등과 같은 특수한 소재를 골고루 혼합하여 고품질의 제품을 생산할 수 있게 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 노즐 조립체 내부에 추가적인 장치 없이, 내부에 삽입되는 혼합 부재만을 개조, 변경, 교환할 수 있도록 하여, 제작 단가를 소폭 줄일 수 있으며, 다수 개의 장치를 정렬하는 번거로움이 없다.

본 발명의 다른 목적은, 노즐 내부에 나선형의 리브가 형성된 혼합 부재가 착탈 가능하게 삽입되어 주기적으로 내부를 세척하는 것이 용이하다.

본 발명의 다른 목적은, 혼합 부재를 통과하는 용융 수지 유로의 단면적에 변화가 없기 때문에 압력손실이 희소하며 수지가 잔류하여 탄화되는 것을 방지할 수 있는 공정에 알맞는 최적화된 시스템을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 사출 및 압출을 위한 노즐 구조에 있어서, 용융된 원료가 통과하는 중공형의 하우징, 하우징의 일단에 형성되어 하우징 내로 원료가 주입되도록 안내하는 주입구, 하우징 내에 삽입되는 중공형의 혼합 부재, 하우징의 전면에 결합되는 노즐부, 노즐부는 주입구를 통해 원료를 배출하도록 하우징의 타단에 형성되는 배출구를 포함하며, 혼합 부재는 내부를 통과하는 원료의 흐름에 난류를 발생시켜 원료를 혼합시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 혼합 부재의 내측에 하우징의 길이 방향을 따라 나선형의 리브가 돌출 형성되며, 리브는 원료의 이동간에 나선형의 형상을 따라 원료가 회전하도록 안내하여 원료의 혼합을 촉진한다.

바람직하게는, 나선형 리브는 혼합 부재 내에 형성되지만, 나선형의 시작 지점의 회전 방향과 종료 지점의 회전 방향이 서로 반대로 형성된다.

바람직하게는, 나선형 리브는 나선형의 시작 지점의 회전 방향과 종료 지점의 회전 방향이 시계방향으로 형성된다.

바람직하게는, 나선형 리브는 나선형의 시작 지점의 회전 방향과 종료 지점의 회전 방향이 반시계방향으로 형성된다.

바람직하게는, 나선형의 리브의 단면은 사각, 삼각, 원형, 사다리꼴, 톱니 형 중 어느 하나로 형성된다.

바람직하게는, 하우징과 혼합 부재는 일체의 부재로 형성된다.

전술한 바와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 사출 및 압출을 위한 노즐 내부의 구조는, 나선형의 리브가 형성된 혼합 부재를 착탈 가능하게 결합하여, 주기적으로 내부를 세척하는 것이 용이하며, 간단한 구조임에도 불구하고 다양한 수지, 특히 탄소 나노튜브, 탄소 섬유, 그래핀 등과 같은 특수한 이종 소재를 골고루 혼합하여 고품질의 제품을 생산할 수 있게 하며, 이를 통해, 에너지 및 제작 비용이 절감된다.

또한, 노즐 조립체 내부에 추가적인 장치가 없기 때문에, 다수 개의 장치들을 정렬할 필요 없이 내부에 삽입되는 혼합 부재만을 개조, 변경, 교환할 수 있도록 하여 설치 및 보수가 간단하다.

게다가, 혼합 부재를 통과하는 용융 수지 유로의 단면적에 변화가 없기 때문에 압력손실이 희소하며 수지가 잔류하여 탄화되는 것을 방지할 수 있는 공정에 최적화된 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 조립된 블랜딩 노즐을 나타낸 사시도이다.
도 2는 블랜딩 노즐의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 3은 블랜딩 노즐의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시 예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 방지하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한 '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 발명에 따른 블랜딩 노즐은 금형에서 사용하는 노즐에 적용된 것으로서, 본 발명의 기술적 특징은, 원료를 캐비티 내로 주입하는 노즐의 내부에 나선형의 리브가 형성된 혼합 부재를 착탈 가능하도록 설치하여, 이 나선형 리브로 인해 노즐을 통과하는 원료의 혼합을 촉진한 것이며, 이는 종래에 노즐 내부에 코어들을 설치하거나, 별도의 외부 구동체를 구비한 기술들과 비교했을 때, 간단한 구조임에도 불구하고 다양한 수지, 특히, 탄소 나노 튜브, 탄소 섬유, 그래핀 등과 같은 특수한 이종 소재를 골고루 혼합하여 고품질의 제품을 생산할 수 있게 하며, 이를 통해, 발생되는 에너지를 줄이거나 제작 비용을 절감할 수 있다.

또한, 종래에는 노즐 조립체 내부에 다수의 코어들을 삽입하거나, 외부에 별도로 설치되는 구동체를 사용했던 것과는 달리, 별도의 부재들이 필요 없기 때문에, 내부에 삽입되는 혼합 부재만을 개조, 변경, 교환할 수 있도록 하여 설치 및 보수가 간단하다. 더 나아가, 혼합 부재를 통과하는 용융 수지 유로의 단면적에 변화가 없기 때문에 압력손실이 희소하며 수지가 잔류하여 탄화되는 것을 방지할 수 있는 공정에 최적화된 블랜딩 노즐에 관한 것이다.

이하에서 도시된 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 블랜딩 노즐(10)이 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 블랜딩 노즐(10)은, 중공형의 하우징(11), 하우징(11)의 일단에 형성되어 하우징(11) 내로 상기 원료가 주입되도록 안내하는 주입구(12), 하우징(11) 내에 삽입되는 중공형의 혼합 부재(13), 하우징(11)의 전면에 결합되는 노즐부(14), 노즐부(14)는 주입구(12)를 통해 원료를 배출하도록 하우징(11)의 타단에 형성되는 배출구를 포함할 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 하우징(11)은, 일반적으로 내부에 각각의 부품들과 혼합물들을 수용하는 중공의 형태를 가진다. 하우징(11)의 후면의 중심에는 합성수지 계열 및 특수 이종 소재를 주입하기 위한 적어도 하나의 주입구(12)를 가지고, 하우징(11)의 내부에는 또 하나의 중공으로 된 혼합 부재(13)가 결합 되며, 전면에는 용융된 합성 수지 계열 및 특수 이종 소재를 배출하기 위한 적어도 하나의 배출구(15)를 가지는 노즐부(14)가 결합 된다. 하우징(11)의 내부 및 외부 직경은 노즐부(14)의 내부 및 외부 직경보다 크다.

또한, 노즐부(14)는 통상적으로 이용되는 체결방식, 예를 들면, 나사결합 방식 등으로 결합 될 수 있으며, 착탈 가능하도록 하우징(11)의 내부에 삽입된다. 그리고, 노즐부(14)의 내부는 원뿔형의 관통구가 형성되는데, 주입구(12) 쪽의 관통구 직경에서 배출구(15) 쪽의 관통구로 테이퍼가 형성된다.

더 구체적으로는, 혼합 부재(13)는 하우징(11)의 내부보다 작은 외부 직경을 가지고서 횡 방향 축으로 가로놓여 고정되는데, 일반적으로 이용되는 나사결합 방식 등으로 결합 된다.

또한, 혼합 부재(13)는 내부 원주를 따라 나선형의 리브가 형성되는데, 나선형 리브의 단면과 유로는 사각, 삼각, 원형, 사다리꼴, 톱니형 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이것은 다양한 수지, 특히 탄소 나노튜브, 탄소 섬유, 그래핀 등과 같은 특수한 소재가 주입되었을 때, 혼합 및 분산을 촉진 시키고 고밀도로 유도할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는, 하우징(11) 및 혼합부재(13)가 별도의 부재로 형성되는 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들은 성형 공정을 통해 일체의 부재로 형성될 수 있음을 이해해야만 한다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에 따른 블랜딩 노즐은, 나선형의 시작 지점(a)의 회전 방향과 종료 지점(b)의 회전 방향이 시계방향으로 동일하게 형성될 수 있는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 시작 지점(a)은 주입구(12)에 인접하게 접한 부분이며, 종료 지점(b)은 노즐부(12)로 도출되는 부분이다. 또한, 나선형의 시작 지점(a)의 회전 방향과 종료 지점(b)의 회전 방향이 반시계방향으로 동일하게 형성될 수 있다.

그러나, 특수 이종 소재 및 수지 계열에 따라 고밀도의 혼합이 요구될 시에 마찰력을 보다 강화하기 위해서, 나선형의 시작 지점(a)의 회전 방향과 종료 지점(b)의 회전 방향이 서로 반대로 형성될 수 있다. 이러한, 혼합부재(13)의 중공형의 내부 원주면에 형성되는 나선형의 리브는 내부를 통과하는 용융 수지 유로의 단면적에 변화가 없기 때문에 압력 손실이 희소하고, 수지가 잔류하여 탄화되는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 노즐부(14)의 내부에 형성된 관통구는 일반적으로 매끈한 면을 갖지만, 용융 수지의 종류에 따라 나선형의 돌출된 리브와 그 사이에 개재되는 음각의 형태를 갖는 나선형의 홈부를 갖는 혼합 부재(13)와 같은 형식으로 제작될 수 있다.

또한, 혼합 부재(13)의 재질로는 통상적으로 이용되는 합금강(AISI 4140), 합금강(AISI 4340), 질화강(NITRALLOY 135-M), 스테인레스 300, 공구강 D-2 및 H-13, CPM 공구강, CPM-10V 공구강과 같은 재질을 사용하며, 이에 제한 없이, 제작제품의 재료에 따라 변경될 수 있음을 이해해야만 한다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 블랜딩 노즐(10)의 작용을 설명하고자 한다. 이러한 블랜딩 노즐(10)은 금형에 사용되는 노즐 조립체로서, 용융된 수지가 금형의 캐비티 내로 주입되는데, 먼저, 주입구(12)로부터 주입된 용융 수지는, 배출구(15)를 향하는 혼합 부재(13)의 나선형의 리브에 의해 원료의 흐름에 난류가 발생하며, 나선형의 음각을 통해 배출구(15)로 유도된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 블랜딩 노즐(10)은, 금형의 노즐에 적용된 것으로서, 금형의 캐비티 내로 원료를 주입하는 노즐 조립체에 관하여 기술하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 동일한 금형 분야에서, 원료를 예열하는 하트 런너 시스템에 이용될 수도 있다.

즉, 본 발명에 따른 블랜딩 노즐(10)은 사출 및 압출에 사용되는 노즐 조렙체뿐 아니라, 금형의 하트 런너(hot runner) 시스템에도 사용될 수 있다. 다시 말해서, 전술한 혼합 부재(13) 내측에 형성된 나선형의 리브는 하트 런너의 내부에 형성될 수 있으며, 이로 인해 하트 런너를 통해 원료를 예열하면서 노즐로 이송할 때, 하트 런너 내측에 마련된 나선형 리브에 의해서 본 발명의 블랜딩 노즐(10)과 같이, 하트 런너 내 원료들의 혼합을 촉진할 수 있게 된다. 이를 통해, 1차적으로 용융된 소재를 예열과 동시에 혼합하고, 최종적으로 블랜딩 노즐(10)의 내부에서 혼합하여 고밀도의 혼합이 요구되는 제품을 순조롭게 생산할 수 있다.

이처럼 간단한 구조임에도 불구하고 혼합 부재(13)에 형성된 나선형의 리브에 의해 우수한 품질의 제품을 생산할 수 있으며, 성형 장치의 구조를 변경시킬 필요없이 제작 및 설치의 비용과 번거로움을 줄일 수 있다. 또한, 보압으로부터 발생되는 문제점들, 예를 들면, 싱크마크, 기공, 성형제품의 수축량 증가, 성형제품의 치수 감소, 성형제품 치수변화의 증대, 수지 역류에 의한 고화층 내부에 배향과 같은 것을 해결할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 블랜딩 노즐
11: 하우징
12: 주입구
13: 회전체
14: 노즐부
15: 배출구
a : 시작 지점
b : 종료 지점

Claims (7)

1. 원료가 통과하는 중공형의 하우징;
   상기 하우징의 일단에 형성되어 하우징 내로 상기 원료가 주입되도록 안내하는 주입구;
   상기 하우징 내에 삽입되는 중공형의 혼합 부재;
   상기 하우징의 전면에 결합 되는 노즐부;
   상기 노즐부는 상기 주입구를 통해 상기 원료를 배출하도록 상기 하우징의 타단에 형성되는 배출구; 를 포함하고,
   상기 혼합 부재는 내부를 통과하는 상기 원료의 흐름에 난류를 발생시켜 원료를 혼합시키는 것을 특징으로 하는 블랜딩 노즐.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 혼합 부재의 내측에 상기 하우징의 길이 방향을 따라 나선형의 리브가 돌출 형성되며,
   상기 리브는, 상기 원료의 이동간에 나선형의 형상을 따라 원료가 회전하도록 안내하여 원료의 혼합을 촉진하는 것을 특징으로 하는 블랜딩 노즐;
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 나선형 리브는 상기 혼합 부재 내에 형성되지만, 나선형의 시작 지점의 회전 방향과 종료 지점의 회전 방향이 서로 반대인 것을 특징으로 하는 블랜딩 노즐.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 나선형 리브는 나선형의 시작 지점의 회전 방향과 종료 지점의 회전 방향이 시계방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 블랜딩 노즐.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 나선형 리브는 나선형의 시작 지점의 회전 방향과 종료 지점의 회전 방향이 반시계방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 블랜딩 노즐.
   
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 나선형의 리브의 단면은 사각, 삼각, 원형, 사다리꼴, 톱니 형 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 블랜딩 노즐.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징과 혼합부재는 일체의 부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 블랜딩 노즐.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images