JP2001113587A - 押出成形方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固化押出し成形により得られる樹脂成形体表
面における外観不良を防止する成形方法及びその装置を
提供する。 【解決手段】 熱可塑性樹脂の押出成形方法であって、
押出機、溶融樹脂通路を有するダイ及び冷却可能なサイ
ジングフォーマーが連結された成形機を用いて押出成形
するにあたり、樹脂が固化し始める位置における樹脂通
路断面積が成形品の断面積より小さいことを特徴とする
押出成形方法であり、またその装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性樹脂の押
出成形方法及びその装置に係わり、詳しくは固化押出し
成形により得られる樹脂成形体表面における外観不良を
防止する成形方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱可塑性樹脂の丸棒，板材，異形
品等の樹脂成形体を押出成形する方法及びその装置とし
て、押出機，溶融樹脂通路を有するダイ，冷却可能なサ
イジングフォーマーを連結した装置構成を用いて、背圧
をかけつつ成形する固化押出成形方法が知られている。
また、必要に応じて、押出成形品を十分冷却するための
水槽や、引取機が使用されることもある。かかる装置に
おいては、樹脂が表面から固化してゆき、内部まで完全
に固化するか、または、内部の溶融樹脂にかかる背圧で
変形せず、形状が保たれる程度に固化が進行するまでサ
イジングフォーマー内で冷却される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような固化押出し装置を用いて成形する場合、押出し速
度が大きいと成形体表面に外観不良が発生し問題となる
ので、一般に押出成形速度は遅く、成形品の生産性は低
い。該外観不良は周期的に発生し、背圧の圧力変動を伴
う場合や、非周期的で部分的に発生する場合等様々な形
態で発生する。本発明はかかる状況に鑑みてなされたも
のであり、成形速度を大きくしても外観不良が発生しな
い押出し成形方法及びその装置を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意研究
を重ねた結果、成形速度を速くすると、固化層の厚さが
薄くなり、強度不足で固化層が破断することにより外観
不良を生じることを見いだした。すなわち、固化層とサ
イジングフォーマー壁面の間には強い摩擦力がかかると
ともに、成形体が押出されるのに伴い固化層に引張応力
がかかるため、固化層が薄いと固化層が破断する。残さ
れた固化層はサイジングフォーマー壁面に付着し、次第
に厚みを増しながらその内部を通過する熱可塑性樹脂溶
融体の通路を狭めていき、ついには熱可塑性樹脂溶融体
の剪断応力により固化層がサイジングフォーマー壁面よ
り剥離する過程を繰り返しながら外観不良を発生するこ
とになる。すなわち、本発明は、熱可塑性樹脂の押出成
形方法であって、押出機、溶融樹脂通路を有するダイ及
び冷却可能なサイジングフォーマーが連結された成形機
を用いて押出成形するにあたり、樹脂が固化し始める位
置における樹脂通路断面積が成形品の断面積より小さい
ことを特徴とする押出成形方法及びその装置を提供する
ものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の押出成形方法は、押出
機、溶融樹脂通路を有するダイ及び冷却可能なサイジン
グフォーマーが連結された成形装置を用いて、樹脂が固
化し始める位置での樹脂通路の断面積が押出成形品の断
面積より小さい断面積を有することを特徴とする押出成
形方法である。一般に、固化押出しでは、サイジングフ
ォーマー内において、樹脂が表面から固化して固化層を
形成するが、従来の固化押出し成形装置では樹脂が固化
し始める位置からサイジングフォーマー出口までの樹脂
通路の断面積が製品形状とほとんど変わらない。このよ
うな形状のサイジングフォーマー内で、樹脂は、その固
化した表面とサイジングフォーマー壁面の間で滑ること
により押出されるため、固化層内側の溶融樹脂は表面の
固化した層とほぼ同じ速度で流れ、固化層にはほとんど
せん断応力がかからないと言われている（図１２）。し
かし、現実の固化押出しにおいては、樹脂の固化した表
面とサイジングフォーマー壁面の間に大きな摩擦力がか
かる。従って、十分に冷却・厚化していない部分の固化
層では、壁面間との摩擦力が固化層の強度より大きくな
って固化層が破断する現象が生ずることがある。破断し
た固化層は、サイジングフォーマー壁面に付着して溶融
樹脂との間に剪断を生じるようになるとともに、冷却固
化が進んで固化層が厚くなり、溶融樹脂の流路を狭め
る。そのため、溶融樹脂の流速が上昇し、剪断応力を増
加させるため、ついには付着した固化層がサイジングフ
ォーマー壁面から剥離する。このように固化層の破断と
剥離を繰り返すことにより押出成形品表面に外観不良を
生じる。

【０００６】一方、本発明においては、樹脂が固化し始
める位置での樹脂通路の断面積がサイジングフォーマー
出口での樹脂通路の断面積より小さいため、表面の固化
層がサイジングフォーマー壁面を滑って押出される速度
より固化層内側の溶融樹脂の流速を速くすることがで
き、その結果生じる剪断応力により、固化層が破断する
ことなしに固化層をサイジングフォーマー壁面から引き
剥がす効果が得られる（図１３）。

【０００７】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明
する。図１は本発明の１実施例を示す成形装置の断面概
略図である。押出機１により押出された溶融樹脂は、押
出機に連結されたダイ２の溶融樹脂通路を通過した後、
ダイ２に連結されたサイジングフォーマー３で冷却・固
化して賦形されて製品となる。ダイ２は加熱用ヒーター
４を備え、溶融樹脂通路５の温度が樹脂の固化温度より
低くならないように温度制御される。溶融樹脂通路５の
形状は、入口形状は任意の形状で良いが、出口形状はサ
イジングフォーマー３内の樹脂通路６の入口形状に近い
方が好ましい。両者の形状が大きく異なると、その部分
で溶融樹脂が滞留しやすく、サイジングフォーマー入口
付近で滞留した樹脂が固化し、剥がれると外観不良にな
る。

【０００８】サイジングフォーマー３は内部に樹脂通路
６を有し、樹脂通路６の出口形状は製品形状である。樹
脂通路６の断面積は入口側が出口側より小さくなってい
る。入口側の熱可塑性樹脂が固化し始める位置における
樹脂通路の断面積が出口側の樹脂通路断面積より小さけ
れば、特に限定されないが、例えば製品形状が短冊状の
場合には以下のような例があげられる。即ち、図２〜４
に示すように、サイジングフォーマー入口側樹脂通路断
面の外形をその出口側より小さくし、樹脂の固化層が十
分に発達せず、溶融樹脂の背圧で容易に変形可能なうち
に樹脂通路断面の外形を拡大する構造が挙げられる。他
の例としては、図５及び図６に示すように、サイジング
フォーマー入口側樹脂通路断面のうち、樹脂が迅速に冷
却固化しやすく、背圧で賦形しにくい角隅部の形状は出
口側と同一にし、その他の比較的背圧で賦形しやすい部
分の厚みのみを小さくすることで、樹脂の固化層が十分
に発達する前に樹脂通路断面の外形を出口側と同一に拡
大する構造が挙げられる。さらに、他の例としては、図
７及び図８に示すように、入口側樹脂通路断面の外形を
出口側と同一にし、その内部にトーピード８を導入する
ことにより出口側より通路断面積を小さくする構造等が
ある。トーピード８の断面形状は特に限定されないが、
溶融樹脂の流動速度を均一化するため、サイジングフォ
ーマー３の樹脂通路断面外形とトーピード８の間に形成
される樹脂通路の厚みは全周にわたって均一であること
が望ましい。トーピード８の長さは、少なくとも熱可塑
性樹脂が固化し始める位置以上の長さが必要であるが、
長すぎるとトーピード８の壁面まで固化層が発達し中空
形状になる可能性がある。また、トーピード８の温度が
樹脂の固化温度より低いとトーピード８の壁面で樹脂が
固化し、中空形状になる可能性があり、トーピードの温
度は樹脂の固化温度より高いことが望ましい。従って、
トーピード８は樹脂の固化温度より高い温度に制御され
たダイ２に連結される構造が好ましい。

【０００９】最初の例では、通路断面の角隅部が早く固
化しやすいため、サイジングフォーマーの温度や溶融樹
脂の背圧を適正に制御する必要がある。また、出口側と
比較し、入口側の通路断面の外形が小さすぎると、通路
断面を拡大するとき固化層が大きく引き伸ばされるため
固化層が製品の押出し方向に沿って裂け、外観不良を生
じる場合がある。一方、入口側と出口側の通路断面積の
差が小さいと、十分な外観不良抑制効果が得られない。
２番目の例では、最初の例と比較して角隅部の賦形性や
固化層の縦裂き防止には効果があるが、入口側と出口側
の通路断面の周囲長に差が生じるため、周囲長の差が大
きすぎると製品の表面に縦皺が生じる場合がある。３番
目の例では、入口側樹脂通路断面の外形は出口側と同一
のため外形の精度や外観は最も優れる。

【００１０】サイジングフォーマー３は冷却可能な構造
になっており、冷却方法は特に限定されないが、冷却ジ
ャケットや冷却孔７を有する構造があげられる。冷却に
使用する冷媒も特に限定されないが、水や空気等が好ま
しく利用される。また、必要に応じてダイ２とサイジン
グフォーマー３の間に断熱材９を入れること、樹脂成形
体を十分に冷却固化するために水槽を使用すること、引
取機を使用することも差し支えない。通常においては固
化押出しは背圧をかけつつ成形するが、押出機の吐出量
と引取機の引き取り速度をバランスさせることでほとん
ど背圧がない状態で成形することもできる。製品の形状
についても特に限定されず、例えば中空製品に対しても
適用できる。例えば、中空製品で本発明を適用する方法
として、図９〜図１１に示すように、サイジングフォー
マー入口付近におけるマンドレル１０の断面積をそれ以
降の部分より大きくすることで、樹脂が固化しはじめる
位置での樹脂通路の断面積がサイジングフォーマー出口
での断面積より小さくする等の手段が利用できる。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の成形装置を用いた具体的な実
施例を示す。 実施例１ 図２〜図４に模式的に示される成形装置を用いて成形を
行った。Ａ断面における樹脂通路形状は幅１５ｍｍ，厚
み１ｍｍ，Ｂ断面における樹脂通路形状は幅１５ｍｍ，
厚み３ｍｍで長さ１００ｍｍのサイジングフォーマーを
用いた。また、熱可塑性樹脂として９８％硫酸を用い測
定される相対粘度が３．５のポリアミド６に直径１０μ
ｍのガラス繊維を３０重量％配合したものを用いた。以
上の装置，樹脂を用いて、溶融樹脂温度２４０℃，サイ
ジングフォーマー温度１２０℃，成形速度５００ｍｍ／
ｍｉｎの条件で成形したところ外観不良は生じなかっ
た。

【００１２】実施例２ 図５及び図６に模式的に示される成形装置を用いたこと
以外は実施例１と同様にして成形を行った。Ｃ断面の樹
脂通路形状は幅１５ｍｍ，厚みは中央が１ｍｍ，両端は
３ｍｍであり、Ｂ断面は実施例１におけるＢ断面の樹脂
通路形状と同じである。この装置においても外観不良は
生じなかった。

【００１３】実施例３ 図７及び図８に模式的に示される成形装置を用いたこと
以外は実施例１と同様にして成形を行った。Ｄ断面の樹
脂通路形状はＢ断面と同一の外形で中央に幅１３ｍｍ，
厚み１ｍｍのトーピードが設けてある。サイジングフォ
ーマー内におけるトーピードの長さは８ｍｍである。Ｂ
断面は実施例１におけるＢ断面の樹脂通路形状と同じで
ある。この装置においても外観不良は生じなかった。

【００１４】実施例４ 図９〜図１１に模式的に示される成形装置を用いたこと
以外は実施例１と同様にして成形を行った。Ｅ断面の樹
脂通路形状は実施例３におけるＤ断面と同じである。一
方、Ｆ断面の樹脂通路形状は、外形はＥ断面と同様であ
るが、内部のマンドレルの形状は幅１０ｍｍ，厚み０．
５ｍｍである。マンドレルはサイジングフォーマー末端
まで設けてある。この装置においても外観不良は生じな
かった。

【００１５】比較例１ 実施例３で使用した成形装置からトーピードを外した成
形装置を用いたこと以外は実施例１と同様にして成形を
行った。 この装置においては規則的に製品の幅方向に
環状のフローマークが生じた。

【００１６】比較例２ 実施例４で使用した成形装置のマンドレルの断面形状
を、サイジングフォーマー全長にわたって実施例４にお
けるＦ断面におけるマンドレルの断面形状と同一の形状
にした成形装置を用いたこと以外は実施例１と同様にし
て成形を行った。この装置においては規則的に製品の幅
方向に環状のフローマークが生じた。

【００１７】

【発明の効果】本発明の成形方法及びその装置装置によ
れば、成形速度を速くした場合においても固化層の破断
により生じる外観不良をなくすことができ、生産性を向
上させることができるので有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明１実施例を示す成形装置の断面図であ
る。

【図２】本発明の他の実施例を示す成形装置の主要部の
断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す成形装置の主用部の
断面図である。

【図６】図５のＣ−Ｃ線断面図である。

【図７】本発明の他の実施例を示す成形装置の主用部の
断面図である。

【図８】図７のＤ−Ｄ線断面図である。

【図９】本発明の他の実施例を示す成形装置の主用部の
断面図である。

【図１０】図９のＥ−Ｅ線断面図である。

【図１１】図９のＦ−Ｆ線断面図である。

【図１２】従来技術におけるサイジングフォーマー内の
樹脂の流速分布及びせん断速度の模式図である。

【図１３】本発明におけるサイジングフォーマー内の樹
脂の流速分布及びせん断速度の模式図である。

【符号の説明】

１ 押出機 ２ ダイ ３ サイジングフォーマー ４ 加熱用ヒーター ５ 溶融樹脂通路 ６ 樹脂通路 ７ 冷却孔 ８ トーピード ９ 断熱材 １０ マンドレル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂の押出成形方法であって、
   押出機、溶融樹脂通路を有するダイ及び冷却可能なサイ
   ジングフォーマーが連結された成形機を用いて押出成形
   するにあたり、樹脂が固化し始める位置における樹脂通
   路断面積が成形品の断面積より小さいことを特徴とする
   押出成形方法。
2. 【請求項２】 樹脂が固化し始める位置の樹脂通路内部
   にト−ピードを設けることを特徴とする請求項１記載の
   押出成形方法。
3. 【請求項３】 熱可塑性樹脂の押出成形装置であって、
   押出機、溶融樹脂通路を有するダイ及び冷却可能なサイ
   ジングフォーマーが連結された成形装置において、熱可
   塑性樹脂が固化し始める位置の樹脂通路断面積が成形品
   の断面積より小さい断面積を有することを特徴とする押
   出成形装置。
4. 【請求項４】 樹脂が固化し始める位置に樹脂通路内部
   にトーピードを有することを特徴とする請求項３記載の
   押出成形装置。
5. 【請求項５】 中空成形品を成形する押出成形装置であ
   って、樹脂が固化し始める位置におけるマンドレルの断
   面積が成形品の中空部分の断面積より大きい断面積を有
   することを特徴とする請求項３記載の押出成形装置。