JP2002103424A - 木材混合合成樹脂材料の低温押出し方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、木材混合合成樹脂材料を低温で押
出すことにより焼け現象及びフィードネック現象を発生
させずに、高品質の材料を得ることを目的とする。 【解決手段】 本発明による木材混合合成樹脂材料の低
温押出し方法および装置は、シリンダ(22)へ主原料が供
給されて溶融され、この主原料中へ副原料である木材原
料が添加され、副原料供給部(Ｃ)の下流に位置する溝付
シリンダ部(101)を有する第２混練部(Ｂ２)で混練溶融
されることにより、弱練りによって低温押出しを行い、
高品質を維持する構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、木材混合合成樹脂
材料の低温押出し方法及び装置に関し、特に、混練部の
数を少なくし、かつ、溝付シリンダ部を用いて混練する
ことにより、溶融樹脂温度を低く保って焼けを防止し、
品質向上を得るための新規な改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、合成樹脂を材料とする各種の成形
製品において、用途に応じて、木材粉末を混入した合成
樹脂による成形製品を要求される場合がある。このよう
な要求に対して、予め、合成樹脂と木材粉末とを混練混
合してペレット状の木材混合合成樹脂材料を製造し、製
造されたペレット状材料から製品を成形することが行わ
れている。この中の木材混合合成樹脂材料を製造する装
置に関し、従来より使用されている代表的な装置とし
て、図４および図５に示す構成がある。

【０００３】図４において、符号１０で示されるものは
木材混合合成樹脂材料製造装置であり、この木材混合合
成樹脂材料製造装置１０は二軸スクリュ式混練押出機２
０および二軸スクリュ式サイドフィーダ３０により構成
されている。前記二軸スクリュ式混練押出機２０は、噛
合いあるいは非噛合い状態で平行に配置された２本のス
クリュ２１と、このスクリュ２１を回転可能に内挿した
貫通孔が形成された複数種類のシリンダブロックからな
るシリンダ２２と、このシリンダ２２の下流端すなわち
先端において貫通孔を塞ぐように連結されたダイス２３
と、前記シリンダ２２の上流端に連結されて前記スクリ
ュ２１を回転駆動するための駆動装置２４とから構成さ
れている。

【０００４】前記二軸スクリュ式サイドフィーダ３０
は、フィーダスクリュ３１と、フィーダシリンダ３２
と、フィーダ駆動装置３４とから構成されている。な
お、前記フィーダシリンダ３２の先端は、前記シリンダ
２２の中間部側面に連結され、フィーダシリンダ３２の
貫通孔がシリンダ２２の貫通孔へ連通するように構成さ
れている。

【０００５】前記二軸スクリュ式混練押出機２０のシリ
ンダ２２とスクリュ２１は、上流から下流へ、主原料供
給部Ａ、第１混練部Ｂ１、前記二軸スクリュ式サイドフ
ィーダ３０が連結される副原料供給部Ｃ、ガス抜き部
Ｄ、第２混練部Ｂ２、オープンベント部Ｅ、吸引ベント
部Ｆおよび輸送部Ｇを構成し、それぞれの機能を発揮す
るスクリュ形状のスクリュピースを順次並べて構成され
ている。

【０００６】以上のように構成された木材混合合成樹脂
材料製造装置１０において、木材混合合成樹脂材料を製
造するには、まず、二軸スクリュ式混練押出機２０の第
１混練部Ｂ１、副原料供給部Ｃ、第２混練部Ｂ２、オー
プンベント部Ｅ、吸引ベント部Ｆおよび輸送部Ｇのそれ
ぞれのシリンダブロックを適宜の所定の温度に温度調節
し、真空吸引装置を作動させる。次に、二軸スクリュ式
混練押出機２０の駆動装置２４を起動してスクリュ２１
を回転駆動させ、サイドフィーダ３０のフィーダ駆動装
置３４を起動してフィーダスクリュ３１を回転駆動させ
る。

【０００７】次に、主原料供給部Ａに主原料である粉体
状あるいは顆粒状の熱可塑性合成樹脂原料を供給すると
ともに、副原料供給部Ｃに副原料である粉末状の木材原
料を二軸スクリュ式サイドフィーダ３０を経て供給する
と共に、シリンダ２２の各シリンダブロックの温度、真
空吸引装置の真空度、駆動装置２４およびフィーダ駆動
装置３４の回転駆動速度、主原料供給部Ａおよび副原料
供給部Ｃの供給速度を適宜調節し、最適運転条件のもと
で所定混合比率の木材混合合成樹脂材料を連続的に生産
する。

【０００８】前記主原料供給部Ａに供給された主原料
は、回転駆動されるスクリュ２１により混練されながら
順次下流方向すなわち先端方向へ移動する。すなわち、
第１混練部Ｂ１において、主原料が主原料供給部Ａに引
続き混練溶融されて半溶融状態になる。副原料供給部Ｃ
において、二軸スクリュ式サイドフィーダ３０により供
給される副原料が半溶融状態の合成樹脂原料に添加され
る。

【０００９】次に、ガス抜き部Ｄおよび第２混練部Ｂ２
において、副原料が添加された半溶融状態の主原料が均
質に混合混練溶融され、この混練溶融中に、主原料およ
び副原料の粒子間に含まれていた空気、水分および水蒸
気、ならびに原料から分離した揮発成分の中、原料から
容易に分離したものは、ガス抜き部Ｄからシリンダ２２
の外部へ排気される。

【００１０】次に、オープンベント部Ｅにおいて、溶融
状態の混合原料から比較的容易に分離するガス分および
揮発成分が、シリンダ２２の外部へ排気され、吸引ベン
ト部Ｆにおいて、溶融状態の混合原料から分離し難いガ
ス分および揮発成分が強制的に脱揮され、排気される。
その結果、混合原料中に含まれるガス分および揮発成分
の殆どが分離脱揮され、品質の高い混練製品が選られ
る。前記輸送部Ｇにおいて、均質に混練された溶融状態
の混合原料を加圧し、木材混合合成樹脂材料としてダイ
ス２３から押出される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の、木材混合合成
樹脂材料の製造方法および装置は以上のように構成され
ていたため、次のような課題が存在していた。すなわ
ち、合成樹脂原料を混練する第１混練部Ｂ１および合成
樹脂原料と木材原料とを混練する第２混練部Ｂ２間の距
離が副原料供給部Ｃを介して比較的短く、いわゆる強練
りの混練が行われていた。その結果、合成樹脂原料に大
きな剪断力が掛り、溶融原料の温度が高温になり、焼け
現象が発生し、製品材料の品質が低下することになって
いた。

【００１２】また、合成樹脂原料が粉体状の場合、原料
の粒子間に空気を混入し内包したままの状態でスクリュ
へ供給される。その結果、合成樹脂原料が混練圧縮され
ることにより、内包されていた空気が原料から搾り出さ
れて分離し、一部は逆流して主原料供給部方向へ吹出
し、他の一部は副原料供給部方向へ吹出す。このように
して吹出す空気により、合成樹脂原料および木材原料の
供給が邪魔され、定常運転が阻害されるとともに、所定
の処理能力が発揮されないフィードネック現象が発生し
ていた。

【００１３】本発明は以上のような課題を解決するため
になされたものであり、焼け現象を防止し、フィードネ
ック現象を防止して、高品質の材料が供給できる木材混
合合成樹脂材料の低温押出し方法および装置を提供する
ことを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による木材混合合
成樹脂材料の低温押出し方法および装置は、シリンダに
内挿されたスクリュが回転駆動される二軸スクリュ式混
練押出機を用い、前記シリンダの上流端部へ主原料であ
る合成樹脂原料が供給され、前記主原料が下流方向へ輸
送されつつ、順次、混練されて溶融されるとともに内包
する空気およびガス成分が排気され、溶融した前記主原
料中へ副原料である木材原料が副原料供給部に添加さ
れ、副原料供給部の下流に位置し軸方向に形成された溝
を有する溝付シリンダ部によって混合混練され、前記混
合混練により内包する空気およびガス成分が排気されて
押出される方法であり、また、スクリュが回転駆動可能
に内挿されるシリンダと、前記シリンダの下流端に連結
されるダイスと、前記シリンダの上流端に連結されると
ともに前記スクリュと連結されている駆動装置とにより
構成される二軸スクリュ式混練押出機を用い、前記スク
リュを内挿したシリンダが、上流端から下流端へ、順
次、主原料供給部、ガス抜き部、第１混練部、オープン
ベント部、サイドフィーダよりなる副原料供給部、第２
混練部、吸引ベント部および輸送部により構成され、前
記第２混練部に対応する前記シリンダには、軸方向に形
成される溝を有する溝付シリンダ部が設けられている構
成であり、また、前記ガス抜き部は、上部ガス抜き部及
び下部水抜き部よりなる構成であり、また、前記溝は、
前記溝の内孔壁面と前記スクリュの回転外周との間隔が
前記スクリュの回転方向に沿って徐々に狭くなる断面形
状をなす構成である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面とともに本発明による
木材混合合成樹脂材料の低温押出し方法および装置の好
適な実施の形態について説明する。なお、従来例と同一
又は同等部分については、同一符号を用いて説明する。

【００１６】図１において、符号１０で示されるものは
木材混合合成樹脂材料低温押出し装置であり、この木材
混合合成樹脂材料低温押出し装置１０は二軸スクリュ式
混練押出機２０および二軸スクリュ式サイドフィーダ３
０により構成されている。前記二軸スクリュ式混練押出
機２０は、噛合いあるいは非噛合い状態で平行に配置さ
れた２本のスクリュ２１と、このスクリュ２１を回転可
能に内挿した貫通孔が形成された複数種類のシリンダブ
ロックからなるシリンダ２２と、このシリンダ２２の下
流端すなわち先端において貫通孔を塞ぐように連結され
たダイス２３と、前記シリンダ２２の上流端に連結され
て前記スクリュ２１を回転駆動するための駆動装置２４
とから構成されている。

【００１７】前記二軸スクリュ式サイドフィーダ３０
は、フィーダスクリュ３１と、フィーダシリンダ３２
と、フィーダ駆動装置３４とから構成されている。な
お、前記フィーダシリンダ３２の先端は、後述するよう
に、前記シリンダ２２の中間部側面に連結され、フィー
ダシリンダ３２の貫通孔がシリンダ２２の貫通孔へ連通
するように構成されている。

【００１８】前記二軸スクリュ式混練押出機２０のシリ
ンダ２２とスクリュ２１は、上流から下流へ、主原料供
給部Ａ、ガス抜き部Ｄ、第１混練部Ｂ１、オープンベン
ト部Ｄ１、前記二軸スクリュ式サイドフィーダ３０を有
する副原料供給部Ｃ、第２混練部Ｂ２、吸引ベント部Ｆ
および輸送部Ｇを構成し、それぞれの機能を発揮するス
クリュ形状のスクリュピースを順次並べて構成されてい
る。前記第２混練部Ｂ２に対応するシリンダ２２は、図
３の軸直角断面に示されるように、軸方向に形成された
溝１００が複数個円周方向に設けられている溝付シリン
ダ部１０１で構成されている。なお、この溝付シリンダ
部１０１は、例えば、特開平７−２０５１４２号公報に
て周知の構成を用いることができる。すなわち、この溝
１００は、溝１００の内孔壁面と前記スクリュ２１の回
転外周との間隔が前記スクリュ２１の回転方向に沿って
徐々に狭くなる断面形状となるように構成されている。
また、前記ガス抜き部Ｄは、図示していないが、その上
部に周知の上部ガス抜き部、その下部に周知の下部水抜
き部が形成されている。

【００１９】以上のように構成された木材混合合成樹脂
材料の低温押出し装置１０において、木材混合合成樹脂
材料を製造するには、まず、二軸スクリュ式混練押出機
２０の第１混練部Ｂ１、オープンベント部Ｄ１、副原料
供給部Ｃ、第２混練部Ｂ２、吸引ベント部Ｆおよび輸送
部Ｇのそれぞれのシリンダブロックを適宜の所定の温度
に温度調節し、真空吸引装置を作動させる。次に、二軸
スクリュ式混練押出機２０の駆動装置２４を起動してス
クリュ２１を回転駆動させ、二軸スクリュ式サイドフィ
ーダ３０のフィーダ駆動装置３４を起動してフィーダス
クリュ３１を回転駆動させる。

【００２０】次に、主原料供給部Ａを作動させて主原料
である粉体状あるいは顆粒状の熱可塑性合成樹脂原料を
供給するとともに、副原料供給部Ｃを作動させて副原料
である粉末状の木材原料を二軸スクリュ式サイドフィー
ダ３０を経て二軸スクリュ式混練押出機２０へ供給す
る。

【００２１】主原料供給部Ａに供給された主原料は、回
転駆動されるスクリュ２１により、混練されながら順次
下流方向すなわち先端方向へ移動し、ガス抜き部Ｄにお
いて、未溶融状態の主原料が主原料供給部Ａに引続いて
混練圧縮されることにより、主原料の粒子間に含まれて
いた空気、水分、水蒸気が分離し、シリンダ２２の外部
へ排気される。

【００２２】次に、第１混練部Ｂ１において、主原料が
混練されて完全に溶融し、第１混練部Ｂ１のスクリュ２
１は弱練りに構成されているため、主原料の剪断発熱量
が比較的少なく、温度上昇が小さい。前記オープンベン
ト部Ｄ１において、溶融状態の主原料から分離したガス
分および揮発成分が、シリンダ２２の外部へ排気され、
副原料供給部Ｃにおいて、二軸スクリュ式サイドフィー
ダ３０により副原料が供給され、溶融状態の主原料に添
加される。

【００２３】次に、第２混練部Ｂ２において、溶融状態
の主原料と粉末状の副原料とが均質に混練され、第２混
練部Ｂ２のスクリュ２１は弱練り用に構成されていると
共に、この第２混練部Ｂ２に対応するシリンダ２２が前
記溝付シリンダ部１０１で形成されているため、十分に
混練されながら、温度の上昇が抑制される弱練りに保た
れている。また、低温の副原料が添加混練されることに
より、主原料の温度がまず低下し、その後上昇するが、
副原料が未乾燥状態で水分を含む場合、高温の主原料と
混合混練されて水分が気化し、気化潜熱を奪うことによ
り、主原料と副原料との混合原料は、さらに温度の上昇
が抑制される。なお、第２混練部Ｂ２に溝付シリンダ部
１０１を設けた場合について述べたが、第１混練部Ｂ１
にも溝付シリンダ部１０１を設けることもできる。

【００２４】次に、第２混練部Ｂ２における混練中に混
合原料から分離した空気、水蒸気および揮発成分が、吸
引ベント部Ｆにおいて、シリンダ２２の外部へ排気さ
れ、その結果、原料中に含まれるガス分、水分および揮
発成分の殆どが分離脱揮され、品質の高い混練製品が得
られる。さらに、輸送部Ｇにおいて、均質に混練された
溶融状態の混合原料が加圧され、木材混合合成樹脂材料
としてダイス２３から押出される。

【００２５】実施例 図１に示す本発明による構成において、Ｌ（スクリュの
有効長）／Ｄ（スクリュの直径）＝４５．５、スクリュ
の直径６９ｍｍとし、第２混練部に溝付シリンダ部を装
備する噛合い型木材混合合成樹脂材料の低温押出し装置
により、主原料をメルトインデックス３５ｇ／１０ｍｉ
ｎの粉体状のＡＢＳとし、副原料を水分含有率３〜５％
の平均粒径１００μｍの木粉とし、それぞれ５０重量％
の割合で供給し、本発明による製造方法で木材混合合成
樹脂材料を製造した結果を表１のデータＮｏ１および２
に示す。

【００２６】また、比較のために、図４に示す従来の構
成において、Ｌ（スクリュの有効長）／Ｄ（スクリュの
直径）＝４２、スクリュの直径６９ｍｍとする噛合い型
木材混合合成樹脂材料製造装置により、同一原料から木
材混合合成樹脂材料を製造した結果を表１のデータＮｏ
３に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【発明の効果】本発明による混合合成樹脂材料の低温押
出し方法および装置は以上のように構成されているた
め、次のような効果を得ることができる。 （１）溝付シリンダ部を有する第２混練部において、ス
クリュを弱練り構成としたことにより、樹脂原料と木材
原料との混合原料の必要とする弱練りの混練が確保さ
れ、十分に混練溶融されながら温度の上昇を抑制するこ
とができるようになった。従って、原料の焼け現象が発
生しなくなり、製品材料の品質が確保されるようになっ
た。 （２）第２混練部における混合混練において、原料に含
まれる水分が好影響を及ぼすことにより、木材原料を未
乾燥状態で供給することが可能になった。従って、木材
原料の事前の乾燥処理工程が不要になった。 （３）主原料供給部の直ぐ下流で第１混練部の上流側に
ガス抜き部を配置することにより、未溶融状態の合成樹
脂原料からシリンダの外部へ内包空気を容易に分離排出
することが可能になった。また、第１混練部の直ぐ下流
で副原料供給部の上流側にオープンベント部を配置する
ことにより、混練溶融された合成樹脂原料から分離する
ガス分および揮発成分ならびに副原料供給部に供給され
た木材原料に含まれる空気がシリンダの外部へ容易に排
出される。その結果、主原料供給装置方向および副原料
供給装置方向への吹出しが無くなり、フィードネック現
象が発生せず、所定の処理能力が発揮される定常運転が
可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による木材混合合成樹脂材料の低温押
出し装置を示す構成図である。

【図２】 図１の平面構成図である。

【図３】 図１、図２の溝付シリンダ部を示す拡大断面
図である。

【図４】 従来の木材混合合成樹脂材料製造装置の構成
図である。

【図５】 図４の機能を示す構成図である。

【符号の説明】

１０ 木材混合合成樹脂材料の低温押出し装置 ２０ 二軸スクリュ式混練押出機 ２１ スクリュ ２２ シリンダ １００ 溝 １０１ 溝付シリンダ部 Ｂ１ 第１混練部 Ｂ２ 第２混練部 Ｃ 副原料供給部 Ｄ ガス抜き部 Ｄ１ 第１オープンベント部 Ｆ 吸引ベント部 Ｇ 輸送部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 嘉隆 広島県広島市安芸区船越南１丁目６番１号 株式会社日本製鋼所内 Ｆターム(参考） 4F207 AA01 KA01 KA17 KK13 KL34 KL41

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ(22)に内挿されたスクリュ(21)
   が回転駆動される二軸スクリュ式混練押出機(20)を用
   い、前記シリンダ(22)の上流端部へ主原料である合成樹
   脂原料が供給され、前記主原料が下流方向へ輸送されつ
   つ、順次、混練されて溶融されるとともに内包する空気
   およびガス成分が排気され、溶融した前記主原料中へ副
   原料である木材原料が副原料供給部(Ｃ)に添加され、副
   原料供給部(Ｃ)の下流に位置し軸方向に形成された溝(1
   00)を有する溝付シリンダ部(101)によって混合混練さ
   れ、前記混合混練により内包する空気およびガス成分が
   排気されて押出されることを特徴とする木材混合合成樹
   脂材料の低温押出し方法。
2. 【請求項２】 スクリュ(21)が回転駆動可能に内挿され
   るシリンダ(22)と、前記シリンダ(22)の下流端に連結さ
   れるダイス(23)と、前記シリンダ(22)の上流端に連結さ
   れるとともに前記スクリュ(21)と連結されている駆動装
   置(24)とにより構成される二軸スクリュ式混練押出機(2
   0)を用い、前記スクリュ(21)を内挿したシリンダ(22)
   が、上流端から下流端へ、順次、主原料供給部(Ａ)、ガ
   ス抜き部(Ｄ)、第１混練部(Ｂ１)、オープンベント部
   (Ｄ１)、サイドフィーダよりなる副原料供給部(Ｃ)、第
   ２混練部(Ｂ２)、吸引ベント部(Ｆ)および輸送部(Ｇ)に
   より構成され、前記第２混練部(Ｂ２)に対応する前記シ
   リンダ(22)には、軸方向に形成される溝(100)を有する
   溝付シリンダ部(101)が設けられていることを特徴とす
   る木材混合合成樹脂材料の低温押出し装置。
3. 【請求項３】 前記ガス抜き部(Ｄ)は、上部ガス抜き部
   及び下部水抜き部よりなることを特徴とする請求項２記
   載の木材混合合成樹脂材料の低温押出し装置。
4. 【請求項４】 前記溝(100)は、前記溝(100)の内孔壁面
   と前記スクリュ(21)の回転外周との間隔が前記スクリュ
   (21)の回転方向に沿って徐々に狭くなる断面形状をなす
   ことを特徴とする請求項２又は３記載の木材混合合成樹
   脂材料の低温押出し装置。