JP2002537144A - 低かさ密度のポリカーボネート材料を押出すための方法及び装置 - Google Patents
低かさ密度のポリカーボネート材料を押出すための方法及び装置Info
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Abstract
Description
な方法及び装置に関する。普通の又は従来のかさ密度熱可塑性材料は、著しい困
難を伴うことなく、普通に溶融又は可塑化され、押出しダイスを通る溶融流れ即
ちストリームとして押出されていた。使用される連続的な単一又はツインスクリ
ュー押出し機は、処理されている熱可塑性材料を可塑化し、所望の流量で下流側
に押出しダイスへこれを通るように溶融ポリマーを搬送するように設計されたス
クリューを有する。
分を順々に有する。送り及び遷移区分は全体の押出し機のスループット量を制御
及び制限する定量供給区分へ入力溶融ポリマーの過剰供給を提供するために必要
であった。しかし、ある形のポリカーボネートの如き低かさ密度の熱可塑性材料
又はこのような低かさ密度ポリカーボネート材料と普通のかさ密度の熱可塑性材
料との混合物を処理したい場合は、直ちに問題が生じた。
ペレット又はビードの形をした未使用即ち生のポリマーと遭遇する普通のかさ密
度範囲でのかさ密度を有する熱可塑性材料を示すことを意図している。例えば、
ペレット又はビードの形をした未使用又は正規の熱可塑性材料は通常、典型的に
は0.5g/cm3乃至0.75g/cm3である普通のかさ密度のポリカーボネ
ート材料に対して、立方/センチメートル当り0.5グラム(g/cm3)以上
で1.2g/cm3以下のかさ密度を有する。ここで使用するものとして、「低
かさ密度のポリカーボネート材料」という用語は0.5g/cm3よりも小さな
かさ密度を有するポリカーボネート材料を示すことを意図している。
密度の粒状形状となって又は「ポップコーン」に似た外観を有する塊となった粒
剤(時として、フレークと呼ばれる)の如き不規則な形の低かさ密度形状として
存在できる。先に処理され次いで機械的に粉砕されたポリカーボネートは時とし
てチップ、スクラップ、再粉砕物又はリサイクル物と呼ばれる不規則な形の低か
さ密度形状として存在できる。
ような低かさ密度ポリカーボネート材料と普通のかさ密度の熱可塑性材料との混
合物の押出し中、スクリューの送り区分を搬送される固体はしばしばスクリュー
を適正に満たすのに不十分となり、それ故、スクリューの可塑化及び定量供給区
分への不足供給を生じさせていた。これは、ポリマーのサージング、低スループ
ット量、高溶融温度及び過剰なポリマーの劣化を生じさせる。「押出し物の質」
という用語は一般に温度、圧力及びダイス面での押出し物の組成の均一性を言う
。押出し物が低い質、温度及び圧力であった場合、変動が大きくなり、ダイスを
通る熱可塑性材料の流れが不規則で不安定となり、製品の質が劣化してしまう。
ある。例えば、ポリカーボネートのシートにおいては、±2%以上の厚さ変化が
、実質的なこわさ及び衝撃強度の如き最終製品の物理的な特性、研磨の望ましく
ない粗さ及び変化又はその組み合わせによる皺の出現のような問題により生じる
最終製品の審美性、及び真空形成や熱形成の如き引き続きのモールド成形操作に
おけるシートの処理能力を低下させることがある。
たスループット量を提供する試みがなされてきた。例えば、米国特許第4,36
1,734号明細書は、未使用の又は高かさ密度線形低密度ポリエチレン(LL
DPE)を取り扱う押出し機の送り区分に通常使用されるものよりも比較的一層
深いスクリュールート深さ又は一層大きなスクリューリードとのその組み合わせ
又は一層大きなスクリュー長さとのその組み合わせを備えた送り区分を報告して
いる。修正は処理にわたってのLLDPEにスループット量の改善を補助したが
、全体の処理のスループット量を十分に制御するために、時には回転ギヤポンプ
と呼ばれる下流側の溶融ポンプが必要である。更に、ポンプ/押出し機装置の全
体のエネルギ効率は実際に押出し機自体のものよりも低くなることがある。
経験から、溶融ポンプを通しての通過はポリマーの温度変化を大幅に減少させな
いことが判明した。それ故、溶融ポンプは、押出し機の体積流量が均一になるこ
とを保証できるだけであり、押出し物がその中で大きな温度変化を伴う場合は、
そ温度の変化はポンプを通ってダイスにおいて現れ、そこで、温度変化が不規則
な流れを生じさせ、製品の質を劣化させることがある。EP0144932B1
号明細書においてスチレン・ブタジエンエラストマーに対して教示されているよ
うな溶融ポンプの後で単独又は運動無しミキサーに関連して内部加熱された押出
し機スクリューを提供するような温度変動を最小化するために種々の技術が使用
されてきた。
要求が続いているため、ポリマーのサージング、低圧化及び温度変動を減少させ
、かつ、良好な全体のスループット量を提供しながら、ポリマーの劣化を減少さ
せる方法及び装置を提供するのが望ましい。従って、本発明は、低かさ密度のポ
リカーボネート材料の可塑化及び押出し時に、ポリマーのサージング、低圧化及
び温度変動を減少させ、かつ、良好な全体のスループット量を提供しながら、ポ
リマーの劣化を減少させる方法及び装置に向けられる。
囲のかさ密度を有する低かさ密度のポリカーボネート材料からなる熱可塑性材料
からシート、プロフィール又はフィルムを可塑化し、押出すための単一スクリュ
ー押出し機を含み、±10%内に維持された定常ヘッド区域溶融圧力により特徴
づけられる可塑化される材料の一定のスループットがダイスへ及びダイスを通し
て提供される。
のかさ密度を有する低かさ密度のポリカーボネートからなる熱可塑性材料からシ
ート、プロフィール又はフィルムを可塑化し、押出すための単一スクリュー押出
し機を含み、この押出し機は、 (a)(i)1より大きな直径比でのスクリューリード及びスクリューの直径
の少なくとも12%の一定チャンネル深さを有する送り区分と、 (ii)少なくとも3:1の圧縮比及び少なくとも5巻回体分の長さを有
する遷移区分と、 (iii)少なくとも3巻回体分の長さの定量供給区分と、 を有する2段押出し機スクリュー; (b)少なくとも30゜の内包円錐角を有するホッパ; (c)バレルを通る送りのど部開口であって、1より大きいアスペクト比及び
バレルの内径の少なくとも1倍の幅を有する送りのど部開口;及び (d)押出しダイス; を有し、±10%内に維持された定常ヘッド区域溶融圧力により特徴づけられる
可塑化される材料の一定のスループットがダイスへ及びダイスを通して提供され
る。
押出し機スクリューは、 (a)1より大きな直径比でのスクリューリード及びスクリューの直径の少な
くとも12%の一定チャンネル深さを有する送り区分と; (b)少なくとも3:1の圧縮比及び少なくとも5巻回体分の長さを有する第
1の遷移区分と; (c)少なくとも3巻回体分の長さの第1の定量供給区分と; (d)随意としての混合区分と; (f)逃し区分と; (g)第2の遷移区分と; (h)第2の定量供給区分と; を有する。
/cm3乃至0.5g/cm3の範囲のかさ密度を有する低かさ密度のポリカーボ
ネート材料からなる熱可塑性材料からシート、プロフィール又はフィルムを可塑
化し、押出すための方法を含み、この方法は±10%内に維持された定常ヘッド
区域溶融圧力により特徴づけられる可塑化される材料の一定のスループットを押
出しダイスへ及び押出しダイスを通して提供する工程を有する。
範囲のかさ密度を有する低かさ密度のポリカーボネート材料からなる熱可塑性材
料からシート、プロフィール又はフィルムを可塑化し、押出すための方法を含み
、この方法は、 (a)少なくとも30゜の内包円錐角を有するホッパを通して熱可塑性材料を
送る工程と; (b)ホッパから、1より大きいアスペクト比及びバレルの内径の少なくとも
1倍の幅を有するバレルの送りのど部開口を通して熱可塑性材料を通過させる工
程と; (c)1より大きな直径比でのスクリューリード及びスクリューの直径の少な
くとも12%の一定チャンネル深さを有する2段押出し機スクリューの送り区分
内へ熱可塑性材料を搬送する工程と; (d)少なくとも3:1の圧縮比及び少なくとも5巻回体分の長さを有する遷
移区分内で熱可塑性材料を可塑化する工程と; (e)少なくとも3巻回体分の長さの定量供給区分内で可塑化された熱可塑性
材料を搬送する工程と; (f)±10%内に維持された定常ヘッド区域溶融圧力により特徴づけられる
可塑化される材料の一定のスループットを押出しダイスへ及び押出しダイスを通
して提供する工程と; を有する。
ビードやペレットの如く規則的な形をし、また、あるものはフレークやチップや
繊維やストリップの如く不規則な形をしている。ポリマー材料は、一定で、かつ
その物理的な形の形状に関係なく材料の固有の特性である密度を有する。しかし
、ポリマー材料はまたかさ密度を有し、この特性は可変であって、それが存在す
る物理的な形の形状により決定される。密度は単位体積当りの材料の連続媒質の
質量として定義することができ、一方、ポリマー材料のかさ密度は質量により占
められる体積で割った材料の不連続媒質の質量として定義することができる。
5g/cm3、一層好ましくは少なくとも0.16gcm3、更に一層好ましくは
少なくとも0.17g/cm3、更に一層好ましくは少なくとも0.18g/c
m3更に一層好ましくは少なくとも0.19g/cm3、最も好ましくは少なくと
も0.2g/cm3のかさ密度を有するポリカーボネート材料が使用される。更
に、好ましくは、0.5g/cm3以下、一層好ましくは0.46g/cm3以下
、更に一層好ましくは0.43g/cm3以下、更に一層好ましくは0.4g/
cm3以下、更に一層好ましくは0.36g/cm3以下、更に一層好ましくは0
.33g/cm3以下、最も好ましくは0.3g/cm3以下のかさ密度を有する
ポリカーボネート材料が使用される。好ましくは、低かさ密度のポリカーボネー
ト材料は不規則な形をしており、一層好ましくは、本質的に塊となった多孔性で
、その最大長さ寸法は1mm乃至50mmの範囲にあり、平均寸法は8mm乃至
12mmである。
状品の製造にとって有用である。熱可塑性材料は、ダイスを通してモールド成形
され、形状づけられ又は押出されるように(時として可塑化と呼ばれる)自由に
流れる程度に熱軟化されねばならない。押出し機はポリマー材料の可塑化のため
に普通に使用される機器である。結晶性であるポリマー材料の場合は、可塑化は
溶融と同義である。無定形であるポリカーボネートの如きポリマー材料の場合は
、可塑化はガラス転移温度(Tg)で生じる。
ー、送り及びホッパ手段は、その通常の環境内で、即ち、普通のフレーム手段、
水平通気バレル及び駆動手段(これらは当業界で商業的に入手できる周知の装置
なので、図示しない)と共働的に関連して、使用されることを理解されたい。本
発明のポリマー材料の処理に使用される押出し機は、螺旋状に配置された時とし
てフライト2と呼ばれる1又はそれ以上の隆起部を有するシリンダであるスクリ
ュー1を備え、このスクリューは環状のシリンダ即ちバレル3内で回転する。フ
ライトがそこから隆起するスクリューの表面はスクリューのルート即ち谷4であ
る。
イトから次のフライトまでの距離)はスクリューのリード5である。典型的には
、押出し機スクリューの1つの巻回体のための距離はスクリューの直径6と同じ
距離である。ホッパ7は、バレルの送りのど部開口8を通して、スクリューと接
触するように、フライトと押出し機のバレルの内壁との間の空間(時としてスク
リューチャンネル9と呼ばれる)へ、ポリマー材料を導く。
き送りの問題を減少するために水冷される。水はスクリューの下流端即ち後端に
取り付けられたスクリュー貫通パイプへ流入(10)し、流出(11)する。ス
クリューは冷却すべき深さまでその中心12へドリル加工された穴を有し、穴は
水出口ライン13のためのパイプを取り付けるようにネジ部を有する。水はパイ
プの内部で緩く取り付けられたチューブ及びドリル穴14を通ってスクリュー内
へ送られる。配管は回転ユニオン15と一緒に組立てられ、水の流れと共にスク
リューが回転するのを許容する。
搬送する工程を開始する最初の区分即ち送り区分16を有し、スクリューにより
ホッパから離れるように移送されるようなポリマー材料の進行方向を下流方向と
する。スクリューのこの区分においては、時としてルートチャンネル深さ又は単
にチャンネル深さ17と呼ばれるスクリューのルートとバレルの内壁との間の空
間は、普通、スクリューに過剰供給を行うのに十分なほど大きい。これは望まし
い効果である。その理由は、過剰供給作用がポリマー材料をコンパクティング及
び加圧し、前進する材料の固体ベッドを形成する役目を果たすからである。
ホッパの下方のスクリュー区分、例えば送り区分で、最も深く、下流端即ちスク
リュー先端18の近傍で最も浅い。いくつかの押出し機スクリューは、一端から
他端に向かってチャンネル深さが徐々に変化するように、形成される。これは定
テーパ(先細り)スクリューと呼ぶことができる。しかし、大半のスクリューは
チャンネル深さの少なくとも3つの別個の区分、即ち、送り区分、時として可塑
化区分と呼ばれる1又はそれ以上の遷移区分、及び、時としてポンピング区分と
呼ばれる1又はそれ以上の定量供給区分を有する。区分の長さは、例えば、絶対
数値(例えば、約25.4cm(10インチ))又は押出し機スクリューの長さ
(L)の百分率(例えば、Lの50%)又はスクリューの巻回体の数(例えば、
スクリューの10巻回体分)のように、いくつかの方法で表現することができる
。
型的には、ポリマー材料の可塑化を行う時として溶融区分又は圧縮区分と呼ばれ
る遷移区分19が、介在区分を伴って又は伴わずに、スクリューの送り区分に続
く。遷移区分は、チャンネルの変化(例えば、一層浅くなる)が始まる箇所で開
始する。遷移区分は一定深さに再度達する箇所で終了する。ポリマー材料の可塑
化は、押出し機バレル20の外側で装着されたヒータバンドにより生じる熱と、
スクリューがポリマー材料に作用させて、押出し機バレルの内壁とポリマー材料
との間に摩擦を生じさせるようなせん断力と、の組み合わせ効果の結果として生
じる。
リューの遷移区分に続き、定量供給区分は、典型的にはダイス22又はある他の
形の絞りオリフィスである押出し機の下流端を通して可塑化された材料を押出し
物としてポンピングする機能を果たす。定量供給区分は一定のチャンネル深さを
有する。
ンネル深さに関連する。これの極めて簡単で便利な計測対象は、遷移区分の上流
端での最初の巻回体におけるチャンネルの深さを、遷移区分の最後の下流側巻回
体におけるチャンネルの深さで割った値に等しいチャンネル深さ比である。1又
はそれ以上の遷移区分を有する押出し機スクリューは1又はそれ以上の圧縮比を
有することができる。チャンネル深さがスクリューの下流方向で一層浅くなる遷
移区分に対しては、圧縮比は1よりも大きい。チャンネル深さがスクリューの下
流方向で一層深くなる遷移区分に対しては、圧縮比は1よりも小さい。
(vented)押出し機である。通気押出し機は押出し機バレル23内に1又はそれ以
上の開口(通気ポート)を備え、この開口を通って揮発物が逃げる。従って、通
気押出し機は連続的な方法で押出し物から揮発物を抽出することができる。揮発
物の抽出の代わりに、添加物、フィラー、反応性成分等のある成分をポリマーに
付加するために通気ポートを使用することができる。
が通気ポートを通って逃げるのみならず、ある量のポリマーも逃げるような状況
である。従って、通気ポート(抽出区分)下のポリマー内に正圧が生じないよう
な方法で、押出し機スクリューを設計しなければならない。これは、特に揮発防
止押出しのために設計された2段通気押出し機スクリューの開発をもたらした。
これは、一方が他方に続く2つのスクリューとみなすことができる。
、送り区分16と、第1の遷移区分19と、第1の定量供給区分21とを含む第
1段即ち後段を有する。第2段即ち前段は、介在区分を伴って又は伴わずに、第
2の遷移区分24及び第2の定量供給区分25を含む。2つの段は、時として非
圧縮区分即ち通気区分26と呼ばれる深いチャンネルを備えた区分により分離さ
れる。非圧縮区分のチャンネル深さは第1の定量供給区分のチャンネル深さより
も少なくとも2倍大きく、好ましくは少なくとも2.5倍、一層好ましくは少な
くとも3倍、更に一層好ましくは少なくとも3.5倍、更に一層好ましくは少な
くとも4倍、更に一層好ましくは少なくとも4.5倍、更に一層好ましくは少な
くとも5倍、第1の定量供給区分のチャンネル深さよりも大きい。
度のポリマー材料は溶融されたときに一層小さな体積となる。低かさ密度のポリ
マー材料の押出し中、従来の押出し機においては、ホッパから送られる固体及び
スクリューの送り区分内で搬送される固体の量は、しばしば、可塑化中に材料が
圧縮されるときに、スクリューを適正に満たすのに不十分となり、しばしば、ス
クリューの供給不足を生じさせてしまう。
可塑性材料は一定レベルのホッパから送りのど部を通して押出し機内へ流入し、
重力でスクリュー送り区分のチャンネル内へ流入する。この場合、押出し機は氾
濫供給(flood fed) されると言うことができ、スクリューはその中へ落下するの
と同じ量の樹脂を使用する。随意として、ホッパを空にすることができ、低かさ
密度のポリカーボネートからなる熱可塑性材料は、落下の度に持ち去られるよう
に、ホッパを通り、送りのど部を通り、スクリューのチャンネル内へ落下するこ
とができる。この場合、押出し機は飢餓供給(starve ded)されると言うことがで
きる。
常流れを保証するために付加的な装置を必要とすることがある。時には、これは
、任意のブリッジ即ち架橋物(ポリマー材料の流れを停止させるような送りのど
部内での過熱樹脂の形成)をその形成直後に逸脱させるためにホッパに取り付け
られた振動パッドとすることができる。ある場合は、材料又はホッパ壁からのふ
き取り材料との組み合わせを混合するために撹拌器を使用する。時には、取り扱
いが困難な低かさ密度材料のために予備送り器を使用する。しばしば、低かさ密
度材料は空気を捕捉する傾向を有する。空気が送りホッパを通って逃げることが
できない場合は、空気はポリマー材料と一緒に運ばれ、最終的にはダイスの出口
に至る。この空気捕捉問題を克服する1つの解決策は真空送りホッパを使用する
ことである。別の解決策は通気押出し機を使用することである。
エンダール(C. Rauwendaal) 著の「ポリマー押出し」(Polymer Extrusion) の1
68−170頁に記載されたような内部摩擦の角度である。典型的には、送りホ
ッパは円筒状の頂区分と、底部での切頭円錐区分とを有する。好ましくは、時と
して円錐角27と呼ばれる、水平に対するホッパの側壁の角度は、内部摩擦の角
度よりも大きくすべきである。ポリマー材料が極めて大きな内部摩擦角度を有す
る場合は、実質的にすべての従来のホッパにおいてポリマー材料は架橋してしま
う。円錐角はバレルの水平面からホッパの円錐形状の側部まで測った内包角度で
ある。低かさ密度のポリマー材料の流れを改善するため、本発明における円錐角
度は少なくとも30゜、好ましくは少なくとも35゜、一層好ましくは少なくと
も40゜、最も好ましくは少なくとも45゜とする。低かさ密度のポリマー材料
の流れを改善するためには、円錐角は80゜よりも小さく、好ましくは70゜よ
りも小さく、一層好ましくは60゜よりも小さく、もっとも好ましくは50゜よ
りも小さい。
部のすぐ近くの別個のスチールケーシング内に含まれる。この開口は任意の形状
とすることができ、好ましくは正方形、円形であり、一層好ましくは矩形又は楕
円形である。開口が矩形又は楕円形である場合、これは、そのアスペクト比又は
その幅に対するその長さの比(ここで、長さはバレルの長さに平行な方向におけ
るものであり、幅はバレルの長さに対して垂直な方向におけるものである)によ
り表すことができる。本発明においては、送りのど部開口の幅はバレル28の内
径(D)の少なくとも1倍(1D)であり、好ましくは少なくとも1.25Dで
あり、一層好ましくは1.5Dであり、更に一層好ましくは1.75Dであり、
最も好ましくは2Dである。
口が1より大きく、好ましくは1.1より大きく、一層好ましくは1.2より大
きく、更に一層好ましくは1.3より大きく、更に一層好ましくは1.4より大
きく、最も好ましくは1.5より大きいアスペクト比を有することが有利である
ことが判明した。低かさ密度材料の体積当りの減少した立体を補償するためには
、送りのど部開口が4より小さく、好ましくは3.5より小さく、一層好ましく
は3より小さく、更に一層好ましくは2.5より小さく、最も好ましくは2より
小さいアスペクト比を有することが有利であることが判明した。
の材料の摩擦接触を得るために材料をコンパクティングすることを含む。高かさ
密度の材料は一層低かさ密度の材料ほど容易に又はたやすくコンパクティングす
ることができず、1つの材料のコンパクティングにとって適当な条件は別の材料
にとって又は他の材料を含む混合物にとって適当ではない場合がしばしばある。
本発明においては、低かさ密度のポリカーボネート材料に対して、比較的深いス
クリュールート深さ又は一層大なるスクリューリードとこれとの組み合わせ又は
通常使用されるものよりも一層大きな長さとこれとの組み合わせを有する送り区
分を使用して、処理中の低かさ密度材料を補償するために送り区分を通る体積ス
ループットを増大させることが好ましいことが判明した。
設けることにより低かさ密度のポリカーボネート材料の取扱中のスループット量
を改善するように送り区分を修正することが最も好ましいことが判明した。しか
し、深さはスクリューのルート直径部分における金属の強度により制限される。
溶融及びポンピングのためのパワーがスクリューの下方へ伝達されねばならない
ので、金属上の応力は送り区分において最大となり、そして、この区分はスクリ
ューシャフトの最も小径の部分である。
なくとも10%であり、好ましくは少なくとも12%であり、一層好ましくは少
なくとも14%であり、更に一層好ましくは少なくとも16%であり、最も好ま
しくはスクリュー直径の少なくとも18%である。好ましくは、ルートチャンネ
ル深さはスクリュー直径の35%よりも小さく、好ましくは30%よりも小さく
、一層好ましくは25%よりも小さく、更に一層好ましくは22.5%よりも小
さく、最も好ましくはスクリュー直径の20%よりも小さい。
じであることを意味し、このようなスクリューは直径に対するスクリューリード
の比が1である。本発明においては、押出し機内へもたらされるポリマー材料の
体積を更に増大させるために、送り区分における直径に対するスクリューリード
の比は1.0よりも大きくし、一層好ましくは1.25よりも大きくし、更に一
層好ましくは1.5よりも大きくし、最も好ましくは1.75よりも大きくする
。更に、直径に対するスクリューリードの好ましい比は3.0よりも小さく、好
ましくは2.75よりも小さく、一層好ましくは2.5よりも小さく、一層好ま
しくは2.25よりも小さく、最も好ましくは2.0よりも小さい。
リカーボネートの取扱中のスループット量を改善する。送り区分の長さはスクリ
ューの少なくとも4巻回体分、好ましくは5巻回体分、一層好ましくは5.5巻
回体分、更に一層好ましくは6巻回体分、最も好ましくは6.5巻回体分とする
ことができる。スクリューの送り区分は、好ましくは、スクリューの15巻回体
分に等しいか又はこれよりも小さく、一層好ましくは12巻回体分に等しいか又
はこれよりも小さく、一層好ましくは10巻回体分に等しいか又はこれよりも小
さく、更に一層好ましくは8巻回体分に等しいか又はこれよりも小さく、最も好
ましくは7巻回体分に等しいか又はこれよりも小さい。
9)及び第2(24)の遷移区分は送り区分16から下流側にそれぞれ第1及び
第2の段となって順次位置する。非圧縮区分26は第1及び第2の遷移区分間で
スクリュー上に位置する。好ましくは、遷移区分におけるスクリュールート深さ
は隣接する上流側の区分のスクリュールート深さから隣接する下流側の区分のス
クリュールート深さへと漸進的に減少する。2段スクリューにおいては、1つの
遷移区分のための圧縮比は他の遷移区分のための圧縮比と同じ又はこれと異なら
せることができる。
り、一層好ましくは少なくとも2.5:1であり、更に一層好ましくは少なくと
も3:1であり、更に一層好ましくは少なくとも3.5:1であり、更に一層好
ましくは少なくとも4:1であり、更に一層好ましくは少なくとも4:5であり
、最も好ましくは少なくとも5:1である。好ましくは、各遷移区分の圧縮比は
15:1よりも小さく、一層好ましくは13:1よりも小さく、更に一層好まし
くは12:1よりも小さく、一層好ましくは11:1よりも小さく、最も好まし
くは10:1よりも小さい。
体分、一層好ましくは5.5巻回体分、更に一層好ましくは6巻回体分、最も好
ましくは6.5巻回体分とすることができる。スクリューの第1遷移区分は好ま
しくはスクリューの15巻回体分に等しいか又はこれよりも小さく、一層好まし
くは12巻回体分に等しいか又はこれよりも小さく、一層好ましくは10巻回体
分、更に一層好ましくは8巻回体分、最も好ましくは7巻回体分に等しいか又は
これよりも小さい。
となく、第1(21)及び第2(25)の定量供給区分がそれぞれ続く。通気押
出し機スクリューにおいては、第2段は第1段が非圧縮区分へ届くことを排除し
なければならず、従って、第2段の定量供給区域におけるチャンネル深はが第1
段の定量供給区域におけるチャンネル深さよりも大きくなければならない。さも
なければ、ポリマー材料が通気部に至り、これは時として通気流れと呼ばれる。
供給区分のチャンネル深さの比は1よりも大きく、好ましくは1.1よりも大き
く、一層好ましくは1.15よりも大きく、更に一層好ましくは1.2よりも大
きく、最も好ましくは1.25よりも大きい。好ましくは、第1の定量供給区分
のチャンネル深さに対する第2の定量供給区分のチャンネル深さの比は2よりも
小さく、好ましくは1.8よりも小さく、一層好ましくは1.6よりも小さく、
更に一層好ましくは1.4よりも小さく、最も好ましくは1.3よりも小さい。
3巻回体分であり、一層好ましくは少なくとも3.5巻回体分であり、更に一層
好ましくは少なくとも4巻回体分であり、最も好ましくは少なくとも4.5巻回
体分である。各定量供給区分の長さは10巻回体分よりも小さく、好ましくは8
巻回体分よりも小さく、一層好ましくは6巻回体分よりも小さく、更に一層好ま
しくは5.5巻回体分よりも小さく、最も好ましくは5巻回体分よりも小さい。
随意として、高抵抗に対しては、溶融ポンプを使用できる。
区分は周知である。好ましくは、混合区分は分散式の混合素子又はこれと分配式
の混合素子との組み合わせを有する。典型的には、分散式の混合素子は、塊又は
ゲルを破壊する必要がある場合に使用される。分散式の混合区分の例は、いくつ
か挙げれば、UC(マドック(Maddock) )混合区分、エガン(Egan)混合区分、ド
レイ(Dray)混合区分及びブリスタ(Blister) リングである。典型的には、分配式
の混合素子は、異なるポリマーが粘性物と妥当に緊密に一緒に混合される場合に
使用される。本質的には、スクリューチャンネル内での粘度プロフィールのいか
なる崩壊もが分配式の混合を生じさせる。分配式の混合区分の例は、いくつか挙
げれば、ピン混合区分、ダルメージ(Dulmage) 混合区分、サクストン(Saxton)混
合区分、パイナップル混合区分、溝付きスクリューフライト、及び空洞移送混合
区分である。1又はそれ以上の混合区分は送り区分から下流側、好ましくは第1
の定量供給区分又はこれと第2の定量供給区分との組み合わせから下流側に位置
する。
ロックが位置し、このブロックは押出し物の最終形状を決定する1又はそれ以上
の開口で終端する貫通通路を具備する。ダイスのデザインに応じて、種々の形状
を有する製品を製造できる。あるダイスはストランド即ちペレットを製造する。
ペレットを作るために2つの方法が使用される。1つの方法においては、直径約
3.175mm(0.125インチ)のストランドが押出され、普通水槽内での
冷却後に、約3.175mm(0.125インチ)の長さに切断される。
第1の回転ナイフが、ダイスから出る際の溶融物をほぼ球状の部片(時としてビ
ードと呼ばれる)に切断する。他の普通の形状の製品の例は、剛直な壁を備えた
直径約12.7mm(0.5インチ)以上の材料として実質上定義されるパイプ
、厚さ約0.254mm(0.01インチ)以下のものとして慣例により定義さ
れるフィルム、厚さ約0.254mm(0.01インチ)以上の材料であるシー
ト、及び、テーブルエッジや窓チャンネルや自動車のトリムやテープやロッドや
フィラメントの如き特殊形状の押出し物であり、すべての型式の輪郭はプロフィ
ール押出し及び実質上プロフィールとしての製品と呼ばれる。
。好ましくは、1又はそれ以上のスクリーン32及び時としてブレーカ板33と
呼ばれる重金属ディスクがこの領域内に位置する。好ましくは、ブレーカ板とダ
イスとの間に連結部片であるアダプタ36が位置し、このアダプタを通って押出
し物が押出し機バレルからダイスヘ流れる。随意として、単一スクリュー押出し
機は、好ましくはブレーカ板とアダプタとの間に位置する溶融ポンプを有する。
本発明においては、時として排出圧力と呼ばれるヘッド区域溶融圧力は、好まし
くは、スクリーン35又は好ましくはダイス面36の近傍のアダプタ内でのその
組み合わせのすぐ手前のスクリューの先端で測定される。ヘッド区域圧力がダイ
ス面の近傍で測定される場合は、これは、時としてダイス面圧力と呼ばれる。任
意の適当な圧力ゲージを使用できる。
において、これは、時としてサージングと呼ばれる押出し物の直径の変動を生じ
させる。サージングは製品の望ましくない厚さ変化を生じさせることがあるが、
必ずしも圧力変化に直接比例するとは限らない。圧力の増加はいくつかの事由に
より生じる。これらの事由は、いくつか挙げれば、スクリュー速度の増加、溶融
温度の減少、汚染、スループット量の変化又はポリマー材料の粘度の変化である
。圧力の減少は、スクリューへの送り量の減少のほか、逆の事由により生じるこ
とがある。
平均圧力の上下±10%)以下の変化が製品の厚さを制御するのに好ましい。1
8%(±9%)以下の変化が一層好ましく、16%(±8%)以下の変化が更に
一層好ましく、14%(±7%)以下の変化が更に一層好ましく、12%(±6
%)以下の変化が更に一層好ましく、10%(±5%)以下の変化が更に一層好
ましく、8%(±4%)以下の変化が更に一層好ましく、6%(±3%)以下の
変化が更に一層好ましく、4%(±2%)以下の変化が更に一層好ましく、2%
(±1%)以下のダイス面圧力の変化が製品の厚さを制御するのに最も好ましい
。
、これらの例はいかなる方法においても本発明の要旨を限定するものではない。 例として、ポリカーボネートシートを作るためにブレヤー(Breyer)2段通気単
一スクリュー押出し機を使用した。この押出し機は45゜の内包角度を持つ円形
ホッパと、1以上のアスペクト比及びスクリュー直径の1.5倍の長さを有する
送りのど部開口とを具備する。スクリューの直径は90mmとし、長さ/直径(
L/D)の比は39:1とした。バレルの型式は水冷の長手方向溝付きのものと
した。最大モータパワーを110キロワット(kW)とし、最大スクリュー速度
を毎分130回転(rpm)とした。ダイスの幅は900ミリメートル(mm)
とした。スクリューの形状は表1に示す。
℃、第1の遷移及び定量供給区分で295℃、通気区分で280℃、第2遷移区
分で285℃、及び、ヘッド区域を通ってダイスに至る第2定量供給区分で29
5℃。シートダイス温度は295℃に設定した。スクリーンは使用しなかった。
通気区分内で0.92ミリバール(mbar)の真空が達成された。次のものは
ロール温度設定点である:ロール1は120℃とし、ロール2は125℃とし、
ロール3は130℃とした。次のものはロール速度設定点である:ロール1は0
.993メートル/分(m/min.)とし、ロール2は1.01m/min.
とし、ロール3は1.014m/min.とし、ロール4は1.007m/mi
n.とした。ロール1とロール2との間のロールギャップは3.711mmとし
、ロール2とロール3との間のギャップは2.981mmとした。測定した押出
しシートは885mmの幅と3.05mmの厚さとを有していた。
いて:「PC1」は、3g/10分のMFRを有する未使用のビスフェノールA
ポリカーボネートであり、フレーク形状をしており、0.19g/cm3の平均
かさ密度である。「PC2」は、300℃の温度及び1.2kgの付加荷重の状
態でASTM D 1238により決定されたような、10分当り3グラム(3
g/10分)の溶融物流量(MFR)を有する未使用のビスフェノールAポリカ
ーボネートであり、ペレット形状をしており、0.67g/cc3の平均かさ密
度を有する。「PC3」は0.5g/cm3 の平均かさ密度を持つ(再研削され
た)リサイクルポリカーボネートシートである。スクリーンパック前にヘッド区
域圧力を決定した。
験を行った。この器具は試片の垂直線から8゜の視野角度及び25mm直径のポ
ート寸法を有する。硫化バリウムで被覆された15.2cm直径の拡散球体によ
り照射を行い、刺激されたCIE D65スペクトル分布で照射され、試片の赤
外加熱を排除するように濾波された。透過率は押出しシートから切除された試片
についてASTM D 10003−61に従って測定した。試片の寸法は50
mm×80mmとした。報告された値は入射光に対する透過率としてASTM
E 308で定義される総視感透過率である。
三刺激値から、次の式に従って計算した: YI=[100(1.28XCIE−1.06ZCIE)]/YCIE ポリカーボネート樹脂は100℃の温度で最低1時間だけホッパドライヤにお
いて予備乾燥した。ホッパはポリカーボネート材料を通して窒素をパージする能
力を有する。液体着色剤は滴下により直接ホッパ内に加えた。
ボネートからなるポリカーボネート樹脂をシートとして押出しときに、スループ
ット量、圧力変動及び透過率及び黄味指数により決定されるようなシートの質の
望ましいバランスが達成させることが分かる。
業者の範囲内である。それ故、ここで述べた本発明の種々の実施の形態は特許請
求の範囲で規定されたような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく変更す
ることができることを理解すべきである。
Claims (39)
- 【請求項1】 低かさ密度のポリカーボネート材料からなる熱可塑性材料か
らシート、プロフィール又はフィルムを可塑化し、押出すための単一スクリュー
押出し機であって、ポリカーボネート材料は0.15g/cm3乃至0.5g/
cm3の範囲のかさ密度を有するものであり、それにより±10%内に維持され
た定常ヘッド区域溶融圧力により特徴づけられる可塑化される材料の一定のスル
ープットがダイスへ及びダイスを通して提供される単一スクリュー押出し機。 - 【請求項2】 請求項1の単一スクリュー押出し機であって、 押出し機スクリューは、2段押出し機スクリューであり、 (i)1より大きなスクリューリード対スクリュー直径及びスクリュー直径の少
なくとも12%の一定チャンネル深さを有する送り区分と、 (ii)少なくとも3:1の圧縮比及び少なくとも5巻回体分の長さを有する遷移
区分と、 (iii)少なくとも3巻回体分の長さの定量供給区分と、 を有する単一スクリュー押出し機。 - 【請求項3】 少なくとも30゜の内包円錐角を有するホッパを更に備えた
請求項1の単一スクリュー押出し機。 - 【請求項4】 バレルを通る送りのど部開口を更に有し、送りのど部開口が
1より大きいアスペクト比及びバレルの内径の少なくとも1倍の幅を有する請求
項1の単一スクリュー押出し機。 - 【請求項5】 送り区分がスクリューの直径の少なくとも14%の一定チャ
ンネル深さを有する請求項2の単一スクリュー押出し機。 - 【請求項6】 送り区分がスクリューの直径の少なくとも16%の一定チャ
ンネル深さを有する請求項2の単一スクリュー押出し機。 - 【請求項7】 遷移区分が少なくとも3.5:1の圧縮比を有する請求項2
の単一スクリュー押出し機。 - 【請求項8】 遷移区分が少なくとも4:1の圧縮比を有する請求項2の単
一スクリュー押出し機。 - 【請求項9】 溶融ポンプを更に有する請求項1の単一スクリュー押出し機
。 - 【請求項10】 押出しダイスがフィルム用ダイスである請求項1の単一ス
クリュー押出し機。 - 【請求項11】 押出しダイスがプロフィール用ダイスである請求項1の単
一スクリュー押出し機。 - 【請求項12】 押出しダイスがシート用ダイスである請求項1の単一スク
リュー押出し機。 - 【請求項13】 0.15g/cm3乃至0.5g/cm3の範囲のかさ密度
を有する低かさ密度のポリカーボネートからなる熱可塑性材料からシート、プロ
フィール又はフィルムを可塑化し、押出すための単一スクリュー押出し機であっ
て、 (a)(i)1より大きな直径比でのスクリューリード及びスクリューの直径
の少なくとも12%の一定チャンネル深さを有する送り区分と、 (ii)少なくとも3:1の圧縮比及び少なくとも5巻回体分の長さを有
する遷移区分と、 (iii)少なくとも3巻回体分の長さの定量供給区分と、 を有する2段押出し機スクリュー; (b)少なくとも30゜の内包円錐角を有するホッパ; (c)バレルを通る送りのど部開口であって、1より大きいアスペクト比及び
バレルの内径の少なくとも1倍の幅を有する送りのど部開口;及び (d)押出しダイス;を有し、 それにより±10%内に維持された定常ヘッド区域溶融圧力により特徴づけら
れる可塑化された材料の一定のスループットがダイスへ及びダイスを通して提供
される単一スクリュー押出し機。 - 【請求項14】 2段押出し機スクリューであって、 (a)1より大きなスクリューリード対スクリュー直径及びスクリュー直径の
少なくとも12%の一定チャンネル深さを有する送り区分と; (b)少なくとも3:1の圧縮比及び少なくとも5巻回体分の長さを有する第
1の遷移区分と; (c)少なくとも3巻回体分の長さの第1の定量供給区分と; (d)随意としての混合区分と; (e)通気区分と; (f)第2の遷移区分と; (g)第2の定量供給区分と; を有する2段押出し機スクリュー。 - 【請求項15】 単一スクリュー押出し機において0.15g/cm3乃至
0.5g/cm3の範囲のかさ密度を有する低かさ密度のポリカーボネート材料
からなる熱可塑性材料からシート、プロフィール又はフィルムを可塑化し、押出
すための方法であって、 ±10%内に維持された定常ヘッド区域溶融圧力により特徴づけられる可塑化
された材料の一定のスループットを押出しダイスへ及び押出しダイスを通して提
供する工程を有する方法。 - 【請求項16】 1より大きなスクリューリード対スクリュー直径の比及び
スクリューの直径の少なくとも12%の一定チャンネル深さを有するスクリュー
の送り区分内へ熱可塑性材料を搬送する工程を更に有する請求項15の方法。 - 【請求項17】 少なくとも3:1の圧縮比及び少なくとも5巻回体分の長
さを有するスクリューの遷移区分内で熱可塑性材料を可塑化する工程を更に有す
る請求項15の方法。 - 【請求項18】 少なくとも3巻回体分の長さのスクリューの定量供給区分
内で可塑化された熱可塑性材料を搬送する工程を更に有する請求項15の方法。 - 【請求項19】 少なくとも30゜の内包円錐角を有するホッパを通して熱
可塑性材料を送る工程を更に有する請求項15の方法。 - 【請求項20】 ホッパから、1より大きいアスペクト比及びバレルの内径
の少なくとも1倍の幅を有するバレルの送りのど部開口を通して熱可塑性材料を
通過させる工程を更に有する請求項15の方法。 - 【請求項21】 スクリューの混合区分内で可塑化された材料を混合する工
程を更に有する請求項15の方法。 - 【請求項22】 2段押出し機スクリューの通気区分内へ可塑化された材料
を逃す工程を更に有する請求項15の方法。 - 【請求項23】 (a)2段スクリューの第2の遷移区分内で、逃された材
料をコンパクティングする工程と、 (b)2段スクリューの第2の定量供給区分内で、第2の遷移区分から下流側
のコンパクティングされた材料を定量供給する工程と、 を更に有する請求項22の方法。 - 【請求項24】 可塑化された材料をダイスの前に溶融ポンプを通過させる
工程を更に有する請求項15の方法。 - 【請求項25】 低かさ密度ポリカーボネート材料が不規則な形状である請
求項15の方法。 - 【請求項26】 低かさ密度の不規則な形状のポリカーボネート材料が0.
16g/cm3乃至0.45g/cm3の範囲の密度を有する請求項25の方法。 - 【請求項27】 低かさ密度の不規則な形のポリカーボネート材料が0.1
8g/cm3乃至0.4g/cm3の範囲の密度を有する請求項25の方法。 - 【請求項28】 0.5g/cm3乃至1.2g/cm3の範囲の密度を有す
る熱可塑性材料を更に有する請求項25の方法。 - 【請求項29】 熱可塑性材料がポリカーボネートである請求項28の方法
。 - 【請求項30】 ポリカーボネート材料が0.5g/cm3乃至0.75g
/cm3の範囲内の密度を有する請求項29の方法。 - 【請求項31】 低かさ密度で不規則な形のポリカーボネート材料が本質的
に塊となった多孔性で、その最大長さ寸法が1mm乃至50mmの範囲にあり、
平均寸法が8mm乃至12mmである請求項25の方法。 - 【請求項32】 ヘッド区域の溶融圧力が±8%内に維持される請求項15
の方法。 - 【請求項33】 ヘッド区域の溶融圧力が±7%内に維持される請求項15
の方法。 - 【請求項34】 ヘッド区域の溶融圧力が±6%内に維持される請求項15
の方法。 - 【請求項35】 ヘッド区域の溶融圧力が±5%内に維持される請求項15
の方法。 - 【請求項36】 ポリカーボネートフィルムを提供する請求項15の方法。
- 【請求項37】 ポリカーボネートプロフィールを提供する請求項15の方
法。 - 【請求項38】 ポリカーボネートシートを提供する請求項15の方法。
- 【請求項39】 0.15g/cm3乃至0.5g/cm3の範囲のかさ密度
を有する低かさ密度のポリカーボネート材料からなる熱可塑性材料からシート、
プロフィール又はフィルムを可塑化し、押出すための方法であって、 (a)少なくとも30゜の内包円錐角を有するホッパを通して熱可塑性材料を
送る工程と; (b)ホッパから、1より大きいアスペクト比及びバレルの内径の少なくとも
1倍の幅を有するバレルの送りのど部開口を通して熱可塑性材料を通過させる工
程と; (c)1より大きなスクリューリード対スクリューの直径及びスクリューの直
径の少なくとも12%の一定チャンネル深さを有する2段押出し機スクリューの
送り区分内へ熱可塑性材料を搬送する工程と; (d)少なくとも3:1の圧縮比及び少なくとも5巻回体分の長さを有する遷
移区分内で熱可塑性材料を可塑化する工程と; (e)少なくとも3巻回体分の長さの定量供給区分内で可塑化された熱可塑性
材料を搬送する工程と; (f)±10%内に維持された定常ヘッド区域溶融圧力により特徴づけられる
可塑化される材料の一定のスループットを押出しダイスへ及び押出しダイスを通
して提供する工程と; を有する方法。
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