JP2004231755A - Method for producing highly packed filler compound - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィラーと樹脂材料とからなる混合物を加熱して溶融混練する高充填フィラーコンパウンドの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、微粒状のフィラーと樹脂材料とからなる混合物を加熱溶融装置によって加熱溶融混練することによりフィラーコンパウンドを製造している。また、高速撹拌翼付き混合槽(スーパーミキサー)でフィラーと樹脂材料を高速攪拌し、フィラーどうしが衝突する時に発生する摩擦熱を利用して混合物を加熱する手法も知られている。高速撹拌翼付き混合槽を用いて混合物を加熱する従来技術としては、特許文献1に開示されたものが知られている。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−290466号公報(段落0026−0042)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱溶融装置を用いた加熱や、フィラーどうしの衝突時に発生する摩擦熱では、フィラーまで十分に加熱できず、短時間に十分な熱量をフィラーコンパウンドに与えることができないことがあった。
【0005】
このため、連続的な生産が難しく、生産効率を向上させることが困難となることがあった。
【0006】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、混合物中のフィラーまで十分に加熱して短時間に十分な熱量をフィラーコンパウンドに与えることができ、連続生産を容易にさせて生産効率を向上させることが可能な高充填フィラーコンパウンドの製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1にかかる発明は、微粒状のフィラーと樹脂材料とからなる混合物を所定の温度まで加熱して溶融混練する高充填フィラーコンパウンドの製造方法において、上記混合物を、加熱溶融装置による加熱と、溶融混練を行うために配設された混練装置により上記混合物に剪断力を生じさせて発生する剪断熱と、によって加熱する構成としてある。
すなわち、微粒状のフィラーと樹脂材料とからなる混合物は、加熱溶融装置によって加熱されるとともに、溶融混練を行うために配設された混練装置により上記混合物に剪断力を生じさせて発生する剪断熱によっても加熱される。混合物が両者により加熱されるので、混合物中に残っている未溶融の樹脂材料が速やかに溶融する。その結果、フィラーと樹脂材料とを速やかに溶融混練してフィラーコンパウンドを製造することができる。
これにより、フィラーまで十分に加熱して短時間に十分な熱量をフィラーコンパウンドに与えることができ、フィラーコンパウンドの連続生産を容易にさせて生産効率を向上させることが可能となる。
なお、微粒状のフィラーは様々な形状が考えられ、粉末状や微細な繊維状であっても本発明にいう微粒状に含まれる。なお、フィラーの粒度を調整することによって、フィラーコンパウンドから形成される成形体の強度を調整することができる。
【0008】
ここで、上記混練装置は、内壁面にて上記混合物を混練する混練空間を形成する空間形成部材と、同混練空間の中に配設された混練翼を有し、当該混練翼は、回転駆動される際に外周端と同空間形成部材の内壁面との間で上記混合物に剪断力を付与するように設けられている構成としてもよい。
すなわち、混練翼を回転駆動させると、混合物は圧力を加えられるので、混練翼の外周端と、混合物を混合するための混練空間を形成する空間形成部材の内壁面と、の間で混合物に対する剪断力が生じる。混練翼が回転し続けると、何度も混合物に対して剪断力が与えられる。繰り返し剪断力が与えられることにより、混合物に剪断熱が発生する。混練翼の駆動が継続されている間は剪断力も継続的に混合物に加わるので、混合物に生ずる剪断熱が多くなる。こうして発生する剪断熱が蓄積されて混合物が所定の温度まで到達すると、混合物中に残っている未溶融の樹脂材料が溶融し、混合物全体に対して均一に分散することとなる。従って、製造されたフィラーコンパウンドを成形し、冷却して固化させると、高強度の成形物を形成することが可能となる。なお、成形物は様々な形状のものが考えられ、例えば、ペレットであってもよいし、建築用材等の成形体であってもよい。
【0009】
また、上記混練翼は、略螺旋状とされ、外周端と上記空間形成部材の内壁面とが所定のクリアランスとされることにより上記樹脂材料を溶融可能な剪断熱が発生するように設けられている構成としてもよい。
ここで用いられる混練装置は、混練翼の外周端と空間形成部材の内壁面との間隔が所定のクリアランスとされている。混練翼を回転駆動させると、混合物は圧力を加えられるので、所定のクリアランスとされた混練翼の外周端と空間形成部材の内壁面との間に押され、剪断力が付与されて、混合物に剪断熱が生成する。混練翼の回動を継続している間は剪断力も継続的に混合物に加わるので、混合物に生ずる剪断熱が多くなる。このようにして、加熱溶融した樹脂材料は混合物全体に対して均一に分散する。
むろん、混練装置は混合物に剪断力を生じさせて剪断熱を発生させることができればよい。従って、上述した混練翼を有する装置以外にも、回動する撹拌翼により剪断熱を発生させる作用を有する撹拌装置や混合装置等も本発明にいう混練装置に含まれる。
【0010】
ところで、上記混合物に所定の圧力を加えることにより、上記樹脂材料を同混合物全体に浸潤させる構成としてもよい。混合物に所定の圧力を加えると、混合物中のフィラーと樹脂材料とが圧縮されて互いの間隔が縮まることにより、フィラーと樹脂材料とがより結着されて馴染み、樹脂材料が混合物全体に浸潤する。すると、より均質で良質なフィラーコンパウンドを製造することができる。
【0011】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、混合物中のフィラーまで十分に加熱して短時間に十分な熱量をフィラーコンパウンドに与えることができ、フィラーコンパウンドの連続生産を容易にさせて生産効率を向上させることが可能な高充填フィラーコンパウンドの製造方法を提供することができる。
請求項2〜請求項4にかかる発明によれば、混合物に対して確実に剪断力を付与して剪断熱を発生させる具体例を提供することができる。その結果、フィラーと樹脂材料とが均一に混合された均質で良質なフィラーコンパウンドを製造することができ、高強度の成形物を形成することが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、下記の順序に従って本発明の実施形態を説明する。
(1)フィラーコンパウンド製造方法の概要:
(2)フィラーコンパウンド製造方法の詳細:
(3)フィラーコンパウンド製造方法の作用:
(4)第二の実施形態:
【0013】
(1)フィラーコンパウンド製造方法の概要:
図1は、本発明の第一の実施形態にかかる高充填フィラーコンパウンドの製造方法を工程別に示す概略的な流れ図である。
フィラーコンパウンドE1は、微粒状とされたフィラー(充填材)と、このフィラーを塊状に結着させるための所定の樹脂材料を加熱溶融して混合した状態にある中間生成物である。このフィラーコンパウンドE1を所定の形状に成形すると、ウッドプラスチックや建築材料等の成形物が形成される。つまり、フィラーコンパウンドE1とは、建築用材等の各種成形体や骨材等とされる各種ペレットを製造するための中間生成物である。
【0014】
フィラーコンパウンドを製造する際、まず、微粒状のフィラーA1と樹脂材料B1とをフィラーコンパウンド製造装置30へ投入する(工程S10)。本実施形態の樹脂材料B1は、粒状のものを用いているが、フィラーA1と混合可能な形状であればどのような形状のものを用いてもよい。次に、フィラーA1と樹脂材料B1とを混合して加熱溶融混練前の原料混合物C1を生成し、この原料混合物C1を加熱溶融混練して、溶融混合物D1に変化させる(工程S11)。そして、溶融混合物D1に圧力を加えながら排出すると(工程S12)、フィラーコンパウンドE1が製造される。
【0015】
なお、フィラーコンパウンドE1の原料を構成しているフィラーA1と、樹脂材料B1とから構成される混合物は、便宜上、製造工程の経過状況に合わせて名称を変えることとする。すなわち、加熱溶融混練される前の混合物を原料混合物C1とし、加熱溶融混練中の混合物を溶融混合物D1とし、加熱溶融混練後の不定形状の物質をフィラーコンパウンドE1とする。
【0016】
フィラーA1としては、種々の材料を採用可能であり、例えば、木質系材料であってもよいし、鉱物系材料であってもよい。ここで、木質系材料は、木粉,木毛,木片,木質繊維,木質パルプ,木質繊維束,等、さまざまなものを採用可能であるし、竹繊維,麻繊維,バカス,モミガラ,稲わら等セルロースを主成分とする材料を混合してもよい。木材は家具工場や建築現場等あらゆる場面で常用されており、これらの場面で木材の切り屑が発生すればこのような切り屑を集めれば木質系材料として使用することができる。また、木材本体を家具や建築用材等の原料にした後には多量の廃材が発生するので、このような廃材を粉砕すればよい。さらに、家具や建築用材が廃棄されたときには当該廃棄物を粉砕すればよい。このような構成によれば木質系成形体のコストが非常に低くなり、また、ゴミを低減することに大きく寄与することができるし、廃棄物リサイクルを促進することもできる。
本実施形態では、フィラーA1として微粒状(粉末状や微細な繊維状を含む)の木粉10を用いている。
木粉10の粒径は種々の径が採用可能であり、樹脂材料によって木粉10同士が結合できるような粒径であればよい。なお、木粉の粒度を調整することによって、フィラーコンパウンドから形成される成形体の強度を調整することができる。
【0017】
樹脂材料B1としては、種々の樹脂を採用可能であり、例えば、ポリプロピレン,ポリエチレン,ポリスチレン,ポリメチルメタアクリレート,塩化ビニル,ナイロン,ポリカーボネート,ポリアセタール,ポリブチレンテレフタレート,ポリエチレンテレフタレート、等の熱可塑性樹脂を使用可能である。むろん、フェノール樹脂,ユリア樹脂,メラミン樹脂,不飽和ポリエステル樹脂,エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等を用いることも可能である。これらの樹脂を複数組み合わせて使用してもよい。
本実施形態では、熱可塑性樹脂の一種であるポリオレフィン系樹脂材20を用いている。同樹脂材20は、具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン等のアルケンの重合体からなる物質であり、上述の木粉10と混合しやすいように所定径の粒状に形成されている。このポリオレフィン系樹脂材20は、木粉10と同様に、不要となった産業廃棄物を利用可能である。また、このポリオレフィン系樹脂材20を産業廃棄物を再利用する場合には、複数種類の樹脂が混在していることも考えられるが、フィラーA1と相溶性を有する材質であれば、数種類の樹脂が混在しているものであっても利用可能である。
【0018】
木粉10とポリオレフィン系樹脂材20の配合割合は、フィラーコンパウンドE1から形成される成形体の用途に応じて適宜決定可能である。一般に、木粉が多い高充填フィラーコンパウンドから成形体を形成すると温度変化による変形は少なく、より軽量化され、木質感が向上する。一方、樹脂材が多いと、加熱軟化したフィラーコンパウンドの流動性は大きく、製造された成形体は強度を意味する機械的性能が大きくなり、耐水性が向上する。両素材10,20の重量割合は、フィラーコンパウンドE1の性質や成形体に要求される性質に応じて適宜好ましい比率を選択可能であり、木粉と等重量以下の樹脂材とを加熱して溶融混練することもできる。
【0019】
なお、このフィラーコンパウンドE1には、フィラーA1と樹脂材料B1との相溶性を向上させるために所定の酸からなる添加剤(図示省略)が添加されていてもよい。この添加剤には、例えば、マレイン酸などが用いられている。このマレイン酸は、フィラーA1と樹脂材料B1とに混合することにより、互いの結着性を向上させる作用を有している。
【0020】
フィラーコンパウンド製造装置30は、加熱溶融装置と、溶融混練を行う混練装置とを備えている。ここで、同装置30は、原料混合物C1を、加熱溶融装置による加熱と、混練装置により原料混合物C1に剪断力を生じさせて発生する剪断熱と、によって加熱する。原料混合物C1が両者によって加熱されるので、樹脂材料B1は速やかに溶融し、溶融混合物D1が生成する。その結果、フィラーA1と樹脂材料B1とを速やかに加熱して溶融混練し、フィラーまで十分に加熱されて短時間に十分な熱量がフィラーコンパウンドE1に付与される。従って、フィラーコンパウンドの連続生産が容易となり、フィラーコンパウンドの生産効率は良好となる。
【0021】
(2)フィラーコンパウンド製造方法の詳細:
図2は本発明の高充填フィラーコンパウンドの製造方法によりフィラーコンパウンドを製造するフィラーコンパウンド製造装置30の構成の概略を示す側面図であり、図3は同装置30の上面図である。以下、同装置30を用いた高充填フィラーコンパウンドの製造方法について説明する。フィラーコンパウンド製造装置30は、材料供給装置32と、混合物搬送装置(混練装置)34と、加熱溶融装置36と、成形装置38と、成形物搬送装置40と、制御盤42とを備えている。
【0022】
材料供給装置32は、中空の略円筒形状に形成され、上面に開口部32aを備えたホッパ装置33を有する。上述の原料混合物C1を開口部32aから投入すると、同原料混合物C1をホッパ装置33に収容することができる。従って、フィラーコンパウンドを製造する際には、まず、原料混合物C1をホッパ装置33に投入する作業を行うことになる。
【0023】
ホッパ装置33の内部には、撹拌部材33aと、この撹拌部材33aが接続された撹拌部材接続円板33bとが所定位置にそれぞれ配設されている。同円板33bは、ベルト33cを介して撹拌部材駆動モータ33dに接続されている。このモータ33dの駆動力がベルト33cを介して撹拌部材接続円板33bに伝達され、同円板33bと撹拌部材33aとを回転駆動させる。これによって、ホッパ装置33の内部に収容された材料A1,B1は、粒状のまま攪拌されて略均一に混和され、原料混合物C1となる。この原料混合物C1は、原料混合物搬出口から次工程である混合物搬送装置34へ搬送される。
【0024】
混合物搬送装置34は、原料混合物の溶融混練を行うために配設された一軸押出混練装置である。粒状の原料混合物C1は、原料混合物搬入口34aから混合物搬送装置34に流入する。
図4は、混合物搬送装置の要部の構成を示す概略図である。混合物搬送装置34は、内壁面にて原料混合物C1を混練する内部空間(混練空間)34b1を形成する中空管(空間形成部材)34bと、内部空間34b1の中に配設された混練翼35bを有するスクリュー35とを備えている。中空管34bは、略円筒形状を呈している。スクリュー35は、内部空間34b1の所定位置に配設されており、混合物搬送装置34の長手方向に沿って中空管34bの軸心を通るようにしてスクリュー軸35aが設けられている。混練翼35bは、略螺旋状とされ、回転駆動される際に外周端と中空管34bの内壁面との間で混合物C1,D1に剪断力を付与させるように設けられている。
【0025】
スクリュー35には、スクリュー軸35aの軸方向に沿って複数フライトの螺旋状ネジ山からなる混練翼35bが形成されている。すなわち、この混練翼35bがスクリューとして機能するように設けられている。また、このスクリュー軸35aは、一端が成形装置38に挿入される状態で配設されている。原料混合物搬入口34aより搬入された原料混合物C1は、内部空間34b1に一時収容される。
【0026】
ここで、スクリュー35には、ギア部34dを介してスクリュー軸駆動モータ34eが設けられている。同モータ34eは、ギア部34dを介してスクリュー軸35aを駆動している。スクリュー軸駆動モータ34eを駆動させると、スクリュー35の回転運動によって内部空間34b1に収容されている原料混合物C1が原料混合物搬入口34aから溶融混合物排出口34c方向に向かって溶融混練されながら押し出されていく。なお、スクリュー軸35aを所定の回転速度で回転駆動すると、混合物C1,D1は圧力を加えられながら所定の押出速度で押し出される。そして、溶融混合物D1は溶融混合物排出口34cから排出され、不定形のフィラーコンパウンドE1が生成する。
混合物搬送装置34が溶融混合物を搬送する能力は、樹脂材料の溶融にかかる時間や、軟化された溶融混合物の粘度等の性質等に応じて決定すればよい。その際、溶融混合物排出口34cの大きさや、混練翼35bの形状や、スクリュー35の回転速度を調節することにより、内部空間34b1内の混合物C1,D1に対して所定の圧力を加えるようにしている。この圧力を、溶融混合物排出口34cから排出される溶融混合物D1全体に対して溶融状態の樹脂材料が略均一に浸潤される圧力以上とすると、加熱溶融した樹脂材料が溶融混合物D1全体に対して均一に分散するとともに、溶融混合物D1中のフィラーと樹脂材料とが圧縮されて互いの間隔が縮まることにより、フィラーと樹脂材料とがより結着されて馴染む。従って、排出されるフィラーコンパウンドE1は均質とされ、同フィラーコンパウンドE1を成形し、冷却して固化させると、高強度の成形物を形成することが可能となる。
【0027】
混合物C1,D1に加える圧力は、以下のようにして調節することができる。
例えば、溶融混合物排出口34cの大きさを小さくすると混合物への圧力を大きくさせ、同排出口34cの大きさを小さくすると混合物への圧力を小さくさせることができる。また、スクリュー軸35aの回転を速くすると混合物への圧力を大きくさせ、同スクリュー軸35aの回転を遅くすると混合物への圧力を小さくさせることができる。さらに、混練翼35bの螺旋ピッチを排出口34cに向かって狭めていくことにより、中空管34b内を搬送されていく混合物C1,D1に加える圧力を次第に上昇させるようにすることができる。すると、樹脂材料が全て溶融した溶融混合物D1のみに対して高い圧力を加えることができるため、必要以上にスクリュー35の回転駆動に動力を消費せず、効率よく混合物C1,D1に圧力を加えて均質で良質のフィラーコンパウンドE1を得ることが可能となる。
このようにして、混合物C1,D1に対して所定の圧力が加わるようにしている。
【0028】
加熱溶融装置36は、中空管34bの側方に設けられている。混合物搬送装置34は混合物に剪断力を生じさせて発生する剪断熱によって混合物C1,D1を加熱するが、それとともに加熱溶融装置36はさらに混合物C1,D1を加熱するために設けられている。
加熱溶融装置36は、概略、複数のヒータ部36aと、これらのヒータ部36aに対応した複数のブロア部36bとを備えている。ヒータ部36aは、発熱体(図示省略)を有しており、この発熱体により高温とされた空気をブロア部36bにて中空管34bに吹き付けることにより、中空管34b内の混合物C1,D1を加熱する。
ヒータ部36aは、樹脂材料の種類に応じて発熱体の加熱温度調節を設定できる構成を有している。ここで、ヒータ部36aは、樹脂材料を溶融させる温度に上昇させることができればよく、樹脂材料の種類に応じてヒータの加熱能力を決定すればよい。溶融混合物の温度が樹脂材料の融点よりも高く、木粉が炭化しないようにヒータ部の加熱を設定すると、木粉を炭化させずに両者を溶融混合することができる。例えば、樹脂材料としてポリプロピレンを用いる場合、溶融混合物が200℃前後となるようにヒータの加熱能力を設定すればよい。このように、加熱溶融装置36は、混合物を所定の温度まで加熱する機能を有している。
【0029】
生成したフィラーコンパウンドE1は、成形装置38に搬入され、所定の形状に成形されて、成形体とされる。同成形体は、成形物搬送装置40により搬送され、適宜選別されて、成形体収容部に収容される。
制御盤42は、複数の操作ボタンと、本フィラーコンパウンド製造装置30の運転条件の設定や運転状態をモニタリングする操作ディスプレイとが前面に配置されている。本装置30の操作者は、この制御盤42を使用して各種操作を行う。すると、制御盤42は、混合物搬送装置34に対して押し出し圧力と押し出しに要する時間配分等を制御したり、加熱溶融装置36に対して加熱温度や加熱時間等を制御したり等、上述した各種装置32,34,36,38,40を統合制御する。
【0030】
(3)フィラーコンパウンド製造方法の作用:
以下、本高充填フィラーコンパウンドの製造方法の作用について図面を利用して説明する。
スクリュー軸35aの外周には、中空管34bの内壁面に沿うように設けられた螺旋状の混練翼35bが設けられている。この混練翼35bの外周端は、中空管34bの内壁面との間隔Vが所定のクリアランスとなるように配設されている。混練翼35bは、外周端と中空管34bの内壁面とが所定のクリアランスとされることにより原料混合物C1中の樹脂材料B1を溶融可能な剪断熱が発生するように設けられている。
ここで、フィラーに対して剪断力を働かせ、混合物に剪断熱を発生させるには、間隔Vをフィラーの径よりも小さくすればよい。例えば、フィラーが略球形である場合、間隔Vはフィラーの径の約1/10とするのが好ましい。従って、略球形のフィラーの径が約100μmであるとき、間隔Vを約10μmに設定すればよい。また、フィラーが略繊維状である場合、間隔Vは繊維の径の約1/10とするのが好ましい。なお、フィラーは、略球形であるよりも略繊維状であるほうが剪断力は生じやすく、混合物に剪断熱が発生しやすい。
【0031】
スクリュー35を回転駆動すると、原料混合物C1は、併設されている加熱溶融装置36により加熱されながら混練される。そして、この原料混合物C1は、圧力を受け、溶融混合物排出口34c方向へ圧縮されながら搬送されていく。
【0032】
スクリュー35の回転駆動を継続すると、原料混合物C1は、溶融混合物排出口34c方向へ押されていき(矢印1)、やがて、原料混合物C1中の樹脂材料B1がおおむね溶融されることにより溶融混合物D1が生成され、さらに、この溶融混合物D1が混合物搬送装置34から排出されることになる(矢印2)。ここで、溶融混合物D1には所定の圧力が加えられているので、混合物C1,D1の一部が間隔Vとされた中空管34bの内壁面と混練翼35bの外周端との間に向かって原料混合物搬入口34a方向へ逆流しようとする(矢印3)。
【0033】
このとき、混合物C1,D1は圧力を加えられるので、図5の上段に示すように、間隔Vのクリアランスとされた混練翼35bの外周端35b1と中空管34bの内壁面34b2との間に押されることになり、混合物に対する剪断力が生じる。すると、図の中段に示すように、混合物C1,D1中の木粉10が、外周端35b1と内壁面34b2との間で剪断される。混練翼が回転し続けると、何度も混合物に対して剪断力が与えられ、図の下段に示すように、木粉10は剪断され、剪断された木粉11が生成する。繰り返し剪断力が与えられることにより、混合物に剪断熱が発生する。混練翼35bの駆動が継続されている間は剪断力も継続的に混合物C1,D1に加わるので、混合物C1,D1に生ずる剪断熱が多くなる。こうして発生する剪断熱が蓄積されて原料混合物C1が所定の温度まで到達すると、原料混合物C1中に残存する加熱溶融していない樹脂材料が溶融し、原料混合物C1全体に対して均一に分散することとなる。
【0034】
このように、微粒状のフィラーと樹脂材料とからなる原料混合物C1は、加熱溶融装置36によって加熱されるとともに、混合物搬送装置34により混合物C1,D1に剪断力を生じさせて発生する剪断熱によっても加熱される。混合物C1,D1が両者により加熱されるので、未溶融の樹脂材料が速やかに溶融し、フィラーと樹脂材料とを速やかに溶融混練してフィラーコンパウンドを製造することができる。従って、フィラーまで十分に加熱して短時間に十分な熱量をフィラーコンパウンドに与えることができ、フィラーコンパウンドの連続生産を容易にさせて生産効率を向上させることが可能となる。ここで、製造されるフィラーコンパウンドはフィラーと樹脂材料とが均一に混合された均質で良質な混合物であるので、同フィラーコンパウンドを成形し、冷却して固化させると、高強度の成形物を形成することが可能となる。
【0035】
(4)第二の実施形態:
なお、上述した第一の実施形態では、原料混合物C1をスクリュー35を用いて溶融混練してフィラーコンパウンドを製造したが、加熱溶融中の原料混合物C1に対して剪断熱を付与することが可能であれば、スクリュー35に限らず混練用のダイスを設けてダイスの回転運動によって剪断熱を発生させるようにするなど、スクリュー35以外の装置を用いるようにしてもよい。
【0036】
図6は、第二の実施形態にかかる高充填フィラーコンパウンドの製造方法によりフィラーコンパウンドを溶融混練する混練装置50の構成の概略を示す垂直断面図である。
本混練装置50は、ニーダーとも呼ばれるセメント等の混練用の公知のバッチ型装置である。本装置50は、上面に略長方形とされた投入口51aを有する混合槽(空間形成部材)51の中に、軸部52a,53aを略水平方向に向けて回動可能に取り付けられた二つの混練ローラ52,53が設けられた、溶融混練をバッチ毎に行うための装置である。混合槽51の下部にある排出口51bは、開閉動可能に設けられている。排出口51bを閉じた状態で微粒状のフィラーと固形の樹脂材料との1バッチ分を投入口51aから投入すると、フィラーと樹脂材料とから構成される混合物を混合槽51に収容することができる。そして、混合槽51の内壁面51cにて混合物を混練する混練空間51dを形成する。
【0037】
混練ローラ52,53は、軸部52a,53aの軸周りに連続した混練翼52b,53bが取り付けられており、混練空間51dの中で軸部52a,53aを回転中心として同方向(図では右回り)に回転駆動されるようになっている。ここで、混練翼52b,53b間は間隔V’の所定のクリアランスとされている。混練翼52b,53bは、これらの間が所定のクリアランスとされることにより、回転駆動される際に混練翼52b,53b間で上記混合物に剪断力を付与し、混合物中の樹脂材料を溶融可能な剪断熱が発生するように設けられている。
なお、分かりやすく説明するため、図では混練翼52b,53bを断面が楕円に近い形状として描いているが、混練翼52b,53bは楕円柱状であることを必ずしも意味している訳ではなく、なるべく均一に混練されるように複雑な形状としてもよい。
【0038】
ここでも、間隔V’をフィラーの径よりも小さくすれば、フィラーに対して剪断力を働かせ、混合物に剪断熱を発生させることができる。混合物に剪断力を生じさせるのに好適な間隔は、第一の実施形態と同様であり、例えば、フィラーが略球形である場合、間隔Vはフィラーの径の約1/10とするのが好ましい。また、フィラーが略繊維状である場合、間隔Vは繊維の径の約1/10とするのが好ましい。
混練装置50には、図示しない加熱溶融装置が併設されている。そして、この加熱溶融装置による加熱と、混練装置50により混合物に剪断力を生じさせて発生する剪断熱と、によって、混合物を所定の温度まで加熱して、溶融混練し、フィラーコンパウンドを製造する。すなわち、この加熱溶融装置と混練装置50とからフィラーコンパウンド製造装置が構成される。
【0039】
上記のように構成しても、混練翼52b,53bの間で混合物に対する剪断力が生じる。すると、混合物中のフィラーが、混練翼52b,53bの間で剪断される。混練翼52b,53bが回転し続けると、何度も混合物に対して剪断力が与えられ、フィラーは剪断され、剪断されたフィラーが生成する。繰り返し剪断力が与えられることにより、混合物に剪断熱が発生する。混練翼52b,53bの駆動が継続されている間は剪断力も継続的に混合物に加わるので、混合物に生ずる剪断熱が多くなる。こうして発生する剪断熱が蓄積されて混合物が所定の温度まで到達すると、混合物中に残存する加熱溶融していない樹脂材料が溶融し、混合物全体に対して均一に分散することとなる。
【0040】
このように、混合物は、加熱溶融装置によって加熱されるとともに、混練装置50により混合物に剪断力を生じさせて発生する剪断熱によっても加熱される。混合物が両者により加熱されるので、未溶融の樹脂材料が速やかに溶融し、フィラーと樹脂材料とを速やかに溶融混練してフィラーコンパウンドを製造することができる。従って、フィラーまで十分に加熱して短時間に十分な熱量をフィラーコンパウンドに与えることができ、フィラーコンパウンドの連続生産を容易にさせて生産効率を向上させることが可能となる。ここで、製造されるフィラーコンパウンドはフィラーと樹脂材料とが均一に混合された均質で良質な混合物であるので、同フィラーコンパウンドを成形し、冷却して固化させると、高強度の成形物を形成することが可能となる。
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、混合物中のフィラーまで十分に加熱して短時間に十分な熱量をフィラーコンパウンドに与えることができ、連続生産を容易にさせてフィラーコンパウンドの生産効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の実施形態にかかる高充填フィラーコンパウンドの製造方法を示す概略的な流れ図である。
【図2】フィラーコンパウンド製造装置の概略的な構成を示す側面図である。
【図3】フィラーコンパウンド製造装置の概略的な構成を示す上面図である。
【図4】フィラーコンパウンド製造装置の要部の構成を示す概略図である。
【図5】本高充填フィラーコンパウンドの製造方法の作用を模式的に説明する図である。
【図6】第二の実施形態において、混練装置の構成の概略を示す垂直断面図である。
【符号の説明】
A1…フィラー
B1…樹脂材料
C1…原料混合物
D1…溶融混合物
E1…フィラーコンパウンド
10…木粉
11…剪断された木粉
20…ポリオレフィン系樹脂材
30…フィラーコンパウンド製造装置
34…混合物搬送装置(混練装置)
34b…中空管(空間形成部材)
34b1…内部空間(混練空間)
34b2…中空管の内壁面
35…スクリュー
35b…混練翼
35b1…混練翼の外周端
36…加熱溶融装置
50…混練装置
51…混合槽(空間形成部材)
51d…混練空間
52,53…混練ローラ
52b,53b…混練翼[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a highly filled filler compound in which a mixture of a filler and a resin material is heated and melt-kneaded.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, a filler compound has been manufactured by heat-melting and kneading a mixture of a fine-grained filler and a resin material using a heat-melting apparatus. There is also known a method in which a filler and a resin material are stirred at a high speed in a mixing tank with a high-speed stirring blade (super mixer), and the mixture is heated using frictional heat generated when the fillers collide with each other. As a conventional technique for heating a mixture using a mixing tank with a high-speed stirring blade, one disclosed in Patent Document 1 is known.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-290466 (paragraphs 0026-0042)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, heating using a heating / melting device or frictional heat generated at the time of collision between fillers cannot sufficiently heat the fillers, so that a sufficient amount of heat may not be provided to the filler compound in a short time.
[0005]
For this reason, continuous production was difficult, and it was sometimes difficult to improve production efficiency.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and can sufficiently heat a filler in a mixture to give a sufficient amount of heat to a filler compound in a short time, thereby facilitating continuous production. An object of the present invention is to provide a method for producing a highly filled filler compound capable of improving efficiency.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a method for producing a highly-filled filler compound in which a mixture of a fine-grained filler and a resin material is melted and kneaded by heating to a predetermined temperature. Heating is performed by heating with a heating and melting device and shear heat insulation generated by generating a shearing force in the mixture by a kneading device provided for performing melt-kneading.
That is, the mixture composed of the fine-grained filler and the resin material is heated by a heating and melting device, and a shearing heat generated by generating a shearing force on the mixture by a kneading device arranged to perform melt-kneading. Is also heated. Since the mixture is heated by both, the unmelted resin material remaining in the mixture is quickly melted. As a result, the filler and the resin material can be quickly melt-kneaded to produce a filler compound.
Thereby, sufficient heat can be given to the filler compound in a short time by sufficiently heating the filler, and continuous production of the filler compound can be facilitated to improve the production efficiency.
Various shapes of the finely divided filler are conceivable, and even a powdery or fine fibrous shape is included in the finely divided shape according to the present invention. In addition, by adjusting the particle size of the filler, the strength of the molded article formed from the filler compound can be adjusted.
[0008]
Here, the kneading device has a space forming member that forms a kneading space for kneading the mixture on the inner wall surface, and kneading blades disposed in the kneading space, and the kneading blade is driven by rotation. It is good also as composition provided so that a shearing force may be given to the above-mentioned mixture between an outer peripheral end and the inner wall surface of the same space formation member at the time of doing.
That is, when the kneading blade is driven to rotate, the mixture is pressurized, so that the shearing of the mixture between the outer peripheral end of the kneading blade and the inner wall surface of the space forming member forming the kneading space for mixing the mixture is performed. Forces arise. As the kneading blade continues to rotate, shearing force is applied to the mixture many times. The shear heat is generated in the mixture by the repeated application of the shearing force. Since the shear force is continuously applied to the mixture while the driving of the kneading blade is continued, the shear heat generated in the mixture increases. When the generated shear insulation accumulates and the mixture reaches a predetermined temperature, the unmelted resin material remaining in the mixture is melted and uniformly dispersed throughout the mixture. Therefore, when the manufactured filler compound is molded, cooled, and solidified, it is possible to form a high-strength molded product. It is to be noted that the molded article may have various shapes, and may be, for example, a pellet or a molded article such as a building material.
[0009]
Further, the kneading wing is formed in a substantially spiral shape, and is provided so as to generate shear heat insulation capable of melting the resin material by providing a predetermined clearance between an outer peripheral end and an inner wall surface of the space forming member. Configuration.
In the kneading apparatus used here, the clearance between the outer peripheral end of the kneading blade and the inner wall surface of the space forming member is a predetermined clearance. When the kneading blades are driven to rotate, the mixture is pressurized, so that the mixture is pushed between the outer peripheral end of the kneading blades having a predetermined clearance and the inner wall surface of the space forming member, and a shearing force is applied to the mixture to give the mixture. Shear insulation is created. Since the shearing force is continuously applied to the mixture while the rotation of the kneading blade is continued, the shear heat generated in the mixture increases. In this way, the heat-melted resin material is uniformly dispersed throughout the mixture.
Needless to say, the kneading device only needs to be able to generate shearing heat in the mixture to generate shear insulation. Therefore, in addition to the above-described device having the kneading blades, the kneading device according to the present invention includes a stirring device, a mixing device, and the like having an action of generating shear heat by the rotating stirring blades.
[0010]
Incidentally, a configuration may be adopted in which the resin material is infiltrated into the entire mixture by applying a predetermined pressure to the mixture. When a predetermined pressure is applied to the mixture, the filler and the resin material in the mixture are compressed, and the distance between the filler and the resin material is reduced, whereby the filler and the resin material are more bound and adapted, and the resin material infiltrates the entire mixture. . Then, a more uniform and high quality filler compound can be manufactured.
[0011]
【The invention's effect】
As described above, the present invention can provide a filler compound with a sufficient amount of heat in a short time by sufficiently heating the filler in the mixture, thereby facilitating continuous production of the filler compound and improving production efficiency. It is possible to provide a method for producing a highly filled filler compound capable of being used.
According to the invention according to
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order.
(1) Outline of filler compound manufacturing method:
(2) Details of the filler compound production method:
(3) Function of filler compound manufacturing method:
(4) Second embodiment:
[0013]
(1) Outline of filler compound manufacturing method:
FIG. 1 is a schematic flow chart showing a method of manufacturing a highly filled filler compound according to a first embodiment of the present invention for each step.
The filler compound E1 is an intermediate product in a state where a finely divided filler (filler) and a predetermined resin material for binding the filler into a lump are melted by heating. When this filler compound E1 is molded into a predetermined shape, a molded product such as wood plastic or a building material is formed. That is, the filler compound E1 is an intermediate product for producing various molded articles such as building materials and various pellets used as aggregates.
[0014]
When manufacturing the filler compound, first, the finely divided filler A1 and the resin material B1 are charged into the filler compound manufacturing apparatus 30 (step S10). Although the resin material B1 of the present embodiment uses a granular material, any shape may be used as long as it can be mixed with the filler A1. Next, the filler A1 and the resin material B1 are mixed to generate a raw material mixture C1 before heat-melting and kneading, and the raw material mixture C1 is heated and melt-kneaded to change into a molten mixture D1 (step S11). Then, when the molten mixture D1 is discharged while applying pressure (step S12), the filler compound E1 is manufactured.
[0015]
In addition, the name of the mixture composed of the filler A1 and the resin material B1 constituting the raw material of the filler compound E1 is changed for convenience according to the progress of the manufacturing process. That is, the mixture before the heat melting and kneading is referred to as a raw material mixture C1, the mixture during the heat melting and kneading is referred to as a molten mixture D1, and the irregularly shaped material after the heat melting and kneading is referred to as a filler compound E1.
[0016]
Various materials can be adopted as the filler A1, and for example, a wood-based material or a mineral-based material may be used. Here, as the wood-based material, various materials such as wood flour, wood wool, wood chips, wood fiber, wood pulp, wood fiber bundle, etc. can be adopted, and bamboo fiber, hemp fiber, bacas, fir, rice straw and the like are available. Materials such as cellulose as a main component may be mixed. Wood is commonly used in every scene, such as furniture factories and construction sites. If wood chips are generated in these scenes, such chips can be collected and used as a wood-based material. In addition, a large amount of waste material is generated after the wood body is used as a raw material for furniture, building materials, and the like, and such waste material may be crushed. Further, when furniture and building materials are discarded, the waste may be crushed. According to such a configuration, the cost of the wood-based molded body is extremely low, and it can greatly contribute to the reduction of dust and can promote the recycling of waste.
In the present embodiment, finely divided wood powder 10 (including powder and fine fiber) is used as the filler A1.
Various particle diameters can be adopted as the particle size of the
[0017]
Various resins can be used as the resin material B1, and examples thereof include thermoplastic resins such as polypropylene, polyethylene, polystyrene, polymethyl methacrylate, vinyl chloride, nylon, polycarbonate, polyacetal, polybutylene terephthalate, and polyethylene terephthalate. Can be used. Of course, a thermosetting resin such as a phenol resin, a urea resin, a melamine resin, an unsaturated polyester resin, and an epoxy resin can also be used. These resins may be used in combination.
In the present embodiment, a
[0018]
The mixing ratio of the
[0019]
Note that an additive (not shown) made of a predetermined acid may be added to the filler compound E1 in order to improve the compatibility between the filler A1 and the resin material B1. For this additive, for example, maleic acid or the like is used. This maleic acid has an effect of improving the binding property of each other by being mixed with the filler A1 and the resin material B1.
[0020]
The filler
[0021]
(2) Details of the filler compound production method:
FIG. 2 is a side view schematically showing the configuration of a filler
[0022]
The
[0023]
Inside the
[0024]
The
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of the mixture transport device. The
[0025]
The
[0026]
Here, the
The ability of the
[0027]
The pressure applied to the mixtures C1 and D1 can be adjusted as follows.
For example, reducing the size of the
In this way, a predetermined pressure is applied to the mixtures C1 and D1.
[0028]
The heating and
The heating /
The
[0029]
The generated filler compound E1 is carried into the
The
[0030]
(3) Function of filler compound manufacturing method:
Hereinafter, the operation of the method for producing the highly filled filler compound will be described with reference to the drawings.
On the outer periphery of the
Here, in order to apply shearing force to the filler to generate shear heat insulation in the mixture, the interval V may be smaller than the diameter of the filler. For example, when the filler is substantially spherical, the interval V is preferably about 1/10 of the diameter of the filler. Therefore, when the diameter of the substantially spherical filler is about 100 μm, the interval V may be set to about 10 μm. When the filler is substantially fibrous, the interval V is preferably about 1/10 of the fiber diameter. Note that the filler is more likely to generate a shearing force when it is substantially fibrous than when it is substantially spherical, and shear heat is likely to be generated in the mixture.
[0031]
When the
[0032]
When the rotation of the
[0033]
At this time, pressure is applied to the mixtures C1 and D1, and as shown in the upper part of FIG. 5, between the outer peripheral end 35b1 of the kneading
[0034]
As described above, the raw material mixture C1 including the fine-grained filler and the resin material is heated by the heating /
[0035]
(4) Second embodiment:
In the first embodiment described above, the raw material mixture C1 is melt-kneaded using the
[0036]
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration of a kneading
The kneading
[0037]
The kneading rollers 52, 53 are provided with kneading
Although the kneading
[0038]
Also in this case, if the interval V ′ is smaller than the diameter of the filler, a shearing force is exerted on the filler, so that shear insulation can be generated in the mixture. An interval suitable for generating a shear force in the mixture is the same as that in the first embodiment. For example, when the filler is substantially spherical, the interval V is preferably about 1/10 of the diameter of the filler. . When the filler is substantially fibrous, the interval V is preferably about 1/10 of the fiber diameter.
The kneading
[0039]
Even with the above configuration, a shearing force is generated on the mixture between the kneading
[0040]
As described above, the mixture is heated by the heating and melting device, and also by the shear heat generated by generating a shear force in the mixture by the kneading
As described above, according to the present invention, according to various aspects, it is possible to sufficiently heat the filler in the mixture to give a sufficient amount of heat to the filler compound in a short time, thereby facilitating continuous production and improving the filler compound. Production efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic flow chart showing a method for producing a highly filled filler compound according to a first embodiment.
FIG. 2 is a side view showing a schematic configuration of a filler compound manufacturing apparatus.
FIG. 3 is a top view illustrating a schematic configuration of a filler compound manufacturing apparatus.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of a filler compound manufacturing apparatus.
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating the operation of the method for producing a highly filled filler compound.
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view schematically showing a configuration of a kneading apparatus in a second embodiment.
[Explanation of symbols]
A1: Filler
B1: resin material
C1: Raw material mixture
D1 ... Molten mixture
E1: Filler compound
10 ... wood flour
11 ... Sheared wood flour
20 ... Polyolefin resin material
30 ... Filler compound production equipment
34: Mixture transfer device (kneading device)
34b ... hollow tube (space forming member)
34b1: Internal space (kneading space)
34b2 ... inner wall surface of hollow tube
35 ... screw
35b ... Kneading wing
35b1 ... outer peripheral edge of kneading wing
36 ... Heating and melting equipment
50 ... Kneading device
51 ... mixing tank (space forming member)
51d ... kneading space
52, 53 ... kneading roller
52b, 53b ... kneading wings
Claims (4)
上記混合物を、加熱溶融装置による加熱と、溶融混練を行うために配設された混練装置により上記混合物に剪断力を生じさせて発生する剪断熱と、によって加熱することを特徴とする高充填フィラーコンパウンドの製造方法。In a method for producing a highly-filled filler compound, a mixture comprising a fine-grained filler and a resin material is heated to a predetermined temperature and melt-kneaded.
A high-fill filler characterized in that the mixture is heated by heating with a heating and melting device, and by shear heat generated by generating a shearing force in the mixture by a kneading device provided for performing melt kneading. Compound manufacturing method.
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