JP2005262824A - Screw for resin extrusion, and molding method for molded article colored in pattern - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、樹脂押出用スクリュウおよび模様着色品の成形方法に関する。詳しくは、木目調などの原着模様外観成形において、加熱効率を高めることのできる樹脂押出用スクリュウおよびそのスクリュウを装備した押出機を用いた模様着色品の成形方法に関する。 The present invention relates to a resin extrusion screw and a method for molding a pattern-colored product. More specifically, the present invention relates to a resin extrusion screw capable of increasing the heating efficiency and a pattern coloring product molding method using an extruder equipped with the screw.
原着で木目外観を出す成形技術として、顔料マスターバッチに関する技術(特許文献1および特許文献2参照)や、ブロー成形機に関する技術(特許文献3)、その他の押出機のダイス構造などが提案されている。
これらに記載された技術、および、これに類する模様原着技術は、押出過程における模様着色顔料マスターバッチの溶融状態を調整して成形品表面に模様着色する技術である。
As a molding technique for producing a wood grain appearance by original deposition, a technique related to a pigment masterbatch (see
The technique described in these and the pattern original deposition technique similar to this are techniques for adjusting the molten state of the pattern coloring pigment master batch in the extrusion process and coloring the pattern on the surface of the molded product.
上述した着色技術では、成形工程中において、可塑化押出機内では顔料分散を抑制し、それ以降のダイスで模様着色顔料マスターバッチを充分溶融させて流れ性をもたせ、ダイス内で流れ模様を着色させる必要がある。このような顔料マスターバッチの溶融抑制は、大きな熱容量を有し、温度も安定した大型のクロスヘッドを有する大型のブロー成形機などでは比較的容易に行える。 In the above-described coloring technique, during the molding process, the pigment dispersion is suppressed in the plasticizing extruder, the pattern coloring pigment master batch is sufficiently melted by the subsequent dies, and the flow pattern is colored in the dies. There is a need. Such a melting suppression of the pigment master batch can be relatively easily performed by a large blow molding machine having a large crosshead having a large heat capacity and a stable temperature.
しかし、小型のクロスヘッドが多い連続ブロー成形機や、ダイスが小型な押出成形機などでは、可塑化押出機以降での加熱部位が少なく、押出量も多いことから、着色条件まで顔料マスターバッチを溶融させるのが難しく、着色不良を起こしやすい。
つまり、連続ブロー成形法や小型ダイスを用いた押出成形法は、クロスヘッドやダイスが小型で、流路が短い。模様着色成形法では、可塑化押出機内では顔料分散を抑えるため、樹脂温度は比較的低温で押し出していることから、押出機以降ダイス出口までに高速で樹脂加熱する必要がある。しかし、クロスヘッドやダイスが小型であるため、熱を供給しづらい上、樹脂の押出通過速度が速いため、熱の供給不足となって、顔料マスターバッチの溶融不足を起こしやすい。
However, continuous blow molding machines with many small crossheads and extrusion molding machines with small dies have few heating parts after the plasticizing extruder and a large amount of extrusion. Difficult to melt and easy to cause poor coloring.
That is, the continuous blow molding method and the extrusion molding method using a small die have a small crosshead and a small die and a short flow path. In the pattern coloring molding method, since the resin temperature is extruded at a relatively low temperature in order to suppress pigment dispersion in the plasticizing extruder, it is necessary to heat the resin at a high speed from the extruder to the die outlet. However, since the crosshead and the die are small, it is difficult to supply heat, and the resin extrusion speed is high. Therefore, the supply of heat is insufficient, and the pigment master batch is likely to be insufficiently melted.
このため、クロスヘッドやダイスの温度を上げることになるが、クロスヘッドやダイスの外側からヒータなどで加熱する程度では押出樹脂の内部まで均一に加熱することはできず、流路面に接触している樹脂ばかりが高温になって、内部まで加熱するのは難しい。また、表面のみ過熱し過ぎると、せっかく出た表面模様が分散して、返って表面着色具合を低下させてしまうことになりやすい。このため、成形が難しくなったり、生産性が落ちることが多い。
一方において、クロスヘッドやダイスを大型化する改良をして対応することも考えられるが、機械の基礎や取り合いなどから、一般に改造は難しい場合が多い。
For this reason, the temperature of the crosshead and the die will be raised, but the inside of the extruded resin cannot be heated uniformly to the extent that it is heated from the outside of the crosshead or the die with a heater, etc. It is difficult to heat the resin inside because it is hot. In addition, if only the surface is overheated, the surface pattern that has come out is likely to be dispersed and returned to reduce the surface coloring. For this reason, molding is often difficult and productivity is often lowered.
On the other hand, it is conceivable to improve by increasing the size of the crosshead or the die, but in general, modification is often difficult due to the basics of the machine and the connection.
なお、特開平9−267375号公報には、模様着色顔料マスターバッチの溶融制御を、押出機の回転数やシリンダ温度調整で行うことが提案されているが、この方法では、スクリュウのL(有効長さ)/D(外径)や圧縮比などの影響が大きく、生産性も落ちてしまうため、現実的とはいえない。
このような状況下から、模様着色顔料マスターバッチを、溶融制御しながら模様着色する連続ブローや押出成形などで、成形条件の影響による外観不良を起こさず、生産性の高い、模様着色成形方法が求められている。
Japanese Patent Laid-Open No. 9-267375 proposes that the melting control of the pattern coloring pigment master batch is performed by adjusting the rotational speed of the extruder and the cylinder temperature. In this method, the screw L (effective This is not realistic because the influence of length) / D (outer diameter), compression ratio, etc. is great and productivity is also reduced.
Under such circumstances, the pattern coloring pigment master batch can be used in continuous blow or extrusion molding to color the pattern while controlling the melting, without causing appearance defects due to the influence of the molding conditions, and a highly productive pattern coloring molding method. It has been demanded.
本発明の目的は、模様着色品の成形を、成形方法に関係なく、成形性や生産性を落とすことなくかつ安定して行うことができる樹脂押出用スクリュウおよび成形方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a screw for resin extrusion and a molding method capable of stably molding a pattern-colored product regardless of the molding method without reducing moldability and productivity.
本発明の樹脂押出用スクリュウは、フィードゾーン、コンプレッションゾーンおよびメータリングゾーンを有する樹脂押出用スクリュウにおいて、前記メータリングゾーンからスクリュウ先端部にかけて、樹脂のミキシングを抑制しながら、樹脂を加熱するためのヒーティングゾーンを有することを特徴とする。
ヒーティングゾーンは、ミキシング(混練)を目的したゾーンではなく、スクリュウによる撹拌作用を利用して、樹脂を一定温度に効率的に加熱することを目的とするゾーンである。そのため、ヒーティングゾーンは、樹脂の混練を抑えるスクリュウ設計がされている。よって、模様着色品の成形を、成形方法に関係なく、成形性や生産性を落とすことなくかつ安定して行うことができる。
The resin extrusion screw according to the present invention is a resin extrusion screw having a feed zone, a compression zone, and a metering zone, for heating the resin while suppressing mixing of the resin from the metering zone to the screw tip. It has a heating zone.
The heating zone is not a zone intended for mixing (kneading), but a zone intended to efficiently heat the resin to a constant temperature by utilizing a stirring action by a screw. For this reason, the heating zone has a screw design that suppresses resin kneading. Therefore, the pattern-colored product can be molded stably without reducing moldability and productivity regardless of the molding method.
本発明の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記ヒーティングゾーンにはスクリュウ溝が形成され、このヒーティングゾーンにおけるスクリュウ溝は、前記メータリングゾーンのスクリュウ溝に対して、溝ピッチおよび溝深さの少なくとも一方が異なる寸法に形成されていることが好ましい。
混練に影響する設計値は、スクリュウ溝の溝ピッチおよび溝深さで、この値で圧縮比が決まり、圧縮比の大小で混練力が概ね決まる。圧縮比は、フィードゾーン(樹脂噛み込み口)の1溝ピッチ間の溝体積に対して、どれだけ圧縮されるかで表され、一般には、フィードゾーンの1溝ピッチ間の溝体積をVf、メータリングゾーン(一般にはスクリュウでは先端部)の1ピッチ間の溝体積をVmとした場合、圧縮比CR=Vf/Vmで表される。
本発明の樹脂押出用スクリュウでは、メータリングゾーンの圧縮比CRmと、ヒーティングゾーンの圧縮比CRhとが同等になる場合もあり得るが、ヒーティングゾーンにおけるスクリュウ溝は、メータリングゾーンのスクリュウ溝に対して、溝ピッチおよび溝深さの少なくとも一方が異なる寸法に形成されている。つまり、同じ圧縮比であっても、溝深さを深くして、溝ピッチを狭くすれば、前方への送り速度は遅くなり、逆に、溝深さを浅くして、溝ピッチを広くすれば早い送りになる。これで、同じ圧縮比でも、樹脂の前方への送りスピードの調整ができるため、樹脂のスクリュウ内での滞留時間を変化させて温度調整を行うことができる。
In the resin extrusion screw according to the present invention, a screw groove is formed in the heating zone, and the screw groove in the heating zone is at least one of a groove pitch and a groove depth with respect to the screw groove in the metering zone. Are preferably formed in different dimensions.
Design values that affect kneading are the groove pitch and groove depth of the screw grooves, and the compression ratio is determined by these values, and the kneading force is generally determined by the size of the compression ratio. The compression ratio is expressed by how much is compressed with respect to the groove volume between one groove pitch of the feed zone (resin biting port). Generally, the groove volume between one groove pitch of the feed zone is Vf, When the groove volume between one pitch of the metering zone (generally, the tip portion of the screw) is Vm, the compression ratio is represented by CR = Vf / Vm.
In the resin extrusion screw of the present invention, the compression ratio CRm of the metering zone may be equal to the compression ratio CRh of the heating zone, but the screw groove in the heating zone is the screw groove of the metering zone. On the other hand, at least one of the groove pitch and the groove depth is formed in a different dimension. In other words, even if the compression ratio is the same, if the groove depth is increased and the groove pitch is reduced, the forward feed speed is reduced, and conversely, the groove depth is reduced and the groove pitch is increased. It will be faster. Thus, since the feed speed of the resin can be adjusted even with the same compression ratio, the temperature can be adjusted by changing the residence time of the resin in the screw.
本発明の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記フィードゾーンにおけるスクリュウ溝の1溝ピッチ間の溝体積を、前記メータリングゾーンにおけるスクリュウ溝の1溝ピッチ間の溝体積で割ることによって求められる圧縮比CRmと、前記フィードゾーンにおけるスクリュウ溝の1溝ピッチ間の溝体積を、前記ヒーティングゾーンにおけるスクリュウ溝の1溝ピッチ間の溝体積で割ることによって求められる圧縮比CRhとが、CRm>CRhであることが好ましい。
本発明の樹脂押出用スクリュウの場合、メータリングゾーンで計算した圧縮比CRmよりも、ヒーティングゾーンで計算した圧縮比CRhの方が小さい。つまり、樹脂の可塑化混練はメータリングゾーンまでで完了しており、それ以降は、混練を緩やかにして、樹脂を撹拌しながら、樹脂全体を均一に、短時間で効率的に加熱する構成となっている。
In the screw for resin extrusion according to the present invention, the compression ratio CRm obtained by dividing the groove volume between one groove pitch of the screw grooves in the feed zone by the groove volume between one groove pitch of the screw grooves in the metering zone; The compression ratio CRh obtained by dividing the groove volume between one groove pitch of the screw grooves in the feed zone by the groove volume between one groove pitch of the screw grooves in the heating zone is CRm> CRh. Is preferred.
In the case of the resin extrusion screw of the present invention, the compression ratio CRh calculated in the heating zone is smaller than the compression ratio CRm calculated in the metering zone. In other words, the plasticizing and kneading of the resin is completed up to the metering zone, and thereafter, the entire resin is uniformly and efficiently heated in a short time while the kneading is gently performed and the resin is stirred. It has become.
本発明の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記メータリングゾーンとヒーティングゾーンとの境目では、メータリングゾーンからヒーティングゾーンへ向かうに従って、溝ピッチが次第に小さく、かつ、溝深さが次第に深くなるように、スクリュウ溝が形成されていることが好ましい。
メータリングゾーンの圧縮比CRmと、ヒーティングゾーンの圧縮比CRhとの差が大きい場合、その境目で圧力が急低下して、サージング現象などが起きて、押出量が不安定になることがある。このため、メータリングゾーンとヒーティングゾーンとで急激に圧縮比を変化させるのは好ましくないから、メータリングゾーンからヒーティングゾーンの繋ぎ付近は緩やかに圧縮比を下げていく必要がある。
本発明の樹脂押出用スクリュウでは、メータリングゾーンからヒーティングゾーンへ向かうに従って、溝ピッチが次第に小さく、かつ、溝深さが次第に深くなるように、スクリュウ溝が形成されているから、その境目で圧力が急低下して、サージング現象などが起きて、押出量が不安定になるのを防げる。
In the resin extrusion screw of the present invention, at the boundary between the metering zone and the heating zone, the groove pitch is gradually decreased and the groove depth is gradually increased from the metering zone to the heating zone. It is preferable that a screw groove is formed.
When the difference between the compression ratio CRm of the metering zone and the compression ratio CRh of the heating zone is large, the pressure suddenly drops at the boundary and a surging phenomenon or the like may occur, and the extrusion amount may become unstable. . For this reason, since it is not preferable to suddenly change the compression ratio between the metering zone and the heating zone, it is necessary to gradually decrease the compression ratio near the connection between the metering zone and the heating zone.
In the screw for resin extrusion according to the present invention, the screw groove is formed so that the groove pitch becomes gradually smaller and the groove depth becomes gradually deeper from the metering zone toward the heating zone. It can prevent the amount of extrusion from becoming unstable due to a sudden drop in pressure and surging.
本発明の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記メータリングゾーンのスクリュウ外径Dmに対して、前記ヒーティングゾーンのスクリュウ外径Dhが小さいことが好ましい。
ヒーティングゾーンのスクリュウ外径、ネジの山幅などは特に制約されないが、本発明の樹脂押出用スクリュウでは、ヒーティングゾーンのスクリュウ外径Dhがメータリングゾーンのスクリュウ外径Dmよりも小さい。このように構成すると、ヒーティングゾーンのスクリュウ外径と加熱シリンダ(バレル)内径との隙間が大きくなって、樹脂はヒーティングゾーンのスクリュウ溝を越えて逆流(バックフロー)し、樹脂が循環滞留する時間が長くとれる。この循環滞留が適度におきる場合は、ヒーティングゾーンを短くして効率的に樹脂加熱ができる。しかし、過度に樹脂循環すると、過混練や過熱が起きることになり、顔料分散して模様が出難くなる。よって、スクリュウ外径などは適度な大きさが必要である。
In the resin extrusion screw according to the present invention, it is preferable that the screw outer diameter Dh of the heating zone is smaller than the screw outer diameter Dm of the metering zone.
The screw outer diameter, screw thread width, etc. of the heating zone are not particularly limited, but in the resin extrusion screw of the present invention, the screw outer diameter Dh of the heating zone is smaller than the screw outer diameter Dm of the metering zone. With this configuration, the gap between the outer diameter of the screw in the heating zone and the inner diameter of the heating cylinder (barrel) increases, and the resin flows backward (backflow) over the screw groove in the heating zone, and the resin circulates and stays. It takes a long time to do. When this circulation retention occurs moderately, the heating zone can be shortened to efficiently heat the resin. However, if the resin circulates excessively, over-kneading and overheating occur, and the pattern is difficult to be produced due to pigment dispersion. Therefore, the screw outer diameter and the like need to be moderately large.
本発明の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記メータリングゾーンのスクリュウ溝の内径をDmbとし、前記ヒーティングゾーンは、前記Dmb以下の外径を有するトーピード構造に形成されていることが好ましい。
本来のトーピードを設ける目的は、スクリュウ先端に、メータリングゾーンの外径よりも大きい径のトーピードを設けて、押出量を抑えて背圧を高め、混練強度を高めることにある。
本発明の樹脂押出用スクリュウでは、ヒーティングゾーンが、メータリングゾーンのスクリュウ溝の内径Dmb以下の外径を有するトーピード構造に形成されている。このような構造では、圧力上昇が起きず、押出速度が低下する。すなわち、樹脂を練らずに滞留時間を長くとることができる。
In the resin extrusion screw according to the present invention, it is preferable that the inner diameter of the screw groove of the metering zone is Dmb, and the heating zone is formed in a torpedo structure having an outer diameter equal to or less than the Dmb.
The purpose of providing the original torpedo is to provide a torpedo having a diameter larger than the outer diameter of the metering zone at the tip of the screw, thereby suppressing the amount of extrusion and increasing the back pressure and increasing the kneading strength.
In the screw for resin extrusion according to the present invention, the heating zone is formed in a torpedo structure having an outer diameter equal to or less than the inner diameter Dmb of the screw groove of the metering zone. In such a structure, no pressure increase occurs and the extrusion speed decreases. That is, the residence time can be increased without kneading the resin.
本発明の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記ヒーティングゾーンは、トーピード構造に形成され、かつ、樹脂の加熱効率を高めるための溝、ピン、撹拌翼のうちの少なくとも一つを備えていることが好ましい。
トーピード構造のヒーティングゾーンは、樹脂は練らないが、スクリュウ回転によって、樹脂は撹拌されるため、加熱されやすい。
本発明の樹脂押出用スクリュウでは、溝、ピン、撹拌翼のうちの少なくとも一つを備えているから、ミキシングを抑えながら樹脂撹拌を促進できる。よって、より均一な加熱が期待できる。
In the resin extrusion screw according to the present invention, the heating zone is preferably formed in a torpedo structure and includes at least one of a groove, a pin, and a stirring blade for increasing the heating efficiency of the resin. .
The heating zone of the torpedo structure does not knead the resin, but is easily heated because the resin is agitated by screw rotation.
Since the screw for resin extrusion according to the present invention includes at least one of a groove, a pin, and a stirring blade, the resin stirring can be promoted while mixing is suppressed. Therefore, more uniform heating can be expected.
本発明の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記メータリングゾーンのスクリュウ外径をDmとし、前記ヒーティングゾーンを含む有効スクリュウ長をLとした場合、L/Dmが20以上で、かつ、ヒーティングゾーンの長さが2Dm以上であることが好ましい。
本発明のスクリュウは、L/Dmが20以上で、かつ、ヒーティングゾーンの長さが2Dm以上であればよいが、好ましくは、L/Dmが24以上、かつ、ヒーティングゾーンの長さが2〜6Dmであれば、本来のスクリュウの混練機能を損なうことはない。
In the screw for resin extrusion according to the present invention, when the screw outer diameter of the metering zone is Dm and the effective screw length including the heating zone is L, L / Dm is 20 or more, and the heating zone The length is preferably 2 Dm or more.
The screw of the present invention may have an L / Dm of 20 or more and a heating zone length of 2 Dm or more, preferably, an L / Dm of 24 or more and a heating zone length of If it is 2-6 Dm, the original kneading | mixing function of a screw will not be impaired.
なお、スクリュウの最大圧縮比は、メータリングゾーン部であるが、この部位の適正圧縮比は材料種によって異なる。PP(ポリプロピレン)、HDPE(高密度ポリエチレン)では2〜3程度であるが、本発明で提案する模様着色成形では2.5以下が好ましい。これを超える圧縮比では、メータリングゾーンまでに顔料が分散してしまう。ヒーティングゾーンの圧縮比は、メータリングゾーンの圧縮比以下であれば特に問題ない。たとえば、メータリングゾーン部の圧縮比が2.4であれば、ヒーティングゾーンの圧縮比は、メータリングゾーンとの繋ぎ部から、先端に向かって、2.4〜2.0のように徐々に変化させればよい。
トーピード構造のヒーティングゾーンでは、圧縮は殆ど掛からなくなる。このため、メータリングゾーンとの繋ぎ部で圧力が急低下して、サージングなどが起きやすくなる。これを防止するため、押出機先端に、押出抵抗となるようなブレーカプレートをセットして圧力保持してやる。圧力調整は、ブレーカプレートにあける孔径、孔個数で調整できる。
In addition, although the maximum compression ratio of a screw is a metering zone part, the appropriate compression ratio of this site | part changes with material types. In PP (polypropylene) and HDPE (high density polyethylene), it is about 2 to 3, but 2.5 or less is preferable in the pattern coloring molding proposed in the present invention. If the compression ratio exceeds this, the pigment is dispersed up to the metering zone. If the compression ratio of a heating zone is below the compression ratio of a metering zone, there will be no problem in particular. For example, if the compression ratio of the metering zone portion is 2.4, the compression ratio of the heating zone gradually increases from 2.4 to 2.0 toward the tip from the connecting portion with the metering zone. Change to
In the heating zone of the torpedo structure, compression is hardly applied. For this reason, the pressure suddenly drops at the connecting portion with the metering zone, and surging or the like easily occurs. In order to prevent this, a breaker plate that provides an extrusion resistance is set at the tip of the extruder and the pressure is maintained. The pressure can be adjusted by adjusting the hole diameter and the number of holes in the breaker plate.
本発明の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記ヒーティングゾーンが交換可能に構成されていることが好ましい。
スクリュウ回転が上がると、一般には樹脂の送り速度が速くなって、樹脂は加熱不足を起こしやすい。このような場合は、ヒーティングゾーンで送り速度が遅くなるように、スクリュウ溝の溝深さを深くし、ピッチを狭くとるようにする。一方では、低速回転で成形する場合もある。このように、同一の成形機で、回転数が違うような成形をする場合、それ毎にスクリュウを設けると、スクリュウ本数がたくさん必要になる。これに対応するには、メータリングゾーンまでを1本のスクリュウとし、ヒーティングゾーンを取り替え可能にしておけば、回転数に合わせてヒーティングゾーンを取り替えして、模様着色に適した樹脂温度を、回転数によらず得ることができる。
In the resin extrusion screw according to the present invention, the heating zone is preferably configured to be replaceable.
When the screw rotation increases, the resin feed speed generally increases, and the resin is likely to be underheated. In such a case, the screw groove is made deeper and the pitch is made narrower so that the feeding speed becomes slower in the heating zone. On the other hand, the molding may be performed at a low speed. In this way, when molding is performed with different rotational speeds using the same molding machine, a large number of screws is required if a screw is provided for each molding. To cope with this, if one screw is used up to the metering zone and the heating zone can be replaced, the heating zone can be changed according to the number of rotations, and the resin temperature suitable for pattern coloring can be changed. It can be obtained regardless of the rotational speed.
本発明の成形方法は、上述したいずれかに記載の樹脂押出用スクリュウを装備した押出機を用いて、模様着色品をブロー成形する成形方法であって、前記メータリングゾーンまでは、模様着色顔料マスターバッチの融点を超えない温度で加熱し、前記ヒーティングゾーンで、模様着色顔料マスターバッチの融点以上に加熱することを特徴とする。 The molding method of the present invention is a molding method in which a pattern-colored product is blow-molded by using an extruder equipped with the resin extrusion screw according to any one of the above-described ones. Heating is performed at a temperature that does not exceed the melting point of the master batch, and heating is performed at the heating zone above the melting point of the pattern coloring pigment master batch.
本発明の他の成形方法は、上述したいずれかに記載の樹脂押出用スクリュウを装備した押出機を用いて、模様着色品を押出成形する成形方法であって、前記メータリングゾーンまでは、模様着色顔料マスターバッチの融点を超えない温度で加熱し、前記ヒーティングゾーンで、模様着色顔料マスターバッチの融点以上に加熱することを特徴とする。 Another molding method of the present invention is a molding method for extruding a pattern-colored product using an extruder equipped with any one of the above-described resin extrusion screws, up to the metering zone. Heating is performed at a temperature that does not exceed the melting point of the color pigment master batch, and heating is performed at or above the melting point of the pattern color pigment master batch in the heating zone.
本発明のスクリュウを装備した押出機では、最低4ゾーン以上のシリンダ加熱用のヒータゾーンが必要である。すなわち、フィードゾーン、コンプレッションゾーン、メータリングゾーン、および、ヒーティングゾーンでヒータが必要となる。ヒーティングゾーンは、他のゾーンよりは普通は短いため、シリンダのヒータゾーンを等分にとると、メータリングゾーンの一部で、ヒーティングゾーンのヒータが掛かったりする。よって、好ましくは、ヒータゾーンの長さに合わせたヒータゾーンがあることが好ましい。 In the extruder equipped with the screw of the present invention, a heater zone for heating the cylinder of at least 4 zones is necessary. That is, heaters are required in the feed zone, compression zone, metering zone, and heating zone. Since the heating zone is usually shorter than the other zones, if the heater zone of the cylinder is equally divided, the heater of the heating zone may be applied in a part of the metering zone. Therefore, it is preferable that there is a heater zone that matches the length of the heater zone.
模様着色マスターバッチが可塑化混練過程で分散すると、模様着色はできない。本発明のスクリュウも、メータリングゾーンまでは通常の可塑化混練スクリュウと何ら変わるものではないから、混練力は強い。この過程で高温にしてしまうと、模様着色マスターバッチは分散してしまって模様着色できなくなってしまう。このため、このゾーンまでは、少なくとも模様着色マスターバッチの融点以下、好ましくは、ビカット軟化点+10℃以上に抑える必要がある。これを過ぎたヒーティングゾーンでは、混練を抑えながら、適度の拡散を行って、着色可能な温度となる模様着色マスターバッチの溶融温度以上、好ましくは、溶融温度+10℃以上を目標に加熱する。好ましくは、ヒーティングゾーンで模様着色マスターバッチを完全溶融状態する方が成形は安定するが、ヒーティングゾーンで完全溶融状態にまですることが必須ではない。すなわち、押出機を出た後、クロスヘッドはダイスで不足分を加熱してやることが当然できる。最低限、クロスヘッドやダイスで加熱不足が起きない程度まで、ヒーティングゾーンで加熱しておけばよい。 If the pattern coloring master batch is dispersed in the plasticizing and kneading process, pattern coloring cannot be performed. Since the screw of the present invention is not different from an ordinary plasticized kneading screw up to the metering zone, the kneading force is strong. If the temperature is raised in this process, the pattern coloring master batch is dispersed and pattern coloring cannot be performed. For this reason, up to this zone, it is necessary to keep at least the melting point of the pattern coloring masterbatch, preferably, the Vicat softening point + 10 ° C. In the heating zone that has passed this, moderate diffusion is performed while suppressing kneading, and heating is performed at a melting temperature of the pattern coloring masterbatch that can be colored or higher, preferably at a melting temperature of + 10 ° C. or higher. Preferably, molding is more stable when the pattern coloring masterbatch is completely melted in the heating zone, but it is not essential that the patterning master batch is completely melted in the heating zone. That is, after leaving the extruder, the crosshead can naturally be heated with a die for the shortage. It is sufficient to heat at the heating zone to the extent that insufficient heating does not occur at the crosshead or die.
ヒーティングゾーンでは、混練を抑えてはいるが、拡散作用は起きているので、模様着色マスターバッチの溶融温度以上に加熱すれば、若干の顔料分散が起きる。しかし、この作用は、返って着色性能を向上させる。すなわち、スクリュウの回転作用で模様着色マスターバッチは伸び変形しながら、ヒーティングゾーンを通過する。押出機を出た状態では、模様着色顔料マスターバッチは溶融完了して、筋状の半分散状態で樹脂内に分布する。この半分散状態で、既に着色濃淡が発生しているため、クロスヘッドやダイスでは余り熱を加える必要はなく、クロスヘッドやダイスで整流して押し出しさえすれば、濃淡の木目縞に近い模様になる。 In the heating zone, although kneading is suppressed, a diffusion action occurs, so that when the heating is performed at a temperature higher than the melting temperature of the pattern coloring masterbatch, a slight pigment dispersion occurs. However, this action returns and improves the coloring performance. That is, the pattern coloring masterbatch passes through the heating zone while being deformed by the rotation of the screw. After leaving the extruder, the pattern coloring pigment master batch is completely melted and distributed in the resin in a streak-like semi-dispersed state. In this semi-dispersed state, colored shading has already occurred, so it is not necessary to apply too much heat with the crosshead or the die, and if it is rectified and extruded with the crosshead or the die, it becomes a pattern close to light and dark wood grain stripes Become.
とくに、クロスヘッドやダイスに絞り構造があれば、伸びた柾目外観で押し出されることになる。ただし、このような押し出し状態では、クロスヘッドやダイスで更に加熱すると、返って外観不良を起こすことがある。すなわち、クロスヘッドやダイスの内面温度が、模様着色顔料マスターバッチの溶融温度に比べて高すぎた場合、模様着色化が完了した顔料が、押出流路面との剪断作用で分散し、模様が不明瞭化するためである。本発明のスクリュウを使うブロー成形や押出成形の場合、クロスヘッドやダイス温度は、押出機出口の樹脂温度と同等かそれ以下に抑えて、樹脂の保温状態で押し出す方が、外観のよい製品が得られやすい。 In particular, if the crosshead or die has a drawing structure, it will be extruded with a stretched grid appearance. However, in such an extruded state, further heating with a crosshead or a die may return and cause an appearance defect. That is, if the inner surface temperature of the crosshead or the die is too high compared to the melting temperature of the pattern coloring pigment master batch, the pigment that has undergone pattern coloring is dispersed by the shearing action with the extrusion flow path surface, and the pattern is not good. This is for the sake of clarity. In the case of blow molding or extrusion molding using the screw of the present invention, the crosshead or die temperature should be equal to or lower than the resin temperature at the exit of the extruder, and extruded with the resin kept warm is a product with better appearance. Easy to obtain.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
<標準的(従来の)スクリュウの説明>
図5は、ブロー成形方法や押出成形方法の押出機の一般的の1軸1条スクリュウ(フルフライト)の構造を示している。スクリュウは、押出機シリンダに収められ、モータなどで回転駆動されながら樹脂ペレットを可塑化していく。樹脂ペレットは、フィードゾーンFZから噛み込まれ、コンプレッションゾーンCZ、メータリングゾーンMZで熱と剪断発熱で溶かされながら練り込まれ、前方に押し出され、最終的には、クロスヘッドやダイスに送られる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Description of standard (conventional) screw>
FIG. 5 shows a structure of a general single-shaft single-screw (full flight) of an extruder for blow molding or extrusion molding. The screw is housed in an extruder cylinder and plasticizes the resin pellets while being rotated by a motor or the like. The resin pellets are bitten from the feed zone FZ, kneaded while being melted by heat and shearing heat in the compression zone CZ and the metering zone MZ, pushed forward, and finally sent to the crosshead or die. .
フィードゾーンFZは、固体樹脂ペレットを噛み込みながら前方へ輸送するため、スクリュウ溝の溝深さを大きくして、樹脂ペレットを噛みやすくしている。このフィードゾーンFZでは、樹脂ペレット間での固体摩擦による摩擦発熱が大きい。これに外部加熱も加わり、樹脂は徐々に溶融される。
コンプレッションゾーンCZでは、スクリュウ溝の溝深さが徐々に浅くなっていく。このコンプレッションゾーンCZで溶融、混練が進むとともに、樹脂圧力も高くなる。同時に、樹脂とともに噛み込みした空気や、気化分を後方に押し戻して排気する。気化分が多い場合は、シリンダ外部からバキューム引きすることもある。この場合は、樹脂圧力がかからない部位で行う。
Since the feed zone FZ transports forward while biting the solid resin pellet, the depth of the screw groove is increased to make it easier to bite the resin pellet. In this feed zone FZ, frictional heat generation due to solid friction between resin pellets is large. External heating is also added to this, and the resin is gradually melted.
In the compression zone CZ, the groove depth of the screw groove gradually decreases. In this compression zone CZ, melting and kneading progress and the resin pressure increases. At the same time, the air that has been entrained with the resin and the vaporized component are pushed back and exhausted. When there is much vaporization, vacuuming may be performed from the outside of the cylinder. In this case, it is performed at a portion where no resin pressure is applied.
メータリングゾーンMZは、押出量を決定するゾーンである。このメータリングゾーンMZのスクリュウ溝の溝深さは一定で、スクリュウ中で最も浅い。この高さによって、樹脂の圧縮度と押出量とが決まる。スクリュウ溝の溝深さが浅いと圧縮度が大きくなり、押出量が少なくなって、混練度が上がる。スクリュウ溝の溝深さが深いと樹脂の圧縮度が小さくなり、押出量も多くなる。この圧縮度を圧縮比というが、この圧縮比は、フィードゾーンFZとの溝深さ比だけでは決まらない。つまり、フィードゾーンFZの1溝ピッチ間の溝体積と、メータリングゾーンMZの1溝ピッチ間の溝体積で決まるもので、溝ピッチとも関係している。この例では、スクリュウ溝の溝ピッチは全てのゾーンで同じである。 The metering zone MZ is a zone for determining the extrusion amount. The groove depth of the screw groove in the metering zone MZ is constant and is the shallowest in the screw. This height determines the degree of compression and the amount of extrusion of the resin. If the groove depth of the screw groove is shallow, the degree of compression increases, the amount of extrusion decreases, and the degree of kneading increases. If the groove depth of the screw groove is deep, the degree of compression of the resin becomes small and the amount of extrusion increases. This degree of compression is called a compression ratio, but this compression ratio is not determined only by the groove depth ratio with the feed zone FZ. That is, it is determined by the groove volume between one groove pitch of the feed zone FZ and the groove volume between one groove pitch of the metering zone MZ, and is also related to the groove pitch. In this example, the groove pitch of the screw groove is the same in all zones.
<本実施形態の樹脂押出用スクリュウの説明>
図1は、本実施形態の樹脂押出用スクリュウを示している。本樹脂押出用スクリュウは、図5に示した標準的スクリュウと比べて、メータリングゾーンMZ以降にヒーティングゾーンHZがある点で異なる。つまり、メータリングゾーンMZまでは、図5の各ゾーンと同一のディメンジョンでスクリュウ溝は切られるが、唯一、メータリングゾーンMZの長さが縮小され、その縮小された分だけヒーティングゾーンHZが設けられている。つまり、メータリングゾーンMZからスクリュウ先端部にかけて、ヒーティングゾーンHZが設けられている。この場合、メータリングゾーンの長さだけ縮小するのではなく、フィードゾーンFZおよびコンプレッションゾーンCZを縮小しても構わない。
図1の例では、スクリュウの外径をDとした場合、おおよそ5Dに相当する長さをヒーティングゾーンHZとして、メータリングゾーンMZのスクリュウ溝とは異なるスクリュウ溝を設けてある。つまり、メータリングゾーンMZのスクリュウ溝に対して、溝ピッチおよび溝深さの少なくとも一方が異なる寸法のスクリュウ溝がヒーティングゾーンHZに形成されている。ここでは、溝ピッチおよび溝深さの双方が異なる寸法のスクリュウ溝が形成されている。
<Description of Screw for Resin Extrusion of this Embodiment>
FIG. 1 shows a resin extrusion screw according to this embodiment. The present resin extrusion screw is different from the standard screw shown in FIG. 5 in that there is a heating zone HZ after the metering zone MZ. That is, up to the metering zone MZ, the screw groove is cut with the same dimensions as each zone in FIG. 5, but the length of the metering zone MZ is reduced, and the heating zone HZ is reduced by the reduced amount. Is provided. That is, the heating zone HZ is provided from the metering zone MZ to the screw tip. In this case, the feed zone FZ and the compression zone CZ may be reduced instead of reducing the length of the metering zone.
In the example of FIG. 1, when the outer diameter of the screw is D, a screw groove different from the screw groove of the metering zone MZ is provided with the length corresponding to approximately 5D as the heating zone HZ. That is, a screw groove having a dimension in which at least one of the groove pitch and the groove depth is different from the screw groove of the metering zone MZ is formed in the heating zone HZ. Here, screw grooves having different dimensions in both groove pitch and groove depth are formed.
ヒーティングゾーンHZは、樹脂を練ることを目的としていない。すなわち、樹脂を、目標温度に均一に効率的に加熱することを目的としている。このため、このヒーティングゾーンHZでの樹脂の加熱は外部ヒータからの熱によって行い、剪断発熱などの機械的な発熱はできるだけ抑える構造としている。具体的には、メータリングゾーンMZよりも圧縮比は小さ目に設定されている。つまり、フィードゾーンFZにおけるスクリュウ溝の1溝ピッチ間の溝体積を、メータリングゾーンMZにおけるスクリュウ溝の1溝ピッチ間の溝体積で割ることによって求められる圧縮比CRmと、フィードゾーンFZにおけるスクリュウ溝の1溝ピッチ間の溝体積を、ヒーティングゾーンHZにおけるスクリュウ溝の1溝ピッチ間の溝体積で割ることによって求められる圧縮比CRhとが、CRm>CRhに設定されている。図1の例では、メータリングゾーンMZよりも溝深さを大きくとって、圧縮比を下げる工夫がされている。 The heating zone HZ is not intended to knead the resin. That is, the object is to uniformly and efficiently heat the resin to the target temperature. Therefore, the resin is heated in the heating zone HZ by heat from an external heater, and mechanical heat generation such as shear heat generation is suppressed as much as possible. Specifically, the compression ratio is set smaller than that of the metering zone MZ. That is, the compression ratio CRm obtained by dividing the groove volume between one groove pitch of the screw grooves in the feed zone FZ by the groove volume between one groove pitch of the screw grooves in the metering zone MZ, and the screw groove in the feed zone FZ The compression ratio CRh obtained by dividing the groove volume between one groove pitch by the groove volume between one groove pitch of the screw grooves in the heating zone HZ is set to CRm> CRh. In the example of FIG. 1, the groove depth is made larger than that of the metering zone MZ, and the compression ratio is lowered.
しかし、メータリングゾーンMZとヒーティングゾーンHZとの間で圧縮比が急に下がると、その部位で圧力変動を起こして、サージング現象などが起きて、押し出しが不安定になりやすい。そのため、圧力が急低下しない工夫も同時に行っている。すなわち、溝深さが深い方が混練が掛かり難いことを利用して、溝を深くしていくが、圧縮比が大きく低下しないように溝ピッチを下げて、圧縮比の低下具合を調整している。具体的には、メータリングゾーンMZとヒーティングゾーンHZとの境目では、メータリングゾーンMZからヒーティングゾーンHZへ向かうに従って、溝ピッチが次第に小さく、かつ、溝深さが次第に深くなるように、スクリュウ溝が形成されている。その結果、圧力が大きく低下することなく、樹脂の混練が抑えられる。 However, when the compression ratio suddenly decreases between the metering zone MZ and the heating zone HZ, pressure fluctuation occurs at that portion, and a surging phenomenon or the like occurs, and the extrusion tends to become unstable. For this reason, the device is being devised so that the pressure does not drop rapidly. In other words, making use of the fact that the deeper the groove depth is, the harder it is to knead, the deeper the groove, but the groove pitch is lowered so that the compression ratio is not greatly reduced, and the degree of reduction in the compression ratio is adjusted. Yes. Specifically, at the boundary between the metering zone MZ and the heating zone HZ, the groove pitch becomes gradually smaller and the groove depth becomes gradually deeper toward the heating zone HZ from the metering zone MZ. A screw groove is formed. As a result, the kneading of the resin can be suppressed without significantly reducing the pressure.
ヒーティングゾーンHZでは、樹脂は、スクリュウの回転作用により、撹拌されながら満遍なく外部熱が伝達され、均一に昇温される。これは、層流で押し出されながらクロスヘッドやダイスで加熱する場合には得られない効果である。また、樹脂の加熱時間などは、溝ピッチと、スクリュウ溝の傾き角で調整される。図1の例では、溝ピッチ、ネジ山幅を狭くして、傾き角を小さくし、結果的に螺旋溝の長さを延長した結果で樹脂滞留時間を調整している。このスクリュウでは、押出量自体は、図5の標準スクリュウとは大きく変化しないが、樹脂の滞留時間は長くなる。 In the heating zone HZ, the resin is uniformly heated with external heat transmitted while being agitated by the rotational action of the screw. This is an effect that cannot be obtained when heating with a crosshead or a die while being extruded in a laminar flow. The resin heating time and the like are adjusted by the groove pitch and the inclination angle of the screw groove. In the example of FIG. 1, the resin residence time is adjusted based on the result of narrowing the groove pitch and thread width, reducing the inclination angle, and consequently extending the length of the spiral groove. In this screw, the amount of extrusion itself does not change significantly from the standard screw in FIG. 5, but the residence time of the resin becomes longer.
滞留時間は、樹脂の押出量や必要な加熱量によって変える。ただし、ヒーティングゾーンHZの長さは混練具合に影響するため、スクリュウの有効長さLによって、2D〜6Dの範囲で取ることを目安とする。ここでは、メータリングゾーンMZのスクリュウ外径をDmとし、ヒーティングゾーンHZを含む有効スクリュウ長をLとした場合、L/Dmが20以上で、かつ、ヒーティングゾーンHZの長さが2Dm以上(2Dm〜6Dmの範囲)に設定されている。
滞留時間を調整するもう一つの方法は、ヒーティングゾーンHZのスクリュウ外径Dhを、メータリングゾーンMZのスクリュウ外径Dmに比べて小さくする方法である。このようなスクリュウでは、押し出し方向前方の樹脂が、溝を越えて逆流する循環流れを起こし、循環する分だけ滞留時間が延びる。循環樹脂量は溝高さが決めるが、適度な循環でないと加熱し過ぎることとなる。
The residence time varies depending on the resin extrusion amount and the required heating amount. However, since the length of the heating zone HZ affects the degree of kneading, it is taken as a guideline to take in the range of 2D to 6D depending on the effective length L of the screw. Here, when the screw outer diameter of the metering zone MZ is Dm and the effective screw length including the heating zone HZ is L, L / Dm is 20 or more and the length of the heating zone HZ is 2 Dm or more. (Range of 2Dm to 6Dm).
Another method for adjusting the residence time is a method in which the screw outer diameter Dh of the heating zone HZ is made smaller than the screw outer diameter Dm of the metering zone MZ. In such a screw, the resin in front of the extrusion direction causes a circulating flow that flows backward beyond the groove, and the residence time is extended by the amount of circulation. The amount of circulating resin is determined by the height of the groove, but if the circulation is not appropriate, it will be overheated.
滞留時間は、スクリュウ回転数とも関係する。回転数が高いと当然押出量が大きくなり、滞留時間が短くなる。滞留時間が短くなる分、樹脂の昇温不足が起きる。このように、回転数が高い場合は、滞留時間の取れるヒーティングゾーンHZのスクリュウを使い、逆に、回転数が低い場合は、樹脂の滞留時間の小さいヒーティングゾーンHZのスクリュウを使う工夫も必要となる。同一の押出機で、この両方のケースがある場合は、ケース毎にスクリュウを作製すると制作費がかかる。メータリングゾーンMZまでは共用のスクリュウとして、ヒーティングゾーンHZだけ交換するようにすると、制作費も少なく、スクリュウ交換、保管も容易となる。
たとえば、図2に示すように、フィードゾーンFZ、コンプレッションゾーンCZおよびメータリングゾーンMZを有するスクリュウ部分P1と、ヒーティングゾーンHZを有するスクリュウ部分P2とを別体として構成し、このヒーティングゾーンHZを有するスクリュウ部分P2のみをスクリュウ部分P1に対して、適宜な分離・結合手段(例えば、外周に雄ねじを形成したネジ軸と、内周面に雌ねじを形成したネジ孔など)によって交換可能に構成してもよい。
The residence time is also related to the screw rotation speed. If the rotational speed is high, the amount of extrusion is naturally increased and the residence time is shortened. As the residence time is shortened, the temperature rise of the resin is insufficient. In this way, when the rotation speed is high, use a screw in the heating zone HZ that can take a residence time, and conversely, if the rotation speed is low, use a screw in the heating zone HZ that has a small resin residence time. Necessary. If there are both cases in the same extruder, production costs will be incurred if a screw is produced for each case. If only the heating zone HZ is replaced as a common screw up to the metering zone MZ, the production cost is low, and screw replacement and storage become easy.
For example, as shown in FIG. 2, a screw part P1 having a feed zone FZ, a compression zone CZ and a metering zone MZ and a screw part P2 having a heating zone HZ are configured separately, and this heating zone HZ Only the screw part P2 having a screw can be exchanged with the screw part P1 by an appropriate separating / coupling means (for example, a screw shaft having a male screw formed on the outer periphery and a screw hole having a female screw formed on the inner peripheral surface). May be.
<他の実施形態の樹脂押出用スクリュウの説明>
図3および図4は、トーピードを改造したヒーティングゾーンを持ったスクリュウを示している。
トーピード構造を先端に持ったスクリュウの本来の目的は、押出樹脂量を抑えてシリンダ内圧(背圧)を上げて、樹脂混練度を上げることにある。このため、この部位のスクリュウ外径は、メータリングゾーンMZの外径よりも大きく取られることもある。同じ外径であっても、トーピードにはスクリュウ溝などを切らないことから、前方への押出推進力が小さく、押し出され難いため、圧力が上がる。
<Description of Screw for Resin Extrusion of Other Embodiment>
3 and 4 show a screw having a heating zone modified from a torpedo.
The original purpose of a screw having a torpedo structure at its tip is to increase the degree of resin kneading by suppressing the amount of extruded resin and increasing the cylinder internal pressure (back pressure). For this reason, the screw outer diameter of this part may be taken larger than the outer diameter of the metering zone MZ. Even with the same outer diameter, the torpedo does not cut a screw groove or the like, so the forward thrust is small and the pressure is increased because it is difficult to push out.
図3および図4に示すスクリュウは、トーピード構造のスクリュウと構造的には類似しているが、目的、機能は全く異なる。すなわち、本スクリュウのトーピードの外径は、メータリングゾーンMZの外径よりも明らかに小さく、むしろ、メータリングゾーンMZのスクリュウ溝の内径よりも小さい。つまり、メータリングゾーンMZのスクリュウ溝の内径をDmbとすると、ヒーティングゾーンHZは、Dmb以下の外径を有するトーピード構造に形成されている。
このような構造であるから、この部位の影響による背圧上昇は起きない。この構造では、ゾーン内の樹脂の保有量が増し、前方に推進する構造もないため、後方からの押出樹脂での追い出し効果でしか前進せず、結果的に滞留時間が伸びる。図3および図4では、メータリングゾーンMZとヒーティングゾーンHZの繋ぎの部位に堰Qを設けている。このような堰Qがあることで、メータリングゾーンMZまでの圧力を安定化することができる。さらには、シリンダ先端に設置するブレーカプレートの孔径などで圧力を調整することも可能である。
The screw shown in FIGS. 3 and 4 is structurally similar to the screw with a torpedo structure, but the purpose and function are completely different. That is, the outer diameter of the torpedo of this screw is clearly smaller than the outer diameter of the metering zone MZ, but rather smaller than the inner diameter of the screw groove in the metering zone MZ. That is, when the inner diameter of the screw groove in the metering zone MZ is Dmb, the heating zone HZ is formed in a torpedo structure having an outer diameter of Dmb or less.
Because of this structure, back pressure does not increase due to the influence of this part. In this structure, the amount of the resin in the zone increases, and there is no structure for propelling forward. Therefore, the structure moves forward only by the pushing-out effect with the extruded resin from the rear, and as a result, the residence time increases. 3 and 4, the weir Q is provided at the connecting portion between the metering zone MZ and the heating zone HZ. With such a weir Q, the pressure to the metering zone MZ can be stabilized. Furthermore, the pressure can be adjusted by the hole diameter of the breaker plate installed at the tip of the cylinder.
なお、図3および図4において、トーピード構造に形成されたヒーティングゾーンHZに、溝、ピン、撹拌翼のうちの少なくとも一つを設ければ、これらによって樹脂が撹拌されるため、樹脂の加熱効率を高めることができるとともに、より均一な加熱が期待できる。つまり、トーピード構造のヒーティングゾーンHZは、樹脂は練らないが、スクリュウ回転によって、樹脂は撹拌されるため、ミキシングを抑えながら樹脂撹拌を促進できる。 3 and 4, if at least one of a groove, a pin, and a stirring blade is provided in the heating zone HZ formed in the torpedo structure, the resin is stirred by these, so that the heating of the resin Efficiency can be increased and more uniform heating can be expected. That is, in the heating zone HZ having a torpedo structure, the resin is not kneaded, but the resin is agitated by rotating the screw, so that the resin agitation can be promoted while suppressing mixing.
<スクリュウを装備した押出機による成形方法>
上述したスクリュウは、模様着色顔料マスターバッチをドライブレンドして模様原着成形する際に使用する。とくに、模様着色顔料マスターバッチを溶融し、模様着色化するために必要な加熱が、クロスヘッドや押出ダイスだけでは不足するような、ブロー成形、押出成形用の押出機スクリュウに用いられる。すなわち、本スクリュウは、押出樹脂の昇温をアシストするスクリュウである。
<Molding method using an extruder equipped with a screw>
The above-described screw is used when a pattern coloring pigment master batch is dry blended to form an original pattern. In particular, it is used for an extruder screw for blow molding and extrusion molding in which the heat necessary for melting a pattern coloring pigment master batch and pattern coloring is insufficient with only a crosshead or an extrusion die. That is, the present screw is a screw that assists in raising the temperature of the extruded resin.
本スクリュウは、最低4ゾーンに区分される。そのゾーン毎に目的にあった温度設定が必要である。加熱は、スクリュウを内蔵するシリンダの外面から、シリンダ面を温度センサで検知し、その偏差が最少になるように、バンドヒータなどで加熱してコントロールされる。本スクリュウでは、メータリングゾーンMZまでのヒータの温度設定とヒーティングゾーンHZのヒータの温度設定では、明らかに設定基準を異にする。
すなわち、メータリングゾーンMZまでのヒータは、成形材料を可塑化混練することが目的であるため、成形材料を、可塑化し、成形材料を練るに必要な温度条件であり、ヒーティングゾーンHZは、成形材料に添加された模様着色顔料マスターバッチを、溶融させて、着色化させるために必要な温度条件を設定するためのものである。メータリングゾーンMZまででは、成形材料は勿論溶融し、一定の流動性を有するまで加熱されるが、この条件で模様着色顔料マスターバッチが溶融してしまうと、スクリュウ混練作用で、マスターバッチに含まれる顔料成分が、成形材料内に均一分散して、模様着色できない。
This screw is divided into at least 4 zones. It is necessary to set the temperature for each zone. Heating is controlled by detecting the cylinder surface from the outer surface of the cylinder containing the screw with a temperature sensor and heating it with a band heater or the like so that the deviation is minimized. In this screw, the setting reference is clearly different between the heater temperature setting up to the metering zone MZ and the heater temperature setting in the heating zone HZ.
That is, since the heater up to the metering zone MZ is for the purpose of plasticizing and kneading the molding material, it is a temperature condition necessary for plasticizing the molding material and kneading the molding material. The heating zone HZ is This is for setting a temperature condition necessary for melting and coloring the pattern coloring pigment master batch added to the molding material. Up to the metering zone MZ, the molding material is of course melted and heated until it has a certain fluidity. If the pattern coloring pigment masterbatch is melted under these conditions, it will be included in the masterbatch due to the screw kneading action. The pigment component to be dispersed is uniformly dispersed in the molding material and the pattern cannot be colored.
たとえば、ポリプロピレンは、融点が160℃であるから、これにおおよそ40℃をプラスした200℃前後がメータリングゾーンMZの適正な温度条件とされる。よって、模様着色顔料マスターバッチの融点はこれより高い温度の物質である必要がある。好ましくは、ビカット軟化点がこの温度に近い物質が好ましい。このような物質をベースとした模様着色顔料マスターバッチであれば、メータリングゾーンMZまでに顔料分散することは防げる。 For example, since polypropylene has a melting point of 160 ° C., an appropriate temperature condition of the metering zone MZ is approximately 200 ° C. plus about 40 ° C. Therefore, the melting point of the pattern coloring pigment master batch needs to be a material having a higher temperature. Preferably, a substance having a Vicat softening point close to this temperature is preferred. In the case of a pattern coloring pigment master batch based on such a substance, it is possible to prevent the pigment from being dispersed by the metering zone MZ.
一方、ヒーティングゾーンHZでは、模様着色顔料マスターバッチの融点より高い温度に設定される。好ましくは、模様着色顔料マスターバッチの融点+10℃以上である。この温度条件で、メータリングゾーンMZのような混練強度で練れば、顔料は当然分散してしまうが、本実施形態のスクリュウでは、このゾーンの温練強度は抑えているので、模様着色顔料マスターバッチは溶融して柔らかくなるものの、マスターバッチ内の顔料成分が分散する度合いは抑制され変形した状態や部分着色の状態で成形材料内に分布する。この状態でクロスヘッドやダイスで再加熱されると、流動性が一気に上がると同時に着色模様が押出樹脂表面に現れてくる。 On the other hand, in the heating zone HZ, the temperature is set higher than the melting point of the pattern coloring pigment master batch. Preferably, it is melting | fusing point +10 degreeC or more of a pattern coloring pigment masterbatch. Under this temperature condition, if the kneading strength as in the metering zone MZ is kneaded, the pigment will naturally disperse. However, in the screw of this embodiment, the hot kneading strength of this zone is suppressed, so the pattern coloring pigment master Although the batch is melted and softened, the degree of dispersion of the pigment component in the master batch is suppressed and distributed in the molding material in a deformed state or a partially colored state. When reheated with a crosshead or a die in this state, the fluidity increases at once and a colored pattern appears on the surface of the extruded resin.
本スクリュウ装備の押出機は、連続ブロー成形や、ダイス構造の小さい押出成形に特に適する。その理由は、大型のクロスヘッドを有するダイ内アキューム式ブロー成形機や大型ダイスを装備した押出成形機では、押出機以降でも、樹脂温度を上昇させる程度の加熱が可能であるが、小型のクロスヘッドを使った連続ブロー成形機や、ダイス構造の小さい押出成形機では、加熱する部位が小さいため、それが困難なためである。このため、連続ブロー成形機や、ダイス構造の小さい押出成形機では、本スクリュウ装備の押出機が要求される。とくに、小型ダイスでは難しかった模様着色も、あえてダイスを大型化したり、複雑な仕様にしたりする必要がなく、普通ダイスで模様着色可能になる。 The extruder equipped with this screw is particularly suitable for continuous blow molding and extrusion molding with a small die structure. The reason for this is that in an in-die accumulator blow molding machine with a large crosshead or an extrusion molding machine equipped with a large die, heating to the extent that the resin temperature is raised is possible after the extruder, but a small cross This is because a continuous blow molding machine using a head or an extrusion molding machine with a small die structure is difficult because the portion to be heated is small. For this reason, in a continuous blow molding machine or an extrusion molding machine with a small die structure, an extruder equipped with this screw is required. In particular, pattern coloring, which was difficult with a small die, can be patterned with an ordinary die without the need for a large die or complicated specifications.
本スクリュウ装備の押出機は、ダイ内アキューム式ブロー成形や大型ダイスを装備した押出成形でも有効であり、むしろ好ましい。なぜなら、拡散流れのない、クロスヘッド内やダイス内での加熱は、押出樹脂の表面加熱はできるが、内部までの加熱は難しいためである。このため、必要以上に加熱することで成形性を低下させたり、加熱不足で模様着色顔料マスターバッチの溶融不足が起きたり、加熱過多で模様分散したりで、着色条件が安定し難い。この点、着色条件温度まで、均一加熱された樹脂を押し出す本スクリュウ装備の押出機であれば、クロスヘッドやダイスでの加熱条件が緩和され、模様も安定する。 The extruder equipped with the present screw is effective and preferable even in the extrusion molding with an in-die accumulation type blow molding or a large die. This is because heating in the crosshead or die without diffusion flow can heat the surface of the extruded resin, but it is difficult to heat the inside. For this reason, it is difficult to stabilize the coloring conditions due to deterioration of moldability by heating more than necessary, insufficient melting of the pattern coloring pigment master batch due to insufficient heating, and pattern dispersion due to excessive heating. In this respect, if it is an extruder equipped with the present screw for extruding a uniformly heated resin up to the coloring condition temperature, the heating conditions in the crosshead and the die are relaxed and the pattern is stabilized.
なお、本スクリュウ装備の押出機を使って成形する場合、押出機を出た時点で概ね着色条件が整うので、押出機以降での加熱を余り要求しない。むしろ保温状態が好ましい。つまり、着色に適した温度は、余り高すぎることも好ましくないためで、押出機以降は余り加熱しない方がよい。 In addition, when shape | molding using the extruder equipped with this screw, since coloring conditions are generally prepared at the time of leaving an extruder, the heating after an extruder is not required so much. Rather, a heat retaining state is preferable. That is, it is not preferable that the temperature suitable for coloring is too high, so it is better not to heat the extruder after the extruder.
日本製鋼社製連続ブロー成形機 JEB−7 中空成形機の50ミリスクリュウを交換しながら、特開2001−294671号公報および特開2003−238695号公報に示す一連の模様着色顔料マスターバッチ、および、成形方法を用いて成形評価した。
木目調外観評価金型として、80W×210L×15Tの外形寸法で、ボールペン、ペンシル、消しゴムが入るように彫り込みした、上吹き込みのペンシル入れブロー金型を用いた。
成形材料は、成形材料100重量部に対し、木目顔料マスターバッチ0.3部、下地顔料マスターバッチ2.0部をドライブレンドしたものを用いた。
・成形材料:出光石油化学株式会社製ポリプロピレンE−150GK
・木目顔料マスターバッチ:特開2003−238695号公報記載のブラウン系木目着色マスターバッチ
・下地顔料マスターバッチ:東京インキ株式会社製LD製ベージュ顔料マスターバッチPEX798369
A series of pattern coloring pigment master batches shown in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2001-294671 and 2003-238695, while exchanging 50 Millisk of JEB-7 hollow molding machine manufactured by Nippon Steel Co., Ltd. Molding was evaluated using a molding method.
As a wood grain appearance evaluation mold, an upper blow-in pencil-filling blow mold having an external dimension of 80 W × 210 L × 15 T and engraved so that a ballpoint pen, a pencil, and an eraser can be used was used.
As the molding material, a material obtained by dry blending 0.3 part of a wood grain pigment master batch and 2.0 parts of a base pigment master batch with respect to 100 parts by weight of the molding material was used.
Molding material: Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. polypropylene E-150GK
-Wood pigment masterbatch: Brown-based wood color masterbatch described in JP-A-2003-238695-Base pigment masterbatch: LD beige pigment masterbatch PEX798369 manufactured by Tokyo Ink Co., Ltd.
<比較例1>
図5に示す、JEB−7の標準スクリュウを使って、以下の条件で成形を行った。
(標準スクリュウの仕様)
・ フィードゾーン長さ:6D
・ コンプレッションゾーン長さ:7D
・ メータリングゾーン長さ:12D
・ メータリングゾーンまでの溝ピッチ:50mm(1D)
・ フィードゾーン溝深さ:9mm
・ メータリングゾーン溝深さ:3.5mm
・ 最大圧縮比(フィードゾーン/メータリングゾーン):2.3
・ L/D:25
<Comparative Example 1>
Using a JEB-7 standard screw shown in FIG. 5, molding was performed under the following conditions.
(Standard screw specifications)
・ Feed zone length: 6D
・ Compression zone length: 7D
-Metering zone length: 12D
・ Groove pitch to metering zone: 50mm (1D)
・ Feed zone groove depth: 9mm
・ Metering zone groove depth: 3.5mm
・ Maximum compression ratio (feed zone / metering zone): 2.3
・ L / D: 25
(成形条件)
・ C1:170℃
・ C2:180℃
・ C3:190℃
・ C4:200℃
・ アダプター(ジョイント)部:210℃
・ クロスヘッド:230℃
・ パリソン押出リップダイス:215℃
・ スクリュウ回転数:20〜60rpm
・ 冷却時間:45秒
(結果)
20rpmでは、一応着色するが、これを超えると溶け不足状態で押し出され、模様も出難くなった。
(Molding condition)
・ C1: 170 ℃
・ C2: 180 ℃
・ C3: 190 ℃
・ C4: 200 ℃
・ Adapter (joint) part: 210 ℃
・ Crosshead: 230 ℃
・ Parison extrusion lip die: 215 ℃
・ Screw rotation speed: 20-60rpm
・ Cooling time: 45 seconds (result)
At 20 rpm, it colored once, but when it exceeded this, it was extruded in a state of insufficient melting and the pattern became difficult to appear.
<比較例2>
比較例1の成形条件を次のように変えた。
(成形条件)
・ C1:180℃
・ C2:190℃
・ C3:200℃
・ C4:210℃
・ アダプター(ジョイント)部:220℃
・ クロスヘッド:230℃
・ パリソン押出リップダイス:215℃
・ スクリュウ回転数:20〜60rpm
・ 冷却時間:45秒
(結果)
20rpmでは、筋が間延びして、模様が不明瞭になる。30〜40rpmでは、木目着色するが、これを超えると溶け不足状態で押し出され、模様も出難くなった。
<Comparative example 2>
The molding conditions of Comparative Example 1 were changed as follows.
(Molding condition)
・ C1: 180 ℃
・ C2: 190 ℃
・ C3: 200 ℃
・ C4: 210 ° C
・ Adapter (joint) part: 220 ℃
・ Crosshead: 230 ℃
・ Parison extrusion lip die: 215 ℃
・ Screw rotation speed: 20-60rpm
・ Cooling time: 45 seconds (result)
At 20 rpm, the streaks extend and the pattern becomes unclear. At 30 to 40 rpm, the wood is colored, but when it exceeds this, it is extruded in a state of insufficient melting and the pattern becomes difficult to appear.
<比較例3>
比較例1の成形条件を次のように変えた。
(成形条件)
・ C1:180℃
・ C2:190℃
・ C3:200℃
・ C4:220〜230℃
・ アダプター(ジョイント)部:215℃
・ クロスヘッド:215℃
・ パリソン押出リップダイス:215℃
・ スクリュウ回転数:20〜80rpm
(結果)
(i)C4を220℃に設定して押し出すと、20rpm以下では良好であったが、20rpmを超えると、木目顔料マスターバッチの溶け不足を観察、30rpmを超えると、完全に溶け不足状態で押し出され、模様も出難くなった。
(ii)C4を225℃に設定して押し出すと、20〜30rpmでは、木目模様は柾目調の筋模様化しており、良好であった。30rpmを超えると、木目顔料マスターバッチが砕けた状態の溶け不足を観察、40rpmを超えると、木目顔料が分散した状態でありながら、溶融不足も観察された。
(iii)C4を230℃に設定して押し出すと、20rpmで木目顔料が分散して、模様が不明瞭になる。30rpm以上では木目顔料が分散し、木目模様が出なくなった。
<Comparative Example 3>
The molding conditions of Comparative Example 1 were changed as follows.
(Molding condition)
・ C1: 180 ℃
・ C2: 190 ℃
・ C3: 200 ℃
・ C4: 220-230 ° C
・ Adapter (joint) part: 215 ℃
・ Crosshead: 215 ℃
・ Parison extrusion lip die: 215 ℃
・ Screw rotation speed: 20-80rpm
(result)
(i) When C4 was set to 220 ° C. and extruded, it was good at 20 rpm or less, but when it exceeded 20 rpm, the wood pigment masterbatch was observed to be insufficiently melted, and when it exceeded 30 rpm, it was completely melted and extruded. This made the pattern difficult to appear.
(ii) When C4 was set to 225 ° C. and extruded, the wood grain pattern was in a grid pattern and good at 20 to 30 rpm. When it exceeded 30 rpm, the lack of melting was observed when the wood pigment master batch was crushed, and when it exceeded 40 rpm, the wood pigment was in a dispersed state, but insufficient melting was also observed.
(iii) When C4 is set to 230 ° C. and extruded, the wood grain pigment is dispersed at 20 rpm, and the pattern becomes unclear. At 30 rpm or higher, the wood pigment disperses and the wood grain pattern does not appear.
<実施例>
図1に示すスクリュウにおいて、次の仕様の50ミリスクリュウを作製した。
(スクリュウの仕様)
・ フィードゾーン長さ:6D
・ コンプレッションゾーン長さ:7D
・ メータリングゾーン長さ:7D
・ ヒーティングゾーン長さ:5D
・ メータリングゾーンまでの溝ピッチ:50mm(1D)
・ ヒーティングゾーンの溝ピッチ:
第1溝ピッチ0.8D、第2溝ピッチ0.65D、
第3溝ピッチ以降0.5D
・ フィードゾーン溝深さ:9mm
・ メータリングゾーン溝深さ:3.5mm
・ ヒーティングゾーンの溝深さ
第1溝ピッチ間5mm、第2溝ピッチ間7mm、
第3溝ピッチ間以降10mm
・ 最大圧縮比(フィードゾーン/メータリングゾーン):2.3
・ L/D:25
<Example>
In the screw shown in FIG. 1, a 50 millisk screw having the following specifications was produced.
(Screw specifications)
・ Feed zone length: 6D
・ Compression zone length: 7D
-Metering zone length: 7D
・ Heating zone length: 5D
・ Groove pitch to metering zone: 50mm (1D)
・ Groove pitch of heating zone:
First groove pitch 0.8D, second groove pitch 0.65D,
0.5D after the third groove pitch
・ Feed zone groove depth: 9mm
・ Metering zone groove depth: 3.5mm
・ Groove depth of heating zone
5 mm between first groove pitches, 7 mm between second groove pitches,
10mm after the third groove pitch
・ Maximum compression ratio (feed zone / metering zone): 2.3
・ L / D: 25
(成形条件)
・ C1:180℃
・ C2:190℃
・ C3:200℃
・ C4:220〜230℃
・ アダプター(ジョイント)部:215℃
・ クロスヘッド:215℃
・ パリソン押出リップダイス:215℃
・ スクリュウ回転数:20〜80rpm
・ 冷却時間:45秒
ここで、C1はフィードゾーン、C2はコンプレッションゾーン、C3はメータリングゾーン、C4はヒーティングゾーンと概ね一致した位置に設置されている。
(結果)
(i)C4を220℃に設定して押し出すと、20〜40rpm以下では良好であったが、40rpmを超えると、木目顔料マスターバッチの溶け不足を観察、60rpmを超えると、完全に溶け不足状態で押し出され、模様も出難くなった。
(ii)C4を225℃に設定して押し出すと、20〜60rpmでは、木目模様は柾目調の筋模様化しており、良好であった。60rpmを超えると、木目顔料マスターバッチが砕けた状態の溶け不足を観察、80rpmを超えると、完全に溶け不足状態で押し出され、模様も出難くなった。
(iii)C4を230℃に設定して押し出すと、20〜30rpmでは、筋が間延びして、模様が不明瞭になる。30〜70rpmでは、木目模様は柾目調の筋模様化しており、良好であった。70rpmを超えると、木目顔料マスターバッチが砕けた状態の溶け不足を観察した。
(Molding condition)
・ C1: 180 ℃
・ C2: 190 ℃
・ C3: 200 ℃
・ C4: 220-230 ° C
・ Adapter (joint) part: 215 ℃
・ Crosshead: 215 ℃
・ Parison extrusion lip die: 215 ℃
・ Screw rotation speed: 20-80rpm
Cooling time: 45 seconds Here, C1 is a feed zone, C2 is a compression zone, C3 is a metering zone, and C4 is installed at a position substantially coincident with the heating zone.
(result)
(i) When C4 was set to 220 ° C. and extruded, it was good at 20 to 40 rpm or less, but when it exceeded 40 rpm, it was observed that the wood pigment masterbatch was insufficiently melted. The pattern was hard to come out.
(ii) When C4 was set to 225 ° C. and extruded, the wood grain pattern was in a grid pattern and was good at 20 to 60 rpm. When it exceeded 60 rpm, it was observed that the wood pigment masterbatch was insufficiently melted, and when it exceeded 80 rpm, it was completely melted and extruded, making it difficult to produce a pattern.
(iii) When C4 is set to 230 ° C. and extruded, at 20 to 30 rpm, the streaks extend and the pattern becomes unclear. At 30 to 70 rpm, the wood grain pattern was a fine streak pattern and was good. When it exceeded 70 rpm, the lack of melting in the state where the wood grain pigment masterbatch was crushed was observed.
本発明の樹脂押出用スクリュウおよび成形方法は、木目模様などの模様に適するが、マーブル調、石目調、大理石調などの模様着色にも問題なく使用できるほか、木粉材料など、分解温度が低い材料などでは、正確に分解温度以下での均一加熱押し出しができる。 The resin extrusion screw and molding method of the present invention are suitable for patterns such as wood grain patterns, but can be used without problems for pattern coloring such as marble, stone, marble, etc. For low materials, etc., uniform heating and extrusion can be performed accurately below the decomposition temperature.
FZ…フィードゾーン、
CZ…コンプレッションゾーン
MZ…メータリングゾーン
HZ…ヒーティングゾーン
FZ ... feed zone,
CZ: Compression zone MZ: Metering zone
HZ ... heating zone
Claims (11)
A molding method for extruding a pattern-colored product using the extruder equipped with the resin extrusion screw according to any one of claims 1 to 9, wherein the patterning pigment master is used up to the metering zone. Heating at a temperature not exceeding the melting point of the batch, and heating in the heating zone above the melting point of the pattern coloring pigment master batch.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004082786A JP2005262824A (en) | 2004-03-22 | 2004-03-22 | Screw for resin extrusion, and molding method for molded article colored in pattern |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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KR20110117676A (en) * | 2009-02-09 | 2011-10-27 | 바스프 에스이 | Method for producing molded parts from a polyoxymethylene polymer |
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