JP2008542072A - 幅広で平坦なプラスチックベースの構造体を製造するためのダイ - Google Patents

幅広で平坦なプラスチックベースの構造体を製造するためのダイ Download PDF

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Abstract

ベース(1)及びカバー(1bis)から成る、幅広で平坦なプラスチックベースの構造体を製造するためのダイであって、分配チャンネル(7)内部に向かって開口している、融解されたプラスチックを供給するための複数のダクト(5)と、前記融解されたプラスチックを略平坦な構造体の形態で生産するための長手方向の流出スロット(13)と、を備えている前記ダイにおいて、前記分配チャンネル(7)及び前記流出スロット(13)は、供給ダクト(5)がその近傍に位置する下流側頂部(6)と、前記分配チャンネル(7)及び前記流出スロット(13)の交点を形成する2つの上流側頂部と、を有している略三角形状を成した複数の分配部(8)を介して連通し、各前記供給ダクト(5)は、前記供給ダクトのそれぞれに設けられた前記ダイの上流側に位置するオリフィス(3)を介して前記融解されたプラスチックを供給することを特徴とするダイ。

Description

本発明は、幅広で平坦なプラスチックベースの構造体、より具体的には、熱可塑性ポリマーベースの構造体を製造するためのダイに関する。さらに、本発明は、前記ダイを備えるプラスチックベースの立体構造体を形成するための装置にも関する。
多くの産業(自動車両、土木建築、造船など)は、プラスチックから形成された(1メートルより大きく、2メートル又は3メートル程度までの)幅広で平坦な構造体(プレート、シート、ウェブ)を使用する。前記構造体を形成するために使用されるプラスチックは、一般に(“感熱”と呼称される)低温での安定性を有し、及び/又は高温時でさえ粘性を有している、例えばPVCのような熱可塑性ポリマーである。これらのポリマーが従来の幅広なフラットダイに流入した場合に、得られた構造体の縁部は、横方向に延在する融解ポリマーのための分配チャンネル内で費やされた過度の時間のために、押出成形の数時間後に劣化する。さらに、使用される高い流速と、融解ポリマーがダイの中央部からダイの先端部に移行するために過度の時間を要することとに起因して、構造体の中央での温度及び構造体の先端部での温度を制御することは非常に困難である。従って、上述の拘束条件によって、溶融ポリマーを使用するためのフラットダイの幅は制限されてしまう。
この制限された幅は、得られた平坦な構造が様々な部分又は(プレート平面に垂直である円状のセル、楕円形状のセル、又は多角形のセルを有している)ハニカムプレートと呼ばれるプレートのような立体的な構造体を得るために別のダイによって実質的に融解処理される意図がある場合、別の不利点の原因となる。それ故に、上流ダイと呼ばれるフラットダイが部分を製造している下流ダイと呼ばれる別のダイに供給する場合に、上流ダイのスロットを通じてウェブの流速は、全幅に亘って均一の構造要素の形成を可能しない下流ダイに正確且つ均一に供給するために全てのポイントで制御することができない。
特に、互いに対して対向して載置された少なくとも2つの供給ダクトを介して供給されるフラットダイと、一のダクトに熱可塑性材料を導入可能とする同一の軸と、熱可塑性材料の出口であって、スロット内で終端している同一の分配ダクトとを備えている、幅広なシートを生産するための押出装置は既に開示されている(特許文献1を参照)。しかしながら、2つの供給ダクトのこの対向する構成は、それらが接合される空間に必然的に停滞する感熱性の熱可塑性材料の使用のために不適切である。
別のフラットダイの供給される構成は、特許文献2に記載されている。提案された配置において、様々な供給ダクトは設けられる。しかしながら、融解状態における材料は、所望の幅に亘ってツリー構造体のそれぞれの出口に融解された材料を供給するためのダクトのツリー構造体を介して分配される。この種類の分配は、感熱性の熱可塑性材料に不適切であり、上流ダイの全幅に亘って材料の流れを均等にすることができない。
粘性又は感熱性の熱可塑性材料から成る幅広なシートを押し出すための方法を実際に記載するけれども、その部分のための特許文献3は、流れが各可撓性の接続チューブからダイの出口へ分配され、且つ安定化された方法に関して、詳細は記載されておらず、当業者によって開発されることができる少なくとも1つの可塑化ユニットから生じている熱可塑性の材料の流れが、様々な第2の流れに分割されることによって、押出圧力に抵抗する可撓性の接続チューブを介して1つ又は複数の押出ダイへ導かれ、各可撓性の接続チューブから放射している流れの分配を制御するための方法は提案されていない。
(例えば、特許文献4及び特許文献5のような)別の文献が、後者において、流れ分割器がダイと共に単一の部材からなることを除いて発明のダイのような「マルチプル」ダイと呼ばれるダイを提案することが最終的に留意するべきである。そのようなダイにおける主な不利点は、各ブランチにおいてストリームのバランスを完全に保つことが不可能であり、任意のアンバランスが工業的使用中にいずれ増加することのみができることである。具体的には、流れ分割器がフラットダイのブロックにおいて機械加工されるので、流れは、観測されたアンバランスによって独立的に制御されることができない。
米国特許第3,849,051号明細書 仏国特許第A−1,285,580号明細書 仏国特許第A−1,360,137号明細書 米国特許第2,374,224号明細書 英国特許第1,282,876号明細書 欧州特許第1009625号明細書 独国特許第1779330号明細書 Chris Rauwendaal著、"Polymer Extrusion", Hanser Publishers,1990
従って、本発明は、プラスチックベースの均一な構成の幅広で平坦な構造体を製造するための問題を解決することを目的とする。これを達成するために、その目的は、それらの平坦な構造体を生産するための完全なバランスを保ち、且つ調整が容易である“マルチプル”ダイ(すなわち、少なくとも2つの供給チャンネルを備えるダイ)を提供することである。それらの平坦な構造体に基づいた、“ハニカム”部分及び“ハニカム”構造体のような立体的な構造体の形成の問題を解決することも目的とする。
従って、本発明の第1の目的は、ベース及びカバーから成る、幅広で平坦なプラスチックベースの構造体を製造するためのダイであって、
分配チャンネル内部に向かって開口している、融解されたプラスチックを供給するための複数のダクトと、
前記融解されたプラスチックを略平坦な構造体の形態で生産するための長手方向の流出スロットと、
を備えている前記ダイにおいて、
前記分配チャンネル及び前記流出スロットは、供給ダクトがその近傍に位置する下流側頂部と、前記分配チャンネル及び前記流出スロットの交点を形成する2つの上流側頂部と、を有している略三角形状を成した複数の分配部を介して連通し、
各前記供給ダクトは、前記供給ダクトのそれぞれに設けられた前記ダイの上流側に位置するオリフィスを介して前記融解されたプラスチックを供給することを特徴とするダイを提供することである。それ故に、この特徴は、流れ分割器がダイの上流に載置され、それに組み込まれないことを暗示し、ダイを修正する必要がなくダイのバランスを保つために容易に流れ分割器を修正することができる。
本発明によるダイは、通常6面体である任意の形状のベース及びカバーの結合体から生じる。それらが連結される部分において、このベース及びこのカバーは、前記ダイの上流から下流に融解されたプラスチックの流れ平面(P)及び流れ方向(E)を画定する。この流れ方向は、通常、前記ベースの上流面及び下流面に略垂直であり、且つ融解されたプラスチックのための流出スロット(f)に略垂直である。
ダクト(c)は、互いから異なる距離で、又は、流れ方向(E)から異なる方向内で、流れ平面(P)から異なる平面に載置されてもよい。しかしながら、好ましくは、それらのダクト(c)は、互いから等しい距離で流れ平面(P)内に載置され、且つ流れの方向(E)に略平行な方向で位置付けられる。ダクト(c)は、融解されたプラスチックの略均一な流れを可能にする任意の断面を有することができる。好ましくは、この断面は、円状である。
本発明によるダイは、少なくとも2つのダクト(c)を備えている。通常、ダイは、互いに略平行且つ等距離である2つ以上のダクト(c)を備え、好ましくは、3つから5つのダクト(c)を備える。通常、実用的な理由のために、ダクト(c)の数は、10本を上回ることはなく、好ましくは6本を上回ることはない。
本発明によれば、各ダクト(c)は、押出成型装置によって融解されたプラスチックと共に供給され、これはダクトのそれぞれに設けられた(すなわち、各ダクト(c)がダイ内の供給オリフィスに対応する)上流オリフィスを介して行われ、流れ又は押出機(複数の押出機)から来ている流れがダイの上流を分割することを意味する。
言い換えると:本発明によれば、各分割器に押出成型装置の出口のストリームを分割する流れ分割器は、フラットダイの外側に配置され、ダイと押出成型装置との間の接続のための要素である。
それらの分割器は、好ましくは、前記分割器の各ダクトのための流量制御システムを有している。好ましくは、この流速の制御は、ダイの出口での流速が対向する各分配部に(実際は、1%以内で、好ましくは0.1%以内で)等しくなるように、各ダクト上で調整可能な熱調整装置によって達成され、調整装置は、約2%の流速の偏差を補償することが可能であり、好ましくは約5%の流速の偏差を補償することが可能であり、特定の場合において、好ましくは約10%の流速の偏差を補償することができる。
分割器は、好ましくは、組み立てられた2つの部材の間に連結エルボ(junction elbow)ではなくY字状の構成であり、Y字状の構成のバーは、分配部のそれぞれ上で押出機及びブランチに接続する。押出機に対して2つ以上の分配部である場合、ブランチの数は分配部の数と等しく、好ましくはブランチは同一の長さであり、より好ましくは同一の直径である。
本発明によれば、押出成型装置は、融解されたプラスチックを供給する1つ又は複数の押出機から構成されてもよい。それ故に、これは、押出機が1つのダクト(c)以上のダクトに供給することができることを意味する。好ましくは、1つの押出機及び同一の押出機は、2つのダクト、好ましくは3つのダクト(c)に供給することができる。一般的な慣行では、先行技術の装置が直面する融解されたプラスチックのストリームにおいて、不均一の問題を防止するために同一の押出機によって4つのダクト(c)以上のダクトに供給することを避ける。さらに、この目的のために、ダクト(c)は、押出機のそれぞれの流速を制御するための独立したバルブに適合されることができる。
本発明によるダイにおいて、ダクト(c)は、略三角形状の断面の複数の分配部(r)に融解された材料を供給する分配チャンネル(d)に開口する。この構造において、分配チャンネル(d)は、様々な分配部(r)に隣接する略ジグザグ形状を有している長手方向の溝である。分配部は、ダクト(c)が表面にある近傍で1つの下流側頂部と、流出スロット(f)と接触する2つの上流側頂部と、を有する。分配チャンネル(d)及び分配部(r)は、各ダクト(c)から流出スロット(f)へ融解されたプラスチックを段階的に分配する目的を有している。
この構成において、分配部(r)は、流出スロット(f)の全体の幅に実質的に亘って、並んで設置される。好ましくは、分配部は、(製造公差内で)略同一の大きさ及び略同一の形状を有している。
それらの分配部(r)が、上記に述べられたように、(流れ平面に平行な平面を介して)略三角形状の部分から成っているけれども、本明細書内で、この定義が例えば略U字状の部分、すなわち「魚尾(fishtail)」と呼ばれる部分又は「ハンガー(coat hanger)」と呼ばれる部分を有している分配部を包含することを理解されたい。後者は、例えば非特許文献1の第444頁に示されている。
本発明によるダイにおいて融解されたプラスチックの任意の粘着力及び/又は性能低下を避けるために、ダクト(c)の内部表面及び/又は分配チャンネル(d)の内部表面及び/又は流出スロット(f)の内部表面は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)又はセラミックスなどのような非固着性の材料のウェブで塗層されてもよい。
流出スロット(f)において、融解されたプラスチックの流れのために利用可能な厚さは、好ましくは融解された材料が流れに晒される滞留時間(residence time)及び応力及び温度を最も良く均一にするように調節可能である。
この厚さが変更可能であるために、(これ以降により単純に「バー」と呼称される)“背圧バー(back pressure bars)”は、本発明によるダイのベース内に配置されてもよく、好ましくは、例えば(好ましくは台形状を除いた)任意の形状の部分の溝内で各分配部(r)に対向して流出スロットの略中央に配置されてもよい。融解されたプラスチックに接触している上面が略長方形状であるそれらのバーは、当業者に周知である;それらは、例えば、上記の非特許文献1の444頁の「チョーカーバー(choker bars)」として記載されている。
通常、バーの数は分配部(r)の数と等しく、各バーは直接的に隣接している分配部(r)のバーから独立して且つ別々に調整可能である。それらのバーは、既知の方法で、融解されたプラスチックのストリームのバランスを保ち、且つ流出スロット(f)の出口で均一な厚さの構造体を得るために、流速及び圧力で平坦な構造体の所望の厚さによる及び温度の差による流れ平面(P)に対して垂直な方向に通常移動可能である。
実際には、本発明のこの変形実施形態を具体化するために、第一に、(例えば、市場で入手可能な複数のメルトフローのシミュレーションプログラムのうち一つを使用することによって)任意の既知な計算手段によってスロットの中央で理想的な理論上の厚さを計算することが可能であり、次いでそれに応じてバーを位置付けることが可能である。もう一つの方法として、又はさらなる方法として、反復性のテストによって理想的な厚さへ向けて作動することが可能である。
流れ平面(P)内で及び流れ方向(E)に垂直である方向で流出スロットの全長は、通常1メートルよりも長く、好ましくは2メートルよりも長く、さらに好ましくは3メートルと等しく、従って、幅広で平坦な構造体を容易に形成することが可能である。
(今回は、流れ方向(E)を除いて流れ平面(P)での寸法までの)スロットの幅に関して、これは通常ミリメートル(mm)、好ましくはセンチメートル(cm)の問題である。しかしながら、通常30cmより少なく、20cmと等しく、好ましくは10cm以下である。
本発明によるダイによって平坦な構造体に変換されることができるプラスチックは、熱可塑性の高分子弾性体、及びそれらの混合体を含んでいる任意の熱可塑性のポリマーであってもよい。“ポリマー”は、ホモポリマー(homopolymers)及び(特に、2つから成るコポリマー又は3つからコポリマーのような)コポリマー(copolymers)の両方を意味する。そのようなコポリマーの例は、制限されない方法で、ランダムコポリマー(random copolymers)であり、シーケンスドコポリマー(sequenced copolymers)、ブロックポリマー(block copolymers)、及びグラフトコポリマー(graft copolymers)である。
処理の温度が融解温度よりも低い任意の種類の熱可塑性のポリマー又はコポリマーは、本発明によるダイにするために適している。少なくとも10℃以上に広がる融解範囲を有している熱可塑性の合成材料は、特に適している。そのような材料の例として、材料の分子の重さで多分散性(polydispersity)を備えている材料がある。
特に、ポリオレフィン、ポリビニルハロゲン(PCV−PVDF)、熱可塑性のポリエステル、脂肪族化合物(aliphatic)のポリフェニルサルボン(PPSU)、芳香族(aromatic)のポリフェニルサルボン(PPSU)、ポリケトン(polyketone)、ポリアミド(PA)、及びそれらのコポリマーは、使用されてもよい。ポリオレフィン[特にポリプロピレン(PP)及びポリエチレン(PE)]、ポリフェニルサルボン(PPSU)、ポリアミド(PA)及びポリ塩化ビニル(PVC)は、良い結果をもたらす。本発明によるダイは、例えばポリ塩化ビニル(PVC)のような感熱性の熱可塑性のポリマーを幅広で平坦な構造体に変換するのに著しく適切である。
本発明によるダイは、2500Pa.s、好ましくは3000Pa.s、さらに好ましくは4000Pa.sに等しい又は以上である(ダイ内でポリマーの温度で且つ0.1[rad/s]で測定された)融解粘度を有しているポリマーの変換に有利に適用する。
本発明によるダイは、単一のポリマー、複数のポリマー又はコポリマーの混合、(例えば、安定化剤、可塑剤、色素、無機充填剤(inorganic fillers)、有機充填剤(organic fillers)及び/又は自然充填剤(natural fillers)、又は重合体の充填剤(fillers)などの)様々な添加剤との高分子材料の混合を変更するために使用されるそれらのポリマーは、延在、延伸などのような様々な処理を受けることができる。本発明によるダイは、例えば後述される装置内で、ブロー成型の因子を備えている熱可塑性のポリマーを変換するために使用され、それ故に膨脹された発泡セル状の構造体又は発泡されたセル状の構造体を作製するために使用される。
本発明によるスロット(f)を出ている幅広で平坦な構造体は、エンボスロール、研磨ロール、カレンダーロール(calendering rolls)のような任意で既知の適した再処理システムによって最終的に形成するために構造体自身を変換させてもよい。本発明によるダイは、例えば0.2mmから20mmの厚さの平坦なシートを生み出すことを可能にする較正された開口部のような他の形成手段と結合される場合があってもよく、且つ形成手段に供給する場合もあってもよい。
好ましい変形実施形態によれば、下記では“上流ダイ”を呼ばれる上述された本発明によるダイは、下記では“下流ダイ”と単純に呼ばれる手段を形成するための融解された平坦な構造体を供給する場合があってもよく、従って、上流ダイ及び下流ダイは、本発明の第2の主題を構成するプラスチックベースの立体的な構造体を形成するための装置を形成するために相互作用する。
この装置の最も一般的な構成において、上流ダイのスロット(f)を通じて供給された融解されたプラスチックからなる幅広で平坦な構造体は、材料を立体的な構造体に形成するために下流ダイに供給する。本明細書において、“立体的な構造体”は、適した外形が本発明による装置における下流ダイの機能を遂行している状態で、任意のダイによって供給され、任意の立体的な構造であることを意図する。この立体的な構造体は、融解されたプラスチックが供給された状態から平坦な構造体の面に平行に配置されると共に結合された中空体も含んでもよい。
好ましくは、関係している立体的な構造体は、上記に定義されている“ハニカム”構造と呼ばれるセル状の構造である。そのような構造を得るための下流ダイは、例えば特許文献6及び特許文献7に記載されており、それらの特許文献の内容は、この目的のために本出願に参照によって組み込まれる。本発明のこの変形実施形態は、PVCに基づいたセル状の構造体に良い結果を与える。
本発明の一の特定の実施形態は、本明細書に添付された図面を参照することによって、図示される。それらの図面は、本発明によるダイの典型的な実施形態を示している添付された図1〜図4で構成される。
図面で示されるダイの特定の実施形態において、フラットダイのベース1は、融解されたプラスチックが(図示されない)吸入口を介して到着し、ダイ内の4つのオリフィス3を介して流入する上流縁部2を有する。融解されたプラスチックは、下流縁部4を介して出る。ベース1の上部分は、(図1aのみに図示される)流れ方向(E)においてダイ1の内側の通常平坦なプラスチックフローのウェブ内の(図1aのみに示される)流れ平面(P)を画定する。
図示されたフラットダイは、融解されたプラスチックを供給するための4つのダクト5を備え、4つのダクトは、互いに平行且つ互いから等距離に配置され、流れ方向(E)に平行な流れ平面(P)内に延在している。この供給ダクト5のそれぞれは、流れ方向(E)に対して(そのジグザグ形状を考慮して)略垂直である分配の(ジグザグ形態で)長手方向において流れ平面内に延在している分配チャンネル7にプラスチックの排出のための下流側オリフィス6を備えている。供給ダクト5の各オリフィス3は、プラスチックを押し出すための(図示せず)装置に上流側で接続される。
ベースもまた、分配チャンネル7の下流側に据え付けられた三角形状の分配部8に沿って延在している流出スロット13も備える。したがって、各供給ダクト5は、その下流オリフィス6を介して分配チャンネル7にプラスチックの流れを案内することができ、その各部分は三角形状の分配部8上に融解された材料を広げ、共通な流出スロット13を形成するために全ての三角形状の分配部8が相互作用することを可能にさせる。
図示された実施形態において、4つの供給ダクト5、分配流路7の4つの部分、及び4つのV字状の三角形状の分配部8の使用は、プラスチックの均一な供給を生み出すことを可能にし、すなわち、連続的な供給及び温度分布、流出スロット13の出口での全てのポイントで均一且つ同一である流速分布及び圧力分布を得る。
図4において、流出スロット13が、ダイのベース1及びカバー1bis内にそれぞれ含まれ、流れ平面(P)に平行な互いから離隔して延在している且つている2つの表面14を備えている。流出スロット13は、ウェブを形成するために下流に流し込んでいるオリフィス9を介して、流れ方向(E)に均一に流れている融解されたプラスチックを案内することを可能にさせ、ウェブの幅が立体的なの構造を形成するための(図示されない)装置の下流ダイの入口の幅に実質的に対応する。
ウェブの薄さを制御し、且つ調整するために、及び流れの制御及び調整を改善するために、材料のストリームのバランスを保っている間に、流出スロット13は、流れ平面(P)に対して垂直方向に移動可能な背圧バー15を備える。各背圧バー15は、材料のストリームのバランスを保ち、且つダイの出口でプラスチックの均一なウェブを得るために、温度、流速、及び圧力の差に依存して、ベースの真下に配置された(図示されない)従来の調整手段によって近接した背圧バー15を独立的に移動させ得るように、各三角形状の分配部8に対向する流出スロット13の中央に配置される。
ダイの内側で融解されたプラスチックが複数の分配チャンネル及びプラスチック供給ダクトがあるような三角形状の分配部内に流れ、融解された材料の均一な流れの形態で流出スロットを介して存在し、6面体カバーと共に形成することを意図する6面体ベースの斜視図である。 ダイの内側で融解されたプラスチックが複数の分配チャンネル及びプラスチック供給ダクトがあるような三角形状の分配部内に流れ、融解された材料の均一な流れの形態で流出スロットを介して存在し、6面体カバーと共に形成することを意図する6面体ベースの下方から見た側面図である。 ダイの内側で融解されたプラスチックが複数の分配チャンネル及びプラスチック供給ダクトがあるような三角形状の分配部内に流れ、融解された材料の均一な流れの形態で流出スロットを介して存在し、6面体カバーと共に形成することを意図する6面体ベースの背面図である。 図1のベースの上面図である。 図1のダイのプラスチックを供給するための特に注入オリフィスの上流縁部の図である 図1〜3のベース及びカバーの関連によって形成されたダイの断面図である。
符号の説明
1 ベース
1bis カバー
2 上流縁部
3 オリフィス
4 下流縁部
5 ダクト
6 下流側頂部
7 分配チャンネル
8 分配部
9 オリフィス
13 流出スロット
14 表面
15 バー
E 流れ方向
P 流れ平面

Claims (8)

  1. ベース(1)及びカバー(1bis)から成る、幅広で平坦なプラスチックベースの構造体を製造するためのダイであって、
    分配チャンネル(7)内部に向かって開口している、融解されたプラスチックを供給するための複数のダクト(5)と、
    前記融解されたプラスチックを略平坦な構造体の形態で生産するための長手方向の流出スロット(13)と、
    を備えている前記ダイにおいて、
    前記分配チャンネル(7)及び前記流出スロット(13)は、供給ダクト(5)がその近傍に位置する下流側頂部(6)と、前記分配チャンネル(7)及び前記流出スロット(13)の交点を形成する2つの上流側頂部と、を有している略三角形状を成した複数の分配部(8)を介して連通し、
    各前記供給ダクト(5)は、前記供給ダクトのそれぞれに設けられた前記ダイの上流側に位置するオリフィス(3)を介して前記融解されたプラスチックを供給することを特徴とするダイ。
  2. 前記複数の分配部(8)は、前記流出スロット(13)の略全幅に亘って並行に配置され、略同一の大きさ及び形状を有していることを特徴とする請求項1に記載のダイ。
  3. 前記流出スロット(13)の略中央に位置する前記ベース(1)の溝に載置されている背圧バー(15)を備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のダイ。
  4. 幅広で平坦な感熱性の熱可塑性ポリマーベースの構造体を製造するために、請求項1〜3のいずれか一項に記載のダイを使用する方法。
  5. 前記感熱性の熱可塑性ポリマーは、PVC(塩化ビニル)であることを特徴とする請求項4に記載の方法。
  6. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のダイと、
    前記ダイから放出された前記平坦な構造体を立体的な構造体に変換するように適合された形成手段と、
    を備えていることを特徴とする、プラスチックベースの前記立体的な構造体を製作するための装置。
  7. セル状の構造体を製造するために、請求項6に記載の装置を使用する方法。
  8. 前記セル状の構造体は、PVCベースであることを特徴とする請求項7に記載の方法。
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