JP2010280083A - Calculation method for calculating neck-in width, and calculator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ネックインの幅を計算する計算方法及び計算装置に関するものである。特に、本発明は、押出ラミネート加工やキャストフィルム加工等の押出加工によって加工機から押し出された対象物におけるネックインの幅を計算する計算方法及び計算装置に関するものである。 The present invention relates to a calculation method and a calculation apparatus for calculating a neck-in width. In particular, the present invention relates to a calculation method and a calculation device for calculating a neck-in width in an object extruded from a processing machine by extrusion processing such as extrusion lamination processing and cast film processing.
プラスチックフィルムやアルミ箔や紙等の基材に対して熱可塑性樹脂を押出ラミネート加工する場合やTダイフィルム加工機によりプラスチックフィルムを加工する場合、熱可塑性樹脂を押し出すダイの出口幅に対し、当該熱可塑性樹脂のコート幅が短くなる現象が発生することがある。このように、ダイ幅に対してフィルム幅が短縮することをネックイン現象といい、この短縮幅をネックインの幅NIという。ネックイン現象が発生すると、製品幅が制限されたり、収率が低下してしまったりする。 When extruding and laminating a thermoplastic resin to a substrate such as a plastic film, aluminum foil, or paper, or when processing a plastic film with a T-die film processing machine, the exit width of the die that extrudes the thermoplastic resin A phenomenon that the coat width of the thermoplastic resin is shortened may occur. Thus, shortening the film width with respect to the die width is called a neck-in phenomenon, and this shortened width is called a neck-in width NI. When the neck-in phenomenon occurs, the product width is limited or the yield is lowered.
ネックイン現象によるフィルム幅短縮の対策として、押出ダイの設計にネックイン現象の影響を事前に反映させる方法や、あるいは、押出加工時にディッケルによるダイ幅の調整やエアギャップの調整等を行う方法がある。しかしながら、熱可塑性樹脂の種類や押出加工条件に制限がある場合、ネックイン現象によるネックインの幅NIを適切に制御することは難しいといった現状がある。 As measures to reduce the film width due to the neck-in phenomenon, there is a method of reflecting the influence of the neck-in phenomenon in the extrusion die design in advance, or a method of adjusting the die width or the air gap by the deckle at the time of extrusion. is there. However, when there are restrictions on the type of thermoplastic resin and the extrusion process conditions, it is difficult to appropriately control the neck-in width NI due to the neck-in phenomenon.
このようなネックインの幅NIを適切に制御しがたい理由として、加工機内で加熱処理される熱可塑性樹脂の滞留時間が長くなるにつれて、その樹脂が劣化しやすくなったり、押出ラミネート加工のように高温条件で行われることによりその樹脂が劣化したりすることがある。このような樹脂の劣化による影響が比較的大きいことが、例えば、非特許文献1に記載されている。この非特許文献1には、押出ラミネート加工において加工機から押出された樹脂を回収して粘弾性を測定したところ、未加工状態の樹脂と比較して、粘弾性が変化していることが開示されている。
The reason why it is difficult to appropriately control the width NI of such a neck-in is that as the residence time of the thermoplastic resin that is heat-treated in the processing machine becomes longer, the resin tends to be deteriorated, such as extrusion lamination. In some cases, the resin may deteriorate due to the high temperature conditions. For example, Non-Patent
ところで、ネックインの幅NIを適切に制御するために熱可塑性樹脂等の劣化を均一にして樹脂の押出加工を行おうとしても、加工機の構造上、例えば、押出ダイの中央部と端部とでは滞留時間が大きく異なるといったように、加工機内の樹脂の滞留時間にはどうしてもバラツキが発生してしまう。つまり、樹脂の粘弾性が押出ダイの幅方向の位置に応じて異なってしまうことを防止するのは難しかった。例えば、熱可塑性樹脂としてポリエチレンを用いた押出ラミネート加工では、樹脂と基材間の接着力向上のために、300〜340℃の高温条件で樹脂が押し出されるようにすることがあるが、このように積極的に樹脂を熱劣化させた場合、粘弾性のバラツキが大きくなることが想定される。 By the way, in order to appropriately control the neck NI width NI, even if the extrusion of the resin is performed with the deterioration of the thermoplastic resin or the like being uniform, due to the structure of the processing machine, for example, the central portion and the end portion of the extrusion die Therefore, the residence time of the resin in the processing machine is inevitably varied. That is, it has been difficult to prevent the viscoelasticity of the resin from changing depending on the position in the width direction of the extrusion die. For example, in extrusion laminating using polyethylene as a thermoplastic resin, the resin may be extruded at a high temperature of 300 to 340 ° C. in order to improve the adhesion between the resin and the substrate. When the resin is actively thermally deteriorated, it is assumed that the variation in viscoelasticity increases.
一方、ネックイン現象によるネックインの幅NIの計算は、例えば、有限要素法等を用いて押出加工された樹脂を解析することによって行われるが、上述したような幅方向の位置に応じて異なる粘弾性を有限要素法による解析にどのように反映させるかといった方法は従来、提供されていなかった。その結果、非特許文献1には粘弾性が変化することまでは開示されているものの、その適用方法の示唆がなく、ネックインの幅NIを適正に計算することが難しいといった問題は解決されないままであった。
On the other hand, the calculation of the neck-in width NI due to the neck-in phenomenon is performed, for example, by analyzing the extruded resin using the finite element method or the like, but differs depending on the position in the width direction as described above. Conventionally, a method of reflecting viscoelasticity in the analysis by the finite element method has not been provided. As a result, although Non-Patent
そこで、本発明は、押出ラミネート加工やTダイフィルム加工等における、樹脂の熱劣化による粘弾性の変化を考慮して、ネックインの幅を精度よく計算する計算方法及び計算装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a calculation method and a calculation device for accurately calculating the neck-in width in consideration of changes in viscoelasticity due to thermal degradation of resin in extrusion lamination processing, T-die film processing, and the like. Objective.
上記課題の解決のため、本発明者は、鋭意研究を重ねる過程で、対象となる樹脂が単一の粘弾性からなる層であれば、有限要素法に適用できる点に着眼した。そして、この単一の粘弾性からなる層について、更に考察すると、この単一の粘弾性からなる層を複数設けて多層モデルとする際、所定の比率を乗じれば、幅方向に粘弾性が変化する加工対象物を多層モデルでモデル化して表せることがわかってきた。そこで、本発明者は、有限要素法に適用可能な単一の粘弾性からなる層に所定の比率を乗じた多層モデルとすることにより、樹脂の熱劣化による粘弾性の変化を考慮してネックインの幅を計算できるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has focused on the fact that the subject resin can be applied to the finite element method as long as the target resin is a layer composed of a single viscoelasticity. Then, further considering the layer consisting of this single viscoelasticity, when a plurality of layers consisting of this single viscoelasticity are provided to form a multi-layer model, the viscoelasticity is increased in the width direction by multiplying by a predetermined ratio. It has been found that changing workpieces can be modeled by a multilayer model. Therefore, the present inventor considered a change in viscoelasticity due to thermal degradation of the resin by adopting a multi-layer model in which a single viscoelastic layer applicable to the finite element method is multiplied by a predetermined ratio. The knowledge that the width of in can be calculated was obtained, and the present invention was completed.
上記課題の解決のため、本発明にかかる計算方法は、加熱しながらの押出加工によって加工機から押し出された対象物におけるネックインの幅を計算する計算方法であって、対象物を加工機から押し出す際の幅方向の粘弾性分布を取得する粘弾性取得ステップと、粘弾性取得ステップで取得された粘弾性分布に基づいて、単一の粘弾性を示す層を複数備えた層構成を有すると共に幅方向の位置に応じて異なる粘弾性を示す多層モデルによって対象物をモデル化するのに用いる複数の層のうち少なくとも一の層の幅方向の層比分布を算出する層比算出ステップと、押出加工によって加工機から押し出される対象物を層比算出ステップで算出された層比に基づいた多層モデルによってモデル化するモデル化ステップと、モデル化ステップでモデル化された対象物を有限要素法を用いて解析し、該解析によって対象物におけるネックインの幅を算出するネックイン算出ステップと、ネックイン算出ステップで算出されたネックインの幅を出力する出力ステップと、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problem, a calculation method according to the present invention is a calculation method for calculating a neck-in width in an object extruded from a processing machine by extrusion while heating, and the object is removed from the processing machine. Based on the viscoelasticity acquisition step for acquiring the viscoelasticity distribution in the width direction when extruding and the viscoelasticity distribution acquired in the viscoelasticity acquisition step, and having a layer configuration including a plurality of layers showing a single viscoelasticity A layer ratio calculating step for calculating a layer ratio distribution in the width direction of at least one of a plurality of layers used for modeling an object by a multilayer model having different viscoelasticity depending on the position in the width direction; A modeling step for modeling an object to be pushed out from a processing machine by processing using a multilayer model based on the layer ratio calculated in the layer ratio calculation step, and a model in the modeling step Neck-in calculation step of analyzing the target object using the finite element method, calculating a neck-in width in the target object by the analysis, and an output step of outputting the neck-in width calculated in the neck-in calculation step It is characterized by including these.
また、本発明にかかる計算装置は、加熱しながらの押出加工によって加工機から押し出された対象物におけるネックインの幅を計算する計算装置であって、対象物を加工機から押し出す際の幅方向の粘弾性分布を取得する粘弾性取得手段と、粘弾性取得手段で取得された粘弾性分布に基づいて、単一の粘弾性を示す層を複数備えた層構成を有すると共に幅方向の位置に応じて異なる粘弾性を示す多層モデルによって対象物をモデル化するのに用いる複数の層のうち少なくとも一の層の幅方向の層比分布を算出する層比算出手段と、押出加工によって加工機から押し出される対象物を層比算出手段で算出された層比に基づいた多層モデルによってモデル化するモデル化手段と、モデル化手段でモデル化された対象物を有限要素法を用いて解析し、該解析によって対象物におけるネックインの幅を算出するネックイン算出手段と、ネックイン算出手段で算出されたネックインの幅を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。 Further, the calculation device according to the present invention is a calculation device for calculating the width of the neck-in in the object extruded from the processing machine by extrusion while heating, and the width direction when the object is extruded from the processing machine The viscoelasticity acquisition means for acquiring the viscoelasticity distribution of the material and the viscoelasticity distribution acquired by the viscoelasticity acquisition means have a layer configuration including a plurality of layers exhibiting a single viscoelasticity and at a position in the width direction. A layer ratio calculating means for calculating a layer ratio distribution in the width direction of at least one layer among a plurality of layers used for modeling an object by a multilayer model showing different viscoelasticity, and from a processing machine by extrusion Modeling means for modeling the object to be pushed out by a multilayer model based on the layer ratio calculated by the layer ratio calculation means, and analyzing the object modeled by the modeling means using the finite element method Characterized in that it comprises a neck-calculating means for calculating the width of the neck-in the object by the analysis, and output means for outputting the width of the neck-calculated in neck-calculating means.
本発明に係る計算方法及び計算装置では、単一の粘弾性を示す層を複数備えた層構成を有すると共に幅方向の位置に応じて異なる粘弾性を示す多層モデルで対象物をモデル化する際、幅方向の粘弾性分布に基づいて層比算出ステップ又は層比算出手段で算出された層比に基づいた多層モデルによってモデル化しており、樹脂の熱劣化による幅方向の粘弾性の変化を考慮して、有限要素法による解析を行うことができる。このため、ネックインの幅を精度よく計算することが可能となる。なお、ここで用いる「幅方向」は、加工機から対象物を押し出す押出口の長手方向であり、対象物を押し出す押出方向に対して交差する方向である。 In the calculation method and the calculation apparatus according to the present invention, when an object is modeled by a multilayer model having a layer configuration including a plurality of layers exhibiting a single viscoelasticity and exhibiting different viscoelasticity depending on the position in the width direction. Modeled by a multilayer model based on the layer ratio calculated by the layer ratio calculation step or the layer ratio calculation means based on the viscoelastic distribution in the width direction, taking into account changes in the viscoelasticity in the width direction due to thermal degradation of the resin Thus, analysis by the finite element method can be performed. Therefore, the neck-in width can be calculated with high accuracy. The “width direction” used here is the longitudinal direction of the extrusion port for extruding the object from the processing machine, and is the direction intersecting the extrusion direction for extruding the object.
また、本発明に係る計算方法では、粘弾性取得ステップは、対象物に対する加熱時間に応じた対象物の粘弾性変化を示す熱挙動情報を取得する取得ステップと、対象物を押出加工する際に対象物が加工機内に滞留する幅方向の滞留時間分布を算出する滞留時間算出ステップと、滞留時間算出ステップで算出された滞留時間分布における滞留時間に対し、取得ステップで取得された熱挙動情報における加熱時間を対応させることで、対象物を加工機から押し出す際の幅方向の粘弾性分布を算出する算出ステップと、を含むことが好ましい。対象物の粘弾性の変化に影響を与える熱挙動情報や幅方向の滞留時間分布に基づいて幅方向の粘弾性分布を算出しているため、幅方向の粘弾性分布を精度よく算出することができる。その結果、ネックインの幅を一層、精度よく計算することができる。 Further, in the calculation method according to the present invention, the viscoelasticity acquisition step includes an acquisition step of acquiring thermal behavior information indicating the viscoelasticity change of the target object according to the heating time for the target object, and when extruding the target object. In the residence time calculation step for calculating the residence time distribution in the width direction in which the object stays in the processing machine, and the residence time in the residence time distribution calculated in the residence time calculation step, in the thermal behavior information obtained in the acquisition step It is preferable to include a calculation step of calculating a viscoelastic distribution in the width direction when the object is pushed out of the processing machine by making the heating time correspond. Since the viscoelastic distribution in the width direction is calculated based on the thermal behavior information that affects the change in the viscoelasticity of the object and the residence time distribution in the width direction, it is possible to accurately calculate the viscoelastic distribution in the width direction. it can. As a result, the neck-in width can be calculated more accurately.
本発明に係るネックインの計算方法によれば、押出加工、特に押出ラミネート加工等において、ネックインの幅を精度高く予測できる効果を奏する。 The neck-in calculation method according to the present invention has an effect that the width of the neck-in can be predicted with high accuracy in extrusion processing, particularly extrusion lamination processing.
以下、図面を参照しながら、本発明に係るネックインの幅NIの計算装置及び計算方法について詳細に説明する。 Hereinafter, a calculation device and a calculation method of a neck-in width NI according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、計算装置及び計算方法にかかる押出ラミネート加工機1及び押出ラミネート加工機1(以下「加工機1」とも記す)による押出加工について、図1を参照して簡単に説明する。押出ラミネート加工機1は、単軸スクリュ2、押出ダイ3、ニップロール4、チルロール5、及び基材供給ロール6を備えている。単軸スクリュ2は、樹脂を溶融する溶融部(不図示)から溶融樹脂を押出ダイ3に送るための部分であり、押出ダイ3の図示上面の中央部に接続される。押出ダイ3は、送られてきた溶融樹脂Rを所定の加熱温度に維持したまま、図示下面に形成されたダイ出口3aから押し出す装置である。ダイ出口3aと対向する領域には、ニップロール4とチルロール5とが水平方向に略並列に配置され、ニップロール4とチルロール5とが協働して回転するように両者は一部が当接するようになっている。このニップロール5から水平方向に所定距離離れた位置には、基材を供給する基材供給ロール6が配置されている。
First, extrusion processing by the
押出ラミネート加工機1としては、例えば、住友重機械モダン株式会社製の加工機があり、この加工機では、単軸スクリュ2の直径が65mm、出口幅WDが600mm、ギャップ長さHDが0.8mm、ダイ出口3aとニップロール4/チルロール5との間のエアギャップLが160mmとなっている。
The
上述した構成を備えた加工機1では、例えば、対象物としてポリエチレンを用いる場合、溶融部において約320℃に溶融された溶融樹脂Rが60kg/hの押出量で単軸スクリュ2から押出ダイ3に送り出され、送り出された溶融樹脂Rは、押出ダイ3内において320℃程度で加熱されながら幅方向に広がり、ダイ出口3aから押し出される。押し出された溶融樹脂Rは、ニップロール4/チルロール5によって、例えば、引取速度が120m/min、ギャップ長さHDと引取後の樹脂の厚さとの比であるドロー比が40となるように引き取られ、基材供給ロール6から供給される基材上に接着され、樹脂Rがラミネートされた基材が得られる。なお、ダイ出口3aから押し出された樹脂Rは、ネックイン現象により、図1に示されるように、ダイの出口幅WDからウェブ幅WFに短縮される。本実施形態では、ダイの出口幅WDとニップロール4におけるウェブ幅WFの差の半分である(WD−WF)/2を、ネックインの幅NI(mm)とするが、ネックインの幅NIを他の式で定義してもよい。
In the
続いて、上述した押出ラミネート加工機1におけるネックインの幅NIを計算する計算装置の構成について図2を参照しながら、簡単に説明する。なお、この計算装置による詳細な計算方法等については後述する。
Next, the configuration of a calculation device for calculating the neck-in width NI in the
計算装置10は、加熱しながらの押出加工によって加工機1から押し出された溶融樹脂におけるネックインの幅NIを計算する計算装置であり、機能的には、粘弾性取得部11、層比算出部12、モデル化部13、ネックイン算出部14、及び出力部15を備えて構成される。このような計算装置10は、ハードウェア的には、例えば、ワークステーションやPC(Personal Computer)等の情報処理装置から構成され、CPUやメモリ等の構成要素が動作することにより、下記の各機能やこれら各機能による後述する詳細な計算方法が実行される。
The
粘弾性取得部11は、溶融樹脂を加工機1から押し出す際の幅方向の粘弾性分布η(x)の情報を取得する。ここで用いる「幅方向」は、加工機1から溶融樹脂を押し出すダイ出口3aの長手方向(出口幅WDの方向)を意味し、溶融樹脂を押し出す押出方向に対して直交する。なお、本実施形態では、粘弾性取得部11が取得する粘弾性を示す情報として、せん断粘度を用いるが、粘弾性を示す情報は、これに限定されない。
The
層比算出部12は、粘弾性取得部11で取得された幅方向の粘弾性分布η(x)の情報に基づいて、溶融樹脂を多層モデルによってモデル化するのに用いる複数の層のうち少なくとも一の層の幅方向の層比分布h(x)を算出する。この多層モデルとは、それぞれ異なる単一の粘弾性を示す層を複数備えた層構成(例えば2層構成)を有し、各層の厚みを幅方向の位置に応じて変えることで、幅方向の位置に応じて異なる粘弾性を示すようにしたものである。つまり、有限要素法による解析では、パラメータとして、溶融樹脂の粘弾性を幅方向の位置に応じて直接変更することは難しいが、幅方向の位置に応じた粘弾性の変化を仮想の層構成における各層の厚み変化で置き換えることでパラメータとすることができ、その結果、幅方向の位置に応じた粘弾性の変化を有限要素法による解析に取り込むことができる。
The layer
ここで用いる「層比」は、上述した粘弾性の変化を置き換えるための各層の厚みを増減させるための比率係数であり、例えば、0〜1の間の値で表される(図10参照)。また、層比分布h(x)は、この層比を、幅方向の位置に応じて示した分布であり、幅方向の位置に応じた粘弾性の変化に対応している。 The “layer ratio” used here is a ratio coefficient for increasing or decreasing the thickness of each layer for replacing the above-described change in viscoelasticity, and is represented by a value between 0 and 1, for example (see FIG. 10). . The layer ratio distribution h (x) is a distribution in which this layer ratio is indicated according to the position in the width direction, and corresponds to a change in viscoelasticity according to the position in the width direction.
モデル化部13は、押出加工によって加工機1から押し出される溶融樹脂を層比算出部12で算出された層比分布h(x)に基づいた多層モデルによってモデル化する。ネックイン算出部14は、モデル化部13でモデル化された対象物を有限要素法を用いて解析し、該解析によって溶融樹脂におけるネックインの幅NIを算出する。出力手段15は、ネックイン算出部14で算出されたネックインの幅NIを出力する。
The
続いて、上記各構成を備えた計算装置10による、ネックインの幅NIの計算方法について図3を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、上述したように、樹脂の熱劣化による粘弾性の変化を考慮した計算方法を採用することにより、ネックインの幅NIを精度よく計算することができるようになっている。
Next, a method of calculating the neck-in width NI by the
まず、粘弾性取得部11は、押出加工に用いられる対象樹脂の熱劣化挙動を示す熱挙動情報を取得する(取得ステップ、ステップS01)。熱挙動情報とは、樹脂に対する加熱時間に応じた樹脂の粘弾性変化を示す情報であり、例えば、図4に示されるような加熱時間と相対粘度との関係を示すデータである。この熱挙動情報は、例えば、以下のような測定を事前に行うことで得られ、得られた測定結果は、ユーザによって計算装置10に入力されて、計算装置10の記憶部等に記憶されるようになっている。
First, the
熱挙動情報を取得するため、測定装置としては、例えば、キャピラリー型レオメータ(東洋精機社、キャピログラフII)を用い、測定温度を加工温度と同じ320℃、キャピラリーの長さを40mm、直径を1mm、リザーバーからキャピラリーへの流入角度を90°といった測定条件で、対象樹脂の熱劣化挙動の測定を行う。測定される樹脂としては、例えば、未加工状態の低密度ポリエチレン(住友化学株式会社製、商品名:スミカセン CE4009)を用いる。 In order to obtain thermal behavior information, for example, a capillary type rheometer (Toyo Seiki Co., Ltd., Capillograph II) is used as a measurement device, the measurement temperature is 320 ° C., which is the processing temperature, the capillary length is 40 mm, the diameter is 1 mm, The thermal degradation behavior of the target resin is measured under measurement conditions such that the inflow angle from the reservoir to the capillary is 90 °. As the resin to be measured, for example, unprocessed low-density polyethylene (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name: Sumikasen CE4009) is used.
測定手順としては、まず、上述した樹脂をレオメータのリザーバーへ充填後、5分間予熱する。そして、予熱完了後を測定開始時間として、せん断速度が60.8s−1のせん断速度でせん断粘度ηを測定する。その後、樹脂をレオメータ内に放置して、30分間隔でせん断粘度ηを測定する。このようにして、せん断粘度ηの経時変化を測定する。ここでは、時刻0におけるせん断粘度(つまり、未加工樹脂のせん断粘度に相当)を基準値1とした相対粘度ηrに換算し、経時変化を示す相対粘度ηr(t)を得る。ここで、tは時間(s)を表す。得られた相対粘度ηr(t)を最小二乗法で近似したものを下記の式(1)に示す。
この式(1)に示されるように、計算装置10に入力されて記憶部に記憶されている熱挙動情報は、二次関数で示される情報となる。また、粘弾性取得部11が、相対粘度と経過時間との複数のデータを入力して、最小二乗法により、上記の式のパラメータを求めてもよい。なお、図4に、低密度ポリエチレンの相対粘度ηr(t)と式(1)で回帰される曲線とを示す。粘弾性取得部11によって取得されて計算装置10に記憶される情報は、他の機能部からも利用可能である(以降の情報についても同様である)。ステップS01における対象樹脂の熱挙動情報の取得が終了したら、ステップS02に進む。
As a measurement procedure, first, the above-described resin is filled in a rheometer reservoir and then preheated for 5 minutes. Then, the shear viscosity η is measured at a shear rate of 60.8 s −1 with the time after the completion of preheating as the measurement start time. Thereafter, the resin is left in the rheometer, and the shear viscosity η is measured at intervals of 30 minutes. In this way, the change with time of the shear viscosity η is measured. Here, the shear viscosity at time 0 (that is, equivalent to the shear viscosity of the unprocessed resin) is converted to a relative viscosity η r with a reference value of 1 to obtain a relative viscosity η r (t) indicating a change with time. Here, t represents time (s). What approximated the obtained relative viscosity (eta) r (t) by the least squares method is shown to following formula (1).
As shown in the equation (1), the thermal behavior information input to the
続いて、粘弾性取得部11は、加工機1(押出ダイ3)の出口における幅方向の滞留時間分布tR(x)のデータを算出する(滞留時間算出ステップ、ステップS02)。滞留時間とは、溶融樹脂を押出加工する際に溶融樹脂が加工機1(押出ダイ3)内に滞留している時間である。ステップS02における滞留時間分布tR(x)の算出は、図5に示されるように、ステップS11で、従来技術と同様の手法で、まず有限要素メッシュを作成し、次に、ステップS12で、加工機1(押出ダイ3)内の流動解析用のデータファイルを作成し、最後に、ステップS13で、設定した条件に基づき、加工機1(押出ダイ3)内の流動状態を計算し、加工機内の滞留時間分布tR(x)のデータを得るものである。以下、詳細に説明する。なお、流動解析を行うために必要な情報及びソフトウェアは、以下に示す内容で予めユーザの入力等により計算装置10に記憶されている(以降の別の演算についても、本実施形態の各機能により算出される情報以外については同様である)。
Subsequently, the
まず、ステップS11で、有限要素メッシュが作成される。メッシュの作成には、例えば、モデリングソフトウェアGambit バージョン2.4.6(ANSYS Inc.社製)が用いられる。具体的には、押出ラミネート加工機1の単軸スクリュ2の先端から押出ダイ3の出口までがモデル化される。幅方向および厚さ方向への対称性を考慮して、幅方向および厚さ方向における構成がそれぞれ半分となった1/4モデルとすることが好ましい。なお、この1/4モデルとしては、例えば、図6に示されるようなモデルがあり、計算装置10の表示部などに表示される。図6に示す1/4モデルでは、単軸スクリュ2の先端から押出ダイ3までのアダプターパイプ(Adapter)は、直径が20mm、長さが600mmであり、押出ダイ3(Die)は長さが125mm、出口幅WD1が300mm、ギャップ長さHDが0.4mmとなっている。
First, in step S11, a finite element mesh is created. For example, modeling software Gambit version 2.4.6 (manufactured by ANSYS Inc.) is used to create the mesh. Specifically, from the tip of the
ステップS11で有限要素メッシュが作成されると、次に、加工機1内の流動解析用のデータファイルが作成される(ステップS12)。データファイルの作成には、例えば、有限要素法に基づいた熱流動解析ソフトウェアPolyflow バージョン3.11.0(ANSYS Inc.社製)が用いられる。最初に以下の境界条件が設定される。なお、境界条件は、事前に計算装置1に入力されて記憶されている。
境界1:加工機の入口(Inlet)に相当する。樹脂の押出量60kg/hに相当する流量として、5447mm3/sが与えられている。温度は320℃とされる。
境界2:ダイ出口(Outlet)に相当する。本境界では樹脂が完全発達流れの条件が与えられる。
境界3:壁面(図6のDie右端面)に相当する。この境界では速度として0m/sの条件が与えられる。温度は320℃とされる。
境界4:対称面(図6のDie左端面)に相当する。この境界では幅方向速度として0m/sを、引取方向応力として0Paを与え、断熱条件とする。
After the finite element mesh is created in step S11, a data file for flow analysis in the
Boundary 1: Corresponds to the inlet (Inlet) of the processing machine. As the flow rate corresponding to the resin extrusion rate of 60 kg / h, 5447 mm 3 / s is given. The temperature is 320 ° C.
Boundary 2: Corresponds to the die outlet. At this boundary, the condition of the fully developed flow of resin is given.
Boundary 3: Corresponds to a wall surface (Die right end surface in FIG. 6). At this boundary, a speed of 0 m / s is given. The temperature is 320 ° C.
Boundary 4: Corresponds to a symmetry plane (Die left end face in FIG. 6). At this boundary, 0 m / s is given as the speed in the width direction, and 0 Pa is given as the stress in the take-up direction, and heat insulation conditions are established.
また、解析に用いる樹脂は粘性流体として扱い、流動モデルとして、Carreau−Yasudaモデル(以下、「CYモデル」という。)が用いられる。このCYモデルは計算装置10の記憶部に予め記憶されている。CYモデルを式(2)に示す。
ここで、η∞は第二Newton粘度を、η0はゼロせん断粘度を、λは特性時間を、上にドットが付いたγはせん断速度を,aおよびnはモデルパラメータをそれぞれ表す。η∞には0Pa・s、η0には28.85Pa・s、λには0.2755s、aには0.32836、nには0.1096がそれぞれ設定されている。
The resin used for the analysis is treated as a viscous fluid, and a Carreau-Yasuda model (hereinafter referred to as “CY model”) is used as a flow model. The CY model is stored in advance in the storage unit of the
Here, η ∞ represents the second Newton viscosity, η 0 represents the zero shear viscosity, λ represents the characteristic time, γ with a dot above represents the shear rate, and a and n represent the model parameters.
また、CYモデルの温度依存性として、式(3)に示すArrhenius approximate shear stressモデルを用いる。このモデルも予め記憶されている。
ここで、Tは温度を、Tαは基準温度を、αは温度依存パラメータをそれぞれ表す。αには0.0288、Tαには130℃がそれぞれ与えられている。このような、式(2)、(3)によって特定される低密度ポリエチレンの320℃におけるCYモデルのせん断粘度データ(図7参照)は、計算装置10の記憶部に予め記憶されている。
As the temperature dependency of the CY model, an Arrheniusapproximate shear stress model shown in Expression (3) is used. This model is also stored in advance.
Here, T represents a temperature, T α represents a reference temperature, and α represents a temperature dependent parameter. α is 0.0288, and T α is 130 ° C. Such shear viscosity data (see FIG. 7) of the CY model at 320 ° C. of the low density polyethylene specified by the equations (2) and (3) is stored in advance in the storage unit of the
そして、最後に、上述したPolyflow バージョン3.11.0を用いて計算が行われる(ステップS13)。粘弾性取得部11による計算には、図6に示す有限要素メッシュが用いられる。境界条件として上記境界1〜4の条件が与えられている。また、樹脂データとしては、式(1)に示すCYモデルが用いられる。樹脂粘度の温度依存性としては、式(2)に示すArrhenius approximate shear stressモデルが用いられる。これらの条件の下に、従来技術と同様の方法を用いて計算が行われる。そして、この計算によって得られる加工機1(押出ダイ3)内の滞留時間から、押出ダイ3の出口での幅方向への滞留時間の分布tR(x)のデータが算出される。図8に、このようにして算出された滞留時間の分布tR(x)のデータを示す。この滞留時間分布tR(x)のデータとは、ダイ幅の幅方向の位置(例えば、0.02m間隔程度毎の位置)に応じた樹脂の滞留時間を示すデータの集合である。滞留時間の分布tR(x)のデータにおけるxは幅方向への座標を表し、ダイ中心をxの原点とする。これにより、ステップS02における加工機1(押出ダイ3)内の滞留時間分布tR(x)のデータの算出が終了し、ステップS03に進む。
Finally, calculation is performed using the above-described Polyflow version 3.11.0 (step S13). A finite element mesh shown in FIG. 6 is used for the calculation by the
続いて、粘弾性取得部11は、ダイ出口3aの粘度分布を算出する(算出ステップ、ステップS03)。具体的には、粘弾性取得部11は、ステップS01で得られた相対粘度ηr(t)を示す式(1)に対して、ステップS02で得られたダイ出口3aにおける幅方向への滞留時間の分布tR(x)を代入して、押出ダイ3の幅方向への相対粘度分布ηr(x)を得る。得られた相対粘度分布ηr(x)を、図9に示す。ステップS03でダイ出口3aの粘度分布の計算が終了すると、ステップS04に進む。
Subsequently, the
続いて、層比算出部12は、ステップS03で取得された幅方向の相対粘度分布ηr(x)の情報に基づいて、溶融樹脂を多層モデルによってモデル化するのに用いる複数の層のうち少なくとも一の層の幅方向の層比分布h(x)を算出する(層比算出ステップ、ステップS04)。ここで用いる多層モデルは、上述したように、それぞれ異なる単一の粘弾性を示す層を複数備えた層構成(例えば2層構成)を有し、各層の厚みを幅方向の位置に応じて変えることで、幅方向の位置に応じて異なる粘弾性を示すようにしたものである。本実施形態では、例えば、多層モデルは、押出ダイ3の中央と端から押出された2つの層(それぞれ「中央層」、「端層」と記す)から構成されるように設定されている。ステップS04では、具体的には、押出ダイ3の幅方向への相対粘度分布ηr(x)を用いて、多層モデルの相対せん断粘度の幅方向分布ηML(x)を式(4)で表すようにする。この式(4)は、計算装置10の記憶部に記憶されている。
ここで、層比hC(x)は中央側から押出された樹脂からなる層(中央層)の層比の幅方向分布を、ηrCは中央層の未加工樹脂に対する相対粘度を、ηrEは端側から押出された樹脂からなる層(以下、「端層」と略する。)の未加工樹脂に対する相対粘度を、それぞれ表す。具体的には、ηrCは、図9におけるダイ中央での滞留時間tRCに相当する、図4における相対粘度ηrを表す。またηrEは、図8においてダイ端部側の幅50mmの範囲で平均した滞留時間tREに相当する、図4における相対せん断粘度ηrを表す。層比算出部12は、式(4)を用いて、中央層の層比分布hC(x)を式(5)より求める。ここで、幅方向分布ηML(x)を、ステップS03で取得された相対粘度分布ηr(x)の値とし、ダイ幅の幅方向の位置(上述した一定間隔の位置と同様)毎に層比分布hC(x)を求める。
このようにステップS04で得られた、中央層の幅方向への層比分布hC(x)のデータを図10に示す。ステップS04で中央層の幅方向への層比hC(x)が算出されたら、ネックインの幅NIの計算の準備段階が終了し、ネックインの幅NIを算出するステップS05以降に進む。
Subsequently, the layer
Here, the layer ratio h C (x) is the width direction distribution of the layer ratio of the resin (center layer) made of resin extruded from the center side, η rC is the relative viscosity of the center layer with respect to the raw resin, η rE Represents the relative viscosity of the layer made of resin extruded from the end side (hereinafter abbreviated as “end layer”) with respect to the raw resin. Specifically, η rC represents the relative viscosity η r in FIG. 4 corresponding to the residence time t RC at the die center in FIG. Further, η rE represents the relative shear viscosity η r in FIG. 4 corresponding to the residence time t RE averaged in the range of the width of 50 mm on the die end side in FIG. Layer
The data of the layer ratio distribution h C (x) in the width direction of the central layer obtained in step S04 is shown in FIG. When the layer ratio h C (x) in the width direction of the central layer is calculated in step S04, the preparation stage for calculating the neck-in width NI is completed, and the process proceeds to step S05 and subsequent steps for calculating the neck-in width NI.
続いて、モデル化部13は、押出加工によって加工機1から押し出される溶融樹脂をステップS04で算出された層比分布hC(x)に基づいた多層モデルによってモデル化する(モデル化ステップ、ステップS05)。具体的には、ステップS05では、最初に、エアギャップにおけるウェブがモデル化され、従来方法を用いて有限要素メッシュが作成される。メッシュの作成にはモデリングソフトウェアGambit バージョン2.4.6(ANSYS Inc.社製)が用いられる。ウェブの厚さ方向への物理量の変化を平均化した擬3次元モデルが用いられる。また、幅方向への対称性を考慮して、幅方向における構成が半分となった1/2モデルを用いる。以上の有限要素メッシュを後述の境界条件とともに図11(a)に示す。押出ダイ3の出口幅WDは600mm、押出ダイ3のギャップ長さHDは0.8mm、エアギャップLは160mmに設定されている。解析方法は後述するが、有限要素メッシュは繰り返し計算を行い、図11(b)に示すモデルへと変形させる。なお、図11(a)には、計算初期状態の有限要素メッシュが示され、図11(b)には、変形後の有限要素メッシュが示されており、両図における原点(X=0,Y=0)は、押田ダイ3のダイ出口3aの中央部分に相当する。
Subsequently, the
続いて、押出加工解析用のデータファイルの作成が行われる(モデル化ステップ、ステップS06)。計算には、有限要素法に基づいた熱流動解析ソフトウェアPolyflow バージョン3.11.0(ANSYS Inc.社製)が用いられる。以下の境界条件が設定されている。
境界1:ダイの出口(X=0であるY軸に沿った線、Inlet)に相当する。引取方向速度Vnとして0.05m/sが、幅方向速度Vtとして0m/sが、温度Tとして320℃が、厚さHとしてギャップ長さHD0.8mmがそれぞれ与えられている。
境界2:ウェブの端部(Free Surface)に相当する。自由表面として扱い、法線方向速度Vnとして0m/sが、法線方向応力Fnとして0Paが、また、断熱条件がそれぞれ与えられている。
境界3:ウェブをチルロール4およびニップロール5にて引取る位置(Outlet)に相当する。引取方向速度Vnとして2m/sが、幅方向応力Ftとして0Paが、断熱条件がそれぞれ与えられる。
境界4:ウェブの幅方向の対称線(Axis of symmetry)に相当する。幅方向速度Vnとして0m/sが、引取方向応力Ftとして0Paが、断熱条件がそれぞれ与えられている。また、ウェブ表面において熱流速f=60W/(mK2)が与えられている。
Subsequently, a data file for extrusion processing analysis is created (modeling step, step S06). For the calculation, heat flow analysis software Polyflow version 3.11.0 (manufactured by ANSYS Inc.) based on the finite element method is used. The following boundary conditions are set.
Boundary 1: Corresponds to the die exit (line along the Y axis where X = 0, Inlet). 0.05 m / s as the take-up direction velocity V n, 0 m / s is the width direction velocity V t, 320 ° C. as the temperature T is, the gap length H D 0.8 mm are respectively given as thickness H.
Boundary 2: Corresponds to the edge of the web (Free Surface). Treated as free surface, 0 m / s as the
Boundary 3: Corresponds to a position (Outlet) where the web is taken up by the
Boundary 4: Corresponds to an axis of symmetry in the web width direction. The heat insulation condition is given as 0 m / s as the width direction velocity V n and 0 Pa as the take-up direction stress F t . Further, a heat flow rate f = 60 W / (mK2) is given on the web surface.
本実施例では、解析に用いる樹脂を粘弾性流体として扱う。粘弾性モデルとして、Phan−Thien/Tannerモデル(以下、「PTTモデル」という。)を用いる。PTTモデルは、例えば、Phan−Thien、Journalof Rheology、22巻、259〜283頁(1978年)に記載されている。PTTモデルを式(6)に示す。このモデルは、記憶部に記憶されている。
ここで、ηは粘度を、τは異方性応力テンソルを、Dは変形速度テンソルを、λは緩和時間を、ξ及びεは非線形パラメータを表す。△はlower−convected時間微分を、▽はupper−convected時間微分をそれぞれ表す。本実施形態で用いた中央層のPTTモデルのパラメータを表1に、端層のパラメータを表2にそれぞれ示す。これらのパラメータも記憶部に記憶されている。
Here, η represents viscosity, τ represents anisotropic stress tensor, D represents deformation rate tensor, λ represents relaxation time, and ξ and ε represent nonlinear parameters. Δ represents a lower-connected time derivative, and ▽ represents an upper-connected time derivative. Table 1 shows parameters of the PTT model of the central layer used in this embodiment, and Table 2 shows parameters of the end layer. These parameters are also stored in the storage unit.
ここで、Tは温度を、T0は摂氏温度の絶対温度への換算値を、Tαは基準温度を、αは温度依存パラメータをそれぞれ表す。本実施形態では、Tαとして130℃が、αとして6000がそれぞれ与えられている。本ステップS06で得られる、130℃におけるPTTモデルの粘弾性データを実線及び点線で図12に示す。物性値として、密度d=735kg/m3、熱伝導度k=0.15W/m・K、比熱Cp=3000J/(kg・℃)が中央層、端層に設定されている。
Here, T represents a temperature, T 0 represents a converted value of Celsius to an absolute temperature, T α represents a reference temperature, and α represents a temperature-dependent parameter. In this embodiment, 130 ° C. is given as T α and 6000 is given as α. The viscoelasticity data of the PTT model at 130 ° C. obtained in step S06 is shown in FIG. 12 as a solid line and a dotted line. As physical properties, density d = 735 kg / m 3 , thermal conductivity k = 0.15 W / m · K, specific heat C p = 3000 J / (kg · ° C.) are set in the center layer and the end layer.
なお、取得される粘弾性データとしては、上述した式(7)に基づくものの他、下記に示すように実際に事前に測定しておき、これらの測定値を記憶部に記憶させておく。このような測定値は、例えば、図12のプロットされたデータとして示される。 In addition, as acquired viscoelasticity data, in addition to the data based on the above-described formula (7), actual measurement is performed in advance as shown below, and these measurement values are stored in the storage unit. Such measured values are shown, for example, as plotted data in FIG.
このような実測方法としては、まず、押出ラミネート加工機1による押出加工における押出樹脂の回収を行う。加工条件は、上述したものと同様である。この加工条件にて溶融樹脂を押出し、PETフィルムにコートする。コートした低密度ポリエチレンを、ダイ中央部は幅5cm、ダイの両端部はそれぞれ3cmをはく離して回収する。次に、押出ラミネート加工機1から押出した後に回収した樹脂の、溶融状態における粘弾性測定の実測を行う。回収した樹脂には、酸化防止のためにジブチルヒドロキシトルエンを10,000ppm添加した後に、温度が150℃にて熱プレスしてシートを作成する。得られたシートを裁断してペレット化し、粘弾性測定に供する。
As such an actual measurement method, first, the extrusion resin is recovered in the extrusion processing by the
この粘弾性測定には、回転型レオメータ(TA Instruments社、ARES)を用いて、複素粘度η*、貯蔵弾性率G’、損失弾性率G’’を測定する。試料のフィクスチャーとして直径が25mmの平行円盤を用いる。粘弾性は温度が130〜190℃、角周波数が0.01〜100rad/sの範囲で測定する。得られた粘弾性は、Cox−Merzの経験則に従い、角周波数をせん断速度に単位換算して用いる。一軸伸長粘度の測定にはキャピラリー型レオメータ(Bohlin社、Flowmaster RH7)を用いる。図12には、このような実測によって求められた、低密度ポリエチレンの130℃における粘弾性データが示されている。実測値と計算値は、図12から明らかなとおり、ほぼ一致するようになっており、以下の各工程では、例えば、実測値を用いて計算を行う。 In this viscoelasticity measurement, a complex viscosity η *, storage elastic modulus G ′, and loss elastic modulus G ″ are measured using a rotary rheometer (TA Instruments, ARES). A parallel disk having a diameter of 25 mm is used as the fixture of the sample. Viscoelasticity is measured at a temperature of 130 to 190 ° C. and an angular frequency of 0.01 to 100 rad / s. The obtained viscoelasticity is used by converting the angular frequency into a shear rate in accordance with Cox-Merz's rule of thumb. A capillary rheometer (Bohlin, Flowmaster RH7) is used for measurement of uniaxial elongational viscosity. FIG. 12 shows viscoelasticity data at 130 ° C. of low-density polyethylene obtained by such actual measurement. As is apparent from FIG. 12, the actual measurement value and the calculated value are substantially the same. In each of the following steps, for example, calculation is performed using the actual measurement value.
続いて、130℃におけるPTTモデルの粘弾性データが求められると、多層モデルの層構成の設定が行われる(モデル化ステップ)。本実施形態では、上述したように、層の数は、各有限要素メッシュに対して中央層と端層との2層が設定されており、片方の層に中央層のPTTモデルおよびArrheniusモデルのパラメータ、物性値および厚さが設定される。有限要素メッシュにおける中央層の幅方向の厚さ分布としては、幅方向の位置に応じて全体厚さの0.8mmにステップS04で得られた幅方向の層比分布hC(x)が乗じられた厚さ分布が設定される。もう一方の層には、端層のPTTモデルおよびArrheniusモデルのパラメータ、物性値および厚さが設定される。有限要素メッシュにおける端層の幅方向の厚さ分布としては、幅方向の位置に応じて全体厚さの0.8mmから中央層の厚さを減じた厚さ分布が設定される。つまり、各有限要素メッシュにおいて、それぞれの層にかかる情報(上述した物性値や厚さ等)が対応付けられるようになっている。このようにして、押出ダイ内の流動における粘弾性変化による、ダイ出口での幅方向への粘弾性分布を、単一の粘弾性である層を複数備えた多層モデルにより表現する。これにより、有限要素法を用いた解析において、粘弾性分布のネックインへ与える影響を考慮できる。このように、押出加工解析用のデータファイルの作成(ステップS06)が終了すると、ステップS07に進む。 Subsequently, when viscoelastic data of the PTT model at 130 ° C. is obtained, the layer configuration of the multilayer model is set (modeling step). In this embodiment, as described above, the number of layers is set such that the center layer and the end layer are set for each finite element mesh, and the PTT model and the Arrhenius model of the center layer are set on one layer. Parameters, physical properties and thickness are set. The thickness distribution in the width direction of the central layer in the finite element mesh is obtained by multiplying 0.8 mm of the total thickness according to the position in the width direction by the layer ratio distribution h C (x) in the width direction obtained in step S04. The obtained thickness distribution is set. In the other layer, parameters, physical properties and thicknesses of the PTT model and the Arrhenius model of the end layer are set. As the thickness distribution in the width direction of the end layer in the finite element mesh, a thickness distribution obtained by subtracting the thickness of the central layer from 0.8 mm of the total thickness is set according to the position in the width direction. That is, in each finite element mesh, information (such as the physical property value and thickness described above) associated with each layer is associated. In this way, the viscoelastic distribution in the width direction at the die exit due to the viscoelastic change in the flow in the extrusion die is expressed by a multilayer model including a plurality of layers having a single viscoelasticity. Thereby, in the analysis using the finite element method, it is possible to consider the influence of the viscoelastic distribution on the neck-in. In this way, when the creation of the data file for extrusion processing analysis (step S06) is completed, the process proceeds to step S07.
続いて、ネックイン算出部14が、ステップS05,06でモデル化された溶融樹脂を有限要素法を用いて解析し、該解析によって溶融樹脂におけるネックインの幅を算出する(ネックイン算出ステップ、ステップS07)。具体的には、上述したPolyflow バージョン3.11.0により、図11に示す有限要素メッシュを用いて、計算が行われる。境界条件としては、ステップS06における境界1〜4の条件が与えられる。また、樹脂データとしては、記憶されている式(6)に示すPTTモデルが用いられる。PTTモデルのパラメータとして、表1に示す値が与えられている。樹脂の温度依存性としては、式(7)に示すArrheniusモデルが用いられる。また、樹脂の物性値として、上記物性値が与えられる。これらの有限要素メッシュ、樹脂データを用いて、与えられた境界条件の下に、従来同様の解析方法によって有限要素計算を行う。計算初期は、境界3における引取速度Vnとして、境界1と同一の値が与えられ、境界3の引取速度Vnの値を大きくしながら繰り返し計算が行われる。有限要素メッシュは、計算を繰り返すごとに境界条件を満足するように変形させ、図11(b)に示されるような最終的なウェブの形状が得られるようにする。このような解析の実行により、ウェブにおける速度、応力、温度、厚みが得られる。また、有限要素メッシュ形状からネックインの幅NIが算出される。
Subsequently, the neck-in calculating
ステップS07でネックインの幅NIが算出されると、出力部15は、算出されたネックインの幅NIを表示する等して出力する(出力ステップ、ステップS08)。
When the neck-in width NI is calculated in step S07, the
以上、本実施形態によれば、単一の粘弾性を示す層を2層備えた層構成を有すると共に幅方向の位置に応じて異なる粘弾性を示す多層モデルで溶融樹脂をモデル化する際、幅方向の粘弾性分布に基づいて層比算出ステップで算出された層比分布h(x)に基づいた多層モデルによってモデル化しており、樹脂の熱劣化による幅方向の粘弾性の変化を考慮して、有限要素法による解析を行うことができる。このため、ネックインの幅NIを精度よく計算することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, when a molten resin is modeled by a multilayer model having a layer configuration including two layers showing a single viscoelasticity and showing different viscoelasticity according to the position in the width direction, Modeled by a multilayer model based on the layer ratio distribution h (x) calculated in the layer ratio calculation step based on the viscoelastic distribution in the width direction, taking into account changes in the viscoelasticity in the width direction due to thermal degradation of the resin. Thus, analysis by the finite element method can be performed. Therefore, the neck-in width NI can be accurately calculated.
また、本実施形態では、幅方向の粘弾性分布を取得する際、樹脂に対する加熱時間に応じた樹脂の粘弾性変化を示す熱挙動情報を取得する取得ステップと、樹脂を押出加工する際に樹脂が加工機1内に滞留する幅方向の滞留時間分布を算出する滞留時間算出ステップと、滞留時間算出ステップで算出された滞留時間分布における滞留時間に対し、取得ステップで取得された熱挙動情報における加熱時間を対応させることで、樹脂を加工機1から押し出す際の幅方向の粘弾性分布を算出する算出ステップを行うようになっている。このように、樹脂の粘弾性の変化に影響を与える熱挙動情報や幅方向の滞留時間分布に基づいて幅方向の粘弾性分布を算出しているため、幅方向の粘弾性分布を精度よく算出することができる。その結果、ネックインの幅を一層、精度よく計算することができる。なお、幅方向の粘弾性分布を事前に測定して記憶部に記憶しておき、上記の計算をする際、記憶されている粘弾性分布を呼び出して使用してももちろんよい。
In the present embodiment, when acquiring the viscoelastic distribution in the width direction, an acquisition step of acquiring thermal behavior information indicating a change in the viscoelasticity of the resin according to the heating time for the resin, and a resin when extruding the resin In the thermal behavior information acquired in the acquisition step with respect to the residence time in the residence time distribution step calculated in the residence time calculation step and the residence time distribution step calculated in the residence time calculation step. By making the heating time correspond, a calculation step for calculating the viscoelastic distribution in the width direction when the resin is extruded from the
以下に実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。さらに、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された文献の全てが参考として援用される。 Examples will be shown below, and the embodiments of the present invention will be described in more detail. Of course, the present invention is not limited to the following examples, and it goes without saying that various aspects are possible in detail. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims, and the present invention is also applied to the embodiments obtained by appropriately combining the disclosed technical means. It is included in the technical scope of the invention. Moreover, all the literatures described in this specification are used as reference.
〔実施例1〕
実施例1として、上述した実施形態で説明した各条件に基づいて、計算装置10による計算方法によって、ネックインの幅NIを計算した。計算結果を表4に示す。
[Example 1]
As Example 1, the neck-in width NI was calculated by the calculation method performed by the
〔実施例2〕
実施例1におけるエアギャップLを190mmに変えて有限要素メッシュを作成し、実施例1と同様に計算装置10で計算した。以上の計算で得られた、実施例2のネックインの幅NIを表4に示す。
[Example 2]
A finite element mesh was prepared by changing the air gap L in Example 1 to 190 mm, and the calculation was performed by the
〔実施例3〕
実施例1におけるエアギャップLを220mmに変えて有限要素メッシュを作成し、実施例1と同様に計算装置10で計算した。以上の計算で得られた、実施例3のネックインの幅NIを表4に示す。
Example 3
A finite element mesh was prepared by changing the air gap L in Example 1 to 220 mm, and the calculation was performed by the
〔比較例1〕
続いて、比較例によるネックインの幅NIの算出について説明する。まず、図13を用いて比較例における計算手順について説明する。本計算方法では、最初に、ステップS21で、押出加工に用いた樹脂の未加工状態における粘弾性の測定を行う。そして、未加工状態の低密度ポリエチレンCE4009の粘弾性を測定した。低密度ポリエチレンの130℃における粘弾性データを、後述するPTTモデルによる粘弾性の予測とともに図14に示す。
[Comparative Example 1]
Next, calculation of the neck-in width NI according to the comparative example will be described. First, the calculation procedure in the comparative example will be described with reference to FIG. In this calculation method, first, in step S21, the viscoelasticity of the resin used for extrusion processing in an unprocessed state is measured. And the viscoelasticity of the unprocessed low density polyethylene CE4009 was measured. FIG. 14 shows viscoelasticity data of low-density polyethylene at 130 ° C. together with prediction of viscoelasticity by a PTT model described later.
続いて、エアギャップにおけるウェブをモデル化し、有限要素メッシュを作成した(ステップS22)。メッシュの作成にはモデリングソフトウェアGambit バージョン2.4.6(ANSYS Inc.社製)を用いた。具体的には、ウェブの厚さ方向への物理量の変化を平均化した擬3次元モデルを用いた。また、幅方向への対称性を考慮して、1/2モデルを用いた。以上の有限要素メッシュを後述の境界条件とともに図11に示す(なお、境界条件等は、実施形態と同様である)。押出ダイ3の出口幅WDを600mm、押出ダイ3のギャップ長さHDを0.8mm、エアギャップLを160mmとした。その後、有限要素メッシュを繰り返し計算を行い所定の周期で変形させた。
Then, the web in an air gap was modeled and the finite element mesh was created (step S22). Modeling software Gambit version 2.4.6 (manufactured by ANSYS Inc.) was used to create the mesh. Specifically, a pseudo three-dimensional model in which changes in physical quantities in the web thickness direction were averaged was used. In consideration of symmetry in the width direction, the 1/2 model was used. The above finite element mesh is shown in FIG. 11 together with the boundary conditions described later (note that the boundary conditions are the same as in the embodiment). 600mm outlet width W D of the extrusion die 3, extruded 0.8mm gap length H D of the
続いて、ステップS23に進み、押出加工解析用のデータファイルの作成を行った。計算には有限要素法に基づいた熱流動解析ソフトウェアPolyflow バージョン3.11.0(ANSYS Inc.社製)を用いた。 次に、以下の境界条件を設定した。
境界1:ダイの出口に相当する。引取方向速度Vnとして0.05m/sを、幅方向速度Vtとして0m/sを、温度Tとして320℃を、厚さHとしてギャップ長さHD0.8mmをそれぞれ与えた。
境界2:ウェブの端部に相当する。自由表面として扱い、法線方向速度Vnに0m/sを、法線方向応力Vnに0Paを、また、断熱条件をそれぞれ与えた。
境界3:ウェブをチルロール4およびニップロール5にて引取る位置に相当する。引取方向速度Vnとして2m/sを、幅方向応力Ftとして0Paを、断熱条件をそれぞれ与えた。
境界4:ウェブの幅方向の対称線に相当する。幅方向速度Vnとして0m/sを、引取方向応力Ftとして0Paを、断熱条件をそれぞれ与えた。また、ウェブ表面において熱流速f=60W/(mK2)を与えた。
Then, it progressed to step S23 and the data file for extrusion process analysis was created. For the calculation, heat flow analysis software Polyflow version 3.11.0 (manufactured by ANSYS Inc.) based on the finite element method was used. Next, the following boundary conditions were set.
Boundary 1: Corresponds to the die exit. The 0.05 m / s as a take-up direction velocity V n, a 0 m / s the width direction velocity V t, the 320 ° C. as the temperature T, gave respectively the gap length H D 0.8 mm The thickness H.
Boundary 2: corresponds to the edge of the web. Treated as free surface, a 0 m / s in the normal direction velocity V n, the 0Pa the normal direction stress V n, also gave adiabatic conditions, respectively.
Boundary 3: Corresponds to a position where the web is taken up by the
Boundary 4: Corresponds to a symmetrical line in the web width direction. The 0 m / s the width direction velocity V n, the 0Pa as take-up direction stress F t, gave adiabatic conditions, respectively. Further, a heat flow rate f = 60 W / (mK2) was applied to the web surface.
粘弾性モデルとしてPTTモデルを用いた。比較例1で用いたPTTモデルのパラメータを表3に示す。
PTTモデルの温度依存性として、Arrheniusモデルを用いた。比較例1では、Tαとして130℃を、αとして6000をそれぞれ与えた。本ステップS41で得られた、130℃におけるPTTモデルの粘弾性データを図14に示す。なお、物性値として、密度d=735kg/m3、熱伝導度k=0.15W/m・K、比熱Cp=3000J/(kg・℃)と設定した。 As the temperature dependence of the PTT model, the Arrhenius model was used. In Comparative Example 1, 130 ° C. was given as T α and 6000 was given as α. FIG. 14 shows the viscoelasticity data of the PTT model at 130 ° C. obtained in step S41. The physical properties were set as follows: density d = 735 kg / m 3 , thermal conductivity k = 0.15 W / m · K, specific heat Cp = 3000 J / (kg · ° C.).
最後に、上述したPolyflow バージョン3.11.0を用いて計算を行なった(ステップS24)。図11に示す有限要素メッシュを用いた。境界条件として上記境界1〜4の条件を与えた。また、樹脂データとして、式(6)に示すPTTモデルを用いた。PTTモデルのパラメータとして、表3に示す130℃における値を与えた。樹脂の温度依存性として、式(7)に示すArrheniusモデルを用いた。また、樹脂の物性値として、上記物性値を与えた。これらの有限要素メッシュ、樹脂データを用いて、与えられた境界条件の下に有限要素計算を行った。計算初期は境界3における引取速度として、境界1と同一の値を与えた。徐々に境界3の引取速度の値を大きくしながら繰り返し計算を行った。有限要素メッシュは、計算を繰り返すごとに境界条件を満足するように変形させ、最終的なウェブの形状を得た。このような解析の実行により、比較例による、ネックインの幅NIが算出される。
Finally, calculation was performed using the above-mentioned Polyflow version 3.11.0 (step S24). A finite element mesh shown in FIG. 11 was used. The
以上の計算で得られた、比較例1のネックインNIを表4に示す。 Table 4 shows the neck-in NI of Comparative Example 1 obtained by the above calculation.
〔比較例2〕
比較例1におけるエアギャップLを190mmに変えて有限要素メッシュを作成し、比較例1と同様に計算した。以上の計算で得られた、比較例2のネックインNIを表4に示す。
[Comparative Example 2]
A finite element mesh was prepared by changing the air gap L in Comparative Example 1 to 190 mm, and calculation was performed in the same manner as in Comparative Example 1. Table 4 shows the neck-in NI of Comparative Example 2 obtained by the above calculation.
〔比較例3〕
比較例2におけるエアギャップを220mmに変えて有限要素メッシュを作成し、比較例1と同様に計算した。以上の計算で得られた、比較例3のネックインNIを表4に示す。
A finite element mesh was prepared by changing the air gap in Comparative Example 2 to 220 mm, and the same calculation as in Comparative Example 1 was performed. Table 4 shows the neck-in NI of Comparative Example 3 obtained by the above calculation.
上述した表4から明らかなとおり、実施例1〜3によれば、粘弾性の変化を考慮しない比較例1〜3に比べ、ネックインの幅NIを精度よく計算することができた。 As is apparent from Table 4 described above, according to Examples 1 to 3, the neck-in width NI was able to be calculated with higher accuracy than Comparative Examples 1 to 3 in which changes in viscoelasticity were not taken into account.
本発明に係る計算方法を用いた押出加工におけるネックインの予測値は精度が高いので、押出ラミネート加工等に好適に適用できる。
Since the predicted value of neck-in in extrusion processing using the calculation method according to the present invention is high in accuracy, it can be suitably applied to extrusion lamination processing and the like.
Claims (3)
前記対象物を前記加工機から押し出す際の幅方向の粘弾性分布を取得する粘弾性取得ステップと、
前記粘弾性取得ステップで取得された前記粘弾性分布に基づいて、単一の粘弾性を示す層を複数備えた層構成を有すると共に前記幅方向の位置に応じて異なる粘弾性を示す多層モデルによって前記対象物をモデル化するのに用いる前記複数の層のうち少なくとも一の層の幅方向の層比分布を算出する層比算出ステップと、
押出加工によって前記加工機から押し出される前記対象物を前記層比算出ステップで算出された前記層比に基づいた前記多層モデルによってモデル化するモデル化ステップと、
前記モデル化ステップでモデル化された前記対象物を有限要素法を用いて解析し、該解析によって前記対象物におけるネックインの幅を算出するネックイン算出ステップと、
前記ネックイン算出ステップで算出された前記ネックインの幅を出力する出力ステップと、
を含むことを特徴とするネックインの幅の計算方法。 A calculation method for calculating a neck-in width in an object extruded from a processing machine by extrusion while heating,
A viscoelasticity acquisition step of acquiring a viscoelasticity distribution in the width direction when extruding the object from the processing machine;
Based on the viscoelastic distribution acquired in the viscoelastic acquisition step, the multilayer model has a layer configuration including a plurality of layers exhibiting a single viscoelasticity and exhibits different viscoelasticity according to the position in the width direction. A layer ratio calculating step of calculating a layer ratio distribution in a width direction of at least one of the plurality of layers used for modeling the object;
A modeling step of modeling the object to be extruded from the processing machine by extrusion processing using the multilayer model based on the layer ratio calculated in the layer ratio calculation step;
Neck-in calculating step of analyzing the object modeled in the modeling step using a finite element method, and calculating a neck-in width in the object by the analysis;
An output step of outputting the width of the neck-in calculated in the neck-in calculation step;
A method for calculating the width of a neck-in, characterized by comprising:
前記対象物に対する加熱時間に応じた前記対象物の粘弾性変化を示す熱挙動情報を取得する取得ステップと、
前記対象物を押出加工する際に前記対象物が前記加工機内に滞留する前記幅方向の滞留時間分布を算出する滞留時間算出ステップと、
前記滞留時間算出ステップで算出された前記滞留時間分布における滞留時間に対し、前記取得ステップで取得された前記熱挙動情報における前記加熱時間を対応させることで、前記対象物を前記加工機から押し出す際の前記幅方向の粘弾性分布を算出する算出ステップと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のネックインの幅の計算方法。 The viscoelastic acquisition step includes
An acquisition step of acquiring thermal behavior information indicating a change in viscoelasticity of the object according to a heating time for the object;
A residence time calculating step for calculating a residence time distribution in the width direction in which the object stays in the processing machine when the object is extruded; and
When the object is pushed out from the processing machine by associating the heating time in the thermal behavior information acquired in the acquisition step with the residence time in the residence time distribution calculated in the residence time calculation step. A calculation step of calculating a viscoelastic distribution in the width direction of
The neck-in width calculation method according to claim 1, wherein:
前記対象物を前記加工機から押し出す際の幅方向の粘弾性分布を取得する粘弾性取得手段と、
前記粘弾性取得手段で取得された前記粘弾性分布に基づいて、単一の粘弾性を示す層を複数備えた層構成を有すると共に前記幅方向の位置に応じて異なる粘弾性を示す多層モデルによって前記対象物をモデル化するのに用いる前記複数の層のうち少なくとも一の層の幅方向の層比分布を算出する層比算出手段と、
押出加工によって前記加工機から押し出される前記対象物を前記層比算出手段で算出された前記層比に基づいた前記多層モデルによってモデル化するモデル化手段と、
前記モデル化手段でモデル化された前記対象物を有限要素法を用いて解析し、該解析によって前記対象物におけるネックインの幅を算出するネックイン算出手段と、
前記ネックイン算出手段で算出された前記ネックインの幅を出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする計算装置。
A calculation device for calculating a neck-in width in an object extruded from a processing machine by extrusion while heating,
Viscoelasticity acquisition means for acquiring a viscoelasticity distribution in the width direction when extruding the object from the processing machine;
Based on the viscoelastic distribution acquired by the viscoelastic acquisition means, a multilayer model having a layer configuration including a plurality of layers exhibiting a single viscoelasticity and exhibiting different viscoelasticity depending on the position in the width direction. A layer ratio calculating means for calculating a layer ratio distribution in the width direction of at least one of the plurality of layers used for modeling the object;
Modeling means for modeling the object to be extruded from the processing machine by extrusion processing by the multilayer model based on the layer ratio calculated by the layer ratio calculation means;
Neck-in calculation means for analyzing the object modeled by the modeling means using a finite element method, and calculating a neck-in width in the object by the analysis;
Output means for outputting a width of the neck-in calculated by the neck-in calculating means;
A computing device comprising:
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