JP2010280190A - プラスチック混練機及び材料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】廃棄プラスチックのうち厚さが数ミクロン以下のフィルム類はこれを粉砕した場合、嵩係数が大きく、押出成形機で再生材料化しようとしても自重ではスクリュに喰い込まない。
【解決手段】再生原料Ｒを成形する装置として有底の円筒状ホッパーを有し、且つ加熱装置を持たない定量フィーダー（１）と、同じく加熱装置を持たない強制押し込み装置（７）および加熱装置つき押出成形機（８）とを連接して嵩係数の大きな再生原料を無理なく定量フィーダー（１）に押し込み、シリンダ中で圧縮をし、成形しようとするものである。この円筒状ホッパー内には鉄柵状、すなわちスケルトン状の回転羽根が装着されているので材料詰りによる停止がなく、その回転を自由に選べることになった
【選択図】図１

Description

本発明は、主としてプラスチック混練機による廃プラスチック再生原料の成形における該再生原料供給装置に関するものである。

使用済みの廃プラスチック製品は小片に破砕され、押出成形機により溶融混練されて一部は再生の成形材料に、一部は杭などの建設資材に、或いは燃料に使用されるが、多くは焼却されるのが通例である。特に嵩係数または比表面積の大きいフィルムやシート類は汚れ易いことが再生材料として使用され難い原因の１つであるが、破砕や混練が困難であることも要因の１つである。

すなわち、フィルムやシート類（たとえばスーパーマーケットのレジ袋等）は粉砕しても嵩高く、見かけ比重は非常に小さい。これらの粉砕した材料をもって再生材料としてのペレットを生産し或いは杭等の建設資材を成形するためにスクリュ式押出成形機の材料供給用ホッパーに該再生原料を装填しておいてもその材料自体の自重で押出スクリュに供給されることは殆んどゼロに近く、シリンダに一定量の材料を供給するためには常に再生原料に対し何らかの外力を加えて強制的な喰い込みを図ることが必要である。

通常は材料用ホッパーの中心軸に合わせてスクリュＳを装着してこれに駆動装置により回転を与え、ホッパー内の再生原料を渦流状態として押出成形機のシリンダ内に喰い込ませる方法が一般的である(図４参照)。

また、押出成形機の材料喰い込み口上方に再生材料用ホッパーの出口を設け、さらに該出口にバイブレーターを装着してその出口に一定の振動を与えて再生材料を振り落とす方法もとられている。さらにはスクリュ式押出機のシリンダに強制吸引装置を設けてホッパー内の材料を空気吸引する方法も開示されている。

特開２００５−３４９８３８号公報 特開平１１−５８３８１号公報

前記押出成形機のホッパー内に装着したスクリュ(図４)を回動しても薄いフィルム等の粉砕ないし破砕材料は軽量のために十分には押出成形機のスクリュに喰い込まずホッパー内を浮遊している如き状態になる。このような状態では押出成形機を運転してもシリンダ内に入いる材料は少量で溶融はするが正常な移送が行なわれず、したがってシリンダ内に材料が滞留し、やがて熱分解が生じることになる。この破砕材料が例えば塩化ビニール樹脂であれスクリュおよびシリンダを腐食させることになる。

前記の課題、すなわち見かけ比重の小さい材料の押出成形機への喰い込みをよくするために本発明はその押出成形機のホッパーにおいて、その内周壁面に摺接するか、または若干の隙間を保った周回直径を有する羽根板を上下方向に所定角度のねじれ角を持たせて中心軸に装着した回転羽根装置を該ホッパーの軸心に一致させて回動自在に装着し、さらにその中心軸に駆動装置を装着して回動駆動させたものである。

この場合、ホッパーが取り付けられている押出成形機（以下において定量フィーダーと称することがある。）のシリンダは無加熱であることが特徴であり、したがってシリンダ内での再生材料は溶融することなく圧縮のみが行なわれることになる。さらに、この押出成形機（定量フィーダー）の吐出口を二台目の無加熱の押出機（以下において押し込み機と称することがある。）の材料喰い込み口に連接してそのシリンダ内に吐出させるものとし、さらにこの二台目の押し込み機の吐出口を三台目の加熱装置を有する押出成形機の材料喰い込み口に連接する。このように本発明においては３台連接構成を採用した。

以上のようなホッパーと押出成形機の連接構成とすることによりホッパー内に投入された嵩係数の大きい材料は前記の角度付き羽根板の回動によりその羽根板に当接する材料は回動に伴いその上端から漏れ出すことなく下方に押圧されて材料吐出口を経て定量フィーダーの喰い込み口であるシリンダホッパー口に一定量（羽根板のねじれ角度θによる）が強制的に押し込まれ残余の材料は羽根板と羽根板との間からもれ出し、次（１／２回転後）の羽根によって回動せしめられホッパー内を周回し再度シリンダホッパー口に所定量の材料が強制的に押し込まれる。そして入らなかった材料はさらに羽根板の回動に伴って回動し、一部はもれ出し次の羽根によって周回する。この操作の繰り返しがホッパー内材料の終了まで繰り返されることになる。

このように定量フィーダーのシリンダ内に押し込まれた材料は溶融することなくスクリュによって圧縮されながらシリンダ先端に至り、そこから吐出されて次（二台目）の押出成形機（押し込み機）の材料喰い込み口からそのシリンダ中に送り込まれ、ここでも加熱しない条件下でスクリュ圧縮が行なわれる。このように二台の押し込み機で圧縮された材料は三台目のシリンダのホッパー口を経て押出成形機のシリンダ内に送り込まれる。この場合の吐出量は三台目の押出し成形機のシリンダにはほぼ十分な量となり、そこで加熱、溶融され通常の成形がなされる。

図１は本発明に係るホッパーを装着した定量フィーダー、押し込み機および押出成形機の連接概要を一部断面（図２のＡ−Ｂ）の側面図で示したものである。 図２は図１の定量フィーダーとホッパー部分を平面図で示したものである。 図３はホッパー内の羽根板を三面図で示したもので（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 図４は従来例で、ホッパー内にスクリュＳを内蔵させた構成の押出成形機である。

本発明プラスチック混練機（２０）の定量フィーダー１はその材料補給用ホッパー２が円筒状であってそのホッパー２の平板状底板３にはその中心位置に軸孔４が、その周縁近くには材料吐出口５が開設されており、回転羽根装置１０の回転軸１１がこの軸孔４に回動自在に軸支され、回転軸１１の上方は軸受け６に支承され、その上方に回転駆動装置Ｍが接続されてモーターなどにより駆動される。前記の回転羽根装置１０にはその回転軸１１の下方、すなわちホッパー底板３との交点直上に底面が凹凸状１２ａに切り欠かれた横桟１２が該回転軸１１と直交するよう（したがって、凹状部は底面に接触しない）に固着され、その横桟１２より上方であってホッパー２の上端から深さ方向に１／３程度下がった位置に上部桟１３が前記の横桟１２より角度θ（５度〜４５度）該回転軸の回転方向に進めたねじれ状態で且つ回転軸１１に直交して固着されている。この横桟１２と上部桟１３との間に羽根棒１４，１４・・・・数本（図２、図３では４本）が適宜間隔をもって差し渡し状に接合されている。

定量フィーダー１のシリンダにはホッパー下でブリッジを引き起こさないためにヒーター等の熱源を付帯させていない。この定量フィーダー１のシリンダ１ｃ先端は押し込み機７の材料供給口７ｅに接続させる。この押し込み機７のシリンダ７ｃにも熱源を付帯させていない。また、これらのスクリュ１ｓ、７ｓは先端側に進むにしたがって材料に圧縮が生じるようにスクリュ溝の深さを順次浅く形成するかまたはスクリュのピッチを変えるなどの手段がとられている。

押し込み機７のシリンダ７ｃ先端は温度調節可能なヒーター８ｈ、８ｈ・・・・を付帯した押出成形機８の材料供給口８ｅに接続される。そして、その押出成形機８の先端吐出口には所要のダイス９が取り付けられ、溶融樹脂が所要形状（例えばペレット用のストランド）に形成されながら押出されることになる。

前記プラスチック混練機２０における円筒状の材料補給用ホッパー２は内径を６００ｍｍ、深さを１０００ｍｍとし、その平板状底板３には中心に軸孔４が、また、周辺近く底板３に設けた材料吐出口５は１３０×２６０ｍｍの角形ないし楕円形とした。この材料吐出口５の横幅（前記の１３０ｍｍ）は定量フィーダー１のスクリュ直径とほぼ同じとしたものである。

回転羽根装置１０はこの軸孔４にその回転軸１１下端を挿通し、上方を軸受けに挿通してその上部に駆動源Ｍを接続することによって回動自在とした。この実施例における横桟１２と上部桟１３は厚さが３ｍｍ、高さが３０ｍｍのステンレス（ＳＵＳ）板で長さが５８０ｍｍとし、両者（横桟１２と上部桟１３）のねじれ角度は１５度として回転軸４に固着した。この横桟１２にはその下面に長さ７０ｍｍで深さが５ｍｍの切り欠き１２ａをほぼ等間隔に、且つ、中心位置から左右に対称的に配置した。また、横桟１２と上部桟１３間に差し渡し固着される羽根棒（直径３０ｍｍの丸棒）１４，１４・・・・は４本として並列状、等間隔に配置した。なお、前記回転羽根装置１０における横桟１２の下面とホッパー２の上面との間隙は切り欠きがない部分で１〜５ｍｍとした。なお、ここに示した数値は実施例のためのものであって、これに限定されるものでないことは勿論である。

このホッパー２内にスーパーマーケット等で廃棄されたポリエチレンまたはポリプロピレン製レジ袋の粉砕片（０．００１〜０．０４ｍｍの厚さでおよそ５ｍｍ〜１０ｍｍ角（形状は問わない）に粉砕したもの。以下、再生原料Ｒと称す。）を投入して押出機に喰い込ませた。回転羽根装置１０は１分間に１５〜３０回転させた。

この再生原料Ｒは見かけ比重が小さくホッパー２内においてはフワフワと浮遊に近い状態のものであるが前記の羽根板を回転させるとホッパー底部に一部が圧縮され、一部は羽根棒１４，１４・・・・の間を、また一部は横桟１２の下面の切り欠き１２ａ部分からすり抜けることになり、回転羽根装置１０に無理な負荷の生じることがなかった。そして一定量の再生原料がホッパー下の材料吐出口５から定量フィーダー１のスクリュに喰い込まれた。この定量フィーダー１には前記のようにヒーターなどによる加熱がないので材料供給口５近傍にブリッジが生じることがなく再生原料Ｒはスムーズに喰い込まれた。

定量フィーダー１のシリンダ１ｃ内で混練、圧縮された再生原料は押し込み機７のシリンダ７ｓにその材料供給口７ｅを介して吐出される。このシリンダ７ｃも無加熱状態でスクリュ７ｓが回転して再生原料を圧縮、混練しながら押出成形機８の材料供給口８ｅに吐出する。この押出成形機８においてはシリンダ８ｃが加熱され、再生原料Ｒは溶融されてダイス９から所定の形状に形成され押し出される。この段階で前記ホッパー２からの再生原料Ｒの喰い込み量の多寡が判定されることになる。この実施例１では破砕材料の喰い込み量は十分とはいえなかったが、押し込み機７からの吐出量はほぼ一定量で安定していた。

前記実施例１の条件のうち、横桟１２と上部桟１３間に差し渡し固着される羽根棒（直径３０ｍｍの丸棒）１４，１４を６本とし、その他の条件は同じとして押出し成形をしたところ、再生原料Ｒの喰い込み量は改善された。また、回転羽根装置１０の回転も安定していた。

次に、前記の羽根板のねじれ角度θを３０度(上部桟が先行）として該上部桟１３と横桟１２との間に羽根棒（直径３０ｍｍの丸棒）１４，１４を４本配置し、前記の材料を前記条件で成形をした。この回転羽根装置１０によっては良好な押出し能率が得られた。同様に羽根板のねじれ角度θを４５度として成形したが喰い込み量は若干多くなった程度で通常の押出機に必要とされる材料喰い込み量には不十分であった。ねじれ角度が大きすぎると回転羽根装置１０の回転が不安定（回転抵抗が大）になった。

実施例３においては前記実施例２のホッパー２に横桟１２と上部桟１３のねじれ角度θを２０度とし、羽根棒（直径３０ｍｍの丸棒）１４，１４・・・・を６本配置し前記の材料を前記条件で成形をした。この場合、押出成形機には十分な材料補給が行なわれ、ダイス９から押出される製品の形状は良好であった。これらの実施例から前記の捩れ角（θ）は５度〜４５度、好ましくはが１５度〜３０度で、羽根棒１４の装着本数は４〜６本が良いと思われた。

前記のように本発明に係るプラスチック混練機の定量フィーダー１および押し込み機７はそのシリンダを加熱していないのでスクリュの回転による移送によって相変化がなく単に空隙を少なくする圧縮効果のみである。したがって、スクリュの理想的な圧縮比はケースバイケースにならざるを得なかった。

回転羽根装置１０において羽根棒１４，１４間に十分な間隔を設けたことにより再生原料Ｒには過剰な圧縮が生じることなくスムーズな回転が得られ、また、横桟１２の下面に設けた切り欠き１２ａによって横桟１２とホッパー２の底板３との間に再生原料Ｒが詰まることがなくなった。したがって、回転羽根の回転速度を自由に選ぶことができ定量フィーダー１への再生原料の喰い込み量調整が容易になった。

本発明に係るプラスチック混練機および材料供給装置は１ミクロン〜数百ミクロンの厚みを持つプラスチックフィルムを対象としている。これらのフィルムは破砕すると嵩が非常に大きくなり、前記のように成形機のホッパーに投入されても自重では殆んど食い込まない。したがって、このように粉砕または破砕した状態で嵩の大きいもの、例えば農業などに使用される産業用フィルム、シート類の再生処理への使用が可能である。

１ 定量フィーダー
２ 材料補給用ホッパー
３ ホッパー底板
４ 軸孔
５ 材料吐出口
６ 軸受け
７ 強制押し込み装置
８ 押出成形機
９ ダイス
１０ 回転羽根装置
１１ 回転軸
１２ 横桟
１２ａ 凹凸状切り欠１２ａ
Ｍ 回転駆動装置
１３ 上部桟
１４ 羽根棒

Claims (5)

1. プラスチックのフィルムまたはシートの破砕（粉砕）物からなる再生原料の溶融混練および成形をするプラスチック混練機がホッパー（２）と定量フィーダー（１）と押し込み機（７）および押出成形機（８）との連接になることを特徴とするプラスチック混練機（２０）。
2. シリンダおよびスクリュを有する定量フィーダー（１）および押し込み機（７）において該シリンダを加熱しないことを特徴とする請求項１記載のプラスチック混練機。
3. 材料補給用のホッパー（２）は有底の円筒状であって、その内部には回転駆動装置に駆動される回転羽根装置が装着されていることに特徴を有する請求項１記載のプラスチック混練機。
4. 回転羽根装置が回転軸（１１）に横桟（１２）と上部桟（１３）をそれぞれ直交、かつ、横桟（１２）と上部桟（１３）間のねじれ角（θ）を１０〜４０度とし、その横桟（１２）と上部桟（１３）間に複数本の羽根棒（１４）を５〜２０ｃｍ間隔で差し渡し固着した構造であることを特徴とする請求項３記載の材料補給用のホッパー（２）。
5. 回転駆動装置における横桟（１２）の底面が凹凸状に形成されていることを特徴とする請求項３および請求項４に記載の材料補給用のホッパー（２）。

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