JP2011524284A - プラスチック材料を押し出すためのスクリュエレメント、前記スクリュエレメントの使用、および押出方法 - Google Patents
プラスチック材料を押し出すためのスクリュエレメント、前記スクリュエレメントの使用、および押出方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
1対のスクリュエレメントのすべての先端角度の総計が0以上、および2*π−8*arccos(0.5*a/ra)未満であり、
1対のスクリュエレメントの先端ゾーンの数が4よりも多く、
1対のスクリュエレメントのそれぞれのスクリュエレメントが2つのスクリュ輪郭ゾーンを含み、2つのスクリュ輪郭ゾーンは、いずれの場合もフランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、2つのスクリュ輪郭ゾーンでは、フランク角度および溝角度の総計が、いずれの場合もπ/2よりも大きいことを特徴とする、多軸押出機のためのスクリュエレメントを提供する。
生成するスクリュ輪郭および生成されるスクリュ輪郭が1つの平面内にあり、
生成するスクリュ輪郭の回転軸、および生成されるスクリュ輪郭の回転軸が、いずれの場合もスクリュ輪郭の前記平面に垂直であり、生成するスクリュ輪郭の回転軸と前記平面との交点が、生成するスクリュ輪郭の回転点として指定され、生成されるスクリュ輪郭の回転軸と前記平面との交点が、生成されるスクリュ輪郭の回転点として指定され、
生成するスクリュ輪郭の円弧の数nが選択され、nは1以上の整数であり、
生成するスクリュ輪郭の外半径raが選択され、raは0よりも大きく(ra>0)、中心線距離以下(ra≦a)の値であると仮定することができ、
生成するスクリュ輪郭のコア半径riが選択され、riは0以上(ri≧0)、およびra以下(ri≦ra)の値であると仮定することができ、
生成するスクリュ輪郭の円弧が、以下の配列規則に従って、即ち
生成するスクリュ輪郭のすべての円弧が、連続した凸状のスクリュ輪郭が得られるような方法で接線方向に互いに移行し、半径が0に等しい円弧が、半径がepsに等しい円弧として扱われることが好ましく、ここで、epsは0に向かう傾向がある非常に小さな正の実数であり(eps≪1、eps→0)、
生成するスクリュ輪郭の円弧のそれぞれが、外半径raおよびコア半径riを有する円環内部または円環の境界にあり、円環の中心点が生成するスクリュ輪郭の回転点上にあり、
生成するスクリュ輪郭の円弧の少なくとも1つが、生成するスクリュ輪郭の外半径raに接触し、
生成するスクリュ輪郭の円弧の少なくとも1つが、生成するスクリュ輪郭のコア半径riに接触するように、生成するスクリュ輪郭回転軸を中心として時計回りまたは反時計回りに配列され、
角度α_1および半径r_1により確立される、生成するスクリュ輪郭の第1の円弧の大きさが、角度α_1がラジアンで0以上、および2π以下であるように選択され、πは円周率(π≒3.14159)を意味すると理解されるべきであり、半径r_1は0以上、および中心線距離a以下であり、この第1の円弧の2つの異なる点の位置決めにより得られる生成するスクリュ輪郭のこの第1の円弧の位置が、前記配列の規則に従って確立され、この第1の円弧の配置されるべき第1の点が、この第1の円弧に属する始点であることが好ましく、この第1の円弧の配置されるべき第2の点が、この第1の円弧に属する中心点であることが好ましく、
角度α_2、…、α_(n−1)、および半径r_2、…、r_(n−1)により確立される、生成するスクリュ輪郭の別のn−2の円弧の大きさが、角度α_2、…、α_(n−1)がラジアンで0以上、および2π以下であり、半径r_2、…、r_(n−1)が0以上、および中心線距離a以下であるように選択され、生成するスクリュ輪郭のこれらの別のn−2の円弧の位置が、前記配列の規則に従って確立され、
角度α_nおよび半径r_nにより確立される、生成するスクリュ輪郭の最後の円弧の大きさが、生成するスクリュ輪郭のnの円弧のnの角度の総計がラジアンで2πに等しくなることで決定され、角度α_nがラジアンで0以上、および2π以下であり、半径r_nが生成するスクリュ輪郭を閉じ、半径r_nが0以上、および中心線距離a以下であり、生成するスクリュ輪郭のこの最後の円弧の位置が、前記配列の規則に従って確立され、
生成されるスクリュ輪郭のn’の円弧が、生成するスクリュ輪郭のnの円弧から、
生成されるスクリュ輪郭の円弧の数n’が、生成するスクリュ輪郭の円弧の数nに等しく、n’は整数であり、
生成されるスクリュ輪郭の外半径ra’が、中心線距離引く生成するスクリュ輪郭のコア半径riという差に等しく(ra’=a−ri)、
生成されるスクリュ輪郭のコア半径ri’が、中心線距離引く生成するスクリュ輪郭の外半径riという差に等しく(ri’=a−ra)、
生成されるスクリュ輪郭のi’番目の円弧の角度α_i’が、生成するスクリュ輪郭のi番目の円弧の角度α_iに等しく、iおよびi’は、1からそれぞれ円弧の数nおよびn’までの範囲内のすべての値を一緒に通過する整数であり(α_1’=α_1、…、α_n’=α_n)、
生成されるスクリュ輪郭のi’番目の円弧の半径r_i’と、生成するスクリュ輪郭のi番目の円弧の半径r_iの総計が、中心線距離aに等しく、iおよびi’は、1からそれぞれ円弧の数nおよびn’までの範囲内のすべての値を一緒に通過する整数であり(r_1’+r_1=a、…、r_n’+r_n=a)、
生成されるスクリュ輪郭のi’番目の円弧の中心点が、生成するスクリュ輪郭のi番目の円弧の中心点から中心線距離aに等しい距離にあり、生成されるスクリュ輪郭のi’番目の円弧の中心点が、生成されるスクリュ輪郭の回転点から、生成するスクリュ輪郭の回転点から生成するスクリュ輪郭のi番目の円弧の中心点の距離に等しい距離にあり、生成されるスクリュ輪郭のi’番目の円弧の中心点と生成するスクリュ輪郭のi番目の円弧の中心点の間を接続する線が、生成されるスクリュ輪郭の回転点と生成するスクリュ輪郭の回転点の間を接続する線に平行な線であり、iおよびi’は、1からそれぞれ円弧の数nおよびn’までの範囲内のすべての値を一緒に通過する整数であり(i’=i)、
生成されるスクリュ輪郭のi’番目の円弧の中心点に対する生成されるスクリュ輪郭のi’番目の円弧の始点が、生成するスクリュ輪郭のi番目の円弧の中心点に対する生成するスクリュ輪郭のi番目の始点を有する方向と反対の方向にあり、iおよびi’は、1からそれぞれ円弧の数nおよびn’までの範囲内のすべての値を一緒に通過する整数である(i’=i)ということで得られる。
生成されるスクリュ輪郭は連続的であり、
生成されるスクリュ輪郭は凸状であり、
生成するスクリュ輪郭の円弧のそれぞれが、生成されるスクリュ輪郭の次の円弧と接線方向で移行し、半径が0に等しい円弧が、半径がepsに等しい円弧として扱われることが好ましく、ここで、epsは0に向かう傾向がある非常に小さな正の実数であり(eps≪1、eps→0)、
生成されるスクリュ輪郭の円弧のそれぞれが、外半径ra’およびコア半径ri’を有する円環内部、または円環の境界にあり、円環の中心点が、生成されるスクリュ輪郭の回転点上にあり、
生成されるスクリュ輪郭の円弧の少なくとも1つが、生成されるスクリュ輪郭の外半径ra’に接触し、
生成されるスクリュ輪郭の円弧の少なくとも1つが、生成されるスクリュ輪郭のコア半径ri’に接触する。
1対のスクリュエレメントのすべての先端角度の総計が0以上、および2*π−8*arccos(0.5*a/ra)未満であり、
1対のスクリュエレメントの先端ゾーンの数が4よりも大きく、
1対のスクリュエレメントのそれぞれのスクリュエレメントが2つのスクリュ輪郭ゾーンを含み、2つのスクリュ輪郭ゾーンは、いずれの場合もフランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、2つのスクリュ輪郭ゾーンでは、フランク角度および溝角度の総計が、いずれの場合もπ/2よりも大きいことを特徴とする。
RG:2つのバレル内径の半径
RV:バレル内径RG以下の仮想バレル半径
RA:きつくかみ合う自己洗浄性スクリュ輪郭の外側のスクリュ半径
RF:製造されるスクリュ輪郭の外側のスクリュ半径
S:製造される2つのスクリュ輪郭間のクリアランス
D:製造されるスクリュ輪郭とバレルの間のクリアランス
T:運搬エレメント、混合エレメント、または遷移エレメントのピッチ
VPR:偏心的に配列された場合の、なめらかできつくかみ合う自己洗浄性スクリュ輪郭の変位の大きさ
VPW:偏心的に配列された場合の、なめらかできつくかみ合う自己洗浄性スクリュ輪郭の変位の角度(方向の指示)
VLR:クリアランスの範囲内の、左回転スクリュの製造されるスクリュ輪郭の変位の大きさ
VLW:クリアランスの範囲内の、左回転スクリュの製造されるスクリュ輪郭の変位の角度
VRR:クリアランスの範囲内の、右回転スクリュの製造されるスクリュ輪郭の変位の大きさ
VRW:クリアランスの範囲内の、右回転スクリュの製造されるスクリュ輪郭の変位の角度。
従来技術による2―ねじ山Erdmengerスクリュ輪郭を有するスクリュエレメントの圧力増大容量および動力要件、ならびに新規のスクリュ輪郭を有する本発明によるスクリュエレメントの圧力増大容量および動力要件が、流動シミュレーションの助けを借りて計算された。
運搬エレメントの幾何形状が図1、および図1に関係する説明から推測されることができる。図1bおよび1cに示される計算グリッドと対照的に、流動シミュレーションのために、いずれの方向にも2倍の計算セルを含む、即ち、円周方向に320のグリッド要素を、軸方向に160のグリッド要素を、および半径方向に12のグリッド要素を含む計算グリッドが使用される。
本発明による幾何形状が図15から明らかである。図15aは、8つの円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの好ましいスクリュ輪郭の4分の1を示す。無次元の外側のスクリュ半径がRA=0.54になる。半径R_1は0.7647に等しい。外側のスクリュ半径からの円弧1の最大無次元距離が0.008と計算される。外側のスクリュ半径上にある円弧3により先端ゾーンが提供される。先端角度α_3が0.0839に等しい。コア半径上にある円弧3’により溝付ゾーンが決定される。溝角度α_3’が0.0839に等しい。本発明による1対のスクリュエレメントについてすべての先端ゾーンの先端角度の総計が8*0.0839=0.6712になり、従って、2―ねじ山Erdmengerスクリュ輪郭を有する1対のスクリュエレメントの先端角度の総計のほぼ0.211倍にしかならない。
Claims (15)
- 対で共回転し、対で完全に自己でぬぐう多軸押出機のためのスクリュエレメントであって、
1対のスクリュエレメントのすべての先端角度の総計が0以上、および2*π−8*arccos(0.5*a/ra)未満であり、
1対のスクリュエレメントの先端ゾーンの数が4よりも多く、
いずれの場合もフランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、いずれの場合もフランク角度および溝角度の総計がπ/2よりも大きい2つのスクリュ輪郭ゾーンを、1対のスクリュエレメントのそれぞれのスクリュエレメントが含むことを特徴とする、スクリュエレメント。 - 1つ以上の先端ゾーンが先端角度0を有することを特徴とする、請求項1に記載のスクリュエレメント。
- π/2の回転後、生成されるスクリュ輪郭が、生成するスクリュ輪郭に一致することを特徴とする、請求項1または2に記載のスクリュエレメント。
- π/2の回転後、生成されるスクリュ輪郭が、生成するスクリュ輪郭と異なることを特徴とする、請求項1または2に記載のスクリュエレメント。
- 生成するスクリュ輪郭および生成されるスクリュ輪郭が、一連のチャネルゾーン−閉ゾーン−チャネルゾーン−閉ゾーンを示すことを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載のスクリュエレメント。
- 1対のスクリュエレメントのスクリュ輪郭の少なくとも1つの閉ゾーンの閉角度が、2―ねじ山Erdmengerスクリュ輪郭の先端角度の1.2倍よりも大きいことを特徴とする、請求項5に記載のスクリュエレメント。
- 中心線距離に正規化されたスクリュエレメントの外側のスクリュ半径が、0.51から0.66までの範囲内にあることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載のスクリュエレメント。
- スクリュエレメントが、軸方向にらせん状にスクリュ輪郭を伸長することにより運搬エレメントまたは混合エレメントとして構成される、または軸方向にオフセットのやり方で、部分でスクリュ輪郭を伸長することにより混練エレメントとして構成されることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載のスクリュエレメント。
- 請求項1から8のいずれか一項に記載のスクリュエレメントから得られ、スクリュエレメントとバレルの間のクリアランス、および/または隣接するスクリュエレメント間のクリアランスを示すスクリュエレメント。
- 多軸押出機における、好ましくは二軸押出機における、請求項1から9のいずれか一項に記載のスクリュエレメントの使用。
- 本発明によるスクリュエレメントを使用して二軸押出機または多軸押出機でプラスチック配合物を押し出すための方法であって、
1対のスクリュエレメントのすべての先端角度の総計が0以上、および2*π−8*arccos(0.5*a/ra)未満であり、
1対のスクリュエレメントの先端ゾーンの数が4よりも多く、
いずれの場合もフランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、いずれの場合もフランク角度および溝角度の総計が、π/2よりも大きい2つのスクリュ輪郭ゾーンを、1対のスクリュエレメントのそれぞれのスクリュエレメントが含むことを特徴とする、方法。 - プラスチック配合物が熱可塑性物質またはエラストマーであることを特徴とする、請求項11に記載の方法。
- 使用される熱可塑性物質が、ポリカーボネート、ポリアミド、具体的にはポリブチレンテレフタレートおよびポリエチレンテレフタレートであるポリエステル、ポリエーテル、熱可塑性ポリウレタン、ポリアセタール、具体的にはポリフッ化ビニリデンであるフルオロポリマー、ポリエーテルスルホン、具体的にはポリエチレンおよびポリプロピレンであるポリオレフィン、ポリイミド、具体的にはポリ(メチル)メタクリル酸であるポリアクリレート、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルケトン、ポリアリルエーテルケトン、具体的にはポリスチレンであるスチレン重合体、具体的にはスチレン−アクリロニトリル共重合体であるスチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、ポリ塩化ビニル、または前記熱可塑性物質の少なくとも2つの混合物であることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 使用されるエラストマーが、スチレン−ブタジエンゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、ブタジエン−アクリロニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、ブチルゴム、ハロブチルゴム、クロロプレンゴム、エチレン−ビニルアセテートゴム、ポリウレタンゴム、熱可塑性ポリウレタン、ガッタパーチャ、アクリル酸ゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、硫化ゴム、クロロスルホニル−ポロエチレンゴム、または上記のエラストマーの少なくとも2つの組合せであることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 充填剤または強化剤、もしくは重合体添加物、もしくは有機顔料または無機顔料、もしくはこれらの混合物がプラスチック配合物に添加されることを特徴とする、請求項11から14のいずれか一項に記載の方法。
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