JP2023117582A - 押出装置及び樹脂組成物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂原料の詰まりを抑制しつつ当該樹脂原料に伸長作用を付与可能な押出装置を実現する。
【解決手段】本開示の一形態に係る押出装置（１）は、ホッパ（３）から樹脂原料が供給されるシリンダ（２）と、シリンダ（２）の端部に設けられ、混練された樹脂原料を吐出する吐出部（４）と、シリンダ（２）の内部に回転可能に挿入され、樹脂原料を混練すると共に吐出部（４）の側に搬送するスクリュ（５）と、シリンダ（２）とスクリュ（５）との間に配置され、樹脂原料が通過する貫通部（６１）が形成された仕切り部（６）と、スクリュ（５）と仕切り部（６）との間に形成され、樹脂原料が通過する第１の流路と、シリンダ（２）と仕切り部（６）との間に形成され、樹脂原料が通過する第２の流路と、を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、押出装置及び樹脂組成物の製造方法に関する。

押出装置は、樹脂原料の混練性能を高めるために、樹脂原料にせん断作用だけではなく伸長作用を付与する構成とされている。例えば、特許文献１及び２の押出装置は、スクリュに形成された隔壁部で区切られた搬送部内で当該スクリュによってせん断作用が付与された樹脂原料が、スクリュの軸方向に延在し、且つ、隣接する搬送部を接続するように当該スクリュに形成された通路に流入して急激に絞られることで、樹脂原料に伸長作用が付与される構成とされている。

特開２０１５－２２７０５３号公報 特開２０１６－２０３５７６号公報

本出願人は、以下の課題を見出した。特許文献１及び２の押出装置は、樹脂原料にせん断作用だけではなく、伸長作用も付与することができるが、通路内で樹脂原料が詰まってしまう可能性がある。

本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、樹脂原料の詰まりを抑制しつつ当該樹脂原料に伸長作用を付与することができる押出装置及び樹脂組成物の製造方法を実現する。

本開示の一態様に係る押出装置は、
ホッパから樹脂原料が供給されるシリンダと、
前記シリンダの端部に設けられ、混練された前記樹脂原料を吐出する吐出部と、
前記シリンダの内部に回転可能に挿入され、前記樹脂原料を混練すると共に前記吐出部の側に搬送するスクリュと、
前記シリンダと前記スクリュとの間に配置され、前記樹脂原料が通過する貫通部が形成された仕切り部と、
前記スクリュと前記仕切り部との間に形成され、前記樹脂原料が通過する第１の流路と、
前記シリンダと前記仕切り部との間に形成され、前記樹脂原料が通過する第２の流路と、
を備える。

本開示の一態様に係る樹脂組成物の製造方法は、
シリンダの内部に供給された樹脂原料をスクリュによって吐出部の側に搬送する工程と、
前記シリンダと前記スクリュとの間に配置された仕切り部の貫通部を介して、前記スクリュと前記仕切り部との間に形成された第１の流路に前記樹脂原料を侵入させて前記第１の流路で流動させる工程と、
前記仕切り部の貫通部を介して、前記シリンダと前記仕切り部との間に形成された第２の流路に前記樹脂原料を侵入させて前記第２の流路で流動させる工程と、
を備え、
前記樹脂原料が前記仕切り部の貫通部を通過する際に前記樹脂原料を加速させる。

本開示によれば、樹脂原料の詰まりを抑制しつつ当該樹脂原料に伸長作用を付与可能な押出装置及び樹脂組成物の製造方法を実現できる。

実施の形態の押出装置を示す部分断面図である。 実施の形態の押出装置における吐出部の側を拡大して示す部分断面図である。 実施の形態の押出装置におけるシリンダの第１の部分及び第３の部分を示す断面図である。 実施の形態の押出装置におけるスクリュを示す斜視図である。 実施の形態の押出装置における仕切り部を示す斜視図である。 実施の形態の押出装置におけるシリンダ内のＹ軸＋側の部分での樹脂原料の流動を説明するための図である。 一般的な二軸押出装置を用いて樹脂原料を混練して得た複合材料の分散テスト結果を示す図である。 図７のVIII部分の拡大図である。 実施の形態の押出装置を用いて樹脂原料を混練して得た複合材料の分散テスト結果を示す図である。 図９のＸ部分の拡大図である。 一般的な二軸押出装置を用いて樹脂原料を混練して得た複合材料を成形した試験片と、本実施の形態の押出装置を用いて混練された樹脂原料を成形した試験片と、の引張弾性率を示す図である。 一般的な二軸押出装置を用いて混練された樹脂原料を成形した試験片と、本実施の形態の押出装置を用いて混練された樹脂原料を成形した試験片と、の曲げ弾性率を示す図である。

以下、本開示を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

先ず、本実施の形態の押出装置の構成を説明する。図１は、本実施の形態の押出装置を示す部分断面図である。図２は、本実施の形態の押出装置における吐出部の側を拡大して示す部分断面図である。

なお、以下の説明では、説明を明確にするために、三次元（ＸＹＺ）座標系を用いて説明する。ここで、以下の説明での「樹脂原料」とは、溶融前の状態だけではなく、溶融した状態を含めた総称として用いられている場合がある。

本実施の形態の押出装置１は、樹脂原料を混練して押し出し、例えば、射出成形機や押出成形機などで用いられる複合材料（即ち、樹脂ストランド、樹脂ペレット又は樹脂フィルムなどの樹脂組成物）を形成するために好適である。押出装置１は、図１及び図２に示すように、シリンダ２、ホッパ３、吐出部４、スクリュ５、仕切り部６、駆動部７及び加熱部８を備えている。

図３は、本実施の形態の押出装置におけるシリンダの第１の部分及び第３の部分を示す断面図である。シリンダ２は、例えば、図１から図３に示すように、略円筒形状であり、Ｙ軸方向に延在している。シリンダ２におけるＹ軸＋側の部分の内周面には、キャビティー部２１及び隔壁部（第２の隔壁部）２２が形成されている。

キャビティー部２１は、例えば、図１から図３に示すように、隔壁部２２の直径に対して大きい外径を有する円筒形状の凹み部であり、Ｙ軸方向に延在している。そして、キャビティー部２１は、例えば、Ｙ軸方向に間隔を開けて配置されている。

隔壁部２２は、図１から図３に示すように、Ｙ軸方向においてキャビティー部２１の間に配置されている。隔壁部２２は、例えば、詳細は後述する仕切り部６の外径と略等しい内径を有する円筒形状の突出部であり、Ｙ軸方向に延在している。

このようなシリンダ２は、例えば、図１に示すように、キャビティー部２１や隔壁部２２が形成される第１の部分２３と、ホッパ３が設けられる第２の部分２４と、他の部分である第３の部分２５と、の分割構造として構成されている。

ちなみに、これらの第１の部分２３、第２の部分２４及び第３の部分２５は、例えば、各々に形成されたフランジの貫通孔に通されたボルトなどを用いて接続することができる。但し、シリンダ２が分割される個数は限定されず、シリンダ２のＹ軸方向の長さやスクリュ５の形状などに応じて、適宜、変更することができる。

ホッパ３は、樹脂原料をシリンダ２の内部に供給する。ホッパ３は、図１に示すように、シリンダ２の第２の部分２４に設けられている。ここで、ホッパ３には、複数種類の樹脂原料が収容される。

吐出部４は、混練された樹脂原料を吐出する。吐出部４は、図１及び図２に示すように、シリンダ２のＹ軸＋側の端部に設けられており、吐出部４をＹ軸方向に貫通する吐出口４１を備えている。

スクリュ５は、図１に示すように、Ｙ軸方向に延在しており、螺旋状のフライト５１を備えている。スクリュ５は、駆動部７に接続されており、シリンダ２の内部を通り、スクリュ５のＹ軸－側の端部がシリンダ２のＹ軸－側の端部から突出している。

図４は、本実施の形態の押出装置におけるスクリュを示す斜視図である。スクリュ５は、図４に示すように、搬送部５２、混練部５３及び隔壁部（第１の隔壁部）５４を備えている。搬送部５２は、樹脂原料を可塑化しつつＹ軸＋側に搬送する。

搬送部５２は、例えば、図１に示すように、シリンダ２の第２の部分２４及び第３の部分２５の内部に配置されている。搬送部５２の直径（即ち、搬送部５２のフライト５１ａの外周端の直径）は、例えば、シリンダ２の第２の部分２４及び第３の部分２５の内径と略等しい。

混練部５３は、樹脂原料を混練すると共にＹ軸＋側に搬送する。混練部５３は、図１に示すように、搬送部５２に対してＹ軸＋側に配置されており、例えば、シリンダ２の第１の部分２３の内部に配置されている。混練部５３の直径（即ち、混練部５３のフライト５１ｂの外周端の直径）は、例えば、詳細は後述する仕切り部６の内径と略等しい。

混練部５３は、例えば、図４に示すように、Ｙ軸方向に間隔を開けて配置されており、Ｙ軸＋側の第１の部分５３ａ、Ｙ軸－側の第２の部分５３ｂ、及び第１の部分５３ａと第２の部分５３ｂとの間の第３の部分５３ｃを備えている。

このとき、図２に示すように、第１の部分５３ａは、シリンダ２の第１の部分２３のＹ軸＋側の部分に配置されている。第２の部分５３ｂは、シリンダ２の第１の部分２３のＹ軸－側の部分に配置されている。第３の部分５３ｃは、シリンダ２の第１の部分２３におけるＹ軸方向の略中央で、シリンダ２の隔壁部２２を跨ぐように配置されている。

隔壁部５４は、例えば、図２及び図４に示すように、混練部５３の第１の部分５３ａと第３の部分５３ｃとの間、及び混練部５３の第３の部分５３ｃと第２の部分５３ｂとの間に配置されている。隔壁部５４は、詳細は後述する仕切り部６の内径と略等しい直径を有する円筒形状の突出部である。

このとき、Ｙ軸＋側の隔壁部５４は、図２に示すように、シリンダ２のＹ軸＋側のキャビティー部２１におけるＹ軸方向の略中央に配置され、Ｙ軸－側の隔壁部５４は、シリンダ２のＹ軸－側のキャビティー部２１におけるＹ軸方向の略中央に配置されている。

そのため、図２に示すように、混練部５３の第１の部分５３ａの少なくともＹ軸－側の部分は、シリンダ２のＹ軸＋側のキャビティー部２１のＹ軸＋側の部分で覆われるように配置され、混練部５３の第３の部分５３ｃのＹ軸＋側の部分は、シリンダ２のＹ軸＋側のキャビティー部２１のＹ軸－側の部分で覆われるように配置されている。

また、図２に示すように、混練部５３の第２の部分５３ｂの少なくともＹ軸＋側の部分は、シリンダ２のＹ軸－側のキャビティー部２１のＹ軸－側の部分で覆われるように配置され、混練部５３の第３の部分５３ｃのＹ軸－側の部分は、シリンダ２のＹ軸－側のキャビティー部２１のＹ軸＋側の部分で覆われるように配置されている。

ここで、詳細な機構は後述するが、図４に示すように、混練部５３のフライト５１ｂのフライト角度θ１は、搬送部５２のフライト５１ａのフライト角度θ２に対して小さいとよい。

また、混練部５３の第２の部分５３ｂのＹ軸＋側の部分の溝部の深さがＹ軸－側の隔壁部５４に向かうのに従って浅くなるように当該第２の部分５３ｂが形成され、混練部５３の第３の部分５３ｃのＹ軸＋側の部分の溝部の深さがＹ軸＋側の隔壁部５４に向かうのに従って浅くなるように当該第３の部分５３ｃが形成されているとよい。

仕切り部６は、例えば、図１及び図２に示すように、シリンダ２の第１の部分２３の内周面とスクリュ５の混練部５３及び隔壁部５４の外周端との間に配置されている。図５は、本実施の形態の押出装置における仕切り部を示す斜視図である。

仕切り部６は、図５に示すように、略円筒形状であり、複数の貫通部６１が形成されている。仕切り部６の外径は、シリンダ２の隔壁部２２の直径と略等しく、仕切り部６の内径は、スクリュ５の混練部５３及び隔壁部５４の直径と略等しい。

貫通部６１は、例えば、図５に示すように、仕切り部６を当該仕切り部６の厚さ方向に貫通する円形孔である。貫通部６１は、仕切り部６におけるＹ軸方向で間隔を開けて配置された複数の領域に夫々、複数形成されている。例えば、貫通部６１は、仕切り部６の第１の領域Ａ１、第２の領域Ａ２、第３の領域Ａ３及び第４の領域Ａ４に形成されている。

第１の領域Ａ１は、図２に示すように、スクリュ５の混練部５３の第１の部分５３ａにおけるシリンダ２のＹ軸＋側のキャビティー部２１のＹ軸＋側の部分で覆われる部分を覆う領域である。第２の領域Ａ２は、スクリュ５の混練部５３の第３の部分５３ｃにおけるシリンダ２のＹ軸＋側のキャビティー部２１のＹ軸－側の部分で覆われる部分を覆う領域である。

第３の領域Ａ３は、図２に示すように、スクリュ５の混練部５３の第３の部分５３ｃにおけるシリンダ２のＹ軸－側のキャビティー部２１のＹ軸＋側の部分で覆われる部分を覆う領域である。第４の領域Ａ４は、スクリュ５の混練部５３の第２の部分５３ｂにおけるシリンダ２のＹ軸－側のキャビティー部２１のＹ軸－側の部分で覆われる部分を覆う領域である。

そのため、例えば、図５に示すように、仕切り部６におけるスクリュ５の隔壁部５４に対応する領域、即ち、第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２との間の領域、及び第３の領域Ａ３と第４の領域Ａ４との間の領域には、貫通部６１が形成されていない。また、仕切り部６におけるシリンダ２の隔壁部２２に対応する領域、即ち、第２の領域Ａ２と第３の領域Ａ３との間の領域にも、貫通部６１が形成されていない。

なお、第１の領域Ａ１、第２の領域Ａ２、第３の領域Ａ３及び第４の領域Ａ４での単位面積あたりの貫通部６１の割合（広さ）は、樹脂原料に付与すべき伸長作用、及び樹脂原料の流動性などを考慮して設定することができる。

ここで、仕切り部６をシリンダ２の第１の部分２３の内部にＹ軸方向から挿入できるように、シリンダ２は、図２及び図３に示すように、当該シリンダ２のＹ軸＋側の端部及びＹ軸－側の端部に取り外し可能な環形状の蓋部２６を備えているとよい。

このとき、図３に示すように、Ｙ軸＋側の蓋部２６の貫通部周辺のＹ軸－側の端部でシリンダ２のＹ軸＋側のキャビティー部２１のＹ軸＋側の端部（即ち、Ｙ軸＋側のキャビティー部２１のＹ軸＋側の側壁部）を形成するとよい。

また、図３に示すように、Ｙ軸－側の蓋部２６の貫通部周辺のＹ軸＋側の端部でシリンダ２のＹ軸－側のキャビティー部２１のＹ軸－側の端部（即ち、Ｙ軸－側のキャビティー部２１のＹ軸－側の側壁部）を形成するとよい。

さらに、仕切り部６は、シリンダ２に固定されているとよい。例えば、仕切り部６のＹ軸方向に突出する凸形状の係合部６２をシリンダ２の蓋部２６に形成された凹形状の被係合部２６ａに係合することで、Ｙ軸回りの回転が拘束されているとよい。

駆動部７は、スクリュ５を回転駆動する。駆動部７は、図１に示すように、スクリュ５のＹ軸－側の端部に駆動力を伝達可能に接続されている。加熱部８は、シリンダ２の内部に供給された樹脂原料を加熱して当該樹脂原料を溶融させる。加熱部８は、例えば、シートヒーターで構成することができ、シリンダ２の外周面に巻回されている。

次に、本実施の形態の押出装置１を用いて複合材料を製造する際の樹脂原料の流動を説明する。図６は、本実施の形態の押出装置におけるシリンダ内のＹ軸＋側の部分での樹脂原料の流動を説明するための図である。なお、図６では、矢印によって樹脂原料の流動を示している。

先ず、ホッパ３からシリンダ２に供給された樹脂原料は、スクリュ５の搬送部５２によってＹ軸＋側に搬送されつつ可塑化されると共に、加熱部８によって加熱されて溶融する。

溶融樹脂が後続する溶融樹脂に押されてスクリュ５の混練部５３の第２の部分５３ｂと仕切り部６との隙間（即ち、スクリュ５の混練部５３の第２の部分５３ｂの溝部）に侵入して当該スクリュ５のＹ軸－側の隔壁部５４近傍に到達すると、溶融樹脂は、スクリュ５のＹ軸－側の隔壁部５４によってＹ軸＋側への流動が堰き止められて減速する。このとき、スクリュ５の混練部５３の第２の部分５３ｂと仕切り部６との隙間は、溶融樹脂が通過する流路（第１の流路）を形成している。

溶融樹脂は、後続する溶融樹脂に押されると共にスクリュ５の混練部５３の回転によって仕切り部６の第４の領域Ａ４に形成された貫通部６１を通過し、シリンダ２のＹ軸－側のキャビティー部２１に侵入する。これにより、溶融樹脂は、仕切り部６の貫通部６１に流入する際に流路断面積が急縮小することで、急激な加速が生じる。また、溶融樹脂は、仕切り部６の貫通部６１を流出する際に流路断面積が急拡大することで、急激な減速が生じる。その結果、溶融樹脂に伸長作用が付与される。

このとき、スクリュ５のＹ軸－側の隔壁部５４は、溶融樹脂をスクリュ５の混練部５３の第２の部分５３ｂと仕切り部６との隙間から仕切り部６の第４の領域Ａ４に形成された貫通部６１に誘導する誘導部（第１の誘導部）として機能する。

また、仕切り部６の第４の領域Ａ４に形成された貫通部６１は、溶融樹脂をスクリュ５の混練部５３の第２の部分５３ｂと仕切り部６との隙間からシリンダ２のＹ軸－側のキャビティー部２１に流出させる流出孔として機能する。

ここで、スクリュ５の混練部５３の第２の部分５３ｂの溝部がＹ軸－側の隔壁部５４に向かうのに従って浅くなるように当該第２の部分５３ｂが形成されているので、溶融樹脂を良好に仕切り部６の第４の領域Ａ４に形成された貫通部６１に導くことができる。

溶融樹脂が後続する溶融樹脂に押されてシリンダ２のＹ軸－側のキャビティー部２１をＹ軸＋側に流動すると、溶融樹脂は、シリンダ２の隔壁部２２によってＹ軸＋側への流動が堰き止められて減速する。このとき、シリンダ２と仕切り部６との隙間である、シリンダ２のＹ軸－側のキャビティー部２１は、溶融樹脂が通過する流路（第２の流路）を形成している。

ここで、スクリュ５の混練部５３のフライト５１ｂのフライト角度θ１がスクリュ５の搬送部５２のフライト５１ａのフライト角度θ２に対して小さい場合、スクリュ５の搬送部５２に比べて混練部５３でのＹ軸＋側への搬送力を弱めつつ、溶融樹脂にＸ軸＋側およびＺ軸＋側へ流れを促進させることができる。

そのため、溶融樹脂は加圧されシリンダ２のキャビティー部２１に強く押し込むことができる。これにより、溶融樹脂が仕切り部６の貫通部６１やシリンダ２のキャビティー部２１で詰まることを抑制できる。

溶融樹脂は、後続する溶融樹脂に押されて仕切り部６の第３の領域Ａ３に形成された貫通部６１を通過し、スクリュ５の混練部５３の第３の部分５３ｃのＹ軸－側の部分と仕切り部６との隙間（即ち、スクリュ５の混練部５３の第３の部分５３ｃの溝部）に侵入する。これにより、溶融樹脂は、仕切り部６の貫通部６１に流入する際に流路断面積が急縮小することで、急激な加速が生じる。また、溶融樹脂は、仕切り部６の貫通部６１を流出する際に流路断面積が急拡大することで、急激な減速が生じる。その結果、溶融樹脂に伸長作用が付与される。

このとき、シリンダ２の隔壁部２２は、溶融樹脂をシリンダ２のＹ軸－側のキャビティー部２１から仕切り部６の第３の領域Ａ３に形成された貫通部６１に誘導する誘導部（第２の誘導部）として機能する。

また、仕切り部６の第３の領域Ａ３に形成された貫通部６１は、溶融樹脂をシリンダ２のＹ軸－側のキャビティー部２１からスクリュ５の混練部５３の第３の部分５３ｃと仕切り部６との隙間に流入させる流入孔として機能する。

溶融樹脂は、スクリュ５の混練部５３の第３の部分５３ｃによってＹ軸＋側に搬送されつつ混練される。これにより、溶融樹脂にせん断作用が付与される。このとき、スクリュ５の混練部５３の第３の部分５３ｃと仕切り部６との隙間は、溶融樹脂が通過する流路（第１の流路）を形成している。

溶融樹脂が後続する溶融樹脂に押されてＹ軸＋側に流動すると、溶融樹脂は、スクリュ５のＹ軸＋側の隔壁部５４によってＹ軸＋側への流動が堰き止められて減速する。そして、溶融樹脂は、後続する溶融樹脂に押されて仕切り部６の第２の領域Ａ２に形成された貫通部６１を通過し、シリンダ２のＹ軸＋側のキャビティー部２１に侵入する。これにより、溶融樹脂は、仕切り部６の貫通部６１に流入する際に流路断面積が急縮小することで、急激な加速が生じる。また、溶融樹脂は、仕切り部６の貫通部６１を流出する際に流路断面積が急拡大することで、急激な減速が生じる。その結果、溶融樹脂に伸長作用が付与される。

このとき、スクリュ５のＹ軸＋側の隔壁部５４は、溶融樹脂をスクリュ５の混練部５３の第３の部分５３ｃと仕切り部６との隙間から当該仕切り部６の第２の領域Ａ２に形成された貫通部６１に誘導する誘導部（第１の誘導部）として機能する。

また、仕切り部６の第２の領域Ａ２に形成された貫通部６１は、溶融樹脂をスクリュ５の混練部５３の第３の部分５３ｃと仕切り部６との隙間からシリンダ２のＹ軸＋側のキャビティー部２１に流出させる流出孔として機能する。

ここで、スクリュ５の混練部５３の第３の部分５３ｃの溝部がＹ軸＋側の隔壁部５４に向かうのに従って浅くなるように当該第３の部分５３ｃが形成されているので、溶融樹脂を良好に仕切り部６の第２の領域Ａ２に形成された貫通部６１に導くことができる。

溶融樹脂が後続する溶融樹脂に押されてシリンダ２のＹ軸＋側のキャビティー部２１をＹ軸＋側に流動すると、溶融樹脂は、シリンダ２のＹ軸＋側のキャビティー部２１のＹ軸＋側の端部によってＹ軸＋側への流動が堰き止められて減速する。

このとき、シリンダ２と仕切り部６との隙間である、シリンダ２のＹ軸＋側のキャビティー部２１は、溶融樹脂が通過する流路（第２の流路）を形成している。そのため、本実施の形態では、第２の流路がシリンダ２の隔壁部２２によって分断されていることになる。

溶融樹脂は、後続する溶融樹脂に押されて仕切り部６の第１の領域Ａ１に形成された貫通部６１を通過し、スクリュ５の混練部５３の第１の部分５３ａと仕切り部６との隙間（即ち、スクリュ５の混練部５３の第１の部分５３ａの溝部）に侵入する。これにより、溶融樹脂は、仕切り部６の貫通部６１に流入する際に流路断面積が急縮小することで、急激な加速が生じる。また、溶融樹脂は、仕切り部６の貫通部６１を流出する際に流路断面積が急拡大することで、急激な減速が生じる。その結果、溶融樹脂に伸長作用が付与される。

このとき、シリンダ２のＹ軸＋側のキャビティー部２１のＹ軸＋側の端部は、溶融樹脂をシリンダ２のＹ軸＋側のキャビティー部２１から仕切り部６の第１の領域Ａ１に形成された貫通部６１に誘導する誘導部（第２の誘導部）として機能する。

また、仕切り部６の第１の領域Ａ１に形成された貫通部６１は、溶融樹脂をシリンダ２のＹ軸＋側のキャビティー部２１からスクリュ５の混練部５３の第１の部分５３ａと仕切り部６との隙間に流入させる流入孔として機能する。

その後、溶融樹脂は、スクリュ５の混練部５３の第１の部分５３ａによってＹ軸＋側に搬送され、複合材料として吐出部４の吐出口４１から吐出される。このとき、スクリュ５の混練部５３の第１の部分５３ａと仕切り部６との隙間は、溶融樹脂が通過する流路（第１の流路）を形成している。そのため、本実施の形態では、第１の流路がスクリュ５の隔壁部５４によって分断されていることになる。

このように本実施の形態の押出装置１及び複合材料の製造方法は、樹脂原料を仕切り部６の貫通部６１を介して第１の流路と第２の流路との間で流動させることで、樹脂原料にせん断作用だけではなく、伸長作用を付与している。

このとき、第２の流路は、シリンダ２と仕切り部６との間に形成されており、特許文献１及び２の流路に比べて大きな空間を確保することができるため、第２の流路での樹脂原料の詰まりを抑制することができる。そのため、本実施の形態の押出装置１及び複合材料の製造方法は、樹脂原料の詰まりを抑制しつつ当該樹脂原料に伸長作用を付与することができる。

しかも、本実施の形態の押出装置１及び複合材料の製造方法は、シリンダ２のキャビティー部２１の端部やスクリュ５の隔壁部５４を樹脂原料の誘導部として機能させることができるので、樹脂原料を良好に仕切り部６の貫通部６１に誘導することができる。

特に、スクリュ５の混練部５３の第２の部分５３ｂや第３の部分５３ｃの溝部の深さがＹ軸＋側に向かうのに従って浅くなるように、第２の部分５３ｂ及び第３の部分５３ｃが形成されている場合、樹脂原料を良好に仕切り部６の貫通部６１に導くことができる。そのため、樹脂原料が仕切り部６の貫通部６１で詰まることを抑制できる。

また、スクリュ５の混練部５３のフライト５１ｂのフライト角度θ１がスクリュ５の搬送部５２のフライト５１ａのフライト角度θ２に対して小さい場合、スクリュ５の搬送部５２に比べて混練部５３でのＹ軸＋側への樹脂原料の搬送力を弱めつつ、樹脂原料にＸ軸＋側およびＺ軸＋側へ流れを促進させることができる。そのため、樹脂原料は加圧されシリンダ２のキャビティー部２１に強く押し込むことができる。これにより、溶融樹脂が仕切り部６の貫通部６１や第２の流路で詰まることを抑制できる。

次に、一般的な二軸押出装置を用いて樹脂原料を混練して得た複合材料の分散テスト結果と、本実施の形態の押出装置１を用いて樹脂原料を混練して得た複合材料の分散テスト結果と、の比較結果を説明する。

図７は、一般的な二軸押出装置を用いて樹脂原料を混練して得た複合材料の分散テスト結果を示す図である。図８は、図７のVIII部分の拡大図である。図９は、本実施の形態の押出装置を用いて樹脂原料を混練して得た複合材料の分散テスト結果を示す図である。図１０は、図９のＸ部分の拡大図である。

ここで、一般的な二軸押出装置では、バレル径３２ｍｍのスクリュを５００ｒｐｍで回転させて、ポリプロピレン（８０％）とエチレン－ビニルアルコール樹脂（２０％）とを混練して得た複合材料の分散テスト結果を取得した。

また、本実施の形態の押出装置１では、バレル径３５ｍｍのスクリュ５を１３００ｒｐｍで回転させて、ポリプロピレン（８０％）とエチレン－ビニルアルコール樹脂（２０％）とを混練して得た複合材料の分散テスト結果を取得した。

図７及び図８に示すように、一般的な二軸押出装置を用いて樹脂原料を混練して得た複合材料において、エチレン－ビニルアルコール樹脂の平均分散径が９．５３μｍであったのに対して、図９及び図１０に示すように、本実施の形態の押出装置１を用いて樹脂原料を混練して得た複合材料において、エチレン－ビニルアルコール樹脂の平均分散径が２．７３μｍであった。

これにより、本実施の形態の押出装置１は、一般的な二軸押出装置に比べて、高い混練性能を発揮できることが解る。特に、上述の樹脂原料は、伸長作用が付与されなければ微細混練は困難であるが、本実施の形態の押出装置１は、一般的な二軸押出装置に比べて微細混練を実現できているため、伸長作用を複合材料に良好に付与できていることが解る。

次に、一般的な二軸押出装置を用いて樹脂原料を混練して得た複合材料を成形した試験片の機械強度と、本実施の形態の押出装置１を用いて樹脂原料を混練して得た複合材料を成形した試験片の機械強度と、の比較結果を説明する。

図１１は、一般的な二軸押出装置を用いて樹脂原料を混練して得た複合材料を成形した試験片と、本実施の形態の押出装置を用いて混練された樹脂原料を成形した試験片と、の引張弾性率を示す図である。図１２は、一般的な二軸押出装置を用いて混練された樹脂原料を成形した試験片と、本実施の形態の押出装置を用いて混練された樹脂原料を成形した試験片と、の曲げ弾性率を示す図である。

一般的な二軸押出装置では、バレル径３２ｍｍのスクリュを５００ｒｐｍで回転させて、樹脂原料としてポリプロピレン（７０％）とガラス繊維（３０％）とを混練して得られた複合材料のガラス繊維の長さ、及び当該複合材料を成形した試験片の引張弾性率及び曲げ弾性率を取得した。

また、本実施の形態の押出装置１では、バレル径３５ｍｍのスクリュ５を１３００ｒｐｍで回転させて、樹脂原料としてポリプロピレン（７０％）とガラス繊維（３０％）とを混練して得られた複合材料のガラス繊維の長さ、及び当該複合材料を成形した試験片の引張弾性率及び曲げ弾性率を取得した。

一般的な二軸押出装置を用いて混練して得られた複合材料のガラス繊維の平均繊維長さは、０．５１ｍｍであった。このとき、当該複合材料のガラス繊維の繊維長さの標準偏差は、０．３４ｍｍであった。

一方、本実施の形態の押出装置を用いて混練して得られた複合材料のガラス繊維の平均繊維長さは、０．３６ｍｍであった。このとき、当該複合材料のガラス繊維の繊維長さの標準偏差は、０．２４ｍｍであった。

本実施の形態の押出装置１を用いて得た複合材料の試験片の引張弾性率は、図１１に示すように、一般的な二軸押出装置を用いて得た複合材料の試験片の引張弾性率に比べて低いが、引張弾性率の低下率は１１％に留まった。

一方、本実施の形態の押出装置１を用いて得た複合材料の試験片の曲げ弾性率は、図１２に示すように、押出装置１を用いて得た複合材料の方が一般的な二軸押出装置を用いて得た複合材料に比べてガラス繊維の長さが短いが、一般的な二軸押出装置を用いて得た複合材料の試験片の曲げ弾性率に比べて５％高い結果を得た。

このような結果に基づいた場合、本実施の形態の押出装置１を用いて得た複合材料の試験片の曲げ弾性率と、一般的な二軸押出装置を用いて得た複合材料の試験片の曲げ弾性率と、の関係は、押出装置１を用いて得た複合材料のガラス繊維の長さと、一般的な二軸押出装置を用いて得た複合材料のガラス繊維の長さと、の関係に対して逆転するが、複合材料のガラス繊維の繊維長さよりも繊維自体の分散性の高さが曲げ強度の向上に寄与しているものと思われる。つまり、混練によりガラス繊維が破断されて短くなっても、樹脂原料中でガラス繊維の微細分散を実現できれば、機械強度の向上を見込め、本実施の形態の押出装置１を用いた場合、当該機械強度の向上を実現できることが解る。

このことは、例えば、樹脂製品をリサイクルするために粉砕した際にガラス繊維が短くなった樹脂片を用いて、再度、複合材料を得る際に、本実施の形態の押出装置１を用いた場合、機械強度の高いリサイクル品を得ることができる。

本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

上記実施の形態の押出装置１は、単軸の押出装置として構成されているが、複数のスクリュを備える押出装置として構成されていてもよい。

上記実施の形態の押出装置１は、２つのキャビティー部２１を備えているが、単数でもよく、３つ以上でもよい。この場合、樹脂原料に付与すべき伸長作用、及び第１の流路と第２の流路とを行き来する際に樹脂原料の温度上昇による当該樹脂原料の変異などを考慮して、キャビティー部２１の個数を設定すればよい。また、キャビティー部２１の個数に応じて、シリンダ２やスクリュ５の隔壁部の配置及び仕切り部６の貫通部６１の配置を、適宜、変更すればよい。

上記実施の形態では、キャビティー部２１がシリンダ２の内周面に形成されているが、例えば、シリンダ２の内径を略等しく形成し、仕切り部６の外周面に凹部を形成することで、シリンダ２と仕切り部６との間にキャビティー部を形成してもよい。また、キャビティー部は、略円筒形状に限定されず、Ｙ軸方向に延在する溝部などでもよい。

上記実施の形態では、円筒形状の仕切り部６を用いたが、仕切り部６は、第１の流路と第２の流路とを仕切ることができる形状であればよく、例えば、キャビティー部の形状などに応じて、適宜、変更することができる。また、仕切り部６の貫通部６１は、円形に限定されず、多角形、楕円形などであってもよい。

１ 押出装置
２ シリンダ、２３ 第１の部分、２４ 第２の部分、２５ 第３の部分
２１ キャビティー部
２２ 隔壁部
２６ 蓋部、２６ａ 被係合部
３ ホッパ
４ 吐出部
４１ 吐出口
５ スクリュ
５１ フライト、５１ａ 搬送部のフライト、５１ｂ 混練部のフライト
５２ 搬送部
５３ 混練部、５３ａ 第１の部分、５３ｂ 第２の部分、５３ｃ 第３の部分
５４ 隔壁部
θ１ スクリュの混練部のフライトのフライト角度
θ２ スクリュの搬送部のフライトのフライト角度
６ 仕切り部、Ａ１ 第１の領域、Ａ２ 第２の領域、Ａ３ 第３の領域、Ａ４ 第４の領域
６１ 貫通部
６２ 係合部
７ 駆動部
８ 加熱部

Claims (13)

1. ホッパから樹脂原料が供給されるシリンダと、
   前記シリンダの端部に設けられ、混練された前記樹脂原料を吐出する吐出部と、
   前記シリンダの内部に回転可能に挿入され、前記樹脂原料を混練すると共に前記吐出部の側に搬送するスクリュと、
   前記シリンダと前記スクリュとの間に配置され、前記樹脂原料が通過する貫通部が形成された仕切り部と、
   前記スクリュと前記仕切り部との間に形成され、前記樹脂原料が通過する第１の流路と、
   前記シリンダと前記仕切り部との間に形成され、前記樹脂原料が通過する第２の流路と、
   を備える、押出装置。
2. 前記第１の流路から前記樹脂原料を前記仕切り部の貫通部に誘導する第１の誘導部を備える、請求項１に記載の押出装置。
3. 前記第２の流路から前記樹脂原料を前記仕切り部の貫通部に誘導する第２の誘導部を備える、請求項１又は２に記載の押出装置。
4. 前記スクリュは、前記樹脂原料を搬送する搬送部と、前記搬送部に対して前記吐出部の側に配置され、前記樹脂原料を混練する混練部と、を備え、
   前記仕切り部は、前記スクリュの混練部と対応する位置に配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の押出装置。
5. 前記スクリュにおける混練部のフライト角度は、前記スクリュにおける搬送部のフライト角度に対して小さい、請求項４に記載の押出装置。
6. 前記仕切り部は、前記スクリュを覆う円筒形状であり、前記貫通部として複数の孔を備えている、請求項１から５のいずれか１項に記載の押出装置。
7. 前記仕切り部は、前記シリンダに固定されている、請求項６に記載の押出装置。
8. 前記仕切り部は、前記樹脂原料を前記第１の流路から前記第２の流路に流出させる複数の流出孔と、前記樹脂原料を前記第２の流路から前記第１の流路に流入させる複数の流入孔と、を備える、請求項６又は７に記載の押出装置。
9. 前記スクリュの軸方向において前記流出孔と当該流出孔に対して前記吐出部の側に配置される前記流入孔との間に前記第１の流路を分断する第１の隔壁部を備え、
   前記第１の流路が前記第２の流路を間にして配置されている、請求項８に記載の押出装置。
10. 前記スクリュは、前記樹脂原料を搬送する搬送部と、前記搬送部に対して前記吐出部の側に配置され、前記樹脂原料を混練する混練部と、前記第１の隔壁部と、を備え、
    前記混練部における前記第１の隔壁部の側の部分の溝部の深さは、前記第１の隔壁部の側に向かうのに従って浅くなる、請求項９に記載の押出装置。
11. 前記シリンダの軸方向において前記流入孔と当該流入孔に対して前記吐出部の側に配置される前記流出孔との間に前記第２の流路を分断する第２の隔壁部を備え、
    前記第２の流路が前記第１の流路を間にして配置されている、請求項８から１０のいずれか１項に記載の押出装置。
12. 前記第２の流路は、前記シリンダの内周面に形成された凹み部である、請求項１から１１のいずれか１項に記載の押出装置。
13. シリンダの内部に供給された樹脂原料をスクリュによって吐出部の側に搬送する工程と、
    前記シリンダと前記スクリュとの間に配置された仕切り部の貫通部を介して、前記スクリュと前記仕切り部との間に形成された第１の流路に前記樹脂原料を侵入させて前記第１の流路で流動させる工程と、
    前記仕切り部の貫通部を介して、前記シリンダと前記仕切り部との間に形成された第２の流路に前記樹脂原料を侵入させて前記第２の流路で流動させる工程と、
    を備え、
    前記樹脂原料が前記仕切り部の貫通部を通過する際に前記樹脂原料を加速させる、樹脂組成物の製造方法。

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