JP2024025596A - ２軸型連続混練押出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】水分を溶融樹脂材料に練り込むことがなく、その結果真空脱気も十分にでき、最終的に品質のよい混練樹脂を高い吐出能力で得ることができる２軸型連続混練押出装置であり、加えて、樹脂が過剰に混練し過加熱されることを未然に回避し、樹脂の焼損を防止できる、２軸型連続混練押出装置を提供する。【解決手段】装置は、材料供給口１７から樹脂を供給し、高速回転する２軸混練送り部１６で樹脂を溶融、混練、脱気をしながら低速回転する単軸スクリュー部３３へ送り、この単軸スクリュー部で溶融樹脂の真空脱気及び押し出しをする。【選択図】図１
Description
本発明は２軸型連続混練押出装置に関する。
この２軸型連続混練押出装置は、合成樹脂材料の溶融、混練及び脱気、押し出しを連続的に行う２軸型連続混練押出装置である。
本発明の目的は、従来の２軸型連続混練押出装置における材料供給口からケーシングの各通路部に供給された樹脂材料は加熱手段によって予熱され、このミキシング部で半ゲル状態にされると共に、これに伴って樹脂材料に付着していた水分を脱気し、その後のミキシング部で完全に溶融混練することで、水分を溶融樹脂材料に練り込むことなく、その結果真空脱気も十分に可能とし、最終的に品質のよい混練樹脂を高い吐出能力で得られるようして、十分な脱気がなされた溶融樹脂を高吐出能力で生産可能とする。更に過剰な混練で樹脂が焼損するのを未然に防止する。
本件発明は、課題を解決するために、断面で見てまゆ型状の連接する２つの通路部を備えるケーシング内の前記各通路部に第１混練送り軸及び第２混練送り軸がそれぞれ回転可能に配置されてなる２軸混練送り部と、２軸混練送り部からの溶融樹脂を受け取り溶融し、第１、第２の混練送り軸から間隔をおいて第１、第２の混練送り軸よりも少なくとも低速に制御回転可能に別個のスクリュー軸が配置されてなる単軸スクリュー部と、２軸混練送り部へ材料を供給すべくケーシングの供給側端部に設けられた材料供給口と、単軸スクリュー部の終端側の端部から混練材料を取り出すためケーシングに設けられた吐出口と、第１混練送り軸と第２混練送り軸との一部をミキシングロータで構成することで２軸混練送り部に設けられた複数のミキシング部と、複数のミキシング部か又はミキシング部間の混練送り軸の少なくとも１つに連通すべくケーシングに設けられた脱気用の第１のオープンベントと、単軸スクリュー部の適所においてケーシングに設けられた真空脱気用の第２のオープンベントを含み、材料供給口から樹脂を供給し、２軸混練送り部で樹脂を溶融、混練、脱気をしながら低速回転する単軸スクリュー部へ送り、この単軸スクリュー部で溶融樹脂の真空脱気及び押し出しをするように構成したことを特徴とする２軸型連続混練押出装置である。
供給口から投入される樹脂材料としてペレット状のものを使用する２軸型連続混練押出装置の場合には、２軸混練送り部の供給端部側に形成されたミキシング部におけるミキシングロータの最大外径部とケーシングの通路部内壁とのギャップが、樹脂ペレットの最大寸法より僅かに小さく設計され、材料供給口から供給された樹脂を２軸混練送り部の供給端部側のミキシング部で半ゲル状態にすると同時にこの半ゲル状態の樹脂から前記第１のオープンベントを介して脱気した後、終端側の前記ミキシング部で完全に溶融混練することが好ましい。
供給口から投入される樹脂材料としてパウダー状のものを使用する２軸型連続混練押出装置の場合には、２軸混練送り部におけるミキシングロータの最大外径部とケーシングの通路部内壁とのギャップが、パウダーの粒径に合わせて半ゲル状態にする程度に設計され、材料供給口から供給されたパウダー状樹脂を２軸混練送り部のミキシング部で半ゲル状にすると同時にこの半ゲル状の樹脂から第１のオープンベントを介して脱気した後、終端側のミキシング部で完全に溶融混練することが好ましい。
複数のミキシング部におけるミキシングロータとケーシングの通路部内壁とのギャップは、樹脂が溶融する過程で粘度が低下する場合には、２軸混練送り部の終端側に移るに従って小さく設計され、又は樹脂が溶融する過程で粘度が増加する場合には終端側に移るに従って大きく設計されていることが好ましい。
前記要点は、第１混練送り軸及び第２混練送り軸と別個のスクリュー軸を分け、第１混練送り軸及び第２混練送り軸を高速回転し、樹脂混練を良好とし、これに対して別個のスクリュー軸を低速回転とし樹脂混練を低下させるようにする。
供給口から投入される樹脂材料としてペレット状のものを使用する２軸型連続混練押出装置の場合には、２軸混練送り部の供給端部側に形成されたミキシング部におけるミキシングロータの最大外径部とケーシングの通路部内壁とのギャップが、樹脂ペレットの最大寸法より僅かに小さく設計され、材料供給口から供給された樹脂を２軸混練送り部の供給端部側のミキシング部で半ゲル状態にすると同時にこの半ゲル状態の樹脂から前記第１のオープンベントを介して脱気した後、終端側の前記ミキシング部で完全に溶融混練することが好ましい。
供給口から投入される樹脂材料としてパウダー状のものを使用する２軸型連続混練押出装置の場合には、２軸混練送り部におけるミキシングロータの最大外径部とケーシングの通路部内壁とのギャップが、パウダーの粒径に合わせて半ゲル状態にする程度に設計され、材料供給口から供給されたパウダー状樹脂を２軸混練送り部のミキシング部で半ゲル状にすると同時にこの半ゲル状の樹脂から第１のオープンベントを介して脱気した後、終端側のミキシング部で完全に溶融混練することが好ましい。
複数のミキシング部におけるミキシングロータとケーシングの通路部内壁とのギャップは、樹脂が溶融する過程で粘度が低下する場合には、２軸混練送り部の終端側に移るに従って小さく設計され、又は樹脂が溶融する過程で粘度が増加する場合には終端側に移るに従って大きく設計されていることが好ましい。
前記要点は、第１混練送り軸及び第２混練送り軸と別個のスクリュー軸を分け、第１混練送り軸及び第２混練送り軸を高速回転し、樹脂混練を良好とし、これに対して別個のスクリュー軸を低速回転とし樹脂混練を低下させるようにする。
以上説明したように、本発明の２軸型連続混練押出装置によれば、材料供給口からケーシングの各通路部に供給された樹脂材料は加熱手段によって予熱され、このミキシング部で半ゲル状態にされると共に、これに伴って樹脂材料に付着していた水分を脱気し、その後のミキシング部で完全に溶融混練しているため、水分を溶融樹脂材料に練り込むことがなく、その結果真空脱気も十分にでき、最終的に品質のよい混練樹脂を高い吐出能力で得ることができる。加えて、複数のミキシング部から離間して配置された単軸スクリュー部へ送り、複数のミキシング部から独立したこの単軸スクリュー部で溶融樹脂の真空脱気及び押し出しを行うため、樹脂が過剰に混練し過加熱されることを未然に回避し、樹脂の焼損を防止できる。
本発明の２軸型連続混練押出装置において図に示される実施の形態を説明する。図１には本発明の一実施の形態に係る２軸連続混練押出装置１０が図示されている。この実施形態の２軸連続混練押出装置１０は、断面で見てまゆ型状で、後述する第１混練送り軸１４及び第２混練送り軸１５間で連通する（図４参照）２つの通路部１１、１２を備えるケーシング１３内の各通路部に第１混練送り軸１４及び第２混練送り軸１５がそれぞれ回転可能に配置された２軸混練送り部１６と、２軸混練送り部からの溶融樹脂を受け取り溶融し、かつ第１混練送り軸及び第２混練送り軸１４、１５から下流側に離れて第１、第２の混練送り軸１４、１５よりも少なくとも低速に制御回転可能に別個の単一のスクリュー軸３２が離間して配置されてなる単軸スクリュー部３３とを含む。換言すれば、第１、第２の混練送り軸１４、１５から分けた別個の単一のスクリュー軸３２が、第１、第２の混練送り軸１４、１５よりも少なくとも低速に制御回転可能に配置されている。即ち、第１混練送り軸及び第２混練送り軸１４、１５と単一のスクリュー軸３２を分け、第１混練送り軸及び第２混練送り軸１４、１５と単一のスクリュー軸３２を前記のように駆動制御部で回転制御可能とする。
２軸混練送り部１６における第１のケーシング１３の一端には、各通路部１１、１２に連通する材料供給口１７が形成されている。この材料供給口１７には、図示しない樹脂供給装置から樹脂材料が送られる。この２つの各混練送り軸１４、１５は、それぞれその長手方向において第１スクリュー１８、第１ミキシングロータ１９、第２スクリュー２０及び第２ミキシングロータ２１が第１のケーシング１３の一端側から順番に配列されて構成されている（図２参照）。
このような混練送り軸１４、１５は、セグメント化された各種長さのスクリューとミキシングロータとを基軸１４ａ、１５ａに選択的に並べて取り付けることで構成することができる。従って、長さの異なるスクリュー、長さ及び個数の異なるミキシングロータを自由に組み合わせることにより、混練時間の調整をすることができる。
なお、第１混練送り軸１４における第１スクリュー１８、第１ミキシングロータ１９、第２スクリュー２０及び第２ミキシングロータ２１は、第２混練送り軸１５に取り付けられたものと長さも形状も同じである。従って、２軸混練送り部１６における第１ミキシング部２３は、図２に示されるように混練送り軸１４、１５における隣接する２つの第１ミキシングロータ１９が協働することで構成されている。
同様に、２軸混練送り部１６における第２ミキシング部２４は、混練送り軸１４、１５における隣接する２つの第２ミキシングロータ２１が協働することで構成されている。２軸混練送り部１６において、材料供給口１７から両混練送り軸１４、１５によって送られてきた材料が最初に到達する第１ミキシング部２３は、材料を半ゲル状態にするために機能するように構成されている。
即ち、材料供給口１７から第１のケーシング１３の各通路部１１、１２に供給される樹脂材料がペレット（一般的には、長さが約３ｍｍ、直径が約３ｍｍの円筒体）である場合には、第１ミキシングロータ１９の最大外径部と第１のケーシング１３の通路部１１、１２内壁とのギャップＧ（図４参照）が、樹脂ペレットの最大寸法より僅かに小さく設計されている。このギャップＧの一例として好ましい寸法は、１～４ｍｍである。
そのため、材料供給口１７からこの第１ミキシング部２３まで送られる間にケーシング１３の外周囲の取り付けられた加熱手段２５によって予熱された樹脂材料２６は、第１ミキシング部２３で半ゲル状態にされる。このように樹脂材料２６を半ゲル状態にすると、樹脂材料に付着していた水分が蒸発する。この蒸発した水分を半ゲル状態の樹脂材料２６に練り込まないように、この第１ミキシング部２３（後の第２スクリュー部２０にあるオープンベント２７）で脱気する。
この脱気を行うために、第１のケーシング１３には、第２スクリュー２０に連通する第１のオープンベント２７が設けられている。これにより、半ゲル状態の樹脂２６から蒸発した水分は、この第１のオープンベント２７を介して第１のケーシング１３外に放出される。
その結果、第１ミキシング部２３で蒸発した水分が半ゲル状態にされた溶融樹脂２６に再び練り込まれて供給されることを防ぐことができる。
その結果、第１ミキシング部２３で蒸発した水分が半ゲル状態にされた溶融樹脂２６に再び練り込まれて供給されることを防ぐことができる。
このような脱気に関し、樹脂にフィラー（例えば、タルクや炭酸カルシウム）を加えた樹脂材料を混練して押し出す場合、フィラーは非常に吸湿性が高い性質を持っているため、半ゲル状態で脱気するこの装置で混練押出を行うと、最終製品である溶融樹脂の品質が非常によくなり、また吐出能力が向上する。しかし、この脱気を行わない従来の装置では、水分が溶融樹脂に練り込まれ、後行程での真空脱気を行いにくくなると共に吐出能力も低下する。
また、樹脂材料がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）である場合には、従来の装置で混練押出を行うと、水分が溶融樹脂に練り込まれて加水分解を起こす、という問題があった。しかし、この装置により半ゲル状態で脱気すると、このようなことはまったく起こらない。
第２ミキシング部２４は、第１ミキシング部２３で半ゲル状態にされ且つ脱気され、その後第２スクリュー２０で送られてきた樹脂２６を完全に溶融混練するため、第２ミキシングロータ２１の最大外径部と第１のケーシング１３の通路部１１、１２内壁とのギャップＧは、樹脂が溶融する過程で粘度が低下する場合は、例えば０．１～１．０ｍｍと小さく設計されている。
材料供給口１７から第１のケーシング１３の各通路部１１、１２に供給される樹脂材料がパウダー状である場合には、第１ミキシングロータ１９の最大外径部と第１のケーシング１３の通路部１１、１２内壁とのギャップＧ（図４参照）は、粒径に合わせて半ゲル化する程度に小さく設計される。一般的にはこの場合のギャップＧは、約０．１～１．０ｍｍとすることが好ましい。
ただし、この２軸型連続混練押出装置１０において複数のミキシング部２３、２４におけるミキシングロータ１９、２１と第１のケーシング１３の通路部１１、１２内壁とのギャップＧは、樹脂が溶融する過程で粘度が低下する場合には２軸混練送り部１６の終端側に移るに従って小さく設計され、また樹脂が溶融する過程で粘度が増加する場合には終端側に移るに従って大きく設計されることが好ましい。
スクリュー軸回転数が高速の場合、ケーシング端部において、軸受部３５で各水平な通路部１１、１２はスクリューの高速時のぶれを抑えるために左右のスクリュー間で連通せず独立している（図３参照）。
ケーシング端部には、流量調整機構３６が設けられ、流量調整機構３６の内部に１つの垂直な貫通路３８が設けられ、この１つの貫通路は上流端で軸受部３５おいて前記水平な２つの通路に連通するように形成されている（図２参照）。スクリュー軸回転数が低速の場合はこの限りでない。即ち、図４のように軸受部３５で各水平な通路部１１、１２はスクリュー間で連通している。
ケーシング端部には、流量調整機構３６が設けられ、流量調整機構３６の内部に１つの垂直な貫通路３８が設けられ、この１つの貫通路は上流端で軸受部３５おいて前記水平な２つの通路に連通するように形成されている（図２参照）。スクリュー軸回転数が低速の場合はこの限りでない。即ち、図４のように軸受部３５で各水平な通路部１１、１２はスクリュー間で連通している。
流量調整機構３６における筒状の弁体３９は矢印Ｈ方向において移動可能となっている。この弁体３９は、その移動に伴って貫通路３８を開閉し、貫通路３８を流れる溶融樹脂の流量を調整する（図１参照）。
他方、貫通路３８を流れ貫通路３８の下端から吐出する流量調整された溶融樹脂を受け取り口で受け取る第２のケーシング２９の内部に形成された通路部３１は、第２のケーシングの他端で外部に開放し、この開放部が溶融樹脂の吐出口４０とされている。更に、この単軸スクリュー部３３において第２のケーシング２９の一端側には、真空脱気用の第２のオープンベント４１が設けられ、このオープンベント４１は第２のケーシング２９の通路部３１に連通している。
このように流量調整機構３６は、２軸混練送り部１６と単軸スクリュー部３３との間に配置され、単軸スクリュー部３３へ至る溶融樹脂の流量を調整するものである。
なお、流量調節機構としては他の構成であってもよく、例えば、第１混練送り軸１４及び第２混練送り軸１５を軸方向に移動可能として、この混練送り軸１４及び第２混練送り軸１５とその周囲にあるケーシング１３の内面に形成した凹凸部により弁体を形成し、流路の開閉度を調整する構造にすることも可能である。粘度が高く流動性の低い樹脂は、２軸部終端から、流量調整機構を介さず自由落下でスクリュー軸３２の受け取り口に供給することもある。また、粘度は高いが自由落下だけではベト付いてスクリュー軸３２の受け取り口に入っていかない場合は、プッシャー（図示しないピストン式押し込み装置）によりスクリュー軸３２の受け取り口に供給する場合もある。樹脂の溶融のしにくさ、粘度に合わせて、ロータギャップの違う多数のミキシングロータをセット可能である。
１０ ２軸型連続混練押出装置
１１ 通路部
１２ 通路部
１３ 第１のケーシング
１４ 第１混練送り軸
１５ 第２混練送り軸
１６ ２軸混練送り部
１７ 材料供給口
１８ 第１スクリュー
１９ 第１ミキシングロータ
２０ 第２スクリュー
２１ 第２ミキシングロータ
２２ 第３スクリュー
２３ 第１ミキシング部
２４ 第２ミキシング部
２５ 加熱手段
２６ 溶融樹脂材料
２７ 第１のオープンベント
２９ 第２のケーシング
３１ 通路部
３２ スクリュー軸
３３ 単軸スクリュー部
３５ 軸受部
３６ 流量調整機構
３８ 貫通路
３９ 弁体
４０ 吐出口
４１ 第２のオープンベント
１１ 通路部
１２ 通路部
１３ 第１のケーシング
１４ 第１混練送り軸
１５ 第２混練送り軸
１６ ２軸混練送り部
１７ 材料供給口
１８ 第１スクリュー
１９ 第１ミキシングロータ
２０ 第２スクリュー
２１ 第２ミキシングロータ
２２ 第３スクリュー
２３ 第１ミキシング部
２４ 第２ミキシング部
２５ 加熱手段
２６ 溶融樹脂材料
２７ 第１のオープンベント
２９ 第２のケーシング
３１ 通路部
３２ スクリュー軸
３３ 単軸スクリュー部
３５ 軸受部
３６ 流量調整機構
３８ 貫通路
３９ 弁体
４０ 吐出口
４１ 第２のオープンベント
Claims (4)
- 断面で見てまゆ型状の連接する２つの通路部を備えるケーシング内の前記各通路部に第１混練送り軸及び第２混練送り軸がそれぞれ回転可能に配置されてなる２軸混練送り部と、２軸混練送り部からの溶融樹脂を受け取り溶融し、第１、第２の混練送り軸から間隔をおいて第１、第２の混練送り軸よりも少なくとも低速に制御回転可能に別個のスクリュー軸が配置されてなる単軸スクリュー部と、２軸混練送り部へ材料を供給すべくケーシングの供給端部に設けられた材料供給口と、前記単軸スクリュー部の終端側の端部から混練材料を取り出すために設けられた吐出口と、前記第１混練送り軸と前記第２混練送り軸との一部をミキシングロータで構成することで前記２軸混練送り部に設けられた複数のミキシング部と、前記複数のミキシング部か又は前記ミキシング部間の前記混練送り軸の少なくとも１つに連通すべくケーシングに設けられた脱気用の第１のオープンベントと、前記単軸スクリュー部の適所においてケーシング内部に連通すべく設けられた真空脱気用の第２のオープンベントを含み、材料供給口から樹脂を供給し、前記２軸混練送り部で樹脂を溶融、混練、脱気をしながら低速回転する前記単軸スクリュー部へ送り、この単軸スクリュー部で溶融樹脂の真空脱気及び押し出しをするように構成したことを特徴とする２軸型連続混練押出装置。
- 前記供給口から投入される樹脂材料としてペレット状のものを使用する前記２軸型連続混練押出装置の場合には、前記２軸混練送り部の前記供給端部側に形成された前記ミキシング部における前記ミキシングロータの最大外径部と前記ケーシングの前記通路部内壁とのギャップが、前記樹脂ペレットの最大寸法より僅かに小さく設計され、前記材料供給口から供給された樹脂を前記２軸混練送り部の前記供給端部側の前記ミキシング部で半ゲル状態にすると同時にこの半ゲル状態の樹脂から前記第１のオープンベントを介して脱気した後、終端側の前記ミキシング部で完全に溶融混練することを特徴とする請求項１に記載の２軸型連続混練押出装置。
- 前記供給口から投入される樹脂材料としてパウダー状のものを使用する前記２軸型連続混練押出装置の場合には、前記２軸混練送り部における前記ミキシングロータの最大外径部と前記ケーシングの前記通路部内壁とのギャップが、前記パウダーの粒径に合わせて半ゲル状態にする程度に設計され、前記材料供給口から供給されたパウダー状樹脂を前記２軸混練送り部の前記ミキシング部で半ゲル状にすると同時にこの半ゲル状の樹脂から前記第１のオープンベントを介して脱気した後、終端側の前記ミキシング部で完全に溶融混練することを特徴とする請求項１に記載の２軸型連続混練押出装置。
- 複数の前記ミキシング部における前記ミキシングロータと前記ケーシングの前記通路部内壁とのギャップは、樹脂が溶融する過程で粘度が低下する場合には、前記２軸混練送り部の終端側に移るに従って小さく設計され、又は樹脂が溶融する過程で粘度が増加する場合には終端に移るに従って大きく設計されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の２軸型連続混練押出装置。
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| JP2022136357A JP7421612B1 (ja) | 2022-08-10 | 2022-08-10 | ２軸型連続混練押出装置 |
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