JP2618174B2 - 連続混練機用ロータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、合成樹脂等の高分子材
料の混練溶融に用いるベント付連続混練機用ロータに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、合成樹脂等の高分子材料の混練
溶融に用いられるベント付２軸連続混練機としては、図
８に例示するものが知られている。この混練機は、一端
に材料供給口２１を有し、他端に排出口２２を有すると
共に、中間にベント口２３を備えたバレル２４内に、２
本のロータ２５を並列して回転自在に嵌装し、前記排出
口２２には開閉弁２６を装着し、ベント口２３の上手側
にゲート２７を配設して、樹脂流路面積をゲート２７を
開閉操作することにより増減し、混練度合を調整可能と
したものである。

【０００３】そして、前記各ロータ２５には、材料供給
口２１側から一段目として材料を送る第１スクリューフ
ィード部２８、材料を溶融粉砕する第１混練部２９及び
前記ゲート２７に対応する位置にゲート部３０を備え、
これに続いて二段目として材料の脱気（ベント）と送り
を行なう第２スクリューフィード部３１及び材料の再混
練・排出を行なう第２混練部３２が長手方向に連設され
ている（例えば特開昭５６−３１４３３号公報参照）。

【０００４】さらに、図９に示すように第２混練部翼を
なくして排出部３３とした一段練りロータ３４を備えた
Ｌ／Ｄが７以下のベント付２軸連続混練機も知られてい
る。このロータ３４は、その一段目長さＬＦとバレル内
径Ｄ（図１０参照）の比ＬＦ／Ｄが３．５以上で、二段
目長さＬＳとバレル内径Ｄの比ＬＳ／Ｄが１．７５以上
とされると共に、第２スクリューフィード部３１のフラ
イト３５の位相を合致させている（図１０参照）。該混
練機は、Ｌ−ＬＤＰＥ（直鎖状低密度ポリエチレン）、
ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）の混練において、低温
混練、高生産量用に好適である。

【０００５】また、Ｌ−ＬＤＰＥの混練で要求される弱
練り（低温練り）と、ＨＤＰＥの混練で要求される強練
り（高温練り）に兼用できるロータ２５として、第１混
練部２９の折返し点２９Ａ以降の長さと第２混練部３２
の長さの和を、２．２Ｄ〜３．３Ｄとしたものが提案さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】Ｌ／Ｄが７以下の２軸
連続混練機において、前記ＨＤＰＥ、ＰＰ（ポリプロピ
レン）等の材料を混練する際、フィッシュアイの消去、
高分散性を要求される強練りを行なう場合、前記１段練
りのロータ３４を備えた混練機では、混練不足が生じる
ので、ゲート部３０に設けたゲート２７を０〜数％と閉
め勝手にしなければならず、ゲート２７の操作範囲（各
種材料への適用範囲）が狭いという問題がある。

【０００７】本発明は、上述のような実状に鑑みてなさ
れたもので、その目的とするところは、混練部での材料
の送り力を弱めて、材料の滞留時間を長くし、材料の強
練りまでを確実に行ない、かつ材料への適用範囲を広げ
ることができる連続混練機用ロータを提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、次の技術的手段を講じた。即ち、本発
明は、一端に材料供給口を有し、他端に排出口を有する
と共に中間部にベント口を備えたバレル内に、２本一対
のロータを並列して回転自在に嵌装し、各ロータにはス
クリューフィード部と混練部とゲート部を長手方向に連
設し、混練部には送り翼と戻し翼を備えている連続混練
機において、前記各ロータの混練部の前記送り翼と戻し
翼の長さの比Ｒを０．８〜１．４としたことを特徴とし
ている。

【０００９】また、本発明は、前記ロータのスクリュー
フィード部と混練部をゲート部の前後に配設し、第１混
練部の折返し点からゲート部端までの長さＬ１と第２混
練部の長さＬ２の和がバレル内径Ｄの２．２〜３．３倍
とされていることを特徴としている。

【００１０】

【作用】本発明によれば、材料の混練作用を行なう混練
部の送り翼と戻し翼の長さの比Ｒを０．８〜１．４に設
定することにより、材料の送り力が弱くなるので、混練
部での材料滞留時間が長くなり、強練りによって高分子
の分散が十分に行われると共に、フィッシュアイを消去
でき、したがって、ゲート開度の操作範囲が広がり、結
果的に各種材料への強練り適用範囲を拡大することがで
きる。そして、ゲート開度を大きくして排出材料温度を
上限（約２２０℃）以下にし、熱劣化を防止して弱練り
を良好に行なうことができる。

【００１１】また、本発明によれば、混練部を二段に設
けると共に、第１混練部の折返し点からゲート部端まで
の長さＬ１と第２混練部の長さＬ２の和を、バレル内径
Ｄの２．２〜３．３倍とすることにより、材料の可塑
化、分散及び混練を効果的に行ない、弱練り及び強練り
を同一混練機で実現できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１及び図２は本発明の実施例を示し、１は２本１
対の混練機用ロータで、該ロータ１は夫々同一形状で、
連通部２を介して左右一対のチャンバー３が平行でかつ
互に略全長にわたって連通するように形成されたバレル
４の前記チャンバー３内に夫々軸心回りに互いに反対方
向に回転自在に嵌装されている。そして、バレル４に
は、図示していないが、従来例として示した図８に示す
ように、一端上部に材料供給口が、中間に（二段目に）
脱気用のベント口が、他端に溶融材料排出口が設けら
れ、ベント口の上手側に混練度合を調整するゲート（図
８のゲート２７と同じもの）が開度調整自在に設けられ
ている。

【００１３】前記各ロータ１は、二段練り用で二段構成
とされ、その一段目には一端側の材料供給口から供給さ
れた材料を前方（下手側）に送るためのねじ状の溝を有
する第１スクリューフィード部５と、これに続いて材料
を可塑化し混練するためのリード角の大きい正逆リード
角を有する各２条のねじ状送り翼６Ａと戻し翼６Ｂから
なる第１混練部６と、溶融域制御及びショートパス防止
をして混練度合を調整する断面円形のゲート部７とが形
成されている。

【００１４】さらに、各ロータ１の二段目には、前記ゲ
ート部７に続いて、ねじ状の溝を有する第２スクリュー
フィード部８と、これに続いて混練翼９Ａと排出翼９Ｂ
を有する第２混練部９とが形成されており、ゲート部７
はバレル４のゲートに対応し、第２スクリューフィード
部８はベント口に対応している。前記第１混練部６の折
返し点Ｏから上手の送り翼６Ａの長さと、下手の戻し翼
６Ｂの長さの比Ｒは、０．８〜１．４になるように設計
されている。該翼長比Ｒは、ロータ１の形状特に混練性
能について、材料上限温度（Ｔｍａｘ）（材料が劣化す
るのを避けるための最高温度）と、材料下限温度（Ｔｍ
ｉｎ）（材料が可塑化し均質に混練される最低温度）
と、ゲート開度（％）（上限温度と下限温度の間でコン
トロールできる操作範囲）との相互関係に着目して、種
々実験した結果得られたもので、図３から明らかであ
る。

【００１５】即ち、図３に示すように、ゲート開度が０
％となる上限温度（Ｔｍａｘ）は翼長比Ｒが１．４のと
きであり、下限温度（Ｔｍｉｎ）のコントロール限界ゲ
ート開度（７０％）のときの下限温度（Ｔｍｉｎ）は、
翼長比Ｒが０．８である。このことから、翼長比Ｒを
０．８〜１．４の範囲で設定することにより、ゲート開
度の操作範囲は最大で１０〜７０％、最小で０〜１７％
と大幅に拡大することができる。

【００１６】なお、翼長比Ｒを０．８未満にすると下限
温度のコントロールができなくなり、翼長比Ｒが１．４
を越えると、上限温度（Ｔｍａｘ）の関係でゲート開度
が０％即ち完全閉塞状態となり、それ以上強練り不能と
なる。したがって、翼長比Ｒを０．８〜１．４の範囲で
設定するのが最適である。また、前記ロータ１の第１混
練部６の折返し点Ｏからゲート部７前方端までの長さＬ
１と、第２混練部９の長さＬ２との和Ｌ１＋Ｌ２が、バ
レル４の内径Ｄ（チャンバー３の内径）の２．２〜３．
３倍になるように設計されている。これは、第１混練部
６の折返し点Ｏから前方の混練部長さＬ１と、第２混練
部９の長さＬ２が、混練性能に大きな影響を及ぼすとい
う種々の実験結果に基づくもので、既に提案している
（特願平３−１６３１１２号明細書参照）。

【００１７】即ち、材料（樹脂）が可塑化し、分散及び
混練に寄与し結果的に材料温度に影響を及ぼす折返し点
Ｏ以降の混練部長さ（Ｌ１＋Ｌ２）を長くする程強練り
になって材料温度が高く、混練された材料の品質に熱劣
化を生じるが、混練部最大長さＬ１＋Ｌ２をバレル内径
Ｄの３．３倍以下にすることによって、熱劣化が防止さ
れうる程度の練りが可能となる。他方、混練部最小長さ
（Ｌ２＋Ｌ２）をバレル内径Ｄの２．２倍以上とするこ
とによって、フィッシュアイの発生個数を３以下にし、
材料温度を高めて高分子のからまりをほぐして分散させ
ることができ、十分な混練が可能となる。

【００１８】次に、本発明実施例の作用について説明す
る。被混練材料（例えば樹脂）の混練に際しては、図外
の供給装置によりバレル４の供給口から連続的に定量供
給される材料は、まず、連続回転しているロータ１の第
１スクリューフィード部５により軸方向前方に向けて、
一定の速度で順次送られる。第１混練部６に送られた材
料は、送り翼６Ａにより前進されると共に戻し翼６Ｂに
より逆送されてぶつかり合い、剪断、攪拌、分散等の作
用を受けて可塑化溶融する。このとき、材料の送り力が
弱くなるので、混練部６での材料滞留時間が長くなり、
十分な混練（強練り）が行なわれる。

【００１９】そして、第１混練部６で可塑化溶融・混練
された材料は、ゲート部７により混練度合がコントロー
ルされながらゲート部７を通過して第２スクリューフィ
ード部８に送られてベント口から脱気され、混練中の材
料に含まれる揮発成分が排除されて第２混練部９に送ら
れ、再混練により材料の温度が高められ（２２０℃以
下）、高分子のからまりがほぐされて分散し、フィッシ
ュアイの発生が抑制され、強練りが可能となる。

【００２０】なお、前記ゲート部７におけるゲート開度
の操作範囲が広いため、材料の第１混練部における圧力
が適正にコントロールされ、剪断発熱による温度上昇を
制御する作用もし、品質劣化を生じる程の急激な温度上
昇を避けると共に、材料のショートパスによる練りむら
が防がれ、混練不足が解消される。上記実施例ロータ１
の第１混練部６の翼長比Ｒを１とすると共に、混練部長
さ（Ｌ１＋Ｌ２）を２．５８５Ｄとし、従来例の一段練
りロータ３４の翼長比Ｒを１．６、混練部２９の折返し
点２９Ａ以降の長さを０．９５Ｄとし、さらに、従来例
の二段練りロータ２５の翼長比Ｒを１．６、混練部折返
し点２９Ａ以降の長さを２．３６Ｄとして、樹脂材料
（ＨＤＰＥ，Ｍ１＝０．０８）の混練テストを行ない、
図４〜図７に示す結果を得ることができた。なお、前記
Ｍ１はメルトインデックスで材料の流動性を表してい
る。また、図中の添字（例えば５％）はゲートの開度を
示している。

【００２１】図４は、ロータ形状と排出口樹脂温度及び
生産量の関係を示し、本発明ロータでは、従来例二段練
りロータ２５に比べて、同一条件で温度が約２２℃上昇
しており、強練りとなっている。他方従来例ロータ２
５，３４共に排出口樹脂温度に顕著な差は見られない。
これは、混練部翼長比Ｒの効果が大きく影響したものと
言える。

【００２２】図５は、材料がパウダーの場合のロータ形
状とゲートの操作範囲の関係を示しており、本発明ロー
タ１は従来二段練りロータ２５に比べて、ゲート操作範
囲が広いことが明白である。図６は、材料がペレットの
場合のロータ形状とゲート操作範囲の関係を示してお
り、本発明ロータ１は、従来例ロータ２５，３４に比べ
てゲートの操作範囲（ゲート開度）が５〜５０％と広く
なっている。なお、従来一段練りロータ３４のゲート開
度は０〜１０％で、これ以上開くと樹脂温度が低くな
る。

【００２３】図７は本発明ロータにおけるゲート開度と
比エネルギーの関係を示し、低速，高速共、広いゲート
の操作範囲により、比エネルギーのコントロール領域が
広くなっていることを示している。本発明は、上記実施
例に限定されるものではなく、例えば、一段練りロータ
にも採用しうること勿論である。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、上述のように、一端に材料供
給口を有し、他端に排出口を有すると共に中間部にベン
ト口を備えたバレル内に、２本一対のロータを並列して
回転自在に嵌装し、各ロータにはスクリューフィード部
と混練部とゲート部を長手方向に連設し、混練部には送
り翼と戻し翼を備えている連続混練機において、前記各
ロータの混練部の前記送り翼と戻し翼の長さの比Ｒを
０．８〜１．４としたことを特徴とするものであるか
ら、混練部での材料の送り力を弱めて、材料の滞留時間
を長くして混練不足を解消でき、強練りを実現できるほ
か、ゲートの操作（開度）範囲が広くなり、従って、各
種材料への適用範囲拡大が可能である。

【００２５】また、本発明は、前記ロータのスクリュー
フィード部と混練部をゲート部の前後に配設し、第１混
練部の折返し点からゲート部端までの長さＬ１と第２混
練部の長さＬ２の和がバレル内径Ｄの２．２〜３．３倍
とされていることを特徴とするものであるから、混練さ
れた材料の品質に熱劣化を避ける弱練りから、高分散性
を要求される材料の強練りまでを、同一の混練機により
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面拡大図である。

【図３】混練部の翼長比とゲート開度の関係を示すグラ
フである。

【図４】ロータ形状と排出口樹脂温度の関係を示すグラ
フである。

【図５】材料がパウダの場合のロータ形状とゲートの操
作範囲の関係を示すグラフである。

【図６】材料がペレットの場合のロータ形状とゲートの
操作範囲の関係を示すグラフである。

【図７】本発明実施例におけるゲート開度と比エネルギ
ーの関係を示すグラフである。

【図８】従来のベント付２軸連続混練機を示す一部破断
正面図である。

【図９】他の従来例を示す平面図である。

【図１０】図９のＢ−Ｂ線断面拡大図である。

【符号の説明】

１ ロータ ４ バレル ５ 第１スクリューフィード部 ６ 第１混練部 ６Ａ 送り翼 ６Ｂ 戻し翼 ７ ゲート部 ８ 第２スクリューフィード部 ９ 第２混練部 Ｄ バレル内径 Ｌ ロータ長さ Ｌ１ 第１混練部折返し点からゲート前端までの長さ Ｌ２ 第２混練部の長さ Ｏ 第１混練部折返し点 Ｒ 第１混練部翼長比

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 博文 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所 高砂製作所内 (72)発明者 安田 章二 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所 高砂製作所内 (72)発明者 宝谷 晋 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所 高砂製作所内 (56)参考文献 特開 平５−8221（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−181338（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端に材料供給口を有し、他端に排出口
   を有すると共に中間部にベント口を備えたバレル内に、
   ２本一対のロータを並列して回転自在に嵌装し、各ロー
   タにはスクリューフィード部と混練部とゲート部を長手
   方向に連設し、混練部には送り翼と戻し翼を備えている
   連続混練機において、前記各ロータの混練部の前記送り
   翼と戻し翼の長さの比Ｒを０．８〜１．４としたことを
   特徴とする連続混練機用ロータ。
2. 【請求項２】 前記ロータのスクリューフィード部と混
   練部をゲート部の前後に配設し、第１混練部の折返し点
   からゲート部端までの長さＬ１と第２混練部の長さＬ２
   の和がバレル内径Ｄの２．２〜３．３倍とされているこ
   とを特徴とする請求項１の連続混練機用ロータ。