JP2780813B2

JP2780813B2 - 押出機の運転制御方法

Info

Publication number: JP2780813B2
Application number: JP1141464A
Authority: JP
Inventors: 淳松浦; 武博石本; 隆義景山
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 1989-06-02
Filing date: 1989-06-02
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: JPH035124A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はスクリュ式押出機、例えば合成樹脂の製造プ
ロセスにおいて、製造された溶融樹脂をペレット化する
押出機の運転方法に関する。

〔従来の技術〕

溶融重合を行う合成樹脂の製造工程では、リアクター
内において、触媒を用いて重合溶媒中で原料モノマーを
重合させた後、得られた樹脂溶液を溶媒フラッシュ工程
に送って、溶媒を分離し、得られた溶融樹脂を押出機に
よってペレット化しているのが一般である。

この押出機としては、スクリュ式でかつベント式のも
のが使用され、さらには、ギアポンプを備え、このギア
ポンプで溶融樹脂を送るタイプのものも使用される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、このような製造工程は連続して行われ、押
出機への溶融樹脂の供給も連続して行われるが、それが
常時定量的に行われるとは限らず、多少の変動を生じて
いるのが通常である。

しかし、このような変動を考慮せずに常時一定回転数
で、押出機のスクリュを回転させていると、供給された
溶融樹脂の量が少ないときは押出機が空運転となり、供
給量が多すぎるとベント孔から溢れ出てしまうおそれも
あり、さらにはスクリュによる混練具合いやシリンダ内
圧力にも変動を来すおそれがあって、ペレット化された
樹脂の製品均一性などに問題が生じかねない。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、押出機
の安定的な運転を図ることを技術的課題とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前記課題を解決するため次のような手段と
した。

本発明は、スクリュ式押出機において、少なくともス
クリュ２の回転数と樹脂送り量とを変数とする関数で決
定される樹脂充満率を押出機シリンダ各部内毎にそれぞ
れ求め、前記各部の適正樹脂充満率を満足する押出量の
重複範囲を全体の適正押出範囲とし、この適正押出範囲
に押出量が制御されるよう運転制御する押出機の運転制
御方法である。

ここで、スクリュ式押出機が、原料樹脂の供給口から
押出口13に向かって、シリンダ１内にフィードゾーン
７、ファーストゾーン８、セカンドゾーン９を有してい
るとともに、シリンダ１にベント孔（3,5,6）を有して
いる場合、各ゾーン（7,8,9）の樹脂充満率に加えて、
ベント孔（3,5,6）から溶融樹脂が溢れ出ない最大の樹
脂送り量をスクリュ２の回転数との関係で決定するベン
ト能力を適正押出範囲特定のための基準として組み入れ
るとよい。

また、各部における樹脂充満率は、その部分における
送り量とスクリュ回転数との関係で決定される。各部固
有のものであり、この樹脂充満率は次のように定義され
る。すなわち、スクリュ式押出機が通常の層流域で運転
されている場合には、樹脂充満率＝樹脂充満ボリューム／ゾーンボリューム＝樹脂充満長さ／ゾーン長さ＝実押出量／最大送り量最大充満率＞充満率の適正範囲＞最小充満率最大充満率＝最大送り量／最大送り量最小充満率＝最小送り量／最大送り量また、送り量は各部において実測することを原則とす
るが、押出機のシリンダ１各部に流量計を取り付けるこ
とが実質的に困難な場合は、押出口13から押し出される
樹脂量を近似値として扱ってもよい。また、ギアポンプ
11を設けた場合は、ギアポンプ11の回転数から流量を算
出できるので、これにより得た流量を各部の送り量の近
似値として扱ってよい。

〔作用〕

本発明によれば、押出機の運転が樹脂の適正押出範囲
内で、常時行われる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図、第２図を参照して
説明する。

押出機に供給される溶融樹脂は、チタン等の遷移金属
化合物と有機アルミニウム化合物等の有機金属化合物と
から形成された高性能配位化合物系触媒を用い、例えば
エチレンとブテン−１、あるいはエチレンと４−メチル
−ベンテン−１の組合せからなるモノマー系をヘキサン
を溶媒として重合して得た樹脂溶液から、フラッシュ工
程でヘキサンを分離して得た溶融樹脂である。

押出機は、２軸のスクリュ式で、かつ、３段ベント＋
ギアポンプ式のものである。

すなわち、スクリュ２を内蔵したシリンダ１の一端に
スクリュ駆動用モータ（Ｍ）が取り付けられ、この一端
から先端にかけて、シリンダ１に第１ベント孔３、溶融
樹脂（原料樹脂）の供給口４、第２ベント孔５、第３ベ
ント孔６が設けられている。そして、ベント孔（3,5,
6）に対応した部分はスクリュ溝が深く形成されてい
る。ここで、第１ベント孔３は大気に開放され、第２ベ
ント孔５と第３ベント孔６は図示しない真空ポンプに接
続され、約20Torrの負圧がかけられている。

そして、供給口４部分から第２ベント孔５までが、溶
融樹脂の供給部であるフィードゾーン７でこの部分のス
クリュ溝は最も浅くなっている。また、フィードゾーン
７に続いて第２ベント孔５のあたりはスクリュ溝は深く
なっているが、この第２ベント孔５と第３ベント孔６と
の間が溶融樹脂の第１の混練部としてファーストゾーン
８となっており、このファーストゾーン８でスクリュ溝
が少し浅くなりフィードゾーン７より少し深い程度とな
っている。

そして、第３ベント孔６部分でスクリュ溝は再度深く
なる。さらに、ファーストゾーン８に続いて第３ベント
孔６より押出口13側が溶融樹脂の第２の混練部としてセ
カンドゾーン９となっていて、このセカンドゾーン９で
スクリュ溝は再度浅くなる。そして、各ゾーン（7,8,
9）を流れる間に溶融樹脂は混練・昇圧され、揮発成分
であるヘキサンが各ベント孔（3,5,6）から脱気され
る。

さらにセカンドゾーン９のシリンダ１に添加剤供給口
（Ａ）が設けられ安定剤などが溶融樹脂中に供給添加さ
れるようになっている。

そしてセカンドゾーン９を過ぎた部分に圧力センサ10
が設けられて、その部分のシリンダ１内圧力が検出され
るようになっている。この圧力センサ10の後段にギアポ
ンプ11が設けられ、このギアポンプ11は回転計を備えて
いて、その回転数からギアポンプ11を通過する樹脂の流
量を知ることができる。そして、このギアポンプ11の後
段に温度センサ12が設けられている。そして、シリンダ
１先端に図示しない濾過用のスクリーン装置を介してペ
レット造粒用ダイ（押出口13）が取り付けられている。

なお、押出口13には連続MI計が取り付けられ、メルト
インデックスが連続的に観察できるようになっている。

そして、上記MI計、圧力センサ10、温度センサ12、ギ
アポンプ11の回転計からの出力は中央演算装置に入力さ
れ、その演算結果に基づきスクリュ駆動用のモータ
（Ｍ）がモータ制御手段により制御されてスクリュ２の
回転数が制御される。

次に、この押出機の制御手段を説明する。

まず、各ゾーン（7,8,9）毎に、少なくともスクリュ
２の回転数とメルトインデックス（MI）とを変数とする
関数で決定される樹脂充満率を満足する適正押出量は、
各ゾーン（7,8,9）での最大送り量から各ゾーン（7,8,
9）での最小送り量を差し引いた範囲で示される。

各ゾーン（7,8,9）での最大送り量、すなわち、ベン
ト孔（5,6）及び供給口４から溶融樹脂が溢れ出ない最
大の樹脂送り量は、一般式という関数で表わせるが、この係数α、βはそれぞれM
I、温度、N_Sの関数である。

従って、各ゾーン（7,8,9）での最大の樹脂送り量Ｑ
は、見掛上次のような関数となる。

フィードゾーン７では、 Qf_max＝f_t（MI,N_s,P_f,T_f）・・（２） MI:メルトインデックス N_s:スクリュ回転数 P_f:各ゾーンの圧力 T_f:各ゾーンの温度という関数で示され、ファーストゾーン８でも Q1_max＝f₁（MI,N_s,P₁,T₁）・（３）という関数で示され、セカンドゾーン９でも Q2_max＝f₂（MI,N_s,P₂,T₂）・（４）という関数で示される。

さらに、必要なベント能力を満足する最大樹脂送り量
も同様の関数 Q_v＝ｆ（MI,N_s,P_v,T_v）・・（５） Q_v:ベント可能押し出し能力ここで、フィードゾーン７とファーストゾーン８及び
ベント能力については、Ｔはシリンダの加熱の冷却条件
を一定にすると、MI,N_sの関数として読み直すことで省
略することができる。これは、フィールドゾーン７及び
ファーストゾーン８については、ゾーン７、８の入口か
らフルフライトのコンプレッションゾーンがあり、その
先のゾーン出口は溝が浅いかシールリングなどがある構
成になっているが、シールリングの隙間や、フルフライ
ト溝等の圧力、送り量などを決定する要素は全て固定し
てあり、可変ではないため、樹脂の物性であるMIとスク
リュの回転数N_Sだけで状態が決定されるからである。

これに対して、セカンドゾーン９では、先端にギアポ
ンプ11があり、このギアポンプの回転数により圧力及び
温度が変化し、樹脂送り量が一意的に決定されないの
で、セカンドゾーン９の最大送り量はMI、N_Sだけでなく
圧力Ｐ及び温度Ｔの関数となる。また、通常供給口4,第
２ベント孔5,第３ベント孔６部分の圧力は一定なので、
フィードゾーン７とファーストゾーン８及びベント能力
についての圧力ＰもMI,N_sの関数として考えることがで
きる。従って、 Q_fmax＝f_f（MI,N_S） Q_1max＝f₁（MI,N_S）と、書き直すことができる。

そして、各ゾーン（7,8,9）での最小送り量は各ゾー
ン（7,8,9）におけるサージング（戻り）を考慮したも
ので、これ以下であると戻り抵抗により送ることのでき
ないとされる値であり、ここでは各ゾーン（7,8,9）の
最大送り量に係数Ｋを乗じて近似する。すなわちフィー
ドゾーン７では Qf_min＝K_f・f_f（MI,N_s）・・（６）で示され、ファーストゾーン８でも Q1_min＝K₁・f₁（MI,N_s）・・（７）で示され、セカンドゾーン９では Q2_min＝K₂・f₂（MI,N_S,P_S,T_S）・・（８）で示される。

さらに考慮すべきことは、セカンドゾーン９のシリン
ダ１に設けた添加剤供給口（Ａ）部分での充満率であ
る。供給口からの安定剤などの送り量が樹脂の圧力によ
り影響を受けるからである。添加剤供給口での必要充満
率を満足する最小押出量Qaは Qa＝ｆ（MI,N_s,P,T）・・（９）で示される。

これら関数をグラフ図に示すと、例えば、第２図のよ
うになる。

そして、各式（２）〜（９）を示したグラフで囲まれ
た範囲が各ゾーン（7,8,9）に於ける樹脂充満率を満足
する適正押出量の重複範囲であり、この範囲が装置全体
の適正押出範囲である。なお、第２図で〜は上記各
式（２）〜（９）に対応する。

以上の操作は中央演算装置で行われ、前記適正押出範
囲に押出量が制御されるよう前記中央演算装置からの指
令でスクリュ２の回転数が制御される。ここでは、ギヤ
ポンプ11を有するのでこのギアポンプ11の回転数も制御
される。

このように、本発明のスクリュ式押出機は、適正樹脂
充満率を求めこれを満足する適正押出量が重複した適正
押出範囲内に押出量が入るように制御するので、適正押
出範囲を限界まで広くすることができ、これにより、ス
クリュ式押出機の運転が安定し、空運転、ベント孔から
のオーバーフローなどを防止でき、また、均一な品質の
樹脂を押し出し成形することができる。

なお、中央演算装置では適正範囲に入る定常時の目標
値を出力するのではなく、遅れや過度の変更による不都
合をさけるような動的な特性を考慮した出力がなされ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、適正押出範囲を限界まで広くできる
ので、常時充満率を満足する適正な押出量で運転でき、
空運転、ベント孔からのオーバーフローなどを防止で
き、また、均一な品質の樹脂を押出成形できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した図、第２図は樹脂送
り量とスクリュ回転数との関係を示したグラフ図であ
る。１……シリンダ、２……スクリュ、3,5,6……ベント
孔、７……フィードゾーン、８……ファーストゾーン、
９……セカンドゾーン、13……押出口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29C 47/00 - 47/96

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】スクリュ式押出機において、少なくともス
クリュ２の回転数と樹脂送り量とを変数とする関数で決
定される樹脂充満率を押出機シリンダ各部内毎にそれぞ
れ求め、前記各部の適正樹脂充満率を満足する押出量の
重複範囲を全体の適正押出範囲とし、この適正押出範囲
に押出量が制御されるよう運転制御する押出機の運転制
御方法。
【請求項２】スクリュ式押出機は、原料樹脂の供給口か
ら押出口13に向かって、シリンダ１内にフィードゾーン
７、ファーストゾーン８、セカンドゾーン９を有してい
るとともに、シリンダ１にベント孔（3,5,6）を有し、
各ゾーン（7,8,9）の樹脂充満率に加えて、ベント孔
（3,5,6）から溶融樹脂が溢れ出ない最大の樹脂送り量
をスクリュ２の回転数との関係で決定するベント能力を
適正押出範囲特定のための基準として組み入れた請求項
１記載の押出機の運転制御方法。